电火花单脉冲放电加工的电热模型与实验研究.pdf

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1、1甸似电火花单脉冲放电加工的电热模型与实验研究TheelectrothermalmodelandexperimentalstudyforsinglesparkEDM陈日’，郭钟宁’，刘江文，罗红平’CHENRI1IGU0Zhong．ning，LIUJiang-wen，LUOHong．ping’(1．广东工业大学机电工程学院，广州510090；2．华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广州510640)摘要：为了探索电火花放电加工过程中的材料去除机理，以均匀热源模型为基础，建立了单脉冲电火花加工铝合金6061的温度场的电热模型。利用ANSYS软件仿真获得了单脉冲放电

2、产生的温度场，分析了熔融凹坑的直径、深度和体积随不同脉冲宽度的变化趋势。进行了电火花单脉冲放电加工实验，模拟计算结果和试验结果基本吻合，表明该电热模型可以比较准确地预测电火花单脉冲放电加工的温度场分布，为进一步预测电火花连续脉冲放电加工的温度场分布情况打下基础。关键词：单脉冲；电火花加工；温度场；仿真；电热模型中图分类号：TH128文献标识码：A文章编号：1009-0134(2014)07(下)-0074-03Doi：10．3969／J．1ssn．1009-0134．2014．07(F)．200引言2)放电的热影响区域是轴对称的。3)电火花放电是以单通道的形式放电的

3、。电火花加工(EDM)是一种不同于传统加工工艺的新型加工方法，具有高效率、高精度、自动4)热量以热传导的方式传递，热辐射和热对化、安全环保等特点，被公认为是最有发展前景流忽略不计。的特种加工方法之一。然而，电火花单脉冲放电5)加载在工件的表面热源是呈圆柱状的。加工的整个过程持续时间极短，并且火花放电过1．2热源模型程是在只有数微米的间隙中进行，因而整个放电作用在工件表面的热流密度分布形式是影响加工过程伴随着复杂的间隙现象，它涉及到多物电火花加工过程的热源模型的重要参数，它的选理场现象，如气泡的放电，热传导，以及气泡在择对模拟所得的温度场分布情况有着重要的影水中的迅速

4、扩展与溃灭nl2】。正是这个复杂的间隙响，决定着所建立模型的准确程度。因而，必须现象使得人们至今无法全面清楚地认识电火花放根据实际情况去选择一个合适的热流密度分布形电加工机理，而且电火花加工成本比较高，大量的式去建立热源模型。目前，大多数学者根据自己实验必然增加了成本，而数值模拟能较好地分析电加工的工况特点采用高斯热流密度分布和均匀热火花单脉冲放电加工过程，能提高加工效率和节约流密度分布去建模。在本文的研究中，根据所用加工成本，故受到国内外研究者的高度重视。工具工件材料、工作介质和电参数的实际情况，本文结合放电加工的实际过程，建立了电火采用了基于均匀热流分布的热源模

5、型【4】：花单脉冲放电加工的温度场的电热模型，利用ANSYs模拟仿真其温度场分布情况，分析了熔融g=；rcRz⋯Lt)凹坑的直径、深度和体积随不同脉冲宽度的变化其中，U为放电电压，V；R为放电通道半趋势，并用实验验证了该模型的准确性，为实际径，m；I为放电电流，A；B为能量分配系数。目电火花放电加工工艺的参数的选择和优化提供理前，对于在电火花放电加工过程所产生的能量分论指导具有重要的意义。配到两极的比例尚未形成统一的结论，它是随着电1单脉冲电火花加工电热模型的建立极材料、工件材料、工作介质和放电加工参数的变化而变化的。基于实验的基础上，在本次仿真1．1条件假设中认为

6、工件(阳极)吸收的能量比例为33％，放电1)工件的材料是各向同性且均匀的。通道半径采用的是基于放电电流和脉冲宽度的等收稿日期：2014-05-04基金项目：国家自然科学基金项目(51205137)；国家自然科学基金重点资助项目(U1134003)；广东省科技计划项目促进科技服务业发展专项计划(2010A040203002)；省部产学研结合科技创新平台(2011A091000002)作者简介：陈日(1990一)，男，广东高H人，研究方向为电火花加工仿真与实验研究。【74】第36卷第7期2014—07(下)务I匐似的增大而增大，工件所吸收的放电能量也相应增大，但是此时放

7、电通道半径较大，加载在工件的能量密度反而有所降低。由图3和图4可知，当脉冲宽度增大到约150tJ．s+t，仿真值与实验值的差别较大，这主要是因为脉冲宽度较大时，能量密度降低，使得更多的熔融材料未能被及时抛出而重新凝固并堆积在熔融凹坑的边缘，如图5所示。图2熔融凹坑深度随脉冲宽度变化曲线图5熔融凹坑的三维形貌图(脉冲宽度196l-ts)图3熔融凹坑直径随脉冲宽度变化曲线3结论本文建立了电火花单脉冲放电加工的电热模型，通过ANSYS模拟了工件的温度场分布情况，获得了在不同脉冲宽度条件下放电加工的熔融凹坑的形貌、直径、深度和材料去除量，并对模型进行了实验验证。结果表明