超声振动辅助气体介质电火花加工机理研究

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1、《电加工与模具》!##"年第$期设计·研究超声振动辅助气体介质电火花加工机理研究徐明刚张建华张勤河李丽任升峰（山东大学机械工程学院，山东济南!"##$%）摘要：简述了超声振动辅助气体介质电火花加工原理，分析了超声振动辅助气体介质电火花加工电极材料抛出的物理过程，探讨了工件材料抛出机理以及气体介质、超声振动对材料蚀除的影响机理。关键词：超声振动；气体介质；电火花加工；机理!"#$%&’"()*)+(,’-./&012"3,.&’-+4-53,"-&’6-$)$78*-’9,.&’()*++,*+，-.,*+/),*.’,，-.,*+0)*.1

2、，2)2)，31*4.1*+51*+（4.,*67*+8*)91:;)<=，/)*,*!"##$%，>.)*,）65."3,+"：?.1@:)*A)@B175’B<:,;7*)A9)C:,<)7*,)6161B1A<:)A,B6);A.,:+1D,A.)*)*+（EF(）G,;61;A:)C16,*6<.1D,<1:),B:1D79,B@:7A1;;G,;,*,B=H16I?.1D1A.,*);D75D,<1:),B:1D791G,;6);JA’;;16IK*,66)<)7*，<.);G7:L61;A:)C16<.11551A

3、);D75+,;D16)’D,*6’B<:,;7*)A9)C:,<)7*7*D,<1:),B:1D791I:)%;&3$.：’B<:,;7*)A9)C:,<)7*；+,;；EF(；D1A.,*);D传统电火花加工是在液体绝缘性工作液中进行体介质电火花加工技术的基础上发展起来的一种新的，但液体介质又带来了环境污染等问题。在放电型复合加工技术［T］，其工作原理为：固定在主轴头加工过程中，煤油等高分子碳氢化合物易发生热分上的工具电极与固定在工作台上的工件分别与脉冲解，析出大量的有害气体（如>M和>N等）和碳的电源的两个输出端相连接，主轴头带动薄壁

4、管状工O微粒，污染环境并影响加工过程的稳定性。目前，国具电极旋转，同时在管状工具电极中通以高压气体际上电火花加工总的发展趋势是研究开发高效率、（空气、氧气、氮气等）介质，工件或者工具电极进行低损耗、无污染的绿色电火花加工技术和设备［%］。超声频振动，脉冲放电产生的瞬时高温使工件表面气体介质电火花加工是日本东京农工大学(I材料局部熔化、气化。气体介质的作用是去除熔化、［!］，蒸发的工件材料，并迅速地将其从放电间隙中排出，P’*)16,教授提出的一种新的电火花加工技术打破了已有的“绝缘性的工作液是电火花加工过程同时在脉冲间隔时间吹除等离子体，起

5、到冷却放电中不可缺少的介质”的观点。气体介质电火花加工间隙，恢复极间的绝缘状态的作用。超声振动可以安全、不污染环境、电极损耗率非常低，选择合适的改善间隙放电和放电通道状态，减少短路和拉弧等气体时，加工表面再凝固层非常小，为电火花脉冲放现象的发生。超声振动辅助气体介质电火花加工技电加工技术开辟了一条崭新的途径。术具有对环境友好、加工范围广、工具电极简单等优点，其原理如图%所示。%工作原理实验结果表明，超声振动辅助气体介质电火花超声振动辅助气体介质电火花加工技术是在气加工是一个有效的方法。气体介质电火花加工技术是一项新的技术，对其加工机理的研究

6、还较少。而收稿日期：!##"Q#RQ#S超声振动辅助气体介质电火花加工技术作为气中放基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（!##T#O!!#%O）电加工技术的新发展，更是迫切需要对其加工机理第一作者简介：徐明刚，男，%SUS年生，博士研究生。进行研究。本文通过对超声振动辅助气体介质电火—TO—设计·研究《电加工与模具》"((’年第)期花加工实验研究，结合气体放电相关理论，探索了超时释放能量，把电能转化为热能、动能、磁能、光能声振动辅助气体介质电火花加工机理。等。脉冲能量传递给电极表面主要有下列形式：!在电场作用下带电粒子对电极表

7、面的高速轰击；"电极材料气化喷爆时所形成的蒸气炬对相对电极表面的冲击；#放电通道的热辐射；$放电通道中高温气体质点对电极表面的热冲击。这些能量在电极表面转化成为热能，并在放电点附近形成一个瞬时高温热源，这个热源将使放电点附近局部金属瞬时熔化和气化。!$#抛出消电离阶段熔融金属的一部分在高速高压气体介质的作用下，迅速抛离电极表面；另一部分在放电通道爆炸力的作用下抛离电极表面；还有一部分在超声振动产生的空化和液滴惯性力作用下被抛出。熔融电极材图!超声振动辅助气体介质电火花加工原理料抛出之后，在电极表面留下一个个小凹坑。放电通道压力随着超声振动而

8、高频变化，参与"电火花单脉冲材料抛出物理过程熔融金属的抛出过程。由于脉冲放电时间很短，这在超声振动辅助气体介质电火花加工中，单脉种高频变化的压力对材料的抛出是非常有利的。当冲材料