钛合金电火花铣削加工流场仿真及工艺试验研究

发布时间：2017-07-19 10:07

  本文关键词：钛合金电火花铣削加工流场仿真及工艺试验研究

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【摘要】：钛合金材料由于具备非常优异的使用性能,在航空航天、石油化工、汽车、医疗等诸多领域被广泛应用。然而,采用传统的机械加工方法加工钛合金时存在刀具磨损快、加工成本高的问题,而采用电火花成形加工又存在效率低下的问题。本文通过对电火花铣削钛合金技术的研究,降低了钛合金材料的加工成本,实现了钛合金的高效、低损耗加工,对钛合金的实际生产加工具有重大意义。本文研究了钛合金电火花铣削加工的机理与加工过程,从理论上分析了工件材料特性、极性效应、工作液介质特性、电极旋转、冲液条件等工艺条件对加工效果的影响。建立了电火花铣削钛合金的流场模型,并借助Fluent仿真软件进行了流场仿真计算,分析了冲液压力、电极转速、铣削深度、工件材料特性等分别对间隙流场的影响规律。设计了单因素试验验证仿真中所得结论,并通过试验分析了电参数对加工效果的影响规律。采用中心复合试验设计方法设计了响应曲面试验,分析了脉宽、脉间、峰值电流、冲液压力等四个自变量参数及其交互作用对加工效果的影响,获得了最优工艺参数组合。分析了钛合金电蚀产物的主要成分,并将电蚀产物与铝按一定比例通过粉末冶金的方法制成了合金试样,对合金试样的性能进行测试,结果表明:掺杂后铝的力学性能得以提高。通过改善电火花铣削钛合金的工艺条件,并优化其工艺参数,实现了钛合金材料的高效、低损耗加工。与常规铣削加工相比,提高了钛合金电火花铣削加工的效率并降低了工具电极损耗,最高效率超过23cm3/min,电极损耗率可达0.089%。另外,本文还对钛合金电蚀产物的回收利用进行了研究。
【关键词】：钛合金 电火花铣削 流场仿真 响应曲面 电蚀产物
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG661
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 钛合金加工国内外研究现状10-11
• 1.2.2 电火花铣削技术国内外研究现状11-14
• 1.2.3 电火花加工间隙流场国内外研究现状14-16
• 1.3 课题主要研究内容16-17
• 第2章 钛合金电火花铣削加工的理论基础17-26
• 2.1 引言17-18
• 2.2 钛合金电火花铣削加工机理与加工过程简述18-19
• 2.3 材料特性对电火花铣削加工的影响19-20
• 2.4 极性效应对电火花铣削加工钛合金的影响20-22
• 2.4.1 试验条件20
• 2.4.2 电极损耗率的试验方案与结果分析20-21
• 2.4.3 加工效率的试验方案与结果分析21-22
• 2.5 工作液介质特性对钛合金电火花铣削加工的影响22-23
• 2.6 电极旋转对电火花铣削加工的影响23-24
• 2.7 冲液条件对电火花铣削加工的影响24-25
• 2.8 本章小结25-26
• 第3章 钛合金电火花铣削加工流场仿真的研究26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 FLUENT仿真过程简述26-27
• 3.3 流场仿真的理论模型27-28
• 3.4 流场仿真的几何模型28
• 3.5 前处理及仿真参数的确定28-29
• 3.5.1 CFD软件的前处理28-29
• 3.5.2 仿真相关参数的确定29
• 3.6 流场仿真结果与分析29-37
• 3.6.1 冲液压力对流场的影响29-33
• 3.6.2 电极转速对流场的影响33-35
• 3.6.3 铣削深度对流场的影响35-36
• 3.6.4 工件材料特性对流场的影响36-37
• 3.7 本章小结37-38
• 第4章 钛合金电火花铣削单因素试验研究38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 试验方案设计38-39
• 4.3 流场仿真的验证实验39-44
• 4.3.1 冲液压力对加工效果的影响规律39-40
• 4.3.2 电极转速对加工效果的影响规律40-42
• 4.3.3 铣削深度对加工效果的影响规律42-43
• 4.3.4 工件材料特性对加工效果的影响规律43-44
• 4.4 电参数对加工效果的影响规律44-47
• 4.4.1 脉冲宽度对加工效果的影响规律44-45
• 4.4.2 脉冲间隔对加工效果的影响规律45
• 4.4.3 峰值电流对加工效果的影响规律45-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 钛合金电火花铣削工艺试验研究48-63
• 5.1 引言48
• 5.2 试验条件48
• 5.3 响应曲面试验方案设计48-49
• 5.4 响应曲面试验结果49-50
• 5.5 加工效率的响应曲面分析50-54
• 5.5.1 加工效率数学模型的建立50
• 5.5.2 方差及显著性分析50-51
• 5.5.3 回归模型的优化51
• 5.5.4 残差的正态概率分布图51-52
• 5.5.5 加工效率的响应曲面分析52-54
• 5.5.6 加工效率的最优工艺参数组合预测及验证54
• 5.6 电极损耗率的响应曲面分析54-59
• 5.6.1 电极损耗率数学模型的建立54-55
• 5.6.2 方差及显著性分析55-56
• 5.6.3 回归模型的优化56
• 5.6.4 残差的正态概率分布图56-57
• 5.6.5 电极损耗率的响应曲面分析57-59
• 5.6.6 电极损耗率的最优工艺参数组合预测及验证59
• 5.7 电蚀产物的后处理试验59-62
• 5.7.1 试样制备59-60
• 5.7.2 金相组织分析60-61
• 5.7.3 硬度测试61
• 5.7.4 拉伸试验61-62
• 5.8 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘亚雄;贺健康;秦勉;王玲;靳忠民;李涤尘;;定制型钛合金植入物的光固化3D打印及精密铸造[J];稀有金属材料与工程;2014年S1期

2 刘铭坤;汤海波;方艳丽;张述泉;刘栋;王华明;;钛合金表面激光熔覆TiC/Ti-Ti_2 Co涂层耐磨性[J];激光技术;2011年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 唐昆;TC4钛合金高效深磨工艺试验研究及其磨削质量预测[D];湖南大学;2007年

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本文编号：562303