电火花加工工艺参数的优化及其应用|电火花堆焊机工艺参数

来源:思想汇报 发布时间:2019-10-14 08:35:13 点击:

《电加工与模具》2004年第6期工艺・装备                          

电火花加工工艺参数的优化及其应用

姜自超 王 平

(天津科技大学机械工程学院, 天津300222)

  摘要:论述了在电火花加工中工艺参数对工艺效果的影响关系和目前常用的工艺参数优化的

方法。介绍了K B E 技术及其在电火花加工工艺参数优化中的应用前景, 提出应用K B E 技术将为电火花加工的工艺参数优化提供比较完美的解决方案。

关键词:电火花加工; 工艺参数; 优化; K B E   电火花加工与其他加工方法相比, 选择参数较多, 并且在加工过程中还存在着许多不确定因素[1], 在选取加工参数时既要保证单项工艺指标的实现, , 困难[2]。:, 优化的方法, BE 技术的原理、特点以及应用于电火花加工工艺参数优化的可能性和发展前景。

杂, 如:煤油作工作液, , 但用水, (:机床本身精、工具、工件装夹误、电极损耗等。①尺寸精度的影响:电火花加工中, 放电间隙随时都在变化, 且与电参数等有关。用S 表示单面放电间隙, S 增大, 其在加工过程中的波动范围△S 亦增大, 加工精度降低; 工件形状复杂程度愈高, 或电极的损耗愈大, S 就愈不均匀, 加工精度就愈低; ②形状精度的影响:如斜度等, 电火花加工, 电极或工件侧面有时有斜度, 实践中可以有效利用此特性, 如型腔模, 可作为拔模斜度。

(3) 影响电火花加工表面质量的主要因素可从表面粗糙度、加工表面层的组织变化、表面微裂纹3个方面来分析。①表面粗糙度:单个脉冲能量w 越大, 凹坑越大, 表面粗糙度值R a 越大; ②加工表面层组织变化:工件加工表面层可粗略分为熔融凝固层, 淬火层、热影响层。熔融凝固层和淬火层的硬度较大, 组织与基体完全不同; 热影响层与基体无明显界限; ③表面微裂纹。因为加工时的瞬时高温和速冷, 造成表面产生拉应力, 出现微裂纹。单个脉冲能量增加, 微裂纹宽度、深度增加。w 很小时, 不出现微裂纹; 工件材料不同, 微裂纹出现情况也不同[3]。

1 电火花加工工艺效果及其影响因素

反映电火花加工工艺效果的主要指标有:加工

精度、表面质量、加工速度和电极损耗比等。电火花加工参数一般分为电参数和非电参数, 它们相互影响, 关系错综复杂。加工参数对加工速度、加工精度和表面质量的主要影响表现在以下几个方面:

(1) 加工速度, 是指一定规准下单位时间内工件被蚀除的体积或质量。它主要受电参数、极性效应、工件材质、工作液种类等因素的影响。①电参数的影响:加工速度正比于单个脉冲放电能量w 和脉冲频率f ; ②极性效应的影响:极性效应即加工中由于工件接脉冲电源的极性不同而发生的蚀除速度不一样的现象。实践证明, 材料不同, 电参数等不同, 极性效应的影响也各不相同; ③工件材料热学常数的影响:w 相同时, 材料的熔点、沸点、比热容、熔化潜热、汽化潜热等愈高, 电蚀量愈小, 加工速度愈低; 相反, 导热系数愈高, 热量损失愈大, 蚀除量愈大; ④工作液的影响:工作液对加工速度的影响既大又复

收稿日期:2004-07-01

第一作者简介:姜自超, 男, 1977年生, 硕士研究生。

2 电火花加工工艺参数的优化及K B E 技术

2. 1 电火花加工工艺参数的优化

(1) 基于智能技术的参数优化。智能技术在电

火花加工工艺参数优化中的应用形式有专家系统、模糊技术、人工神经网络及学习机能。专家系统的实质是把选择电火花加工条件的相关知识有效的结合到程序设计中, 使系统具备专家的求解能力, 它所

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具有知识的质量决定了系统性能的优劣。在优化电火花加工条件的过程中, 如果引入模糊技术, 可以更好地模拟熟练操作人员的思维过程。人工神经网络是由多个神经元互连组成的大规模分布式并行信息处理系统, 具有自组织、自学习和容错性, 它弥补了传统的人工智能/专家系统的不足, 能对复杂问题进行有效的解决。另外, 学习机能是指不断地把操作者新的经验知识追加到专家系统的知识库中, 使其具有自学习的功能, 这样就能不断地提高解决问题的能力。上述各种智能技术既有各自所长, 也有各自欠缺。为了能更好地使智能技术对放电加工条件优化发挥作用, 有必要对它们进行综合的利用, 相互取长补短[1]。

(2) 基于遗传算法的参数优化模型。遗传算法是基于自然选择和群体遗传机理发展起来的一种搜索和优化方法, 它模拟生命进化机制, 算子(选择、交叉、变异) 进行迭代, 仿熟练操作者的决策过程, , , 基于电参数, 从而实现电参数的优化。遗传算法已成功地应用于参数优化和机器学习等许多方面[4,5]。

(3) 基于模糊理论的电参数优化模型[6,7]。该方法综合“权系数法”和“优先等级法”, 提出“优先等级———权系数法”, 建立多目标规划模型, 实现对电规准选择的优化。此外, 还有基于神经网络的电火花加工工艺效果预测方法[8]。为设定合适的电规准, 其他的工艺参数优化或优选方法还有经验公式法、工艺曲线法、工艺曲面法、查表法等[6]。后面提到的这4种方法对一般加工条件下的电参数选取有一定的指导作用, 但由于要借助于经验、图表或者试验曲线, 都有一定的局限性, 并且使用不方便。2. 2 KBE 技术

20世纪后期, 以CAD/CAM/CAE/PDM/A I 技术的集成作为典型特征的K B E (Knowledge Based Engineering ) 技术开始在工业领域广泛应用[9]。由于K B E 是由多种技术相互交叉、渗透与集成而建立的一种新型的开放式技术, 尚未建立完备的体系, 因此还没有一种完备的定义。上海交通大学模具技术研究所给出的定义是:K B E 是通过知识驱动和繁衍, 对工程问题提供最佳解决方案的计算机集成处理技术, 是本领域专家知识的继承、集成、创新和管—58

理, 是CAX 技术与A I (人工智能Artificial Intelli 2

gence ) 技术的集成[10]。K B E 系统技术包括知识系统、知识获取、产品建模和分析技术等研究内容。知识系统主要用于工程设计知识的表示和处理, 体现了系统的智能化水平; 知识获取技术主要用于工程设计知识的获取。使整个设计系统性在运用中逐步改善工程设计能力和工程分析能力; 产品建摸和分析技术包括计算机辅助图形技术(CA G D ) 和计算机辅助工程技术(CAE ) , 它们是工程设计K B E 系统的基础。知识系统和知识获取技术都将建立在此基础上[11,12]。

K B E 技术在结构上可分为(图1) :①核心层, 、②它包括CAD 、CAM 、CAE ; ③应用层, 它反映了K B E 。图2所示是K B E 系统的组织结构, K B E 系统中, 系统集成是该系统的关键所在[9]。

图1 K BE 技术的结构层次

图2 K BE 系统的组织结构

  (1) K B E 与CAD 的比较:①传统的CAD 一般进行如创建几何、绘图等的设计过程, 而K B E 不仅可以实现上述功能, 还对整个设计过程建模, 并运用于设计过程的各个层次以改善设计开发过程; ②在参数化CAD 中, 几何尺寸的约束关系是驱动力; 而在K B E 中, 知识是驱动力, 构形(C ) 和工程(E ) 规则

《电加工与模具》2004年第6期工艺・装备                          

驱动几何(G ) 。

(2) K B E 与传统专家系统的比较:①系统的功能与任务不同。专家系统一般只处理单一领域知识的符号推理问题, 而K B E 系统可以处理多领域知识和多种描述形式的知识, 是集成化的大规模知识处理环境; ②体系结构不同。专家系统一般只解决某一领域的特定问题, 难以与其他智能系统集成, 是一种封闭的体系结构, 而K B E 系统是面向整个设计过程, 甚至是产品全生命周期的各异构系统的集成, 是一种开放的体系结构; ③运作模式不同。专家系统由于局限于单一知识领域范畴, 相当于模拟设计专家个体的推理活动, 而K B E 系统涉及多领域、多学科知识范畴, 是模拟和协助人类专家群体的推理决策活动, 更多地融合了协同工作(CSCW ) 的思想; ④知识获取能力不同。专家系统一般不具备知识获取能力, 只能用系统中的知识解决问题, 开发的创新需求, 而K B E 集成过程, 即具有“[10]:K B E CAX 技术和人工智能(A I ) 。

2. 3 基于KBE 技术的电火花加工工艺参数优化

工作, 它的任务是获取知识后, 建立起一个健全、有

效的知识库, 以满足求解领域问题的需要。这里所要获取的是已有的生产经验和理论知识等; 知识的表示是一种计算机可以接受的用于描述知识的数据结构, 常用的方法有产生式规则表示法、面向对象表示法等, 这里可以采用如C ++、VC ++等面向对象的计算机程序设计语言进行知识的表示; 知识的推理有确定性推理和不确定性推理, 对于很难用精确的理论模型进行描述, 且经验性较强的知识, 可采用如基于事例的推理方法, 基于事例的推理作为一种有效的推理技术, 在各个行业得到了渗透和应用。图3是基于K B E 模型。

图3 基于K BE 技术的电火花加工工艺参数优化模型

前文已经提到有多种方法可以实现电火花加工

工艺参数的优化, 此外, 还可以采用优化设计理论和方法[2]。但是这些方法侧重点有所不同, 如智能技术和遗传算法擅长对一些经验性的知识进行表达, 并且有些智能技术不具备自学习的机能。优化设计的方法只能对可以用确定的数学模型表达的理论问题进行优化计算。而K B E 技术涉及的领域知识范围较广, 对理论性和经验性的知识均可表达, 并且具备自学习的能力, 对于电火花加工工艺参数的优化问题, 将是一种比较完美的解决方案。

在电火花加工中, 考虑到工艺参数之间相互影响、相互制约的关系, 根据具体的生产条件和综合已有的生产经验和相关知识, 根据K B E 技术中的知识处理技术(知识的获取、知识的表示、知识的推理及知识的使用和维护) , 建立一个基于K B E 技术的电火花加工工艺参数优化模型, 利用VC 等编程语言和数据库语言编写出程序。运用该优化程序模型, 输入电火花加工条件和所要求的工艺效果, 即可输出最优的加工参数, 这便是该项目研究要进行的工作。知识获取技术包括知识的自动获取和人工获取, 由于各方面的原因, 目前仍然是一件比较困难的

可以预测, K B E 技术对于电火花加工工艺参数优化及其他加工工艺参数的优化将产生积极的推动作用, 它不是一般意义的优化, 而是基于专家系统、具有知识获取、知识推理的广义优化方法。

3 结束语

(1) 对电火花加工工艺效果的影响因素进行了

分析, 并对电火花加工工艺参数优化方法进行了综述, 工艺参数的优化是为了获得良好的工艺效果。

(2) 应用K B E 技术, 对电火花加工的工艺参数进行优化, 解决电火花加工的电参数选择, 有望提高电火花加工的生产率。由于K B E 系统是一种新型的开放式技术, 在机械加工工艺参数的优化方面将有广泛的应用前景。参考文献:

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《电加工与模具》2004年第6期                          经验交流

无U 轴电火花成形机加工斜齿轮模具

孙冬冰

(江苏黄海汽配股份有限公司, 江苏启东226400)

  我公司在生产实践中碰到一难题, 某产品上的一小塑料斜齿轮模具因齿轮外形太小而无法用滚齿等金属切削加工方式完成。为了做好这一产品的模具, 我们动脑筋利用电火花成形机加工斜齿轮模具。用电火花成形方式加工斜齿轮模具必须解决电极向下(Z 轴) 加工的同时又能旋转这一问题, 这对有U 轴的电火花成形机而言毫无困难, 通过Z 轴和U 轴的联动加工就可以达到这一目的。而我公司目前拥有的电火花成形机都无U 轴装置。为此, 极、工装的制作上都做了一些大胆新颖的革新。

用滚齿的方法加工出图1中的斜齿轮电极5及图2中的4只导向小斜齿轮4。  电极按图1装配而成, 其中2只轴承4可以保证电极自由旋转, 而绝缘套3中电极5与轴承4, 电极上的高112, 并能方便地。4只导向小斜齿轮4根据电3上, 以保证电极在加工模具时按一定传动比(加工深度/旋转角度) 加工。同样, 绝缘板3也是防止加工时电极与导向斜小齿轮产生放电而损伤导向小斜齿轮, 以致影响传动精度。

1. 高频电源导线

 2. 夹持柄、螺帽  3. 绝缘套4. 轴承(2只)  5. 斜齿轮电极

1. 固定座 2. 工件 3. 绝缘板 4. 导向小斜齿轮(4只) 5. 固定螺钉(4只)  6. 固定螺钉(2只或4只)

图1 斜齿轮电极

收稿日期:2004-07-21

作者简介:孙冬冰, 男, 1967年生, 助理工程师。

图2 工件与电极的安装

  事实证明, 这样的工艺革新是切实可行的, 用这

样的方法加工出了所需要的合格的模具。

[4] 杨晓冬, 宋颖慧, 赵万生. 基于遗传算法的电火花加工电参数工工艺效果预测模型. 航空制造技术, 2001(3) :41~43

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[6] 宋博岩, 刘晓芳, 郭艳玲. 基于模糊推理的电参数选择优化模

机械科学与技术, 2003, 22(1) :151~152

) :概述. [11] 娄臻亮, 赵震, 彭颖红, 等. 工程设计K BE 系统(Ⅰ

型. 电加工与模具, 2002(5) :14~15

[7] 宋颖慧, 赵锦芝, 赵万生, 等. 基于模糊推理算法的网络电火

机械科学与技术, 2001, 20(3) :469~471

) :知识处[12] 娄臻亮, 张永清, 阮雪榆. 工程设计K BE 系统(Ⅱ

花加工工艺决策. 电加工与模具, 2001(4) :5~7

[8] 杨晓冬, 赵万生, 刘光壮, 等. 基于神经网络的型腔电火花加

理技术. 机械科学与技术, 2001, 20(4) :611~613

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crease productivity.

K ey w ords :ultrasonic machining ; amplitude controlling ; frequency tracking

The develop of the compound blanking die for the frame

Zhai Demei , et al. (26)

Abstract :Based on the conditions of processing facilities in enterprises , the thesis develops the compound dies of cutting edge and punching round holes of the tractor frame. The die re 2duces the blanking forces by the combing use of step and oblique edge , improves the liability by the use of extra s pring 2loaded stripping and alternative clearance blanking , and makes it more easy to make and maintain. with its main parts that are de 2signed into float ,quick change ,inlay and so on. It has been proved to be economic , convenience and practical by actual pro 2duction.

K ey w ords :frame ; blanking ; oblige edge ; step ; spring 2loaded stripping ; gap adjustment

The research on numerical simulation and modeling of 2bile skeleton parts of sheet metal for (Abstract :of comprise three 2dimension processes are so complicated rules cannot be grasped eas 2ily. S o numerical simulation of them has become one of the most challenging research work. S ome key technologies on the FEM modeling of automobile skeleton parts of sheet metal are discussed in this paper. Such as meshing of curved faces 、setting of contact parameters. And the forming process of a automobile skeleton part of sheet metal is simulated by using the non 2linear FEM software SHEET 2FORMIN G. S ome problems in forming process are also analyzed here. All of this will do good to design of automobile die and mold 、reduction of production costs and punching 2die cycle.

K ey w ords :non 2linear FEM ; automobile ; modeling ; sheet metal punching forming ; numerical simulation

The application of mould design and NC milling program on the platform of U nigraphicsNX Wang Huaqiao , et al. (40)

Abstract :

This paper

described

the

application of

Die &Moulddesign of the glass fibre reinforced plastic material product and its NC Milling program compiled on the platform of UnigraphicsNX , At the same time a s pecimen about the die &moulddesign and NC program for the glass fibre reinforced plastic material product is talked about. Perha ps this paper can help you tomorrow.

K ey w ords :UnigraphicsNX ; die and moudle design ; NC program compiling

Design of the injection mold for the tap

Wang Chunwei , et al. (45)

Abstract :The technological characteristics of s pare parts of the plastics of tap ware analyzed. The structure and working process of the injection mould for forming tap ware introduced . The structure peculiarity of this project is one minutes to touch the runner shape the standard injecting , and the cross range is whipped the rush pith and is injected the standard. Prodution proved that the mould structure was designed cleverly , the mould can be operated easily , service life of the mould is long and plastic parts produced meet the technical requirement.

K ey w ords :tap ; injection mould ; slide

Design of shell of electric shaver plastic injection mould

Zhong Ling , et al. (48)

Abstract :This paper expounds design process about injection mould in female screw we use s pring and putting carry of half nut and we use stri pping inside the and superior.

:thread ; plastic injection mould ; oblique R esearches on electrical discharge grinding machine and pro 2

cess precision 2machining small holes under φ1mm in diameter

Xu G aohua , et al. (50)

Abstract :The process is feasible that an electrical dis 2charge grinding machine applies to precision 2machining small

φ1mm in diameter efficiently , illustrated in this pa 2holes under

per and its features , applications and targets are stated. The grinding process outlines are concluded.

K ey w ords :precision small holes ; electrical discharge grinding ; grinding machine ; process

The tinting technique of the titanium alloy surface by use of

E DM G ao Shangping (54)

Abstract :This paper give a detailed description of the sur 2face tinting technique including principle , process , characteris 2tics , surface quality and applacation examples by use of EDM , and indicating its usage future.

K ey w ords :EDM ; titanium alloy ; coloring surface ; oxide film

Optimization of machining parameters of E DM and its appli 2cations Jiang Z ichao ,et al. (57)

Abstract :Interrelationship of machining results and ma 2chining parameters and optimization methods of machining pa 2rameters recently in EDM are discussed in the paper. And the K BE technology and possibility of the K BE technology used in optimization machining parameters are introduced also. At last it puts forward that K BE technology is a perfection project of optimization machining parameters in EDM.

K ey w ords :EDM ; parameters ; optimization ; K BE

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