Ni-Al2O3功能梯度材料電火花加工仿真及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、航天航空技術(shù)的進(jìn)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(jī)地將金屬材料導(dǎo)電、導(dǎo)熱、高強(qiáng)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(shí)用潛力的復(fù)合材料。經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展,金屬-陶瓷功能梯度材料無(wú)論從設(shè)計(jì)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(diǎn),其材料組成在空間上變化,無(wú)法采用基于刀具的傳統(tǒng)切削加工方法對(duì)其進(jìn)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(wèn)題,亟需研發(fā)具有針對(duì)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(diǎn),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(shí)具有耐高溫、耐磨損的特性,不僅被廣泛當(dāng)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(cè)試方法研究中的常用材料。本文針對(duì)Ni-Al2O3功能梯度材料的電火花加工過(guò)程進(jìn)行理論仿真以及實(shí)驗(yàn)研究。
　　通過(guò)建立Ni-Al2O3功能梯度材料中梯度層電火花加工傳熱過(guò)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(jìn)行了不同方面的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,對(duì)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(jìn)行研究。對(duì)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(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn),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(jī)理的基礎(chǔ)之上,對(duì)Ni-Al2O3功能梯度材料進(jìn)行電火花線切割加工工藝試驗(yàn)。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(diǎn),以及這種相互作用對(duì)材料加工效率和表面粗糙度的影響。
　　進(jìn)行Ni-Al2O3功能梯度材料的電火花打孔實(shí)驗(yàn)。采集不同層的材料加工過(guò)程中的典型電壓、電流波形。通過(guò)中心復(fù)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),建立了各層材

5、料的加工效率對(duì)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(biāo),進(jìn)一步研究了加工所使用的加工參數(shù)對(duì)材料去除效率的影響。通過(guò)施加電極搖動(dòng)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(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)Ni-Al2O3功能梯度材料的電火花加工進(jìn)行了研究,驗(yàn)證了金屬-陶瓷功能梯度材料的可加工性。通過(guò)揭示其梯度層材料的電火花加工過(guò)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