薄壁类零件电火花线切割加工的热变形行为机理与抑制方法

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1、分类号学号D201477186学校代码10487密级博士学位论文薄壁类零件电火花线切割加工的热变形行为机理与抑制方法学位申请人：黄浩学科专业：机械电子工程指导教师：张国军答辩日期：2018年7月19日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringStudyonthermaldeflectionmechanismandsuppressionmethodologyofthin-walledsectionsutilizingwireelectr

2、icaldischargemachiningPh.D.Candidate:HuangHaoMajor:MechatronicEngineeringSupervisor:ZhangGuojunHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJuly2018独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得。的研宄成果尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研宄成果。对本文的研宄做出贡献的个人和集

3、体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期：年Ｕ月曰／学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，ｇ卩：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本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和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。不保密＠。“”（请在以上方框内打Ｖ）学位论文作者签名：备指导教师签名：曰

4、期：以年丨Ｉ月／曰曰期：以？年丨月曰片丨丨／华中科技大学博士学位论文摘要薄壁类零件具有重量轻、比强度高、节约材料等特点，在航天、精密机床等领域中得到了大量的应用，如飞机中的薄壁框体、可倾瓦轴承等。该类零件在传统机械方式加工过程中会受到切削力、振动等因素的作用，发生较大的变形。电火花加工是一种重要的特种加工工艺，在加工过程中对工件没有宏观作用力，因此是加工薄壁类零件的理想工艺。但是由于薄壁类零件自身刚性较差，所以容易受热应力影响产生较大的热弹塑性变形，而且电加工蚀除过程改变了薄壁类零件的壁厚与发生热变形的材料体积，对于热变形产生了重要而且复杂的影响，这导致薄

5、壁类零件的热变形难以控制，制约了电火花线切割工艺在薄壁类零件加工领域的应用。因此，本文针对电火花线切割加工热变形行为机理，主要从蚀除过程及其对热变形的影响以及线切割热源模型两方面开展研究，最终实现抑制热变形的目的，主要研究内容如下：针对不同电加工蚀除方式对等效蚀除温度的影响难以定量描述的问题，建立了分子动力学仿真平台，通过模拟不同能量下原子在加工过程中的动力学行为，计算出不同蚀除方式下的等效蚀除温度，研究工件的蚀除方式对等效蚀除温度的影响。通过模拟结果发现，在低能量条件下，材料主要以单个原子或者小原子团的形式蚀除，这种蚀除方式下的等效蚀除温度较高；而在高能量下，

6、材料主要会以分解为较大的颗粒的形式蚀除，这种蚀除方式下的等效蚀除温度较低。本章的研究将难以观测的电加工蚀除方式实现可视化，在微观尺度上研究了输入能量对蚀除量的影响。针对分子动力学模型模拟时间过短与模拟尺寸过小的问题，基于比放电能理论，提出了一种可以在实际加工尺度与时间上对薄壁类零件蚀除量预测的动态等效蚀除温度模型。本文首先完善了比放电能的概念，提出了一种基于比放电能的数值预测方法，该方法通过对铝、Inconel718和SUS304这三种成分差异较大的材料的计算与实验得到了验证，实验发现比放电能相近的材料，如SUS304与Inconel718，他I华中科技大学博士

7、学位论文们在相同加工条件下的蚀除率与表面形貌也相近。针对该模型只能准确预测熔化蚀除方式的问题，结合能量与比放电能之间的关系，将该模型进一步推广应用到以汽化为主的蚀除方式，并最终提出动态等效蚀除温度模型。本章建立了不同加工条件下不同蚀除方式的动态等效蚀除温度模型，实现了薄壁类零件电加工蚀除量计算。针对电极丝振动对薄壁类零件表面热应力分布的复杂影响，建立了线切割加工的振动-高斯连续脉冲热源模型。本文首先对电极丝的振动规律进行研究，并分别在不同方向上研究了电极丝振动对放电点分布的影响，之后将电极丝的振动对放电点分布的影响引入到单脉冲热源模型中，提出了电火花线切割连续脉

8、冲热源模型，并利用并行计