Ni-Al2O3功能梯度材料電火花加工仿真及實驗研究.pdf

1、航天航空技術(shù)的進步促使材料向具有多性能、多功能的復(fù)合材料不斷發(fā)展。金屬-陶瓷功能梯度材料有機地將金屬材料導(dǎo)電、導(dǎo)熱、高強度的特性與陶瓷的絕緣、絕熱、耐磨損的特性結(jié)合在一起,成為一種具有極大實用潛力的復(fù)合材料。經(jīng)過近三十年的發(fā)展,金屬-陶瓷功能梯度材料無論從設(shè)計理念上、功能形式上還是制備方法上都取得了可喜的成就。然而由于金屬-陶瓷功能梯度材料的自身特點,其材料組成在空間上變化,無法采用基于刀具的傳統(tǒng)切削加工方法對其進行加工。囿于材料加工手

2、段的限制,金屬-陶瓷功能梯度材料的應(yīng)用也受到了很大程度的制約。
　　為了解決金屬-陶瓷功能梯度材料加工困難的問題,亟需研發(fā)具有針對性的、適合于金屬-陶瓷功能梯度材料二次加工的特種加工方法。電火花加工充分利用了材料中金屬相可以導(dǎo)電的特點,可以作為金屬-陶瓷功能梯度材料二次加工的重要候選方法。
　　Ni-Al2O3功能梯度材料同時具有耐高溫、耐磨損的特性,不僅被廣泛當作熱應(yīng)力緩和材料以及抗沖擊緩和材料,也是金屬-陶瓷功能梯度材料

3、制備方法研究和測試方法研究中的常用材料。本文針對Ni-Al2O3功能梯度材料的電火花加工過程進行理論仿真以及實驗研究。
　　通過建立Ni-Al2O3功能梯度材料中梯度層電火花加工傳熱過程的有限元模型,從理論分析的角度去研究梯度層材料的電火花加工的材料去除方式。在理論分析的基礎(chǔ)之上進行了不同方面的實驗驗證,對具有較大陶瓷顆粒的金屬-陶瓷功能梯度材料的梯度層電火花加工的材料去除方式進行研究。對具有中等粒徑陶瓷顆粒的梯度材料以及較小粒徑

4、顆粒的梯度材料進行了對比實驗,研究其材料去除方式與粒徑大小的關(guān)系。
　　在明確材料加工機理的基礎(chǔ)之上,對Ni-Al2O3功能梯度材料進行電火花線切割加工工藝試驗。研究在Ni-Al2O3功能梯度材料在電火花線切割加工中各層材料互相影響的特點,以及這種相互作用對材料加工效率和表面粗糙度的影響。
　　進行Ni-Al2O3功能梯度材料的電火花打孔實驗。采集不同層的材料加工過程中的典型電壓、電流波形。通過中心復(fù)合實驗設(shè)計,建立了各層材

5、料的加工效率對電參數(shù)(電壓U,充電電流I,電容C)的響應(yīng)曲面模型。以提高材料加工效率為目標,進一步研究了加工所使用的加工參數(shù)對材料去除效率的影響。通過施加電極搖動的加工方式,增加了功能梯度材料純陶瓷層的加工深度。
　　本文從理論和實驗兩個方面對Ni-Al2O3功能梯度材料的電火花加工進行了研究,驗證了金屬-陶瓷功能梯度材料的可加工性。通過揭示其梯度層材料的電火花加工過程中材料去除方式以及加工中由于陶瓷顆粒的存在而產(chǎn)生的梯度層層間相