片状电极超声辅助电火花加工装置及仿真与实验研究.pdf

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1、硕士学位论文片状电极超声辅助电火花加工装置及仿真与实验研究RESEARCHONULTRASONICASSISTEDEDMDEVICEFORSHEETELECTRODEANDITSSIMULATIONANDEXPERIMENT程凯哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG663学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文片状电极超声辅助电火花加工装置及仿真与实验研究硕士研究生：程凯导师：王振龙教授申请学位：工学硕士学科：机械制造及其自动化所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Clas

2、sifiedIndex:TG663U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONULTRASONICASSISTEDEDMDEVICEFORSHEETELECTRODEANDITSSIMULATIONANDEXPERIMENTCandidate：ChengKaiSupervisor：Prof.WangZhenlongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalManufacturing

3、andAutomationAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要使用片状电极电火花成形加工深窄槽及复杂型腔等特殊结构，在航空航天及模具行业等领域有较多应用，为更好的解决排屑问题，提高加工效率，本文尝试在工具电极上附加超声振动，探究超声辅助加工的有效性及可行性，并对此进行相应的理论和实验研究，最终研制出基于工具

4、电极振动的超声辅助电火花加工系统，并开展相关工艺实验研究。对工具电极超声振动作用下加工间隙内的流场进行了理论分析及仿真计算。首先计算放电间隙大小，建立有限元网格模型，确定边界条件，定义电极的超声振动，通过Fluent求解后，获得一个正弦周期内间隙流场的速度、压力变化规律。然后对超声振幅、频率、加工深度、间隙值四个因素进行正交实验分析，以平均速度和湍流耗散率为评价指标，最终确定振幅和频率为重点进行单因素实验研究，结果显示超声振动对工作液介质具有泵吸作用，并能够加速工作液的流动，从而带动蚀除物颗粒运动，但是过强的扰动会使粒子堆积，因此超声振动对实际加

5、工的作用效果需要进一步细化研究。基于压电效应理论和有限元方法，设计出了超声辅助电火花加工装置的核心部件——夹心式压电陶瓷换能器，通过换能器的一维轴向纵振实现工具电极端面的超声振动。研究重点是利用ANSYS多物理场耦合功能对换能器进行干、湿模态分析及谐响应分析，求解电极端面的振型及输出响应特性，对换能器进行干湿态阻抗测试、振型振速测试，以及振幅输出特性的标定，并以MOSFET为核心搭建超声驱动电源，基于汉川HCD400K机床设计接口装置，搭建了超声辅助电火花加工系统。对系统进行调试后，开展片状电极超声辅助电火花加工工艺实验。以材料蚀除速率、电极相对

6、损耗及加工表面质量为评价指标，对截面积为6mm×20mm的片状电极进行响应面分析，探究超声振幅及常规电加工参数对结果的影响规律，然后制作不同截面形状的片状电极进行实验，并辅以火花放电率的检测及分析，结果显示超声振动能有效的提高火花放电率，在电极端面截面积较小时明显提高了材料蚀除速率，加工效率可提升近40%，同时可减少工具电极的损耗，且对加工表面质量有一定的改善。本文研究表明在片状电极截面积及形状满足一定要求时，超声辅助电火花成形加工是提高加工速率，改善加工质量的有效方法。关键词：片状电极；超声辅助；电火花加工；计算流体力学；装置开发；I哈尔滨工业

7、大学工学硕士学位论文AbstractWiththeuseofsheetelectrodetomanufacturethespecialstructuresofdeepandnarrowgroovesandcomplexdiesinkingbyelectricaldischargemachining(EDM)method,ithasbeenappliedextensivelyinaerospaceandmouldindustries.Inordertobettersolvetheproblemofdebrisevacuationandimprove

8、themachiningefficiency,wetrytoattachultrasonicvibrationtothetoolelec