放电诱导可控烧蚀及电火花修整成形加工技术研究-机械制造及其自动化专业论文.docx

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Mechanical and Electrical Engineering The Technology Study of Forming Processing by Controllable Spark-induced Combustion and EDM Finishing A Thesis in Mechanical Manufacture and Automation by Chen Wen’an Advised by Prof. Liu Zhidong Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering January, 2012 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 放电诱导可控烧蚀及电火花修整成形加工关键技术研究 放电诱导可控烧蚀及电火花修整成形加工关键技术研究 I I PAGE PAGE IV 摘 要 传统电火花成形加工存在材料蚀除率低、电极损耗率较高等缺陷。本文提出了一种新的加 工方法——放电诱导可控烧蚀及电火花修整成形加工。首先利用从中空电极喷出的间歇高压氧 气，与极间因火花放电产生的高温活化金属发生燃烧反应，利用金属燃烧产生的化学能，大大 提高材料的蚀除率；其次在氧气关闭阶段，进行常规电火花放电加工，修整加工表面。在保证 加工表面精度和质量前提下，能获得很高的材料蚀除率和较低的电极相对损耗率。 本文的主要工作如下： 1、根据放电诱导可控烧蚀及电火花修整成形加工的设计要求和目标，搭建了试验系统。 2、与常规电火花在火花油中加工、水中加工和持续烧蚀加工进行对比，结果表明：放电诱 导可控烧蚀及电火花修整成形加工具有很高的材料蚀除率，且电极相对损耗率极低； 3、通过放电波形、表面微观形貌和主要成分分析等方式对放电诱导可控烧蚀及电火花修整 成形加工的机理进行初步研究。整个加工过程可分为三个阶段：a.氧气通入初始阶段，火花放 电诱导金属活化；b.已活化的金属与氧气发生燃烧反应；c.氧气关闭阶段，进行常规电火花加工， 修整加工表面。 4、采用 FLUENT 软件对加工过程中的极间气体流场进行模拟分析，结果表明：采用圆形 电极加工不易烧伤，而正方形电极和长方形电极需要改进才能避免加工过程中烧伤，与试验结 果相吻合。 5、研究了电参数和非电参数对材料蚀除率和电极相对损耗率的影响规律，结果表明：材料 蚀除率会随着电参数和非电参数的变化而变化，而电极相对损耗率却始终保持在极低的水平。 另外还针对不同的工件材料和气体介质进行研究，发现能进行间歇烧蚀加工的两个条件为：a. 工件中含有能与气体介质发生反应的成分；b.反应过程中释放大量的能量。两个条件缺一不可。 关键词：电火花成形加工，可控烧蚀，材料蚀除机理，流场，加工效率，电极相对损耗率 ABSTRACT The traditional EDM exists defects such as low material removal rate and high electrode wear rate. A new method called forming by controllable spark-induced combustion and EDM finishing is proposed. First of all, the intermittent high-pressure oxygen exhausted from the electrode reacts with the activated metal produced by spark in the gap. The material removal rate is greatly enhanced by using the chemical energy produced by the metal combustion. And then,