双孔挠性薄壁电火花加工变形仿真分析和加工研究

作     者：李威峰 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭永丰

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：高弹性合金3J33B 电火花加工 双孔挠性薄壁 变形分析 摇动加工 

摘      要：微小型结构零件已广泛应用于航空航天、电子工业等各个领域,其加工尺寸通常在毫米级以下,如双孔挠性薄壁结构,其细颈部位仅有数十微米。传统的接触式机械加工会对薄壁施加较大的宏观作用力,极易造成薄壁变形破损。电火花加工方法具有非接触、宏观作用力小的特点,可用于薄壁加工,但是在加工过程中,冲液压力以及产生的高温都可能会使薄壁发生变形,此外当小孔深径比较大时,电火花加工过程中排屑困难,容易引二次放电现象致使薄壁的表面质量变差。针对上述问题,本文进行了高弹性合金3J33B小孔电火花摇动加工仿真及变形分析;优化了分步电火花摇动加工参数;制定了工艺流程,确定了首先用电火花小孔机加工方法加工出预孔,然后用分步电火花摇动加工方法对预孔进行半精加工、精加工扩孔加工的工艺方法,最终实现了高品质的双孔挠性薄壁电火花摇动加工。本文首先仿真分析了单孔电火花摇动加工流场,探究了电极和机床的相对摇动方向对电蚀产物排出的影响,以及机床的摇动速度和电极的自转速度对流场分布的影响;研究了冲液方式和压力对Ф2×8mm小孔加工和薄壁变形的影响;建立了电火花放电加工连续多脉冲温度场仿真模型,分析了放电能量对薄壁变形的影响。研究表明,热变形影响大于冲液压力引起的变形,其中影响热变形的电参数主次顺序为峰值电流、脉宽和脉间。薄壁变形量基本随着电流和脉宽的增大而增大,随着脉间增大只有小幅度的减小。然后,运用信噪比分析方法对高弹性合金3J33B电火花小孔加工试验进行了不同加工阶段的单目标参数优化,利用优选的各加工阶段的最优加工参数组合,使高弹性合金3J33B电火花加工的材料去除率提高了20.58%,孔端翻边宽度减小了10.19%,孔壁锥度减小了7.50%,表面粗糙度Ra减小了25.61%。最后,进行了双孔挠性薄壁的电火花加工工艺研究,提出高速旋转电极分步摇动加工方法,确定了双孔挠性薄壁加工的工艺流程。通过计算电极相对损耗和机床接触感知相结合的方法补偿电极的径向方向的损耗,实现了对摇动加工孔径大小的控制。加工出了单孔孔径为2mm,孔深为8mm,薄壁厚约为46.5μm的双孔挠性薄壁。薄壁厚度上下相对较为均匀,误差在3%以内,实现了高质量的双孔挠性薄壁电火花加工,证明了所提出的电火花加工方法在薄壁加工领域的可行性。