张春幸,张勤河,付秀琢,张 亚

(山东大学机械工程学院,山东 济南 250061)

电火花加工是不同于传统机械切削加工的一种非接触式加工,在机械制造业中占有重要的地位。电火花放电过程本身的复杂性、随机性导致其加工机理研究发展相对滞后,而这在一定程度上制约了电火花加工技术的进一步发展[1]。国内外学者对电火花加工机理做了大量研究,提出了相关学说,但放电通道的形成和发展至今没有统一的理论,仍是电加工界争论的焦点之一[2]。为此,本文采用粒子模拟(Particle In Cell)与蒙特卡罗碰撞(Monte-Carlo Collision)相结合的方法,即PIC/MCC方法对电火花加工放电通道中带电粒子的运动过程进行了模拟,结果显示放电通道的位形呈中间粗、两端细的腰鼓形,由放电通道内带电粒子密度的高斯分布得出作用在电极表面热源的热流密度也近似符合高斯分布。

1 放电通道物理模型及PIC/MCC理论

1.1 物理模型

本课题组研究开发的压电自适应脉冲式电火花加工装置采用低压直流电源,在工具电极和主轴之间增加由压电陶瓷片堆叠的致动器,加工时利用压电陶瓷的逆压电效应自动调节极间距离与放电之间的关系,具有自适应能力。在放电过程中,当两电极之间加电压后即在极间介质中形成电场,随着极间电压的不断升高和极间距离的不断减小,场强逐渐增大,当阴极表面场强达到105V/mm左右时,阴极产生场致电子发射。电子在极间电场力的作用下由阴极向阳极作高速运动,并与介质中的中性粒子或质子发生碰撞使之电离,产生带正电的粒子和带负电的粒子;碰撞的不断发生导致带电粒子雪崩式增加,当达到一定程度时,介质被击穿形成放电通道。……