混粉准干式电火花强化TC4钛合金放电特征研究

发布时间：2017-07-30 07:12

  本文关键词：混粉准干式电火花强化TC4钛合金放电特征研究

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【摘要】：钛合金是应用于航空航天、汽车工业及石油化工等领域的重要结构材料，但因表面硬度低、耐磨性差等缺点使其应用受到了限制。为了解决这些问题，需要对钛合金进行表面强化处理。传统的强化技术(化学热处理表面渗碳或氮、激光熔敷、微弧氧化、离子注入)存在处理周期长、强化层成分难以控制等缺陷，电火花强化技术可以较好的解决以上问题。目前对电火花强化技术的研究，主要集中在单一介质(气或液)方面、实验方面和温度场的模拟方面。单一介质中电火花强化，存在加工均一性差、强化层较薄等缺点；而单纯的实验研究和温度场模拟不能直观的揭示电火花的放电机理。 本文在传统电火花加工技术的基础上引入混粉准干式电火花强化技术，并基于放电介质的击穿原理揭示电火花强化过程中的放电机理。基于电介质击穿的NPW和WZ模型建立电火花放电数学模型，运用Matlab7.11进行编程，模拟电火花在不同介质下的放电路径；针对NPW和WZ模型的局限性，在三维空间进行放电路径的仿真；运用有限元方法，在不同介质下对强化过程进行温度场仿真。研究表明：电火花在不同的工作介质下，得到的放电路径分形维数不同，作用在工件表面的最高温度也不同。分形维数的大小表征电火花放电时单个脉冲能量的分布，分形维数越小，能量分布越集中，放电通道半径越小，放电能量转化形成的热源面积越小、温度越高，造成过多的强化物质气化流失，强化层比较稀疏；反之，则可以得到性能较好的强化层组织。仿真结果得出，，与煤油、空气等工作介质相比，混粉准干式工作介质中分形维数最高，强化层表面温度最低，放电能量系数最小，放电通道内能量分布较均匀且密度较低，与实验研究结果相吻合。 利用电火花成形机床进行混粉准干式电火花强化TC4钛合金实验，研究不同工作介质，不同放电参数(峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔)对强化效果的影响。实验结果表明，采用混粉准干式作为工作介质，峰值电流在(6.6-8.2)A之间，脉冲宽度在(50-100)μs之间，脉冲间隔在(80-100)μs之间时得到的强化层微观组织形貌和性能较好。
【关键词】：混粉准干式电火花 工作介质 TC4钛合金 表面强化 放电特征
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG661
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题研究的背景和意义8-9
• 1.2 传统表面处理技术9-10
• 1.2.1 化学热处理9
• 1.2.2 热喷涂9
• 1.2.3 离子注入技术9
• 1.2.4 激光表面强化9-10
• 1.3 电火花强化技术10-12
• 1.3.1 电火花强化及特点10
• 1.3.2 工作介质的研究现状10-12
• 1.4 混粉准干式电火花强化技术的研究现状和问题12-13
• 1.4.1 混粉准干式电火花强化技术的研究现状12
• 1.4.2 混粉准干式电火花强化技术存在的问题12-13
• 1.5 课题的主要研究内容13-14
• 第2章 混粉准干式电火花强化工艺特点14-21
• 2.1 混粉准干式电火花强化 TC4 钛合金基本工作原理14-15
• 2.2 混粉准干式电火花强化 TC4 钛合金单脉冲放电15
• 2.3 混粉准干式介质击穿机理15-20
• 2.3.1 工作介质的作用15-16
• 2.3.2 气体介质击穿机理16-17
• 2.3.3 液滴及粉末对介电常数的影响17-18
• 2.3.4 液滴及粉末对放电间隙的影响18-19
• 2.3.5 放电通道位形的变化19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 基于分形理论的混粉准干式介质击穿机理研究21-40
• 3.1 分形维数的计算21-23
• 3.2 基于 NPW 和 WZ 模型的放电仿真23-29
• 3.2.1 NPW 模型23-25
• 3.2.2 WZ 模型25
• 3.2.3 基于 Matlab 的放电仿真25-27
• 3.2.4 仿真结果分析27-28
• 3.2.5 放电路径图形的分形维数28-29
• 3.3 三维放电仿真29-34
• 3.3.1 三维仿真模型的电树生长机理30-33
• 3.3.2 电介质击穿路径的 Matlab 仿真33-34
• 3.4 分形维数与能量分布34-35
• 3.4.1 影响单个脉冲放电能量的因素34
• 3.4.2 单个脉冲能量与分形维数的关系34-35
• 3.5 电火花放电温度场模拟35-38
• 3.5.1 温度场能量控制方程35
• 3.5.2 热源模型及边界条件35-36
• 3.5.3 有限元模型的建立36-37
• 3.5.4 仿真结果分析37-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第4章 混粉准干式电火花强化 TC4 钛合金实验研究40-54
• 4.1 实验装置及实验条件40-42
• 4.2 实验方案及方法的确定42
• 4.3 放电介质对 TC4 钛合金强化效果的影响42-47
• 4.3.1 放电介质对电火花强化 TC4 钛合金表面形貌的影响43-46
• 4.3.2 工作介质对电火花强化 TC4 钛合金强化效率的影响46-47
• 4.4 放电参数对电火花强化 TC4 钛合金表面性能的影响47-53
• 4.4.1 峰值电流的影响47-48
• 4.4.2 脉冲宽度的影响48-51
• 4.4.3 脉冲间隔的影响51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 总结与展望54-56
• 5.1 全文总结54
• 5.2 后续研究工作54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61
• 申请学位期间的研究成果及发表的相关学术论文61

【参考文献】

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2 白雪;混粉准干式放电加工机理及工艺研究[D];山东大学;2014年

本文编号：592993