气中单脉冲电火花放电的蚀除机理研究

论文摘要

近年来出现的气中电火花线切割加工技术,是以气体介质代替工作液来实现脉冲火花放电加工,具有加工表面粗糙度好、放电间隙小、加工过程清洁环保等优点,适于电火花线切割多次切割工艺和精加工。但是由于加工介质的不同,气中和液中加工放电的蚀除机理有很大的差异。目前,人们对气中电火花加工机理的研究还为数不多,致使分析气中线切割的试验现象时缺乏深入的理论依据。对气中电火花放电机理进行深入研究有必要。本文主要研究气中单脉冲电火花的蚀除机理。电火花加工工艺属于连续脉冲放电加工,影响因素多,模型复杂。而单脉冲放电的影响因素少,结果易于观测,对单脉冲放电蚀除机理的研究是研究连续放电加工的基础。所以根据目前的实际条件,本课题主要对单脉冲条件下的放电进行研究。本文通过对单脉冲电火花放电温度场的仿真研究,来探究气中单脉冲电火花放电的蚀除机理。本文在查阅大量文献的基础上,对电火花加工过程的热传导过程进行了系统地分析,建立了较为完善的热传导模型。模型考虑了放电过程中的热传导和对流作用,放电过程中材料的物性参数随温度的变化以及材料的相变问题。然后利用ANSYS软件对模型进行仿真分析,得到了单脉冲电火花放电过程中电极的温度场分布,分析了定脉宽不同电流和定电流不同脉宽下的温度场分布。分析仿真结果得到了电蚀坑直径和深度随电流和脉宽的变化规律。继而把部分最佳脉宽下的仿真结果进行了修正,和现有试验结果进行对比后发现数据吻合度很好,表明本文所建模型有较好的可行性和预测精度,为今后进行连续加工研究奠定了基础。最后在温度场分析的基础上,通过间接耦合方法,得到电极的应力场,得到了等效应力在横向和纵向的分布曲线。为今后对加工工件表面的力学性能的分析奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电火花放电机理的研究现状
• 1.3 气中电火花加工的研究现状
• 1.4 电火花加工的发展趋势
• 1.5 本课题的研究目的及意义
• 1.6 本课题的课题来源及主要研究内容
• 第2章 气中单脉冲电火花放电热传导模型建立
• 2.1 气中电火花放电机理研究
• 2.1.1 气体介质击穿和放电通道形成
• 2.1.2 电极材料熔化及气化热膨胀
• 2.1.3 电极材料的抛出
• 2.1.4 极间介质的消电离
• 2.2 极间能量的转换与分配
• 2.3 热源模型分析
• 2.4 放电通道半径的估算
• 2.5 热传导模型的建立
• 2.5.1 物理模型
• 2.5.2 数学模型
• 2.5.3 初始条件
• 2.5.4 边界条件
• 2.5.5 相变的处理
• 2.6 本章小结
• 第3章 气中单脉冲放电有限元温度场仿真
• 3.1 ANSYS温度场分析流程简介
• 3.2 气中单脉冲放电温度场仿真
• 3.2.1 单元类型的选择
• 3.2.2 设置材料物性参数
• 3.2.3 建模及网格划分
• 3.2.4 载荷施加与求解
• 3.2.5 仿真结果分析
• 3.3 最佳脉宽下的仿真结果和试验数据对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 单脉冲放电热应力场分析
• 4.1 热应力场分析的必要性
• 4.2 间接耦合方法流程
• 4.3 单脉冲放电热应力分析主要步骤
• 4.4 热应力求解结果分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢