一区免费视频_亚洲精品成人av在线_久久99国产精品久久99果冻传媒_毛片网站多少

  為機(jī)床工具企業(yè)提供深度市場(chǎng)分析                     

用戶名：   密碼：         免費(fèi)注冊(cè)  |   申請(qǐng)VIP  |  

English  |   German  |   Japanese  |   添加收藏  |  
便攜式3D掃描儀
檢驗(yàn)測(cè)量

車(chē)床 銑床 鉆床 數(shù)控系統(tǒng) 加工中心 鍛壓機(jī)床 刨插拉床 螺紋加工機(jī)床 齒輪加工機(jī)床
磨床 鏜床 刀具 功能部件 配件附件 檢驗(yàn)測(cè)量 機(jī)床電器 特種加工 機(jī)器人

檢驗(yàn)測(cè)量

電工電力 工程機(jī)械 航空航天 汽車(chē) 模具
儀器儀表 通用機(jī)械 軌道交通 船舶

搜索
熱門(mén)關(guān)鍵字：

數(shù)控機(jī)床

 | 數(shù)控車(chē)床 | 數(shù)控系統(tǒng) | 滾齒機(jī) | 數(shù)控銑床 | 銑刀 | 主軸 | 立式加工中心 | 機(jī)器人
您現(xiàn)在的位置：檢驗(yàn)測(cè)量網(wǎng)> 加工與維修>電火花加工單脈沖放電通道直徑擴(kuò)展規(guī)律研究
電火花加工單脈沖放電通道直徑擴(kuò)展規(guī)律研究
2017-3-23  來(lái)源：合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院  作者：常偉,陳遠(yuǎn)龍,張建華,徐斌, 方明

      摘要：電火花加工的加工表面是由一系列的脈沖放電凹坑疊加而成的，因此研究單脈沖放電通道直徑的擴(kuò)展規(guī)律，對(duì)研究電火花加工的工藝規(guī)律以及加工表面質(zhì)量預(yù)測(cè)等具有非常重要的意義。研究脈沖放電通道的形成與擴(kuò)展機(jī)理，討論電壓、極值電流、脈寬等放電參數(shù)對(duì)放電通道直徑擴(kuò)展的影響，并根據(jù)理論推導(dǎo)建立了單脈沖放電通道直徑擴(kuò)展的數(shù)學(xué)模型。以煤油作為電介質(zhì)工作液開(kāi)展了單脈沖放電試驗(yàn)，使用超景深顯微鏡對(duì)單脈沖放電凹坑的直徑進(jìn)行了測(cè)量，并把測(cè)量得到的單脈沖放電直徑數(shù)據(jù)代入建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行回歸求解。回歸公式的計(jì)算值與試驗(yàn)測(cè)量得到的單脈沖直徑數(shù)據(jù)吻合度較高。 

      關(guān)鍵詞：電火花加工(EDM)；單脈沖；放電通道；擴(kuò)展規(guī)律 

      0 .前言
 
      電火花加工(Electrical  discharge  machining，EDM)是在電介質(zhì)工作液內(nèi)，使工具電極與工件保持一定的間隙并產(chǎn)生脈沖性火花放電，利用電蝕作用去除工件材料的一種加工方法，也稱(chēng)為“電蝕加工”或“放電加工”。隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，各種新材料的硬度、強(qiáng)度、脆性、黏性和純度不斷提高，零部的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜性，工藝的特殊要求越來(lái)越多，給制造業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。電火花加工過(guò)程中，工具電極與工件不接觸，因此沒(méi)有切削力，可以使用銅等較軟的材料加工高硬度、高脆性的導(dǎo)電材料。隨著電火花加工研究的發(fā)展，除了可以加工導(dǎo)電材料外，還可以對(duì)不導(dǎo)電材料進(jìn)行電火花加工，并向微細(xì)領(lǐng)域發(fā)展[1-2]。電火花加工作為重要的特種加工方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于模具制造、電子、精密機(jī)械、航空航天以及國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域，具有非常重要的地位[3]。
 
      電火花加工的加工表面是由一系列的脈沖放電凹坑疊加而成的，所以研究單脈沖放電通道直徑的擴(kuò)展規(guī)律，對(duì)研究電火花加工的工藝規(guī)律以及加工表面質(zhì)量預(yù)測(cè)等具有非常重要的意義。
 
      劉蜀陽(yáng)等[4]研究了基于場(chǎng)致發(fā)射理論的 EDM平板電容模型及其參數(shù)，把單脈沖放電周期依次劃分為幾件電場(chǎng)建立、極間通道擊穿、正常放電加工與消電離四個(gè)階段，并分別進(jìn)行了各階段的極間電場(chǎng)強(qiáng)度、極間電子自由程、極間介質(zhì)介電常數(shù)和極間電流變化規(guī)律的理論分析。MING 等[5]建立了一種基于有限元法和高斯過(guò)程回歸的混合模型，用于預(yù)測(cè)電火花加工的加工效率。其中，建立的高斯回歸模型用于建立單脈沖熱分布預(yù)測(cè)，并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練、測(cè)試和調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程的預(yù)測(cè)。SOMASHEKHAR 等[6]基于單脈沖放電和電熱理論對(duì)微細(xì)電火花加工原理進(jìn)行了研究，建立了單脈沖熱仿真模型，仿真得到的放電凹坑徑深比為 2.92，試驗(yàn)得到的放電凹坑徑深比為 2.67。SARADINDU等[7]建立了一個(gè)包含等離子特性、移動(dòng)熱源特性、多脈沖放電和電極絲振動(dòng)影響的電火花線切割單脈沖放電綜合數(shù)學(xué)模型，用以預(yù)測(cè)電火花線切割加工中單脈沖和多脈沖放電下的電極絲損耗，其驗(yàn)證試驗(yàn)與模型計(jì)算數(shù)據(jù)吻合較好。GOVINDAN 等[8]建立了磁場(chǎng)輔助氣中電火花加工的單脈沖放電模型，模型包含電流、電壓、電磁場(chǎng)、脈沖寬度等參數(shù)，與試驗(yàn)得到的趨勢(shì)吻合較好。

      電介質(zhì)工作液被擊穿形成放電通道的過(guò)程中，放電通道在極短的時(shí)間內(nèi)形成，并以極高的速度擴(kuò)展。KOJIMA 等[9]利用高速攝像機(jī)研究了放電通道半徑在不同電流、放電間隙等參數(shù)下的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)放電通道擴(kuò)展在很短時(shí)間內(nèi)就已經(jīng)完成。文獻(xiàn)[9]拍攝的單脈沖放電過(guò)程如圖 1 所示(極值電流 IA：23 A，脈寬 td：80 μs，開(kāi)路電壓 Uo：280 V)。
 
1

圖 1 文獻(xiàn)[9]中單脈沖放電過(guò)程

      SNOTYS 等[10-11]分別對(duì)放電通道的擴(kuò)展速度進(jìn)行了定量分析，發(fā)現(xiàn)在放電開(kāi)始的第一微秒內(nèi)放電通道的擴(kuò)展速度為 30～75 m/s，其后由于壓力減小擴(kuò)展速度也逐漸減小。
 
      由于放電通道的直徑難以測(cè)量，故本文通過(guò)研究脈沖放電點(diǎn)直徑的變化規(guī)律，側(cè)面反映放電通道直徑的變化規(guī)律。對(duì)脈沖放電通道直徑擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行理論分析，給出了脈沖放電通道直徑擴(kuò)展數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行單脈沖放電試驗(yàn)并測(cè)量脈沖放電點(diǎn)的直徑,根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸。
 
      1.試驗(yàn)方法和試驗(yàn)方案
 
      1.1試驗(yàn)方法
 
      在 SF201 電火花成型機(jī)床上進(jìn)行單脈沖放電試驗(yàn)(圖 2)，并測(cè)量不同參數(shù)下放電凹坑的直徑，從而研究單脈沖放電通道直徑的擴(kuò)展規(guī)律。SF201 電火花成型機(jī)床的 Z 軸垂直進(jìn)給分辨率為 1μm，配備 HELI-50A 型脈沖電源，其脈寬輸出范圍1～2 000 μs，脈間可設(shè)定范圍為 1～500 μs，最大輸出電流為 40  A；工具電極和工件均采用 45 鋼，其中工具電極直徑 0.2 mm；電介質(zhì)工作液為煤油。
 
2

圖 2試驗(yàn)裝置 

      分別進(jìn)行各參數(shù)的單脈沖放電試驗(yàn)，使用KEYENCE 超景深顯微系統(tǒng) VHX-600 對(duì)單脈沖放電點(diǎn)的顯微形貌進(jìn)行觀察，并測(cè)量單脈沖放電點(diǎn)的直徑。
 
      1.2 試驗(yàn)方案及試驗(yàn)數(shù)據(jù)
 
      每組參數(shù)取 3 個(gè)脈沖點(diǎn)直徑，取其平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，以電壓 U：70 V、極值電流 IA：3.2 A、脈寬 td：130  μs 為放電參數(shù)為基準(zhǔn)放電參數(shù)。單脈沖放電的試驗(yàn)參數(shù)和凹坑直徑數(shù)據(jù)列于表 1。
 
      2 .數(shù)學(xué)模型
 
      由于電子的尺寸與質(zhì)量極小，帶單位負(fù)電荷，所以其遷移率為離子的千倍以上，約為 0.37 m2/s·V。當(dāng)電子被中性氣體分子或其他分子吸附變成負(fù)離子時(shí)，其遷移率降低很多。通常，同種氣體的正離子與負(fù)離子遷移率基本相同，而負(fù)離子的遷移率常略高于正離子的遷移率。于麗麗等[12]通過(guò)仿真研究得出結(jié)論，電子的高速運(yùn)動(dòng)是放電通道形成與擴(kuò)展的主要因素，而離子的運(yùn)動(dòng)作用不明顯。
 
      要研究單脈沖放電通道直徑的擴(kuò)展規(guī)律，需要重點(diǎn)研究電子在放電通道形成與擴(kuò)展中的作用。電子從陰極到陽(yáng)極方向的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致電介質(zhì)的擊穿，而其沿徑向向外的速度分量則會(huì)導(dǎo)致放電通道的擴(kuò)展。電子由陰極向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)時(shí)的偏移率，是導(dǎo)致放電通道擴(kuò)展的關(guān)鍵因素。
 
表 1 試驗(yàn)參數(shù)及數(shù)據(jù)表


      每種電介質(zhì)工作液都有其固有的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度 Eb [13]，當(dāng)兩極間電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到電介質(zhì)工作液的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度 Eb時(shí)，電介質(zhì)工作液就會(huì)被擊穿發(fā)生火花放電。由于極間電場(chǎng)強(qiáng)度為極間電壓 U 與極間距d 的比值，故電壓 U 決定了擊穿距離，即極間距 d。當(dāng)電壓U增大時(shí)，可擊穿電解質(zhì)工作液的間距增大，擊穿時(shí)的能量損耗增加。在一定電壓范圍內(nèi)，隨著電壓 U 的增大，單脈沖放電直徑會(huì)減小。但電壓 U的影響比極值電流 IA與脈沖持續(xù)時(shí)間 td小。
 
      以陰極放電點(diǎn)為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，如圖 3所示。兩極間電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度 v 有 vx和 vy兩個(gè)方向的分量，其中 x 軸向速度分量 vx垂直于電場(chǎng)方向，電子沿 x 方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，電子電勢(shì)能不變，電子能量不增加，vx不變；電子沿 y 方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力對(duì)電子做功，電子的能量得到加強(qiáng)，y 方向速度分量 vy增大。如果電子在電場(chǎng)中任意方向運(yùn)動(dòng)距離為 d，設(shè) dy為其 y 方向運(yùn)動(dòng)距離分量，則其能量增量為
 
1


圖 3 坐標(biāo)系



圖 4 放電通道直徑的擴(kuò)展 

      通過(guò)放電通道的電子數(shù)量隨極值電流IA的增大而增加，導(dǎo)致在 x 方向運(yùn)動(dòng)分量的電子數(shù)目也會(huì)增加，相當(dāng)于兩極間在 x 方向擴(kuò)展的能量得以增大，有利于增大放電通道直徑。因此，極值電流的增大會(huì)導(dǎo)致放電通道直徑的增大。
 
      脈寬 td也是決定放電直徑的重要因素。隨著放電時(shí)間的延長(zhǎng)，放電通道的半徑也在增大，但是當(dāng)放電通道達(dá)到自持放電并且放電通道已經(jīng)穩(wěn)定時(shí)，電介質(zhì)已經(jīng)被擊穿。此時(shí)，被擊穿的電介質(zhì)的電阻相當(dāng)于導(dǎo)體，放電通道停止擴(kuò)展，并且放電通道的半徑會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)最大值附近。當(dāng)脈寬 td繼續(xù)增大，并且脈沖間隔不能使電介質(zhì)完全消電離時(shí)，便會(huì)發(fā)生電弧放電，并使工件燒傷。在該放電參數(shù)下，放電通道直徑的最大值即為電弧的直徑。

      根據(jù)碰撞游離理論[13-14]可以推導(dǎo)出放電通道徑向邊界的穩(wěn)定條件。邊界處的電介質(zhì)工作液處于不斷地游離與復(fù)合的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，如果游離的速度大于復(fù)合的速度，則放電通道直徑將增大；如果游離速度與復(fù)合速度相當(dāng)，則邊界處電介質(zhì)工作液的游離與復(fù)合平衡，放電通道直徑大小穩(wěn)定在一個(gè)值附近，放電通道的直徑不再增大；如果游離的速度小于復(fù)合的速度，放電通道直徑將減小，最終放電通道閉合。圖 5 為動(dòng)態(tài)平衡區(qū)域示意圖。


圖 5 放電通道外圍的動(dòng)平衡區(qū)

      根據(jù)前文對(duì)放電通道擴(kuò)展影響因素的分析，建立電壓、極值電流、脈寬與放電通道半徑擴(kuò)展的數(shù)學(xué)關(guān)系式，設(shè)半徑擴(kuò)展方程形式為
 

      3.計(jì)算結(jié)果與比較
 
      使用 KEYENCE 超景深顯微系統(tǒng) VHX-600 對(duì)單脈沖放電點(diǎn)的顯微形貌進(jìn)行觀察，并測(cè)量單脈沖放電點(diǎn)的直徑。正極性單脈沖放電點(diǎn)的顯微形貌如圖 6a 所示。正極性脈沖放電點(diǎn)材料的去除方式主要是氣化和熔化，放電凹坑深度大邊緣整齊。負(fù)極性單脈沖放電點(diǎn)的顯微形貌如圖 6b 所示。與正極性脈沖放電相比，負(fù)極性脈沖放電點(diǎn)的直徑略大。材料表面只有燒蝕的痕跡，并且邊界比較模糊，沒(méi)有形成放電凹坑。根據(jù)液體的碰撞游離擊穿理論[14]，電子崩由初始電子引發(fā)，并向正極發(fā)展，經(jīng)極間電場(chǎng)加速后在陽(yáng)極釋放能量，故陰極作為擊穿始發(fā)端放電凹坑直徑相對(duì)較大但深度小，而陽(yáng)極放點(diǎn)凹坑直徑相對(duì)較小但深度大。由于負(fù)極性單脈沖放電點(diǎn)的直徑難以測(cè)量，因此，選用正極性單脈沖放電進(jìn)行研究，按照表 1 所示參數(shù)進(jìn)行單脈沖放電試驗(yàn)并測(cè)量凹坑直徑，數(shù)據(jù)如表 1 所示。


圖 6單脈沖放電點(diǎn)的顯微照片 



      圖 7 為單脈沖放電點(diǎn)直徑的理論值與試驗(yàn)值隨電壓值的變化情況。試驗(yàn)值略高于理論值，但二者總體變化趨勢(shì)相同。


圖 7   不同電壓?jiǎn)蚊}沖直徑試驗(yàn)值與理論值 

      圖 8 為單脈沖放電點(diǎn)直徑隨極值電流的變化情況。脈沖放電點(diǎn)直徑隨極值電流的增大呈指數(shù)上升，兩條曲線緊密貼合，數(shù)值差別很小。


圖 8   不同極值電流單脈沖直徑試驗(yàn)值與理論值

      圖 9 為單脈沖放電點(diǎn)直徑的理論值與試驗(yàn)值隨脈寬的變化情況。單脈沖放電點(diǎn)直徑隨著脈寬的增加呈指數(shù)上升趨勢(shì)。雖然在脈寬 32  μs 時(shí)二者有差別，但兩條曲線總體貼合性很好。
  

圖 9   不同脈寬條件下單脈沖放電點(diǎn)直徑試驗(yàn)值與理論值 

      在滿足消電離條件的前提下，脈間大小對(duì)放電通道直徑的大小沒(méi)有影響。
 
      4.結(jié)論
 
      (1)研究了脈沖放電通道的形成與擴(kuò)展機(jī)理。對(duì)放電通道的形成與擴(kuò)展起主要作用是自由電子，電子的高速運(yùn)動(dòng)是放電通道形成與擴(kuò)展的主要因素，而離子的運(yùn)動(dòng)作用不明顯。電子從陰極到陽(yáng)極方向的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致電介質(zhì)的擊穿，而其沿徑向向外的速度分量則會(huì)導(dǎo)致放電通道的擴(kuò)展。電子由陰極向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)時(shí)的偏移率，是導(dǎo)致放電通道擴(kuò)展的關(guān)鍵因素。
 
      (2)討論了脈沖放電通道的形成與擴(kuò)展機(jī)理，討論了電壓、極值電流、脈寬與脈間等放電參數(shù)對(duì)放電通道直徑擴(kuò)展的影響，并根據(jù)理論推導(dǎo)建立了單脈沖放電通道直徑擴(kuò)展的數(shù)學(xué)模型。
 
      (3)以煤油為電介質(zhì)工作液，在 SF201 電火花成型機(jī)床上進(jìn)行了單脈沖放電試驗(yàn)，使用顯微鏡對(duì)正極性單脈沖放電點(diǎn)的直徑進(jìn)行了測(cè)量。把試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)代入數(shù)學(xué)模型進(jìn)行回歸計(jì)算，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與公式計(jì)算值吻合度較高。


    投稿箱：
        如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com