液中喷气电火花工机理与实验研究.pdfVIP

A Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University for the Master Degree EXPERIMENTAL STUDY AND MECHANISM ANALYSIS ON SUBMERSED GAS-JETTING EDM Author: Chen Huanjie Specialty: Aeronautical and Astronautical Manufacturing Engineering Advisor: Associate Professor Kang Xiaoming School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University Shanghai, P.R.China February 23, 2010 液中喷气电火花加工机理与实验研究 摘 要 电火花加工中，放电介质对工件的材料去除率、表面质量以及电极相 对损耗率有重要影响。液中电火花铣削加工时相对稳定，但电极相对损耗 严重，妨碍了电火花加工性能的提高。采用煤油工作液会产生有害气体造 成环境污染，采用水基工作液会附加发生电解反应。气中电火花加工时电 极相对损耗很小，但由于短路率过高导致加工不稳定、材料去除率不高， 还会产生烧焦气味。 液中喷气电火花加工方法就是综合利用液体、气体两种放电介质的加 工性能，从空心管状电极中喷出的高速气体作为电介质，电极和工件浸没 在水基工作液中，气体周围的水基工作液不直接参与放电但却有助于冷却 和排屑，从而改善实际放电加工的性能。 本文对液中喷气电火花加工机理进行了分析，建立了局部放电区域 VOF 模型并采用 FLUENT 软件仿真计算了该区域的气体体积分数变化规 律。结果表明，液中喷气电火花加工放电瞬间加工区域是处于气体包围中 的。同时又进行了液中、气中、液中喷气电火花加工的机理研究对比实验， 从而验证了仿真计算结果的正确性，也解释了液中喷气电火花加工与气中 电火花加工相似以及出现工件碎屑熔融物粘到电极表面的原因。 本文继而进行了液中喷气电火花加工实验研究。首先对照国内外同行 专家文章中的重点参数进行气中电火花加工参考性实验；接着围绕四个关 键因素，即脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电流以及每层进给深度进行基于响 第I页 应曲面的正交实验设计，并分析各因素对材料去除率和电极相对损耗率的 影响以及因素之间的交互作用，从而发现各放电参数是通过组合方式来影 响整体加工工艺性能。又进行了单因素加工实验，初步分析了气体压力、 工件电极相对速度、电极壁厚等对材料去除率和电极相对损耗率的影响。 本文最后通过进行平面样件的铣削加工实验，对高速平动液中喷气电 火花铣削加工系统进行结构分析和工艺规划，并综合评价其工艺性能。液 中、气中、液中喷气电火花铣削加工实验结果证明了，高速平动液中喷气 电火花铣削加工性能优于其它两种加工方法，能够保持较低电极相对损耗 率的同时得到较高的材料去除率，并且不产生烧焦味道气体。 本文的研究证明，高速平动液中喷气电火花铣削加工性能良好，是一 种有效解决气中电火花加工短路率过高问题的方法。 关键词：液中喷气，电火花加工，放电介质，实验设计，材料去除率 第II页