【摘 要】
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SiC/Al复合材料以其良好的工艺性能而备受关注,在机电工程、化工材料、航空航天等领域应用广泛。因其硬度大,采用传统的机械加工方式,会导致刀具磨损严重、加工难度大、加工效率低等问题频发;电火花加工虽可实现对该复合材料的加工,但亦存在加工效率低、表面质量差等缺点。为有效提高SiC/Al复合材料的加工质量与效率,本文提出了混粉电火花加工的方式。在综合分析研究国内外相关文献的基础上,以SiC/Al复合材
【基金项目】
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国家自然科学青年基金项目,项目编号:51405365；
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SiC/Al复合材料以其良好的工艺性能而备受关注,在机电工程、化工材料、航空航天等领域应用广泛。因其硬度大,采用传统的机械加工方式,会导致刀具磨损严重、加工难度大、加工效率低等问题频发;电火花加工虽可实现对该复合材料的加工,但亦存在加工效率低、表面质量差等缺点。为有效提高SiC/Al复合材料的加工质量与效率,本文提出了混粉电火花加工的方式。在综合分析研究国内外相关文献的基础上,以SiC/Al复合材料为研究对象,开展了SiC/Al复合材料混粉电火花加工热力学仿真研究,进行了混粉电火花加工极性效应研究,完成了常规电火花加工及混粉电火花加工工艺试验,并采用灰色关联法对混粉电火花加工试验结果进行了多工艺目标参数优化。具体研究内容如下:首先,研究了混粉电火花加工方法与SiC/Al复合材料的发展与应用现状,建立了SiC/Al复合材料混粉电火花加工的热力学仿真模型,分析在不同的峰值电流与SiC含量下,SiC/Al复合材料混粉电火花加工的热力学变化规律,为后续的工艺试验研究提供了理论依据。其次,对SiC/Al复合材料混粉电火花加工的正负极性开展了研究。在脉宽75 μs、脉间125 μs、峰值电流8 A、粉末浓度6 g/L的加工条件下,分别采用SiC含量为5%、10%、15%与20%的SiC/Al复合材料,分别进行混粉电火花加工的正负极性对比试验,研究了不同加工极性对加工时间、材料去除率、电极相对损耗率及工件表面质量的影响规律。最后,完成了 SiC/Al复合材料混粉电火花加工的工艺试验研究。通过对电火花加工及混粉电火花加工正交试验的结果进行对比分析,直观表明了混粉电火花加工在效率和性能上的优越性。研究了脉宽、脉间、峰值电流和粉末浓度对加工时间、材料去除率、电极相对损耗率及工件表面质量的诸多影响,利用灰色关联法实现对混粉电火花加工工艺试验结果的多工艺目标参数优化。获得的最优参数组合为:脉宽25μs,脉间125 μs,峰值电流16 A,粉末浓度10 g/L,且对综合工艺指标影响由大到小的排序为:粉末浓度>峰值电流>脉冲宽度>脉冲间隔。通过理论研究和试验结果表明:采用混粉电火花加工方法,使得材料去除率提高了69.88%,电极相对损耗率降低了 34.91%,表面粗糙度降低了 41.77%,灰关联度提高了10.47%,有效地提高了加工质量和效率,为后续SiC/Al复合材料的混粉电火花加工提供了理论及实验依据。
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