低频振动辅助电火花铣削加工过程仿真研究

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电火花铣削加工中经常发生短路、拉弧等现象,给工件施加振动可以有效的减少短路、拉弧,提高正常放电概率,从而提高电火花铣削加工的效率。在电火花加工中采用合理的冲液方式,可以促进蚀除产物的排出,进而提高电火花加工效率。研究中心冲液式低频振动辅助电火花铣削加工间隙流场和放电加工时工件表层温度场,对于理解低频振动辅助电火花铣削加工的基本规律和揭示低频振动辅助电火花加工基本原理具有重要意义。本文通过理论分析、仿真分析、实验验证相结合的方法,对中心冲液式低频振动辅助电火花铣削加工间隙流场和低频振动辅助电火花加工温度场进行系统的研究,具体研究内容如下:对中心冲液式低频振动辅助电火花铣削加工间隙流场进行了理论分析,建立了二维旋转轴对称间隙流场数学模型和蚀除颗粒分布模型,利用Fluent有限元软件仿真分析了间隙流场内压力、速度、蚀除颗粒的分布规律。对冲液压力和电极转速对间隙流场的影响进行了仿真分析和实验验证,研究结果表明:间隙流场内速度、压力随冲液压力的增大而增大;冲液压力的增大可以促进底面间隙蚀除产物的排出,从而提高电火花铣削加工效率。间隙流场内速度随电极转速的增大而增大,电极旋转可以促进底面加工间隙蚀除产物的排出,有利于电火花铣削加工效率的提高。对振幅和振动频率对间隙流场的影响进行了仿真分析和实验验证,研究结果表明:振动使间隙流场内的流体X方向速度、Y方向速度、总速度都增大且呈周期性变化,流体速度的周期性变化有利于蚀除产物的排出;间隙流场内X方向平均速度、Y方向平均速度随振幅的增大而增大,颗粒平均逃逸时间随振幅的增大而减小;振幅的增大可以减少蚀除产物在工件加工表面的堆积,促进蚀除产物的排出,提高电火花铣削加工效率;间隙流场Y方向平均速度随振动频率的增大而增大,颗粒平均逃逸时间随振动频率的增大而减小;振动频率的增大可以使蚀除颗粒在间隙流场Y方向上分布的更均匀,减少蚀除产物在工件加工表面的堆积。对低频振动辅助电火花加工单脉冲放电温度场进行了理论分析,利用Abaqus有限元仿真软件建立了三维轴对称仿真模型;对工件被加工区域随电火花单脉冲放电时间的变化规律,单脉冲放电凹坑宽度、凹坑深度随放电电压的变化规律进行了仿真分析和实验验证,研究结果表明:单脉冲放电凹坑宽度和深度随放电电压的增大而增大。对低频振动辅助电火花铣削加工温度场进行了仿真分析和实验验证,研究结果表明:工件加工凹槽的宽度和深度、铣削加工中心区域温度都随放电电压的增大而增大,随工具电极转速的增大而减小。可以采用适当提高放电电压、降低电极转速的方法获得更高的加工效率,采用适当降低放电电压、提高电极转速的方法获得更小的加工表面粗糙度。
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