【摘 要】
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随着现代特殊材料的不断发展,以航空航天为首的各行各业对于材料的性能要求越来越高,各种高强度、高熔点、高硬度以及较脆的金属材料得到广泛的应用。然而传统机械加工对特殊材料的加工存在明显不足。近年来,超声振动辅助电火花加工等新型复合加工技术的诞生,解决了特殊材料难以铣削的加工问题,从而引起了研究人员的广泛关注。本文围绕垂直超声辅助电火花加工TC4钛合金的相关关键技术展开研究,研究内容主要包括以下几方面:
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随着现代特殊材料的不断发展,以航空航天为首的各行各业对于材料的性能要求越来越高,各种高强度、高熔点、高硬度以及较脆的金属材料得到广泛的应用。然而传统机械加工对特殊材料的加工存在明显不足。近年来,超声振动辅助电火花加工等新型复合加工技术的诞生,解决了特殊材料难以铣削的加工问题,从而引起了研究人员的广泛关注。本文围绕垂直超声辅助电火花加工TC4钛合金的相关关键技术展开研究,研究内容主要包括以下几方面:（1）在超声振动辅助电火花加工过程中,极间电压会随放电间隙变化而改变,基于此现象建立超声振动辅助电火花加工的放电能量数学模型。基于传热学理论对TC4钛合金进行电火花放电加工理论分析,并建立了包含电压、电流、放电时间等参数的单脉冲电火花和超声振动辅助电火花放电加工的能量模型以及高斯热源模型。（2）电火花加工为瞬态非线性的热传导过程。在分析超声振动辅助电火花放电能量模型、高斯热源模型以及热传递模型的理论基础上,利用有限元法对超声辅助电火花加工进行瞬态热力学求解。建立了单脉冲超声辅助电火花放电加工温度场模型,并对模型求解和材料去除体积分析,为超声振动辅助电火花加工的发展提供可靠理论支撑。（3）对垂直超声振动辅助电火花加工过程中的电极末端运动路径进行分析,并通过实验得出垂直超声振动辅助电火花加工的电压波形、材料去除率和表面形貌。结果表明:垂直超声振动的施加,可以提高电火花放电击穿放电通道的概率。放电间隙的瞬时减小,使得瞬时热通量突然增大,改变了电火花放电电压,进而影响了单脉冲的放电能量。通过垂直超声振动辅助电火花加工实验发现,电火花加工存在最大放电间隙,不同放电电流的最大放电间隙不同。当超声振动幅值在最大放电间隙内,材料去除率随着振幅的增大而增加,当超声振动幅值大于最大放电间隙,材料去除率随幅值增大而降低。
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