電火花表面強化的數值模擬及試驗研究.pdf

1、電火花表面強化技術是利用工具電極材料和被強化工件材料之間的高能局部脈沖放電,使工具電極材料快速熔融到基體表面,通過工具電極材料和被強化工件材料在局部高溫下的物理化學冶金過程,使基體材料表面重新合金化,形成了工件表面的強化層。此技術具有強化設備簡單,使用方便靈活等優(yōu)點,通過選擇恰當的工具電極材料和工藝參數,能獲得具有優(yōu)良性能的強化層。
　　本文首先簡單介紹了各種表面強化技術,并比較了電火花表面強化技術與其它強化技術的優(yōu)缺點;然后介紹

2、了電火花表面強化技術的原理、實現條件等;通過建立有限元模型,用ANSYS軟件對電火花表面強化過程在工件中產生的溫度場和應力場進行了模擬分析,結果顯示:電火花表面強化在工件中所產生的溫度場隨著強化點的移動而移動,其形狀呈現為彗星狀;最高溫度、溫度梯度出現在強化點處;溫度場主要集中于工件表面;在電火花表面強化過程中,溫度具有疊加效應,絕緣邊界對溫度場的分布具有較大影響;工件表面節(jié)點的溫度具有驟熱緩慢下降的特性;在電火花強化過程中,位移變形明

3、顯;隨著強化點的移動,工件內產生的應力場的分布逐漸趨于穩(wěn)定,強化區(qū)域是應力集中的區(qū)域;在強化區(qū)域,工件材料受熱膨脹產生塑性變形,熱膨脹受到周圍較冷區(qū)域的束縛,從而在強化區(qū)域產生了橫向壓縮應力,隨著強化點的移動,原來的強化區(qū)域逐漸冷卻而產生彈性收縮,壓縮應力逐漸轉變?yōu)槔瓚?強化工件邊緣所產生的應力場與強化非邊緣區(qū)域所產生的應力場分布有著很大的不同,這是由于熱量受到邊緣的阻隔無法傳播出去而在邊緣處集中所引起的,所以在實際的生產中,應特別留

4、意邊緣處的情況;熱作用對工件產生的位移變形,對于熱量的傳播也具有較大影響,進而對工件中應力的分布產生影響。最后是試驗部分,這一部分研究了強化時間、電容量的大小對強化層表面粗糙度的影響,對強化層的硬度進行了測量,結果表明:強化層表面的粗糙度隨著強化時間的增長而增大,隨著電容的增大先是增大,增大到一定值后不再變化;強化層的硬度達到了HV1843,遠遠高于基體的硬度HV146,大大提高了基體表面的硬度。
　　本文所用的電極材料是前人未曾