冯海娣,汪 炜,刘正埙,张 伟,赵尔近

(南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016)

微能放电加工和常规放电加工机理相同,也是动能、热能、电能、磁能等多场耦合的复杂过程,但其本质还是热过程,电极表面放电点周围温度分布决定放电凹坑的形状和电极电蚀量,因此研究影响电极电蚀量的因素尤为重要。电极电蚀量是指微能放电中引起的工件去除量或工具损耗量。对于微能放电来说,重要的特点就是单个脉冲的放电能量很小,稳定的放电间隙小,而端面放电常常会出现装夹对刀以及无法定量测量电蚀量等问题。

因此本文根据热传导基本理论和微能放电的实际情况,建立起微能放电热传播模型,借助ANSYS分析软件,对微能放电中正负两极的单脉冲放电温度场进行了数值模拟。然后采用两根直径20 μm且互相垂直的钨丝进行侧面放电,测量一定时间段正负两极放电凹坑的直径和深度,并分别计算其电蚀量,验证仿真结果的正确性。

1 模型的建立

1.1 物理模型的建立

图1是试验建立的物理模型,两根互相垂直的钨丝侧面放电,假设放电通道为圆柱状,放电过程在煤油中进行。

1.2 数学模型的建立

图1 单脉冲放电物理模型

微能放电电极温度场仿真分析属于非线性热传导问题,根据Fourier热传导理论,得到圆柱坐标系下的非线性瞬态三维热传导方程[8]:

式中:T为温度;t为时间;c为材料的比热容;ρ为材料的密度;λ为材料的导热系数;r、z为点的圆柱坐标;Q(r,φ,z,t)为导体内单位体积、单位时间内热源产生的热量。……