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1、毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械 072 姓名 XX 下发日期 2011-3-6 题目题目微细电火花加工中工具电极及加工材料蚀除温度场仿真 专题专题 主主 要要 内内 容容 及及 要要 求求 主要内容：本次设计的课题是微细电火花加工中工具电极及加工材料蚀除温度场 仿真。通过利用 Marc 软件模拟单脉冲条件下微细电火花加工过程中工具电极和工件 的温度场变化。 要求： （1）以传统电火花加工理论为基础，从电火花加工中影响材料放电蚀 除的主要 因素入手，分析微细电火花加工的机理和特点； （2）翻译不少于 5000 字的外文资料； （3）熟悉 M
2、arc 软件指令，会利用该软件进行建模，模拟温度场； （4）建立微细电火花的热源模型，通过温度场仿真结果，揭示微细电火花加工过 程中工具电极和工件温度场的变化规律和特性； （5）整理资料、撰写论文，内容不得少于 2 万字，要求内容丰富，图文并茂。 主要技主要技 术参数术参数 脉冲电压 25V ；峰值电流 2.2A ；脉宽 8m ；脉间 20m ； 黄铜，高速钢物性参数曲线图；1/4 模型 ；m50m100m100 进进 度度 及及 完完 成成 日日 期期 3.83.15 查找相关资料，熟悉课题内容和相关知识，进行毕业实习。 3.163.21 安装 Marc 软件，学习并熟悉软件命令。 3.22
3、3.29 查找和学习资料，加深微细电火花加工相关理论知识。 3.304.6 翻译外文资料。 4.74.14 书写论文第一部分，即绪论部分。 4.154.30 书写论文第二部分，即微细电火花加工相关原理部分。 5.15.31 书写论文第三部分，并且学习利用 MARC 软件模拟温度场。 6.16.16 反复整理和修改论文，最终完成论文。 6.176.20 做好 ppt,打印和装订论文，做好论文答辩准备。 教学院长签字日 期教研室主任签字日 期指导教师签字日 期 指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 指导
4、教师给定 成绩(30%) 评阅人给定 成绩(30%) 答辩成绩 （40%） 总 评 答辩委员会主席 签字 评 定 成 绩 摘要摘要 微细电火花加工是电力、磁力、热力、流体动力、电化学等综合作用的过程，但 其本质是热过程，其中热力在微细电火花加工过程中起了决定性的作用。因此，研究 微细电火花加工中温度场的变化规律是十分必要的。 在本论文中，通过选取合适的热源模型，利用MARC软件对单脉冲条件下微细电 火花加工中工具电极和工件的温度场进行了数值模拟，分析了微细电火花加工中工具 电极和工件材料的温度场变化规律，这有助于更加深入的了解微细电火花加工过程中 能量及热传导状况，促进了对微细电火花加工机理的
5、理解。另外，在实际应用中，模 拟微细电火花加工中工具电极和工件材料温度场对于改进其加工方法，预测工艺参数， 提高加工零件表面质量等方面也具有很重要的意义。 关键词关键词:微细电火花加工；温度场仿真；有限元；MARC 软件 Abstract Micro-EDM is the electrical, magnetic, thermal, fluid dynamics, electrochemistry and other comprehensive process, but its essence is the process of heat, heat played a decisive rol
6、e in the micro-EDM process. Therefore, the study of the temperature variation in micro-EDM is very necessary. In the paper, by selecting the appropriate heat source model, I used MARC software to simulate tool electrode and workpiece temperature field in single-pulse conditions micro- EDM, furthermo
7、re, I analysed micro-EDM tool electrode and workpiece materials temperature variation, which helps me have a more in-depth understanding of energy and heat transfer conditions in micro-EDM process, it also promote me the understanding of the mechanism of MEDM . In addition, in practical applications
8、, the simulation of tools electrode and the workpiece material temperature field for micro-EDM can help improving processing methods, predicting process parameters and improving the surface quality,which also has very important significance. Key words:Micro-EDM；Temperature Field Simulation；Finite el
9、ement；MARC Software 目录目录 摘要摘要I ABSTRACTII 目录目录 III 第第 1 章章 绪论绪论.1 1.1 课题研究的目的和意义.1 1.2 微细电火花加工的研究现状及成果.1 1.3 有限元法仿真在电火花加工中的应用.5 1.4 课题的主要研究内容.7 第第 2 章章 微细电火花加工的相关原理微细电火花加工的相关原理.9 2.1 微细电火花加工的基本原理.9 2.2 微细电火花加工的微观过程.10 2.3 微细电火花加工的实现条件.10 2.4 微细电火花加工的工作介质选择.11 2.5 微细电火花加工过程中的极性效应.12 2.6 微细电火花加工技术的特点.
10、13 2.7 本章小结.14 第第 3 章章 单脉冲条件下微细电火花加工的温度场仿真分析单脉冲条件下微细电火花加工的温度场仿真分析.15 3.1 微细电火花加工温度场分析.15 3.2 温度场仿真软件.19 3.3 单脉冲温度场的数值模拟.28 3.4 本章小结.34 结论结论.35 参考文献参考文献.36 致谢致谢.38 附件附件 139 附件附件 258 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 对微细加工极限的追求逐渐成为现代制造技术中发展的趋势之一。而微细电火花 加工方法由于具有在加工过程中对工件的宏观作用力小，加工精度高，能加工微三维 结构等特点，在
11、微细加工中具有重要的作用。 微细电火花加工是电力、磁力、热力、流体动力、电化学等综合作用的过程，但 其本质是热过程。在微细电火花加工过程中，对工件的蚀除作用力虽然很多很复杂， 但热力起了最主要的作用。因此，模拟微细电火花加工过程中工具电极和工件的温度 场变化规律对于理解微细电火花加工的机理和特点具有重要的作用，此外，研究温度 场的规律也可以预测工艺参数，这对于改进加工方法，提高工件加工速度，提高表面 加工质量也具有重要的意义。 1.2 微细电火花加工的研究现状及成果微细电火花加工的研究现状及成果 现代制造技术的发展有两大趋势，一个是向着自动化、柔性化、集成化、智能化 等方向发展，即现代制造系统
12、的自动化技术；另一个就是寻求现有制造技术的自身微 细加工极限。 众所周知，传统的机械加工并不擅长加工尺寸极小的形体，随着工程技术领域对 微型机械的迫切需求，微细加工技术正受到人们普遍的关注。由于微细电火花加工 （Micro-EDM，以下简称为 MEDM)拥有独特的优点，所以能制成各种极微细的高硬度 （金刚石烧结体，硬质合金等）工具、模具及复杂形状的三维工件。相对于微电子机 械技术而言，微细电火花加工具有设备造价低廉，加工精度高且适应性广，并可加工 出复杂的三维曲面微细结构等特点。因此，微细电火花加工技术将会成为微细三维结 构模具型腔制作的主流技术之一。 电火花加工的成形加工是以孔、沟槽、型腔等
13、凹形工件为主体的一种加工方法。 在多数情况下用其他加工方法，如铣削车削磨削等加工方法也能使工件较容易地加工 出来，所以电火花加工所起的作用便不是唯一的。但是，在进行微细尺寸加工时，例 如像切削微细轴这类工件用一般切削方法就会因受切削力等方面的影响而引起弯曲， 此时 MEDM 便能起重要作用。 微细电火花加工一般应用于以下加工： （1）微细轴、销、棒类的加工。 利用微细电火花加工方法可制成直径为 5m 左右的微细轴及单边为 10m 左右 的异形销等工件。如果用 CNC 控制线电极的导向器位置，还能加工出带有锥度斜面 及螺旋面等复杂形状的凸形工件。此外，只要加工装置的行程允许，能制成很长的棒 形件
14、。 （2）微小孔、2.5 维形状、3 维形状加工。 利用微细电极，日本已能较容易地加工出圆、方、三角形以及各种剖面形状的微 细孔。目前其应用范围是：圆孔直径为 5m 左右；方孔单边为 10m 左右；可加工 材料为金属、合金、导电性陶瓷等；在加工深度上，可以加工出微孔深度超过直径 2 倍或在直径超过 50m 的情形下加工出孔深达到直径 5 倍的深孔。 利用微细电火花线切割能很容易地加工出 2.5 维形状的工件，但是在其拐角处会带 有超出线电极半径的圆弧；3 维型腔加工困难更大。但是最近研制成功的利用简单的棒 状电极，边借助于 CNC 扫描、边进行加工的方法已使 3 维型腔加工成为可能。特别是 当
15、与 WEDG 方法相结合时，能加工出拐角锐利的 3 维微细型腔。因此人们可以以此作 为制造微细模具的有力手段。 （3）微小模具加工。 模具制造已成为电火花加工最大的应用领域，而随着一部分模具的微细化， MEDM 的应用是必然趋势。可以认为，今后在模具尺寸上会提出更加微细化的需求， 因此，有必要以冲压模、压铸模、精密铸造模等模具为中心，按照 100m 以下的尺寸 加工要求来进行应用研究。 以往与微细加工相关的，多数为孔或狭缝加工，而现在已扩大到加工 3 维形状的 型腔及凸形零件，同时还能直接用于加工微细凸透镜及表面装饰用铸模、压印模等模 具。 从总体来说，微细电火花加工技术在国际和国内都取得了较
16、大进展，日本已到了 实用化的阶段。我国目前的微细电火花加工技术和用于该技术的微小驱动装置也已经 取得了阶段性的突破和成果，用微细电火花加工技术已经能制作 15m 的微细轴和 19m 的微小孔，接近国际先进水平。 微细电火花加工技术具有电极制作简单、电极与工件间宏观作用力小、可控性好 等优点，微细电火花加工技术已成为微机械制造领域的一个重要组成部分，在精密机 械加工、微电子技术、生物医学工程、航空航天、光学、通讯、模具等领域有着广泛 的应用前景。 结合我国微细电火花成形加工技术的实际情况，比如在电火花成形加工工艺技术 方面，我们有不少能工巧匠，在长期的生产实践中积累了丰富的工艺经验，加工出许 多具有国际领先水平的工件。也就是说，在工艺领域我们具有相对的技术优势，如果 投入一定的技术力量认真研究，我国微细电火花成形加工技术将会有更大的进展和突 破。现在，国际上微细电火花加工技术发展主要有几个趋势，在某种程度上来说，这 也是它的发展特点：
