单晶Si电火花线切割工艺的多目标优化研究

由于电火花线切割放电过程很难通过理论分析得到有效的切割机理数学模型。引入中心复合实验设计(Central composite design,CCD)实验方法,建立四因素三水平的单晶Si电火花线切割的实验方案。采用响应曲面法(Response surface methodology,RSM)建立单晶Si表面粗糙度和材料去除率与空载电压、脉冲宽度、脉冲间隔和运丝速度等主要工艺参数的二阶数学模型并进行分析。分析结果表明:预测模型具有较好的拟合度和适应性。并以提高单晶Si表面的加工质量和材料去除率为目标建立工艺参数优化模型;设计非支配快速排序遗传算法(NSGA-II)进行优化问题求解,得到了最优的Pareto解集。实验表明,优化模型对表面粗糙度和材料去除率的预测是准确的,并且能实现相应的半导体材料的线切割过程中的粗糙度和材料去除率的预测。     

金属玻璃电火花加工多目标优化研究

为解决金属玻璃电火花加工(EDM)过程中,操作人员难以选取最佳工艺参数来获得最优加工效果这一问题,对带有精英策略的非支配排序遗传(NSGA-II)算法进行改进;并将改进的算法应用于金属玻璃电火花加工的加工效果优化中,寻求峰值电流、脉冲宽度和脉冲间隔3个工艺电参数的最优值,以实现工件表面粗糙度最小化和切割速度最大化的优化目标。采用将Jensen递归法与快速排序法相结合的算法代替原有的排序算法,以及在算法中添加删选规则对传统的NSGA-II算法进行改进,以增加种群的多样化,减少算法运算时间,提高算法效率。仿真结果表明,采用改进的NSGA-II算法仿真得到的工件表面粗糙度和切割速度的最优值更优于传统算法,收敛精度更高;而且改进算法的仿真结果更接近金属玻璃电火花加工的实际加工结果,对于加工过程的优化更为可靠,这对实际生产应用具有更好的参考意义。     

提高模具电火花加工切割形状精度的途径

电火花线切割是模具零件的主要加工方式。模具加工精度包括表面粗糙度、形状位置精度和尺寸精度,慢走丝线切割难以控制表面粗糙度和形状精度。影响数控电火花线切割加工精度的因素主要有偏移量、取件位置、切割路线、起点、装夹与定位及引入、切出、超切、回退程序等。通过进行合理的工艺分析,正确计算数控编程中电极丝的设计走丝轨迹,可确保模具的加工精度。通过确定穿丝孔和优化切割路线来改善切割工艺,是提高模具型腔切割质量和生产效率的一条行之有效的重要途径。     

工件超声振动电火花线切割复合加工试验研究

借助ANSYS软件对变幅杆、夹具和工件进行整体的动力学研究,设计了一套超声振动电火花线切割复合加工装置。在相同加工参数下,分别采用工件超声振动电火花线切割复合加工和传统的电火花线切割加工对45钢进行切割试验。试验结果表明:与传统的电火花线切割加工相比,超声振动电火花线切割复合加工的效率提高了约15%,表面粗糙度减小了约10%。     

中走丝电火花线切割一次切割参数的研究

进行了中走丝电火花一次切割各因素对切割速度及表面粗糙度影响的研究,主要针对脉宽、占空比、短路峰值电流、走丝速度、工件厚度五个因素进行实验。采用方差分析法进行实验后的数据处理,得到各因素对一次切割速度及表面粗糙度的影响大小。从而得到一次切割优化参数的组合,并通过加工样件进行验证。实验结果能够为中走丝电火花线切割工艺提供参考。     

单晶硅放电蚀除机理研究及有限元分析

提出了单晶硅电火花加工蚀除机理假设,认为热应力在放电蚀除过程中起主要作用。建立了单晶硅电火花线切割放电模型,利用有限元法模拟了在单脉冲放电条件下单晶硅的温度场及热应力场分布。分别计算了单晶硅在温度场和热应力场作用下的蚀除量,并与实际放电切割蚀除量进行了对比,结果表明,实际蚀除量近似等于模拟得到的温度场与热应力场蚀除量之和,验证了对单晶硅电火花加工蚀除机理所作假设的正确性。     

电火花线切割温度场有限元分析及参数验证

建立了电火花线切割脉冲放电模型,利用有限元法分析了单脉冲放电的温度场分布。计算出该条件下工件及电极丝放电凹坑几何特征,与实际切割条件下的表面粗糙度、电极相对损耗比、切割速度等工艺指标进行了对比,并根据电火花线切割的加工特点进行了修正,研究了电火花线切割的蚀除规律。结果表明:模拟的单脉冲放电凹坑几何特征经修正后可以近似表征实际连续切割时的表面粗糙度;实际切割中放电点在电极丝上的通道转移是导致电极丝相对损耗较低的主要原因;考虑到实际切割相关因素,对理论切割速度进行修正后,其值与实际值是吻合的。     

多目标模拟退火算法求解混装线平衡与排序

针对混流装配线平衡排序优化问题,提出了一种多目标模拟退火算法。考虑到工位负载影响装配线的生产效率、工人越过工位边界干扰生产等问题,建立了以最小工位绝对负载偏差与最小工位越界距离的优化目标。所提出的模拟退火算法在初始化中将启发式任务分配规则融入平衡问题,根据产品投产需求随机生成产品序列;引入了基于帕累托阶层和拥挤距离作为多目标适应度评价指标;对帕累托前沿解集进行重启操作,避免算法陷入局部最优;采用一种新的接受策略,提高了算法寻优能力。通过测试标准问题实验,对所提出的算法进行参数校验。将所提出的算法与快速非支配遗传算法进行对比,采用收敛性和多样性两个评价指标,验证所提出算法的优越性。     

基于Pareto前沿的单晶Si放电加工工艺参数优化

针对电火花加工复杂、时变、多参数的特点,在单晶硅Si放电成型加工可行性的基础上,对材料去除率和表面粗糙度等工艺目标进行综合评价。采用中心组合设计实验综合考察峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔对P型单晶Si放电成型加工过程中材料去除率以及表面粗糙度的影响程度,通过响应曲面法分别获得材料去除率和表面粗糙度的二次响应模型,方差分析结果表明模型具有很好的拟合程度和适应性。以提高材料去除率和降低表面粗糙度为目标建立工艺参数优化模型,设计遗传算法对优化问题进行求解并得到Pareto最优解集。实验结果表明,料去除率的实验结果与优化预测结果平均相对误差为5.8%,表面粗糙度的实验结果与优化预测结果平均相对误差为5.3%。表明该算法能有效快速的实现P型单晶Si放电成型加工过程的工艺参数优化。     

WDH—Ⅱ型脉冲电源的设计和使用效果

在电火花线切割加工机床中,脉冲电源性能的优劣,直接影响电火花线切割加工工件表面粗糙度和线切割加工速度。因此,电火花线切割脉冲电源的设计历来为人瞩目。WDH-Ⅱ型脉冲电源的设计,实质上是用TMOS(MOSFE7)场效应管控制输出的分     

基于NSGAⅡ的齿轮减速器多目标优化研究

为了解决工程设计中有离散变量、多约束的多目标优化问题,对改进的非占优排序遗传算法(NSGAⅡ)进行了研究,通过基于拥挤距离的非占优排序,提出了离散变量和多约束的处理方法,利用Matlab软件编写了NSGAⅡ的多目标优化程序,并以二级减速器多目标优化设计为例,建立了多目标优化数学模型,运用NSGAⅡ算法求解得到了帕累托最优解集,根据模糊集合理论的有关方法选取了最优解,与传统方法得到的结果相比,体积、失效概率和传动误差都有不同程度的降低。研究结果表明,修改后的NSGAⅡ能用于有效地求解有离散变量、多约束的多目标优化设计问题。     

基于神经网络建模和遗传算法的线切割工艺参数模糊优化

针对电火花线切割加工工艺难以获得更优异的工艺参数（如同时得到更快的切割速度和更好的表面粗糙度）等问题，先以神经网络建立模型，然后结合遗传算法和模糊理论求解此多目标优化问题，得到优化的工艺参数。结果显示。取得了较好的效果。     

电火花线切割加工工艺参数研究

电火花线切割加工的表面粗糙度是衡量加工质量的重要指标之一.在加工过程中,表面粗糙度会受到放电电流的影响,其中包括放电电流能量、电流脉冲宽度以及电流极性的影响.通过在快走丝线切割加工机床上进行多次加工实验,本文研究分析了放电电流对线切割加工表面粗糙度的影响规律.     

汽轮机叶片材料1Cr13钢线切割表面粗糙度正交试验研究

通过电火花线切割加工1Cr13钢正交试验,分析了各电参数对加工表面粗糙度的影响,并且对数据进行了方差和显著性分析,得到了一组最优的粗糙度电参数组合。     

高速走丝电火花线切割工作液失效研究

研究了高速走丝电火花线切割加工中切割效率、表面粗糙度、表面微观形貌的变化,指出采用切割效率作为工作液失效的表征更为直观和准确。比较了加工中复合工作液电导率、蚀除产物浓度、pH值、黏度与切割效率的变化关系,并从蚀除产物、浓度、电化学等方面分析了工作液电导率变化的原因,指出加工中电解作用产生的铁离子等对工作液电导率的上升起着主导作用,电导率与切割效率有很大的关联性,因此电导率可作为衡量复合工作液失效的指标。     

面向客户定制产品开发的多目标优化算法设计

对多目标优化进化算法进行研究,设计了基于客户需求信息的产品多目标优化算法。针对进化算法优化效率低的缺点,提出了目标侧重度概念,使进化算法有选择地收敛,提高了算法的优化效率;针对进化算法容易陷入局部最优和解分布不均匀的缺点,提出了目标间距概念,避免算法在收敛过程中早熟,保证了最优解的多样性,降低了客户的选择压力。在MATLAB 7.0平台上对改进算法进行仿真实验,并与NSGA-2和SPEA-2两种进化算法进行对比分析,验证了改进算法的可行性、可靠性与优越性。     

高速走丝电火花线切割机床多次切割的实现

分析了高速走丝电火花线切割机床多次切割的条件及进行稳定多次切割需采取的措施,通过对机床机械结构及控制系统功能的改进与完善,采用洗涤性能良好的复合工作液,成功研制出具有稳定多次切割功能的商品化机床。第一次切割最高效率已超过200mm2/min,第四次切割后在平均切割效率大于50mm2/min的条件下,表面粗糙度Ra<0.8μm。     

一种全闭环中走丝电火花线切割机床数控系统

研究了中走丝电火花线切割机床脉冲放电特性,提出了一种高速数字化采样和间隙跟踪方法,同时建立了智能型放电工艺数据库,提高了切割过程放电效率。为改进切割精度和表面粗糙度,工作台运动采用了一种闭环位置控制方案,基于双平面同步插补法实现了4轴协调运动控制,并采用C补偿原理解决了多次切割控制问题。基于嵌入式操作系统,设计并实现了可视化编程与控制集成软件。实际切割实验数据显示,采用这种数控系统后,中走丝线切割机床的可靠性和加工精度有了显著提高。     

高速钢电火花线切割锥度加工试验研究

为研究电火花线切割锥度加工高速钢的加工效率及表面质量,设计正交实验,以高速钢锥度加工时间和加工表面粗糙度作为性能指标,利用极差分析和方差分析,着重研究脉冲宽度、脉冲间隔、功放管数、加工限速4个电火花线切割电参数对其性能指标的影响,并结合灰关联度方法分析了两项性能指标之间的关联程度,获得了最优电参数组合。对优化后的电参数组合进行试验验证,实现了在减少锥度加工时间的情况下,同时减小了试件成形表面粗糙度值,达到了试验预期目的。     

GH4169高温合金电火花线切割加工质量预测研究

针对镍-铬-铁基高温合金GH4169电火花线切割加工质量预测问题,通过正交实验设计并结合方差分析,分析放电电流及脉冲宽度、放电间隙、管数、加工限速对GH4169高温合金电火花线切割加工表面粗糙度和线切割速度的影响规律。在实验数据基础上训练BP神经网络,建立脉冲宽度、放电间隙、管数、加工限速对表面粗糙度和线切割速度影响的预测模型,预测结果表明,将正交实验与BP神经网络融合应用在GH4169高温合金电火花线切割加工中,不仅减少了工艺参数优化选择的盲目性,也提高了加工质量的预测精度和效率。