氮化硅陶瓷的电火花精加工研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:NickFlanders
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氮化硅绝缘陶瓷因其具有耐高温、强度高等优异性能而具有广阔的应用前景,在其被烧结成型后需要进一步对其加工以提高其精度,才能被投入到高科技产业中去,然而由于其硬度高、脆性大,传统机械加工方法较难对其进行加工,影响了其在工业领域中的应用,因此急需寻找一种加工方法来解决其难加工的问题。电火花加工由于不受材料的综合机械性能(如硬度和脆性)的影响,适合用于氮化硅绝缘陶瓷的加工。本文以提高氮化硅陶瓷的加工精度为主要目的,利用浸液式电火花成型机床,对氮化硅陶瓷电火花加工的放电状态,氮化硅陶瓷电火花加工的去除方式,导电膜的形成,氮化硅陶瓷电火花加工的工艺规律,加工参数的优化进行了研究。介绍并分析了基于辅助电极法的绝缘陶瓷电火花加工的原理,通过大量对比紫铜材料和氮化硅绝缘陶瓷电火花加工的放电波形,发现在紫铜材料的电火花加工时,其火花放电的维持电压基本保持不变,测得其值为17V。而氮化硅绝缘陶瓷的电火花加工放电波形较为复杂,其火花放电状态的维持电压较高且其值变化范围较大,将氮化硅绝缘陶瓷电火花加工的放电状态分为7种,包括空载、高阻火花放电、低阻火花放电、高阻短路、低阻短路等5种基本放电状态,以及由高阻火花放电变为低阻火花放电和由高阻短路变为低阻短路等2种组合放电波形。利用扫描电子显微镜对氮化硅陶瓷电火花加工表面形貌进行观察并利用能谱仪检测其表面成分,经分析发现,导电膜中有碳化硅生成。研究了氮化硅绝缘陶瓷电火花加工的去除方式,主要是熔化、气化及热应力去除。分析了氮化硅陶瓷材料的电火花加工单脉冲放电的热源模型、热边界条件和放电通道半径等,使用有限元软件ANSYS对氮化硅绝缘陶瓷的电火花加工单脉冲放电温度场模拟,研究了脉宽和峰值电流对温度分布和凹坑尺寸的影响。进行了氮化硅陶瓷电火花加工单因素试验,并展开了峰值电流、脉宽、脉间、伺服参考电压、抬刀速度、抬刀高度和电极加工时间对侧面间隙、材料去除率、电极损耗率、表面粗糙度的影响规律的研究。设计了正交试验,采用信噪比和灰关联分析方法对工艺参数进行了优化分析,获得了保证较高的加工精度、较高的加工效率、较低的表面粗糙度和较小的电极损耗率的工艺参数组合,实现了电火花加工工艺参数的优化,并利用试验验证了优化结果,经优化后侧面间隙值可以达到10.143μm。
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