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材料微结构对微细电火花加工性能影响研究

郭美刚  
【摘要】:微细电火花加工技术在微细加工技术中占有十分重要的地位。但由于微细电火花加工特征尺寸常常到达微米级,材料的微观结构对加工过程的影响不可忽略。本文主要通过对不同晶向的单晶铜以及不同孔径的多孔不锈钢两种材料进行加工实验,研究了加工过程中的放电间隙、材料去除率、电极相对损耗率和放电加工信号等加工特性,分析了单晶金属晶向差异以及多孔材料多孔结构对微细电火花加工造成的影响。 根据微细电火花加工特性,开发了一套微细电火花加工控制系统,控制系统分为手动模块、自动加工模块、接触探测模块、主轴旋转模块等。同时在实验室原有高精度微细电火花加工装置的基础上,参与研制了一套PMAC卡控制的微细电火花加工装置,并使用LabVIEW编制一套控制库函数,如速度控制函数、移动控制函数、坐标显示函数等。为本文研究工作的顺利进行奠定了基础。 本文首先对单晶铜的各向异性对其热导率、导电性等物理特性造成的影响进行了讨论。并通过在100、110、111三个晶向上的大量的微孔加工实验,研究了单晶铜晶向差异对微细电火花加工过程中放电间隙、材料去除率、电极相对损耗率等加工特性造成的影响,并对实验数据进行了统计与误差分析。结果表明三个晶向上的放电间隙、材料去除率、电极相对损耗率等加工特性基本一致。说明微细电火花加工立方晶格结构的单晶金属时无需考虑晶向差异对加工造成的影响。 为进一步研究材料微结构对微细电火花加工的影响,本文亦对普通不锈钢304以及孔隙规格分别为1μm、5μm、10μm、15μm和20μm的多孔不锈钢304材料进行了微孔加工对比实验,通过记录加工过程数据并对所获得实验数据进行的分析发现,相比于无孔材料,多孔材料的加工性能更加优异,加工过程中不正常的短路信号很少出现,并且同样条件下能够获得更大的深径比。综合实验结果表明,当材料无孔或孔隙规格小于放电间隙时,材料去除率随孔隙规格的增大而呈现递增趋势,当孔隙规格大于放电间隙时,材料去除率会呈现一定的下降趋势;放电间隙和相对电极损耗由于其值很小,测量、探测等误差对其影响相对较大,因此并无表现出明显变化规律。该研究为微细电火花加工多孔不锈钢以及其他多孔材料奠定了一定的理论基础。


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