国家自然科学基金(51075399)
- 作品数：13 被引量：33H指数：3
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- Al_2O_3陶瓷引弧微爆炸加工温度场模拟
- 2012年
- 建立了Al2O3陶瓷引弧微爆炸加工(micro-detonation of striking arc machining,MDSAM)过程的传热模型,基于有限元理论,利用ANSYS软件对加工过程中的温度场分布进行了模拟。结合材料性质,对模拟和实验得到的蚀坑尺寸进行了比较,并分析了加工参数对温度场的影响。模拟结果表明,Al2O3陶瓷引弧微爆炸加工时在给定的加工参数下的最高温度可达13 435℃,且高温影响区范围很小,加工实验与模拟结果符合较好。随着脉冲宽度和工作电流的增加,加工区域的温度以及蚀坑的半径和深度增大;随着喷嘴半径的增大,加工区域的温度降低而蚀坑的径深比增大。模拟结果可为Al2O3陶瓷引弧微爆炸加工过程中表面形貌的预测、材料去除机理的揭示以及加工参数的选择等提供参考。
- 张保国林克凌田欣利薛春芳李富强
- 关键词：温度场AL2O3陶瓷
- Si_3N_4陶瓷引弧微爆炸加工温度场模拟被引量：1
- 2012年
- 建立Si3N4陶瓷引弧微爆炸加工过程中温度场的数学模型,进一步明确了该新型加工技术的加工机理。基于有限元理论,利用工程数值模拟软件Patran和Nastran对Si3N4陶瓷引弧微爆炸加工的温度场分布进行了模拟,对加工后冲击凹坑的深度和宽度进行了预测,得到了不同加工参数对冲击凹坑形状的影响规律。仿真结果表明:Si3N4陶瓷引弧微爆炸加工的最高温度达到12 000℃以上,但高温影响区范围很小;其温度分布在加工区内随着脉冲持续时间的增加和加工电流的增大而增加,在加工区外温度保持室温不变。模拟结果为Si3N4陶瓷表面形貌的预测、引弧微爆炸加工机理的揭示、加工参数的合理选择等提供了理论依据。试验验证了仿真结果的正确性。
- 田欣利林克凌薛春芳张保国郭昉
- 关键词：SI3N4陶瓷温度场有限元脉冲
- Si_3N_4陶瓷激光加热辅助引弧微爆炸加工温度场仿真被引量：5
- 2013年
- 介绍了激光加热辅助引弧微爆炸加工技术,建立了温度场数学模型,使用有限元分析软件计算出了加工Si3N4陶瓷时的温度场分布,并研究了工艺参数对温度场的影响。仿真结果表明:用激光加热辅助引弧微爆炸加工使加工温度得到提高,从单独使用引弧微爆炸加工的12 600℃提高到14 381℃;其最高温度随着激光功率的增大而升高,随光斑尺寸的增大而减小,随激光加热点距引弧微爆炸加工点距离的增大先增大后减小,随进给速度的增大而减小。研究结果为揭示激光加热辅助引弧微爆炸加工机理和选择合理工艺参数提供了理论依据。
- 田欣利李富强王朋晓王龙唐修检
- 关键词：SI3N4陶瓷温度场有限元仿真
- 工程陶瓷引弧微爆炸加工技术参数分析及性能特点
- 2012年
- 从系统组成、工作原理、工艺参数、技术特点等方面,介绍了一种新开发的适用于工程陶瓷材料粗加工的引弧微爆炸加工技术,分析了影响加工过程的典型工艺参数,总结了该技术的性能特点。引弧微爆炸加工系统的主要部件为专用脉冲电源及微爆炸发生器,系统工作时生成的微爆炸等离子体射流具有高温高压特性,作用于陶瓷材料表面生成一个圆形蚀坑。加工过程中的工艺参数主要包括喷嘴孔径、工作电流、工作气压、工作脉宽及工作距离。该技术具有低成本、工艺灵活、热损伤小、加工范围广及加工后表面粗糙等特点。
- 张保国田欣利王健全李富强王鹏晓
- 关键词：工程陶瓷工艺参数
- 工程陶瓷引弧微爆炸加工中等离子体射流的光学特征被引量：4
- 2011年
- 引弧微爆炸加工是一种新型工程陶瓷特种加工技术,其能量通过等离子体射流输出,由于加工过程伴随着强烈的光和热,直接测试十分困难。通过高速摄像技术和光谱分析技术,综合对等离子射流的外部形态和内部物理状态进行研究。利用高速摄像,观察射流的外观以及氮化硅和氧化铝两种陶瓷材料加工时的材料去除过程。观察发现,射流直径随电流值的增大而增大,单脉冲加工时蚀坑直径随着加工时间逐渐扩展,蚀坑形状近似为球冠形;结合材料性质,推断出氮化硅陶瓷加工时分解,氧化铝陶瓷加工时直接熔化。对等离子体射流的光谱分析,采用氢原子示踪法,选择Hα谱线进行。分析结果显示,采用斯塔克展宽法获得的等离子体的电子密度在1016～1017 cm–3范围内,满足局部热力学平衡状态,并分析了加工参数对电子密度的影响规律。
- 田欣利张保国杨俊飞郭昉毛亚涛
- 关键词：等离子体射流光谱分析工程陶瓷
- 引弧微爆炸加工温度场模拟及实验研究被引量：1
- 2011年
- 建立了Si_3N_4陶瓷引弧微爆炸加工过程的传热学模型,并基于有限元理论,利用大型的高级数值仿真软件COMSOL Multiphysics对Si_3N_4陶瓷引弧微爆炸加工的温度场分布进行了模拟,并结合实际加工过程,对加工后冲击凹坑的宽度和深度进行了预测。仿真结果表明,Si_3N_4陶瓷引弧微爆炸加工在给定的加工参数下的最高温度可达到12 100℃,但高温影响区范围很小;其材料的去除率随着脉冲宽度和加工电流的增加而增加,随着喷嘴半径的增加先增加后减小;径深比随着脉冲宽度和加工电流的增加而减小,随着喷嘴半径的增加而增加。实验验证了仿真结果的正确性。
- 林克凌张保国薛春芳田欣利杨俊飞
- 关键词：SI3N4陶瓷温度场有限元数值模拟
- SiC陶瓷引弧微爆炸单脉冲加工试验及仿真(英文)
- 2013年
- 引弧微爆炸技术是一项最新提出的适用于工程陶瓷材料的高能束流加工技术,在加工时,高温高压的等离子体射流从微爆炸发生器喷出,作用于材料表面,材料在烧蚀和冲蚀的综合作用下被去除,生成一个圆形蚀坑。本文对SiC陶瓷引弧微爆炸单脉冲加工进行了实验研究,讨论了工艺参数对加工效率的影响,并对加工过程中的温度场进行了仿真,分析了SiC陶瓷引弧微爆炸加工时的材料去除机理。结果表明,SiC陶瓷引弧微爆炸单脉冲加工后材料表面存在加工损伤层,工艺参数对加工效率影响显著,仿真得到的蚀坑尺寸与实验结果符合良好,SiC陶瓷主要依靠引弧微爆炸产生的高温等离子体射流引起的氧化和分解作用去除。研究为引弧微爆炸加工机理的揭示以及工艺参数的优选提供了理论依据。
- 张保国田欣利李富强唐修检王健全
- 关键词：SIC单脉冲温度场
- 工程陶瓷引弧微爆炸加工中阳极选择及微爆炸发生器设计
- 2012年
- 引弧微爆炸加工是一项最新开发出的工程陶瓷材料特种加工技术,为了开发出稳定性好、加工效率高,以及使用成本低的引弧微爆炸加工系统,对阳极接入方法及微爆炸发生器的结构进行了研究。结果显示,利用微爆炸发生器的喷嘴作为加工系统的阳极,加工过程稳定,加工后的工件质量较好;微爆炸发生器采用了基于成本和效率的设计方案,利用压缩气流对喷嘴进行冷却,利用高压冷却水对电极进行冷却,取得了较低的加工成本和较高的加工效率。研究结果为该技术的发展及应用奠定了良好的基础。
- 张保国田欣利张建坤李富强王健全
- 关键词：工程陶瓷阳极
- 基于能量密度的工程陶瓷特种加工去除机制被引量：2
- 2013年
- 为了揭示工程陶瓷材料在加工过程中的材料去除机制,对几种典型陶瓷特种加工技术的能量密度进行了研究.以激光加工、辅助电极法电火花加工、高压磨料水射流加工、引弧微爆炸加工4种工程陶瓷加工技术为研究对象,对加工过程中的能量密度进行了定量计算.计算结果表明,激光、辅助电极法电火花加工是通过高密度热能作用于陶瓷表面时产生的高温烧蚀作用去除材料,高压磨料水射流加工是通过具有高密度冲量的磨粒对材料的冲蚀作用去除材料,而引弧微爆炸加工去除材料可以归因于高能量密度的烧蚀和冲蚀协同作用.研究结果表明:实现陶瓷材料去除最根本的原因是加工过程中产生的高能量密度.
- 田欣利张保国郭昉王健全林克凌
- 关键词：工程陶瓷高能量密度冲蚀氮化硅陶瓷氧化铝陶瓷
- 激光加热辅助引弧微爆炸加工工程陶瓷的试验研究
- 2012年
- 为验证激光加热辅助技术改善引弧微爆炸加工质量和提高加工效率的可行性,探索加工工艺参数对加工过程的影响规律,设计了激光加热辅助引弧微爆炸加工试验系统,并通过试验研究了工艺参数对材料去除率和崩碎的影响规律。试验结果表明:激光加热辅助引弧微爆炸加工陶瓷可以提高材料去除率,改善崩碎情况;加工效率随激光功率的增加而提高,随光斑尺寸的增大而降低,随距离的增加先提高后降低;崩碎随激光功率的增加而减少,随光斑尺寸的增大先减少后增多,随距离的增加先减少后增多。研究结果为激光加热辅助引弧微爆炸加工机理的研究和工艺参数的优化提供了参考依据。
- 田欣利李富强张保国王朋晓吴志远
- 关键词：陶瓷加工系统设计材料去除率
