关于电火花加工电极材料蚀除机理的研究

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1、关于电火花加工电极材料蚀除机理的研究摘要：电火花加工的放电蚀除过程是在极短时间内和极微小空间内发生的，导致用观测和理论分析的方法研究都极其困难，因此其放电蚀除机理至今仍未能被明确的解释[1]。本论文从电火花加工过程中的能量分配、放电通道变化入手介绍电极材料的蚀除机理，并介绍了放电通道的波动性和振荡特性。关键词：电火花加工；能量分配；放电通道；电极材料蚀除电火花加工时一种非接触式的、宏观加工力很小的加工方法，这使得其在微细加工、精加工方面发挥了极大的作用。而电火花加工机理则是准确预测电极损耗、提高加工精度的重要理论支持和有力手段。尤其是对复杂零件的精加工，准确模拟电极

2、损耗是决定零件最终形状精度的关键技术。但由于缺乏研究手段以及放电过程本身的复杂性、随机性，使得目前电火花加工机理的研究还相对滞后，这在一定程度上制约了电火花加工技术的进一步发展，也使电火花加工本身存在的一些基本矛盾变得更加突出，同时也使人们认识到有必要在理论上对电火花加工机理展开进一步的研究。1电火花加工的基本原理图1.1电火花加工基本原理[2]1-工件；2-脉冲电源；3-自动进给调节装置；4-工具；5-工作液；6-过滤器；7-工作液泵如图1.1所示，工件1和工具4分别与脉冲电源2的两输入端相连接。自动进给调节装置3（此处为电动机及丝杠螺母机构）使工具和工件经常保持

3、一个很小的放电间隙，当脉冲电压加到两极之间时，便在当时条件下相对某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，在该局部产生火花放电，瞬时高温时工具和工件表面都蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑，如图1.2所示。其中1.2（a）是单个脉冲放电后的电蚀坑，图1.2（b）是多次脉冲放电后的电极表面。脉冲放电结束后，经过一段间隔时间，使工作液恢复绝缘后第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时机间距离相对最近处或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。这样以相当高的频率，连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可以将工具的形状反向复制在工件上，加工出所需要的零件，整个

4、加工表面是由无数个小凹坑所组成的。图1.2（a）图1.2(b)1加工过程中的能量分配[3]在电火花加工中，极间介质一旦被击穿，放电通道就瞬时释放能量，把电能转换为热能、动能、磁能、光能、声能以及电磁波辐射等，放电过程中，能量的消耗转化如图1.3所示图2.1放电过程能量的消耗过程在脉冲放电过程中，放电通道等离子区压降一般都较小，所以这个区域释放的能量只占极间释放能量的15%~40%，且绝大多数由高速运动的带电粒子传递给电极表面，在周围介质中散失的仅仅是一小部分。在介质中损耗的主要是初始放电时加热放电通道、周围介质的气化分解的能量以及放电结束时高温通道中的热量在介质中的

5、传散，因而分配在电极对上的能量占总能量的绝大部分。有关焊接热过程的能量分配表明，在气中放电时，分配在工件上的能量约为70%~85%，而在焊剂层下放电时，由于对流传散热量的减少，分配在工件上的能量可达80%~95%。电火花加工是在液体介质中进行的，不仅极间距离小，而且也有类同焊剂中放电的传热条件，虽然液体介质中还会有一定的热量传散，但是分配在电极对上的热量还是很可观的。但要准确计算出能量在工具、工件和极间工作液三者之间的分配关系却非常困难。2放电通道的变化3.1放电通道的形成脉冲放电期问，极问所形成的放电通道中除阴极和阳极的表面分别为一层极薄的电子和正离子外，其余绝大

6、部分都是由数量大致相等的正离子、自由电子及中性粒子所组成的等离子体．放电通道实际上是种高温导电气体．通道中数量大致相等的正负粒子的动力学行为受电场力支配，其运动受自生磁场的电磁力的约束．放电持续期间，通道自身有较大的扩张压力作用于周剧介质，同时放电通道中等离子体的径向运动也受到自生磁场的约束力作用．在通道和周围介质的界面上还受到流体介质的阻力作用．当放电通道刚形成时．通道扩张压力远大于自生磁场的约束力和流体介质阻力之和．等离子体沿径向向外运动，使放电通道迅速扩张．随着通道的扩张，其压力急剧下降，当此压力等于自生磁场所产生的约束力和流体介质阻力之和时．等离子体停止径向

7、的进一步扩张，此时放电通道处于平衡状态．若忽略带电粒子高速运动而引起的位形扩散和通道的波动性，放电通道的直径将保持不变。通道应呈圆柱形．通道任一横截面上的粒子浓度为中心处最密，沿半径方向远离中心逐渐减小．符合正态分布．但由于通道周围介质备处的运动阻力不一样(介质与屯极表面之问的摩擦力将会增大该处的运动阻力)，使得放电通道各处的扩展速度也不一样，即靠近电极表面的扩展速度慢。而极问中心处扩张速度快．使放电通道呈图3.1所示的腰鼓形．图3.11.2放电通道的扩散放电通道中的压力和温度很高，带电粒子在高速运动过程中必然发生剧烈碰撞，即电子与离子、电子与电子、离子与离子之