【摘 要】
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形状记忆合金具有优异的力学性能与高形状记忆恢复率,在航空航天、生物医疗等领域有着广泛的应用,但由于其特殊的物理性能,传统加工方法(车削、磨削)加工效果较差,难以保证加
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形状记忆合金具有优异的力学性能与高形状记忆恢复率,在航空航天、生物医疗等领域有着广泛的应用,但由于其特殊的物理性能,传统加工方法(车削、磨削)加工效果较差,难以保证加工精度和表面加工质量。慢走丝电火花线切割加工(low speed wire electrical discharge machining,简称WEDM-LS)作为一种无宏观切削力的特种加工方法,不受材料性能限制,能加工任何强度的导电材料且具有加工精度高和加工质量高的特点,因此非常适合形状记忆合金的加工。但是传统WEDM-LS的加工效率是比较低的且大厚度工件加工困难,同时现代制造业的发展对线切割加工质量提出了更高的要求。为此,本文提出了超声磁场复合WEDM-LS的加工工艺,通过对电极丝振动特性及温度场进行研究,探索了超声磁场复合WEDM-LS的加工机理,结合相应的工艺试验,解决了传统WEDM-LS效率低的问题并改善了加工质量。首先对超声磁场复合WEDM-LS中的电极丝进行受力分析,基于机械振动力学基本理论建立了电极丝振动状态数学模型,根据模型求解出电极丝的振动响应并利用MATLAB编写程序对电极丝振动状态及放电点分布进行了仿真,通过仿真分析超声振动和磁场对电极丝振动状态及加工性能的影响。仿真结果表明超声振动和磁场改变了电极丝的振动形态,使得振幅增大同时放电点分布更加均匀。然后从磁场辅助WEDM-LS放电通道内带电粒子受力分析入手,得出了带电粒子的运动轨迹为摆线并计算出带电粒子运动轨迹长度,通过带电粒子运动轨迹长度推导出磁场辅助WEDM-LS放电电流计算公式,并从理论上分析了磁场对慢走丝线切割加工的影响。接着根据推导出的放电电流计算公式推导出磁场辅助WEDM-LS的能量分配比例、热流密度及放电通道半径的函数表达式,建立了磁场辅助WEDM-LS温度场模型,通过有限元仿真软件ANSYS对单脉冲温度场进行了仿真,研究了脉冲宽度和峰值电流对放电蚀坑尺寸的影响并同传统WEDM-LS进行了对比。随后基于磁场辅助WEDM-LS温度场仿真结果建立了材料去除率和表面粗糙度预测模型。最后进行了传统WEDM-LS、超声辅助WEDM-LS、磁场辅助WEDM-LS和超声磁场复合WEDM-LS四种工艺的加工试验,从材料去除率、加工表面粗糙度和三维形貌等方面分析了超声振动和磁场对慢走丝线切割加工的影响,同时总结了复合加工的工艺规律,试验结果表明超声磁场复合WEDM-LS的加工效果最好,在提高加工效率的同时能显著改善表面加工质量。
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