機電工程學(xué)院本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計文獻模版

1、吉林化工學(xué)院文 獻 綜 述電火花毛（EDT）化加工機床Edm (EDT) machine tools性 質(zhì): 畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文教 學(xué) 院： 機電工程學(xué)院系 別：機械電子系學(xué)生學(xué)號：11410130學(xué)生姓名：羿慶安專業(yè)班級：機自1101指導(dǎo)教師：田愛華/申東輝職 稱：教授/助教起止日期：2015.3.22015.3.28吉 林 化 工 學(xué) 院Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計文獻綜述剖析電火花毛化加工機床摘要: 用分形幾何理論來表征電火花毛化表面微觀形貌，通過常規(guī)的表面粗糙度指標(biāo) Ra，建立主要放電參數(shù)與毛化表面分形參數(shù)之間關(guān)系

2、的數(shù)學(xué)模型1，利用分形參數(shù)研究電火花毛化加工參數(shù)對表面形貌的影響規(guī)律。在摩擦磨損分形預(yù)測模型的基礎(chǔ)，分析表面形貌分形參數(shù)對磨損率的影響。確定主要的放電加工參數(shù)脈沖峰值、電流和脈沖寬度所導(dǎo)致的加工表面形貌變化對最終的磨損表面的磨損性能的影響。結(jié)果表明,對于具體的加工電極及工件材料，可以由最佳分形維數(shù)來確定最佳的放電脈沖寬度和峰值電流，計算結(jié)果對實際加工有重要指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞: 電火花毛化；分形幾何；摩擦磨損；表面形貌1 發(fā)展領(lǐng)域目前汽車工業(yè)、家電領(lǐng)域以及冷軋薄板的深加工領(lǐng)域(如鍍鋅板)的用戶，都要求冷軋薄板表面具有特殊的毛化結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的噴砂打毛方法已不能滿足用戶的特殊要求。軋輥電火花打毛EDT是

3、一種快速、可靠的軋輥打毛技術(shù)。它對鋼板的深沖壓特性噴涂、噴鍍的外觀有較大的影響,是獲得預(yù)定的表面粗糙度，提高鋼板表面質(zhì)量的重要因素。軋輥毛化主要應(yīng)用在軋機最后機架、平整機和鍍鋅線光整機軋輥,軋輥表面粗糙度經(jīng)過軋制以一定傳遞率傳遞到帶鋼表面，它對于軋制后鋼板在退火過程中抗粘性能，平整后鋼板的深沖性能和噴涂、噴鍍性能，鍍鋅后鋼板的機械性能和表面形貌有重要影響，軋輥表面粗糙度及其在軋制過程中的變化是生產(chǎn)高質(zhì)量鋼板的重要因素，它會因毛化方式的改變而發(fā)生較大變化2。軋輥表面電火花毛化與傳統(tǒng)噴砂毛化相比優(yōu)點更多，軋輥毛化的傳統(tǒng)方法是噴砂處理，它是將金屬顆粒高速噴射到軋輥表面達到技術(shù)要求的一種加工方式，由于

4、它存在較多缺陷,并不是一種理想的加工方法。1.1軋輥噴砂毛化存在的主要問題（1）毛化高硬度軋輥有困難；（2）軋輥表面粗糙度值一般為R0=1.0一5.0峰值數(shù)不可控制；（3）軋輥表面粗糙度的偏差、不均勻性較大一般在土10%左右；（4）軋輥表面粉塵大；（5）對設(shè)備的損傷較大。1.2軋輥電火花毛化的主要優(yōu)點（1）毛化能力不受軋輥硬度影響；（2）整個輥身以及軋輥之間毛化程度一致性好,可重復(fù)性好；（3）軋輥表面粗糙度值可達到R0=0.5一1.3哪,峰值數(shù)可控制；（4）軋輥表面粗糙度和峰值數(shù)的變化(土4%)；（5）軋輥使用周期提高100%以上；（6）減少鋼板表面的臟物。2 電火花毛化的基本原理2.1 ED

5、T電火花加工技術(shù)軋輥毛化加工中的實際應(yīng)用其基礎(chǔ)是電弧腐蝕工藝: 將軋輥和電極浸沒在絕緣的工作液中，并在軋輥和電極上施加一定幅值和頻率的脈沖電壓，當(dāng)兩者之間的間隙小到一定值時，脈沖電壓使極間介質(zhì)電離、擊穿形成放電通道，這時通道間的電子高速奔向正極，正離子奔向負極。電能變成動能，動能通過碰撞又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。于是在通道?nèi)，正極和負極表面分別成為瞬間熱源，瞬時高溫 (約20000 )使工作液汽化和金屬材料熔化、汽化，汽化的氣體體積不斷向外膨脹，使大部分熔融金屬液體和蒸汽被排擠、拋出 而進入工作液中，這樣在軋輥表面就形成了一系列電蝕坑。隨著放電的持續(xù)進行，軋輥沿一系列電極旋轉(zhuǎn)，同時沿軸向運動，在軋輥上就可

6、加工出 有特定表面粗糙度 Ra和峰值數(shù) Pc的毛化表面3。整個毛化過程時間非常短，一個功率發(fā)生器每秒放電可達 400, 000次。同時，毛化的過程可以通過程序控制在一個非常精密的公差范圍內(nèi)。EDT毛化原理如圖 1 所示。 圖 1 EDT毛化原理圖2.2電火花產(chǎn)生的物理化學(xué)過程 電火花產(chǎn)生在一個非常短的周期內(nèi)，該周期由通電時間和斷電時間兩部分組成，毛化過程中電火花的頻率一般在4 khz400 khz以內(nèi)。電火花的產(chǎn)生過程 (如圖 2所示 )如下： 圖2 電火花的物理化學(xué)過程（1） 電極被給定初始電壓，電極與軋輥之間的電壓上升；（2）電介質(zhì)液中的添加物逐漸電離，在電極與軋輥之間逐漸形成電導(dǎo)橋，此時

7、電介質(zhì)液呈現(xiàn)絕緣狀態(tài)；（3）經(jīng)過一段延時時間后電介質(zhì)液電離完成，介質(zhì)液絕緣被破壞而呈現(xiàn)電導(dǎo)性，電極與軋輥之間的電導(dǎo)橋形成，電極與軋輥之間的電壓下降，等離子體開始放電，電極電源有電流流出，電火花產(chǎn)生；（4）電火花逐漸變大，軋輥以及電極表面的金屬開始熔化蒸發(fā)，軋輥表面開始產(chǎn)生麻坑 , 一個蒸汽氣泡形成，然后迅速破裂；4（5）通電結(jié)束、化電源關(guān)斷，電壓和電流迅速下降、電介質(zhì)液電離狀態(tài)被破壞，不再有熱量產(chǎn)生，脫落的金屬屑隨氣泡排出，同時熔化的金屬在麻坑附近重新凝固；（6）在斷電時間內(nèi)電壓保持為零，直到電介質(zhì)液狀態(tài)穩(wěn)定后，繼續(xù)開始下一個電火花周期。3 電火花表面處理及毛化技術(shù) 通常認(rèn)為電火花加工是一個熱

8、物理作用過程5，加工過程中其放電點附近可形成接近 10000 的局部高溫。因此適當(dāng)控制加工條件，并對工作液和電極材料進行適當(dāng)處理，應(yīng)能在被加工表面上形成抗磨損和抗氧化性能良好的加工表層。日本豐田工業(yè)大學(xué)毛利尚武等人對此進行了較為深入的研究。在小脈寬正極性精加工條件下，用Si電極對 Cr13和SUS304不銹鋼，及用WC-Co 粉末或 Ti 基粉末壓縮成型電極對碳鋼進行表面電火花強化處理，均取得了令人滿意的結(jié)果，其表面的抗腐蝕性和耐磨損性均大為提高。英國伯明翰大學(xué)的 J . Simao 及 Spark Tech 公司的EI - Menshawy 等人就冷軋輥表面的電火花毛化 ( EDT)技術(shù)進行

9、了一系列卓有成效的研究6。研究表明 ,EDT 工藝毛化后的軋輥表面的 Ra 均勻，再現(xiàn)性好，可通過調(diào)節(jié)脈沖放電參數(shù) (如脈寬、脈間、峰值電流及電壓等) 來控制 Ra 的大小；其毛化表面的粗糙度選定范圍較寬，可達 Ra0. 510m；而且由于EDT工藝不受被加工材料硬度的限制，因此允許軋輥選用高硬度和耐磨性好的材料。此外，由于火花放電所產(chǎn)生的局部高溫，加上絕緣工作液的作用，使 EDT對軋輥表面具有淬火作用，大大提高了軋輥表面硬度及軋輥使用壽命。4 軋輥毛化處理技術(shù)4.1常用的軋輥毛化技術(shù)種類目前常用的軋輥毛化技術(shù)有：噴丸毛化 ( SBT)、電火花毛化( EDT)、激光毛化 ( LT)、電子束毛化

10、( EBT)7。噴丸毛化 ( SBT)是最傳統(tǒng)的毛化方法，其利用高速旋轉(zhuǎn)的離心輪將具有尖銳邊緣、高硬度的沖擊材料 (一般為鋼丸 )加速噴向欲毛化的軋輥，當(dāng)沖擊粒子撞擊到軋輥表面時 , 在軋輥表面 “切割”下細小的金屬微粒，軋輥表面的毛化形貌具有隨機性和不均勻性 , 目前冷軋產(chǎn)品很少使用此方法。激光毛化 (LT)是采用高能量脈沖激光束作用于軋輥表面7，使之加熱、熔化并部分汽化，當(dāng)脈沖停止時溶化物快速冷卻凝固形成凸緣；通過調(diào)節(jié)加工毛化工藝參數(shù)，可精確控制軋輥表面的毛化坑形及分布；但由于LT毛化冷軋鋼板的凹坑排列過于整齊和具有規(guī)則，在噴漆后往往還能隱約看到凹坑所形成的螺旋紋路，影響了噴漆后板材的美觀

11、性，使其應(yīng)用 推廣有一定的局限性。電子束毛化 (EBT)是最新發(fā)展且還未形成工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的一種軋輥毛化技術(shù)，但因其設(shè)備十分昂貴，且工藝需要在真空中實現(xiàn)，這就限制了EBT工藝的推廣和實際應(yīng)用。電火花毛化(EDT)是利用瞬間的高能量脈沖電能，在電極與軋輥間形成高溫、高壓區(qū)域，電極瞬時通電時與軋輥之間產(chǎn)生一個電火花，每個電火花在軋輥表面形成一個麻坑，軋輥表面逐漸被毛化。近年來，隨著 EDT工藝技術(shù)的逐漸成熟，不僅可適應(yīng)于不同材質(zhì)、硬度的軋輥毛化處理；且 EDT加工出的軋輥表面均勻，粗糙度 Ra值范圍寬 (0. 5 m 15 m) , 峰值數(shù) Pc也可以很高，這兩個關(guān)鍵參數(shù) Ra和Pc均有可控性8，

12、重復(fù)性也很好，再加上其投資和設(shè)備運行成本相對較低的特點，所以EDT技術(shù)已成為目前最具產(chǎn)業(yè)化價值的軋輥毛化技術(shù)，能夠很好地滿足汽車制造商對毛化的多種要求。5 電火花毛化設(shè)備及毛化方式比較分析5.1電火花毛化機床的基本配置電火花毛化機床的基本配置包括：床身、頭架、尾座、中心架、自動夾持裝置、軋輥自動對準(zhǔn)裝置、功率發(fā)生器模塊 、電極、電極伺服系統(tǒng)、電極間隙控制系統(tǒng)等。EDT機床的外形結(jié)構(gòu)與軋輥磨床相似，只是增加了電極及相應(yīng)的配套工作設(shè)備。在整個EDT毛化工過程中，電介質(zhì)液的循環(huán)系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的部分，它用來保護電極和保證毛化質(zhì)量。根據(jù) EDT的基本原理，目前主要有電極掃描毛化和電極固定毛化兩種軋輥表面

13、處理方式。95.2 電極掃描毛化和電極固定毛化兩種處理方式的主要比較分析（1）電極掃描毛化處理方式 : 其工作過程類似于軋輥磨床，只是它用電極掃描頭代替了砂輪。電極掃描毛化方式是軋輥不進行軸向運動，而是通過毛化站沿軋輥輥身方向的水平運動來對整個軋輥進行毛化的。毛化站包括功率發(fā)生器 、電極 、電極控制系統(tǒng) 、 裝有電介質(zhì)液的剛體及循環(huán)過濾系統(tǒng) 、密封裝置等。以每9個電極為一排的 掃描頭安裝在伺服閥上，每個伺服閥上安裝 2 排電極。毛化站的兩邊每邊可以并排安裝 2個伺服閥，總共可以安裝 72個電極。電極和小部分輥身是浸在密封剛體的電介質(zhì)液中，所以整個毛化系統(tǒng)所需要的電介質(zhì)液相對較少。但因在毛化過程

14、中，無法實現(xiàn)單一電極的距離調(diào)整，會出現(xiàn)每個電極的消耗長短不一的現(xiàn)象，使電極和軋輥輥身的間隙大，這樣就會增加毛化時間，降低軋輥毛化效率。為此，通過使用 特殊材料加工的電極，并在電介質(zhì)液中加入一定比例的添加劑 (一般為石墨 )來使放電更加均勻有效，滿足生產(chǎn)效率的要求。（2） 電極固定毛化處理方式 : 電極固定毛化方式是毛化軋輥時，整個床身靜止軋輥以一定行程沿軸向進行往復(fù)運動。通過控制單個電極的辦法來保證每個電極和軋輥輥身的距離恒定。該毛化方式是必須將軋輥的中心線浸沒在電介質(zhì)液以下一定位置，所有電極并排固定在電介質(zhì)液槽中，分兩排排列在電介質(zhì)液槽下，并和機床中心線成 45 °方向排列，標(biāo)準(zhǔn)情

15、況下以 27個電極為一排，且每個電極都配備有一個單獨的液壓伺服定位驅(qū)動器。電極是用銅質(zhì)材料加工制成的，因電極與軋輥的間隙可以控制在很小的范圍，故電介質(zhì)液不需添加任何添加劑，但該毛化方式的電介質(zhì)液循環(huán)系統(tǒng)比電極掃描毛化方式的大，需要配置的電介質(zhì)液較多。在毛化較短的軋輥時，僅軋輥輥身周圍的電極工作，超出 輥身長度的電極不工作；如果要增加軋輥的毛化長度，必須要在預(yù)留的電極槽中增加電極和相應(yīng)其它裝置。6 電火花加工技術(shù)的發(fā)展趨勢6.1電火花加工技術(shù)的研究與發(fā)展趨勢 目前電火花加工技術(shù)的研究與發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面 :（1）加工微細化隨著工程技術(shù)領(lǐng)域?qū)ξ⑿蜋C械的迫切需求，微細加工已不再是微電子機

16、械技術(shù)的代名詞。微細電火花加工技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從簡單的軸孔加工逐步拓展到微三維結(jié)構(gòu)型腔的制作中。微細電火花加工技術(shù)有望成為三維實體微細加工的主流技術(shù)之一。（2）加工裝置的微小型化由于電火花加工中工具電極與工件之間沒有宏觀作用力，因此，將電火花加工裝置、尤其是電極驅(qū)動機構(gòu)進行微小型化，使電極進給驅(qū)動系統(tǒng)的慣性得以大幅度減小，必將更好地發(fā)揮電火花加工技術(shù)的工藝特點。（3）新型元器件的成功應(yīng)用不斷地吸收現(xiàn)代科技發(fā)展的精髓是任何制造技術(shù)得以生存和發(fā)展的前提。目前一些新型開關(guān)元件如IGBT，大規(guī)模集成電路芯片如FPGA 、DSP，新型壓電材料等均已在電火花加工機床的脈沖電源、控制系統(tǒng)及驅(qū)動裝置上得到了

17、極為成功的應(yīng)用10，大大地提高了EDM 的加工性能與工藝指標(biāo)。（4）硬件軟件化軟件在電火花加工機床上所占的比重日趨增大。這一趨勢表明，一些新的軟件平臺、數(shù)控技術(shù)有可能很快地融入電火花加工技術(shù)中，從而將極大地提高電火花加工技術(shù)的快速響應(yīng)能力。（5）現(xiàn)代制造模式的滲透人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)制造、綠色制造、敏捷制造等新概念正逐漸滲透到電火花加工領(lǐng)域中。（6）新工藝的出現(xiàn)借助現(xiàn)代化的研究手段，人們對電火花加工技術(shù)的研究正向更深層次發(fā)展。總結(jié)綜上所述，電極掃描和電極固定兩種電火花毛化機床雖然使用相同的毛化原理，但其設(shè)計理念不同，所以具體實現(xiàn)過程存在著不同特點。電極掃描毛化的定位精度高，毛化液消耗低，設(shè)備簡單

18、，用這種方法把軋輥磨床改造為電火花機床是一種經(jīng)濟方法，但軋輥兩端有局部無法毛化處理。電極固定毛化的電極加工簡單、更換方便，且能夠?qū)⒄麄€輥身進行毛化，它通過在對不同粗糙度范圍和峰值密度進行不同方式的操作，毛化效果較好，適用于軋輥輥身長，產(chǎn)品定位高的冷軋生產(chǎn)線上。在具體設(shè)備選型上應(yīng)根據(jù)工藝要求和磨輥間其他設(shè)備的情況進行選擇，以實現(xiàn)最大效益化。11參考文獻：1曹風(fēng)國.電火花加工技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20042盧存?zhèn)?電火花加工工藝.北京:國防工業(yè)出版社,19883畢承恩,丁乃建.現(xiàn)代數(shù)控機床,北京:機械工業(yè)出版社,19914趙志業(yè).金屬塑性變形與軋制原理,北京:冶金工業(yè)出版社,19995王廷溥

19、.軋鋼工藝學(xué).北京:冶金工業(yè)出版社.19806S. Kumanan, C.P. Jesuthanam, R. Ashok Kumar, “Application of multiple regression and adaptive neuro-fuzzy inference system for prediction of surface roughness”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 35, 2008, pp. 778-7887程周.電氣控制技術(shù)與應(yīng)用.福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社,20048郁漢琪

20、,郭健.可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京:中國電力出版社,20049Shibendu Shekhar Roy, “Design of adaptive neuro-fuzzy inference system for prediction surface roughness in turning operation”,Journal 10Puertas, C.J. Luis and L. Alvarez, “Analysis of the influence of EDM parameters on surface quality, MRR and EW of WC-Co”,Journal of Materi