微細(xì)電火花加工放電特性及蝕除機(jī)制的分子動(dòng)力學(xué)仿真.pdf

1、電火花加工具有極其復(fù)雜的極間現(xiàn)象，并且其加工過程具有較大的隨機(jī)性，材料蝕除過程發(fā)生在極短的時(shí)間和極小的空間內(nèi)，使得實(shí)驗(yàn)觀察其加工過程中各種現(xiàn)象的物理本質(zhì)非常困難，所以電火花加工放電蝕除機(jī)理尚未被研究明確，嚴(yán)重限制著其發(fā)展空間。
　　為從微觀動(dòng)力學(xué)角度分析電火花加工過程及其材料蝕除機(jī)理，本課題利用分子動(dòng)力學(xué)方法，通過改進(jìn)原有的能量輸入方式與熱源施加模型，對(duì)單脈沖微細(xì)電火花加工過程中工件材料的蝕除機(jī)制，放電凹坑形貌的形成過程進(jìn)行了分子

2、動(dòng)力學(xué)仿真研究。研究表明，放電開始后，電極表面材料就發(fā)生了蝕除，并且電極材料的蝕除主要發(fā)生在放電持續(xù)時(shí)間內(nèi)。且放電開始后，放電凹坑深度迅速增加，之后又逐漸變淺，直到放電結(jié)束后，其深度逐漸趨于穩(wěn)定。造成這種現(xiàn)象的原因有三個(gè)：首先是因?yàn)橛胁糠诌M(jìn)入極間的已蝕除原子與其它在運(yùn)動(dòng)中的原子發(fā)生碰撞又重新回落到凹坑底部；其次是由于部分熔融區(qū)原子重新流回到凹坑底部；三是放電結(jié)束后，凹坑表面形成了晶格無序的熔融再凝固層，使得該區(qū)域內(nèi)材料密度有所降低。

3、r>　　同時(shí)，在對(duì)工件內(nèi)熔融區(qū)壓力的分析中發(fā)現(xiàn)，電火花加工放電期間，電極內(nèi)部靜水壓力值明顯高于電極表面靜水壓力，放電期間沿熔融區(qū)深度方向上形成的由電極內(nèi)部指向電極表面的靜水壓力梯度分布是電火花加工過程中熔融區(qū)內(nèi)電極材料去除的主要?jiǎng)恿Α?br>　　本課題還對(duì)工件表面變質(zhì)層特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在放電初期，表面變質(zhì)層沿深度方向擴(kuò)張劇烈，隨后隨放電通道的膨脹沿徑向方向擴(kuò)張明顯，但在放電結(jié)束后，由于電極內(nèi)部殘余的熱量仍然在進(jìn)行熱傳導(dǎo)，使得工件的表

4、面變質(zhì)層持續(xù)擴(kuò)張。且電極表面熔融區(qū)域范圍在放電結(jié)束時(shí)刻左右達(dá)到最大，大部分熔融材料殘留在凹坑表面從而形成了熔融再凝固層。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，放電結(jié)束后熱影響層仍然在擴(kuò)張，但最終熔融再凝固層范圍要遠(yuǎn)大于熱影響層范圍。
　　此外，極微小能量下電火花加工的仿真結(jié)果表明，若放電功率選取合適，在微細(xì)電火花加工中可以使得材料熔化但不發(fā)生蝕除。同時(shí)，為更貼合實(shí)際電火花加工，本課題還對(duì)多晶材料的電火花加工過程進(jìn)行了仿真研究，研究表明，與單晶材料的蝕除過程相