水及气中电火花蚀除模型仿真及实验

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当前,电火花加工技术在模具、航空航天、化工医药等不同工业领域得到了越来越广泛的应用。电火花加工是热、化学、电磁、流体动力等多种物理场相互耦合作用的综合结果,是一个具有既复杂又随机的瞬态热蚀除过程;因此,各种随机因素带来的不确定性给机理的分析和深入认识带来了很大的挑战。在日益发展的电火花加工工艺需求面前,机理研究的滞后在一定程度上制约了电火花加工技术的进一步发展,因此对电火花加工机理研究的迫切性越来越大。  本文基于前期已取得的雾中放电加工机理研究的成果,进一步分析在空气、水等不同工作介质中放电加工的蚀除机理模型。首先采用最小二乘法拟合实验结果得到不同放电参数下紫铜-工具钢电极对在放电后所形成的电蚀坑半径随脉宽时间及峰值电流等加工条件变化的规律;其次根据放电过程中的物理现象建立多物理场耦合的分析模型以对不同工作介质的加工过程进行建模;然后采用实验与仿真相结合的分析方法获得电火花加工的放电能量在正极所分配的能量系数。进而分析不同工作介质电火花加工中不同放电能量参数下的温度场分布以及放电能量的传导过程。最后,在建立的传热物理模型中带入正极能量分配系数来计算不同放电加工参数下的电蚀坑半径,通过与实验结果比对后,证明了传热模型计算的电蚀坑尺寸与实验获得的电蚀坑尺寸吻合度较高,误差范围都在10%以内,验证了传热物理模型的可靠性非常高。  本文通过实验与仿真相结合的方法,确定了气中和水中电火花加工的正极能量分配系数分别为0.30和0.15。因此,说明不同工作介质的电火花加工其能量分配系数并不相同,即不同工作介质是导致能量分配系数不同的重要原因之一。通过建立可靠的传热物理耦合模型,不但可以用于预测放电加工的材料去除率(MRR)和表面粗糙度(SR)等,而且还可以为工艺参数优化提供依据,以达到预期材料去除率和表面加工质量、控制或减少成本的目的;此外,还可以为其他的电火花加工方法甚至电弧加工的机理分析提供有价值的借鉴。
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