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工程陶瓷回转表面的线切割加工技术

张立新  
【摘要】: 工程陶瓷材料具有耐高温、抗磨损、刚度高、热变形小等优良性能,但由于其硬度高、脆性大,难以对其进行切削加工,回转表面则更难加工。本文受线电极放电磨削加工中工件与电极之间相对运动关系的启发,提出了在线切割机上利用放电蚀除加工导电工程陶瓷回转表面的新型工艺方法。 论文首先对数控快速走丝线切割机进行了改造,在机床上加装带动工件回转、并能传递加工电流的主轴装置,实现了对工程陶瓷回转表面的放电加工。在加工长径比较大的工件时,由于陶瓷材料的电阻率较高,随着放电加工部位的变化、放电能量将发生明显变化。本文从提高工件表面质量和加工稳定性的角度出发,创新提出了在线切割机床上加装回转表面自适应跟踪电极的方法。设计了一个安装在丝架上的在工件回转表面上滑动的辅助电极,辅助电极与电极丝的距离、亦即火花放电点的距离保持不变,使放电回路中工件的电阻值保持不变,放电能量均匀,进而保证工件表面加工质量均匀。同时辅助电极能适应工件直径变化并能自动越过阶梯轴阶梯,保持了对变径工件或阶梯回转工件的加工能力。 对工程陶瓷回转表面线切割加工机理进行了研究。在理论分析的基础上,建立了线切割加工区域的有限元分析模型,用MSC.MARC有限元软件,对工程陶瓷回转表面线切割加工过程的温度场进行了数值模拟,得出了不同脉冲宽度和功率密度对放电凹坑形状和放电加工工件表面粗糙度的影响规律。通过单因素实验分析了主要放电参数和机械参数对加工工件表面质量的影响规律,采用正交多项式非线性回归设计,对线切割放电加工工程陶瓷回转表面的工艺参数进行了优化,提高了工件的表面质量,验证了线切割放电加工导电工程陶瓷回转表面新工艺的可行性。 本文的研究工作,为工程陶瓷的加工提供了新型工艺方法,并且拓展了线切割加工机床的工艺范围,对促进工程陶瓷材料的应用具有重要意义。


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