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材料微观结构对电火花微细加工的影响研究

沈飞虎  
【摘要】: 随着产品的微型化和精密化需求的不断增加,微细电火花加工技术在微细加工领域占有一席之地。微细电火花通过热电能量去除材料,工具电极和工件之间不存在宏观作用力,因此可以加工高硬度与高强度的合金材料,它不仅能加工微细孔、微细轴,而且还能加工复杂形状的微三维零件。然而,当工件加工尺度接近材料合金内部晶粒尺寸时,晶粒和晶界不同的热传导率、熔点等热特性对微细电火花加工特性会产生影响,进而影响加工效率和加工精度,本文的研究重点是材料晶粒和晶界对微细电火花加工中材料去除速度、放电间隙以及电极相对损耗率等加工特性的影响。 在对当前微细电火花加工技术和装备详细分析的基础上,参与研制了一套高精度微细电火花加工装置,并开发了一套微细电火花加工控制系统,该控制系统主要由手动模块、接触感知模块、伺服控制模块、主轴旋转模块等组成。 本文首先以铜、镍以及铜镍合金为研究对象,将理论模型与实际加工相结合,深入研究了微细电火花加工中材料去除机理以及材料热特性对加工特性的影响,研究结果表明材料热传导率、熔点等热特性对微细电火花加工特性有较大的影响。 继而,在深入了解合金凝固过程以及内部晶粒和晶界不同热特性的基础上,通过在不同晶粒尺寸的合金材料上选择晶粒和晶界部位进行大量微孔加工并对加工结果进行统计分析,进一步研究了微细电火花加工过程中合金材料晶粒与晶界对加工特性的影响。研究对象分别采用了焊接钛合金和304不锈钢。焊接钛合金中工件厚度小于晶粒平均大小,微孔都只穿过晶粒或穿过晶界,实验表明晶界对加工特性有较大的影响,当微孔通过晶界时,微细电火花加工中材料去除速度、放电间隙相对较小,电极相对损耗率相对较大;而304不锈钢中工件厚度大于晶粒平均大小,微孔内部穿过一个、两个或多个晶界,实验表明加工深度大于晶粒大小时,晶粒和晶界上的加工特性几乎相近。该研究为微细电火花加工的研究奠定了理论基础,为进一步优化加工艺,提高工件加工质量和加工效率提供了依据。


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