微细电火花单道扫描加工积分蚀除机理研究

针对微细电火花单道扫描加工中电极端部及试件轮廓横截面出现的钝圆现象,给出了其产生的主要影响因素,分析了放电脉冲对正负两极的积分蚀除机理,据此开发了微细电火花单道扫描加工在正负两极的积分蚀除仿真软件,并进行了微细电火花单道扫描加工仿真研究。基于微细组合电加工样机,开展了典型截面形状工具电极的单道扫描加工实验,对工具电极与试件截面轮廓的测量结果表明,放电脉冲在正负两极的积分蚀除作用与多项工艺参数密切相关。     

单脉冲放电蚀除特征及规律研究

单脉冲放电的蚀除特征是放电加工的基本单位,开展单脉冲放电蚀除特征研究对于认识连续放电加工的过程以及放电加工时的电参数选择有着十分重要的意义。首先对单脉冲放电材料蚀除机制进行了介绍;然后基于材料的电—热模型,借助ANSYS软件对能量在材料内部的热传导过程进行了仿真,获得了材料熔融区域的半径随脉宽变化的规律;最后在自主研发的微细电火花加工机床上开展了不同脉宽、不同极性下的单脉冲放电实验研究。实验结果表明:无论极性如何,随脉宽增加,电蚀坑的直径、深度和蚀除体积都增大,但径深比减少;在相同脉宽下,工件接正极时的电蚀坑的直径、深度和蚀除体积比接负极时更大,但径深比更小;极性蚀除比(工件接负极时的放电坑的体积/工件接正极时的放电凹坑的体积)随着脉宽增加呈现减少的趋势。     

再论放电加工的基本矛盾——高速低耗放电加工的理论基础

我们在《试论放电加工的基本矛盾》一文中[1]曾经对放电加工的基本矛盾做了大略的分析,本文将对第一对基本矛盾(即两极电蚀量之间的矛盾)做进一步的研究。这一对矛盾的主要矛盾方面是电极损耗,解决这一矛盾的途径是最大限度地降低电极损耗。电极损耗有绝对损耗与相对损耗之分。电极的绝对损耗是指单位时间内的电极损耗量,即     

混气电火花加工气泡形成机理及实验研究

为了研究混气电火花加工中微气泡的形成机理,建立了微气泡数学模型。分析发现,微气泡的大小与气泡内外的压力差有关,压力越大,气泡直径越小。选择不同的混气压力进行了对比试验,结果表明:极间混入气体后改变了原有的放电状态,加工效率略有降低,电极绝对损耗变小,表面粗糙度值下降;随着混气压力的增加,放电间隙减小,增大了电蚀产物从极间排出的难度,加工效率继续降低,电极损耗基本不变,表面粗糙度值略有下降。     

放电沉积凸貌微织构表面动压润滑性能仿真研究

目的 提出一种表面凸貌微织构的快速制造方法,并对其表面动压润滑性能及减摩机制进行研究。方法 利用高低压复合放电沉积加工技术实现气体介质中金属或半导体材料表面凸貌微织构的制备。高压脉冲电压实现两极间介质的电离度,低压直流放电实现电极材料蚀除,并沉积在工件表现形成微织构。通过控制工具电极直径,可获得直径410 μm、高12 μm尺度的凸貌微织构。利用FLUENT软件,对该方法所获的凸貌微织构表面动压润滑性能进行仿真,研究了不同高度、直径、面积比下,表面微织构对润滑性能的影响规律。结果 织构面积比和动压润滑性能成正比关系：随着面积比增大,织构上表面平均压力增大。油膜上表面平均压力在高度为7 μm、直径为500 μm、面积比为60%、对摩速度0.5 m/s时,达到最大值1.21×104 Pa。动压润滑性能随单个凸貌微织构高度的增加,先增大后减小,并在7 μm时达到最大。织构直径对润滑性能影响明显,仿真结果表明,在一定条件下,加大织构直径可提高油膜上表面平均压力。结论 凸貌微织构采用增材制造方法,减小了传统去除材料的织构制造方法导致的对材料强度的影响。该方法工艺简单,成本低,不需辅助其他加工条件。表面凸貌微织构的存在使两接触表面的间距减小,形成收敛楔,从而形成动压,使润滑膜产生动压承载力,改善了摩擦学性能。对凸貌微织构的结构参数（面积比、微织构高度、直径）进行仿真分析,获得了织构结构参数对动压润滑特性的影响规律,为后续研究提供了理论支持。     

一种用于微细电火花加工的甚高频微能脉冲电源

作为微细电火花加工的关键技术之一,微能脉冲电源性能的优劣直接影响放电加工的精度、效率、稳定性等。从减小放电脉冲能量、增大放电间隙、可持续加工的需求出发,探索了一种基于电路共振原理的甚高频(频率在30~300 MHz)微能脉冲电源,突破了现有电火花脉冲电源的工作模式,能产生脉宽极窄、频率极高的脉冲波形,具有纳米级放电蚀除特性,提高了微细电火花加工的极限蚀除能力。放电频率为65 MHz时,相对于传统的微能脉冲电源,加工的孔边缘几乎没有重铸层,极大地减轻了在加工过程中的热损伤、重铸层和热影响区等常规缺陷,改善了工件加工的表面质量,实验结果证明所设计的甚高频微能脉冲电源具有良好的放电蚀除特性。     

电火花加工表面热过程计算

本文对单脉冲放电结束瞬时电蚀点的温度场进行了理论计算,理论计算对于定性和定量分析电蚀坑的状态具有实际作用。     

电接触放电加工

人们早已认识到,在液体介质中利用两极间脉冲放电时产生的电腐蚀现象,能够对导电材料进行尺寸加工,并因此而创立了电火花加工方法。电火花加工中的一个重要特点是工具与工件的两极之间始终保持着一定距离,这是保证电火花加工能正常进行的基本条件之一。     

电火花加工中气泡与电蚀产物对阴极场强影响的仿真研究

针对电火花加工中不同放电位置产生的不同电极损耗形状,讨论了极间存在工作液、气泡、电蚀产物的情况下,火花击穿放电前阴极电场强度的分布情况,从而探究气泡对放电发生位置及电极损耗形状的影响。采用Maxwell软件进行电火花放电通道的静电场仿真,得到气泡、电蚀产物对放电发生位置的影响规律。仿真结果表明：气泡对阴极表面具有保护作用,气泡越大,离阴极表面越近,场强越低,保护作用越明显;电蚀产物对阴极场强有增强作用,且随其浓度的增加而增加;气泡周围区域电蚀产物浓度高,放电发生概率最大;静止的气泡可减少放电损耗,运动的气泡对电极损耗的影响取决于高放电概率,气泡的不同分布状态影响电极的损耗形状。     

磁场对电火花放电通道的影响研究

放电过程中的横向静磁场可使带电粒子受到洛伦兹力而改变运动轨迹,造成工件上放电点的位置变化,进而引起电蚀坑形貌的变化。利用理论方法推算出磁场作用下的电子运动轨迹,得到工件上放电点的理论偏移值,并通过实验证明洛伦兹力改变了放电点的位置。结果表明:部分电蚀坑出现明显的拉长型畸变,放电点沿洛伦兹力方向移动,放电通道在洛伦兹力与工作液阻力的作用下逐渐发生偏移。电蚀坑被拉长后其深度会变浅,大而浅的电蚀坑将有助于提高电火花加工的表面质量。