颗粒增强铝基复合材料微细电加工技术研究

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颗粒增强铝基复合材料(SiCp/A1)作为一种造价相对低廉的金属基复合材料,目前在航空航天、电子仪表、通讯器材等行业具有巨大的应用潜力。其硬度高、强度高、耐磨性较好,同时具有低密度、良好导热性等材料特点。但高硬度高强度也制约了SiCp/Al复合材料的加工制造,尤其是微加工领域,SiCp/Al复合材料采用传统的机械加工方法进行加工时,由于材料高硬度与高强度的特性,会在加工过程中产生剧烈的刀具磨损,难以达到所需的加工精度和表面质量。相对于传统的机械加工方法,微细电火花加工方法采用放电能量产生的高温来蚀除材料的,在加工过程中无宏观作用力,不因加工材料的硬度而受到限制,可以加工很多传统机械加工方法难以加工的高硬度材料以及微小结构,在很多制造领域相较于传统机械加工更有优势。本文首先对SiCp/Al复合材料微细电火花加工的加工特性进行了研究。通过对加工后的表面形貌及元素组成进行观测分析,创新性研究了SiCp/Al复合材料本身特性以及微细电火花能量强度对SiCp/Al复合材料微细电火花加工的影响,得出了SiCp/Al复合材料微细电火花加工的蚀除特点,同时收集加工后产生的电蚀碎屑进行了观测分析,对得出的结论进行了验证补充。通过对结论的总结,创新建立了SiCp/Al复合材料微细电火花加工的蚀除过程。为进一步改善SiCp/Al复合材料微细电火花加工的放电状态,通过不同深度的微孔加工试验,对峰值电压,峰值电流,脉宽等电参数以及冲液,转速等非电参数对加工时间,电极损耗以及孔径形貌的影响规律进行了研究。结果表明:工艺参数应根据其影响规律选取适当的参数值进行组合应用到加工过程中,使得三种工艺指标达到相对最优;不同的工艺参数皆在放电过程中存在适当的参数范围,过大或过小的工艺参数都不利于微小孔的加工性能。在微细电火花加工过程中,排屑情况对深微孔加工过程中的加工速度及加工稳定性具有很大的影响。本文创新性对螺旋、沟槽(三沟槽)、削边三种异形结构电极与圆柱电极在深微孔加工方面进行了对比研究,首先创新性对四种电极的极间工作液流动状态进行了CFD仿真分析,根据仿真结果得出在深微孔加工过程中,三种异形电极的孔内流体运动状态皆好于圆柱电极。螺旋电极加工的深微孔内工作液轴向速度最大,并在加工过程中形成阿基米德螺旋,能够更好的将孔径底部的电蚀碎屑排出孔外。其次对四种电极进行了深微孔试验研究,试验结果与仿真相符合,三种异形电极加工速度与最大加工深度皆高于圆柱电极。总体来看,四种电极中,螺旋电极最能有效提升深微孔加工性能。
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