工程陶瓷WEDM加工工藝參數(shù)優(yōu)化及表面粗糙度預(yù)測研究.pdf

1、在了解國內(nèi)外電火花線切割(wire electrical discharge machining，簡稱WEDM)加工工程陶瓷材料現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以常用的導(dǎo)電工程陶瓷材料Al<,2>O<,3>/TiC為研究對象，分析了電加工理論及工程陶瓷材料電加工表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力和表面變質(zhì)層的產(chǎn)生機(jī)理，探討脈沖寬度、脈沖間隔、工作電壓、功率管數(shù)等工藝因素對工程陶瓷材料電加工的影響。 研究了模糊推理知識和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)，考慮到人工神經(jīng)

2、網(wǎng)絡(luò)存在收斂速度慢，容易陷入局部極小值及全局搜索能力弱等問題，提出了模糊Modular算法來構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本文采用模糊Modular神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，Taguchi(田口式)試驗(yàn)規(guī)劃方法和標(biāo)準(zhǔn)變量分析技術(shù)(ANOVA)，對工程陶瓷材料電加工理論及試驗(yàn)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的優(yōu)化，建立了工程陶瓷材料電加工表面粗糙度隨工藝參數(shù)變化的預(yù)測模型，為實(shí)現(xiàn)WEDM高效精密加工工程陶瓷材料提供理論與技術(shù)支持。利用Taguchi(田口式)試驗(yàn)規(guī)劃方法，對

3、脈沖寬度、脈沖間隔、工作電壓、功率管數(shù)等工藝因素進(jìn)行正交試驗(yàn)排序，設(shè)計(jì)了L16正交試驗(yàn)矩陣。在不同的工況下，按照正交試驗(yàn)矩陣來進(jìn)行工程陶瓷材料放電加工試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，為了排除噪聲等干擾，引入信噪比S/N來對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)變量分析技術(shù)(ANOVA)，分析了四個電參數(shù)對工程陶瓷材料電加工表面質(zhì)量和加工速度的影響，并優(yōu)化了工藝參數(shù)。 研究結(jié)果表明，在所選擇的工藝因素中，對表面粗糙度的影響程度依次為工作

4、電壓(F=37.16％)、功率管數(shù)(F=27.7％)、脈沖間隔(F=19.0％)、脈沖寬度(F=16.14％)，而對加工速度的影響程度依次為脈沖間隔(F=44.42％)、功率管數(shù)(F=25.45％)、工作電壓(F=20.71％)、脈沖寬度(F=9.42％)。在優(yōu)化電加工工藝參數(shù)組合下，分別得到了優(yōu)化的最小表面粗糙度(1.215μm)和最大加工速度(24.78mm<'2>/min)，優(yōu)化值與試驗(yàn)結(jié)果吻合得較好。電加工后工件表面殘余應(yīng)力均為

5、拉應(yīng)力，表面變質(zhì)層組織疏松，強(qiáng)度較差，厚度一般為50～100μm。表面殘余應(yīng)力和表面變質(zhì)層，都隨著脈沖能量(脈沖寬度、功率管數(shù)、工作電壓)的增加而增加，隨著脈沖間隔的增加而減小。通過Weibull函數(shù)分析表明，經(jīng)電加工后的陶瓷材料，其抗彎強(qiáng)度降低，威布爾系數(shù)低于11，表面質(zhì)量和表面完整性變差，需要進(jìn)行表面改性或強(qiáng)化處理。以正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)為輸入學(xué)習(xí)樣本，試驗(yàn)和仿真結(jié)果表明，基于模糊Modular神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不僅可以克服單純使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容易陷