【摘要】：電火花加工具有宏觀力小、放電能量密度高等優(yōu)點(diǎn),特別適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料特殊的微細(xì)精密加工,極大地促進(jìn)我國制造業(yè)的發(fā)展。但電火花放電產(chǎn)生的電蝕除作用亦會蝕除電極導(dǎo)致加工精度大幅度降低。為徹底解決放電加工中微細(xì)電極制作復(fù)雜、電極損耗率大等瓶頸問題,本論文提出了液體金屬電極的電火花加工方法。并針對目前電火花理論研究的局限性,深入研究了在多場耦合作用下液體金屬電極放電通道形成的內(nèi)在機(jī)理。針對液體金屬電極,通過蒙特卡羅法分析計算了液體金屬電極的發(fā)射特性,確定了粒子發(fā)射的初始條件。為更加精確地理解和描述發(fā)生在脈沖電壓作用下的液體金屬電極放電通道形成過程,建立了單脈沖電壓作用下液體金屬電極放電通道物理模型。采用粒子模擬法和蒙特卡洛碰撞理論(PIC-MCC)模擬液體金屬電極放電通道內(nèi)等離子體的運(yùn)動,利用逐次超松弛迭代法(SOR)和Buneman-Boris法實(shí)現(xiàn)空間電勢和等離子迭代更新,并通過加入特殊邊界條件使液體金屬電極放電通道物理模型更加精確。針對上述模型,利用MATLAB數(shù)學(xué)建模軟件對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行算法設(shè)計及編程,實(shí)現(xiàn)了液體金屬電極放電通道模型仿真結(jié)果的可視化。仿真結(jié)果從微觀物理角度顯示了等離子通道的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移和穩(wěn)定過程,液體金屬電極放電通道中粒子的密度,速度和能量分布以及陽極和陰極的能量演變過程等。在分析微觀物理過程的基礎(chǔ)上,本論文也深入研究了不同極間電壓對兩極能量分布的影響,仿真結(jié)果顯示:陽極和陰極的能量隨電壓升高而增加,穩(wěn)定狀態(tài)下,分配到陽極和陰極的能量變化不大,陽極約5.09%,陰極約12.24%。同時本文設(shè)計了液體金屬電極電火花加工工藝實(shí)驗(yàn),對所建立的液體金屬電極放電通達(dá)通道物理模型和放電通道內(nèi)能量的分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明液體金屬電極電火花加工方法的可靠性,以及仿真模型的正確性。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文人也做了詳細(xì)研究，結(jié)果表明在單次放電能量較低時，放電能量平均值與量平均值之間呈現(xiàn)線性相關(guān)的關(guān)系，，在能量處于高能級時電極損耗基本不達(dá) 50%[11]。比利時魯汶大學(xué)的 FerrarisE 等人在正、負(fù)脈沖對電極的損耗行定量研究[12]。

并通過高速攝像機(jī)拍攝了再脈沖電壓下液體金屬電極形成凸起尖端的過程，如圖1-3 所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到其凸起尖端的夾角約為 49.3°與泰勒夾角相等[42]。D.Proskurovsky 通過仿真建模得到液體金屬陰極隨著電壓比增加，其最后形成的凸起高度逐漸減小，其輪廓由錐形變?yōu)榧庑蝃43]。A. V. Batrakov 等采用激光照明，獲得了在泰勒錐尖端的熔融液體金屬在等離子體壓力作用下被排出的過程，液體金屬射流的形成過程如圖 1-4 所示[44]。Gomer R 等人討論了液體金屬泰勒錐產(chǎn)生電子和離子的機(jī)理，在電子發(fā)射情況下，對真空下的電弧形成機(jī)理進(jìn)行分析，研究表明，起始離子是由場解吸附作用產(chǎn)生的[45]。G. A. Mesyats 等人研究了液體金屬電極附近等離子體的密度分布，研究結(jié)果表明電子密度剖面最大為 1010cm-3，等離子體在陰極附近的密度為 1018cm-3[46]。S.Popov 等人研究了液態(tài) Ga 陰極電極的爆發(fā)發(fā)射等離子特性，結(jié)果表明較高電荷離子分布概率隨著外加電壓的增高而增加，且在同等放電條件下毛細(xì)管針形液體金屬陰極平均離子電荷大于毛細(xì)管?
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG661

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2633720