微細(xì)電火花加工的基本規(guī)律及其仿真研究.pdf

1、電火花加工的非接觸加工、宏觀作用力小等自身特點(diǎn)決定了其在微細(xì)加工領(lǐng)域的優(yōu)勢地位。經(jīng)過幾十年的發(fā)展以及加工工藝的不斷完善，微細(xì)電火花加工不僅僅適用于微細(xì)軸、微細(xì)孔的加工，還能夠進(jìn)行三維微結(jié)構(gòu)的加工。正因如此，微細(xì)電火花加工技術(shù)研究已成為微型機(jī)械制造領(lǐng)域的一個非常重要的方向，受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。但目前國內(nèi)外學(xué)者對微細(xì)電火花加工技術(shù)的研究尚不系統(tǒng)，尤其是對微細(xì)電火花加工基礎(chǔ)理論研究方面更顯力度不足，至今還沒有一套完整的理論模型來解釋整

2、個電火花加工過程。為此，本文嘗試對微細(xì)加工過程中放電通道的建立過程以及通道的電磁特性；微細(xì)放電過程中電極材料的沉積、去除的微觀過程；單脈沖放電電極材料蝕除量預(yù)測的熱傳導(dǎo)過程等微細(xì)電火花加工過程中的若干關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行分析以及仿真模擬，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)來對所建立的模型進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　由于電火花加工過程是在放電通道中發(fā)生、進(jìn)行的，因此，放電通道的研究對于電火花加工技術(shù)研究有著重要意義。本文首先就放電通道展開研究，采用粒子模擬方法建立了放

3、電過程的通道模型；對放電過程中等離子體通道的形成過程、以及等離子體通道的振蕩特性進(jìn)行了模擬研究；模擬結(jié)果清晰的反映了放電通道的發(fā)展過程，以及在此過程中，電子、離子的運(yùn)動狀態(tài)、帶電粒子的空間分布。本文還分析了放電通道中等離子體的縱振和橫振的形成機(jī)理；并且通過脈沖放電實(shí)驗(yàn)，證明了放電過程中放電通道的振蕩波動對材料蝕除的影響，以及放電通道的電磁特性對于放電沉積過程中帶電沉積粒子運(yùn)動軌跡的影響。
　　在電火花加工過程中，電極材料的物質(zhì)轉(zhuǎn)移

4、是一個瞬時、微觀的過程，因此采用微觀模擬的手段對放電過程中電極材料的微粒運(yùn)動過程進(jìn)行分析模擬，將更有助于探尋電火花加工過程中電極材料形貌變化的工藝規(guī)律。為此，本文采用分子動力學(xué)方法建立了針尖電極放電的分子動力學(xué)模型，以及氣中放電沉積的分子動力學(xué)模型；模擬了單脈沖放電鎢針尖電極的形成過程和氣中放電沉積的微觀過程。在模擬過程中發(fā)現(xiàn)在針尖電極形成過程中存在著單個原子的氣化去除和團(tuán)簇原子的氣化去除現(xiàn)象，并且就不同的放電點(diǎn)機(jī)制以及外加電場力進(jìn)行了

5、討論。發(fā)現(xiàn)在勻強(qiáng)電場力作用下，針尖電極的形成過程與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加相符，并且分析了不同的電場強(qiáng)度以及放電點(diǎn)溫度對于針尖電極形貌的影響。在氣中放電沉積的分子動力學(xué)模擬中，得到了放電沉積過程模擬中微觀參數(shù)與放電沉積參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系。模擬結(jié)果表明：仿真沉積過程中電場力、沉積動能與沉積速度的變化關(guān)系與實(shí)驗(yàn)所得到的沉積實(shí)驗(yàn)峰值電流和沉積速度關(guān)系十分吻合，很好的模擬了放電沉積過程中沉積粒子的微觀運(yùn)動過程，為進(jìn)一步研究氣中微細(xì)電火花沉積的工藝規(guī)律以及三

6、維微細(xì)沉積加工奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
　　從熱傳導(dǎo)角度來研究放電能量與電極材料蝕除量之間的關(guān)系，以此探尋電火花加工過程中材料的蝕除機(jī)理，一直都是電加工理論研究的熱點(diǎn)之一。為此，本文采用有限元方法對不同熱源模型下放電過程中電極材料的溫度場分布進(jìn)行了深入分析，得到了在格林熱源載荷方式下，時變半徑、定功率的熱傳導(dǎo)的解析方程；并且應(yīng)用有限元仿真軟件對單脈沖電火花加工過程的電極材料的溫度場（變化）進(jìn)行了仿真。在仿真過程中，充分考慮了電火花加