南昌航空大学科技学院学士学位论文微细电火花加工数值模拟 Numerical simulation of micro EDM 南昌航空大学科技学院学士学位论文摘 要: 微细电火花加工是一种微细特种加工工艺方法，在微机械以及微细结构加工领域具有举足轻重的地位。由于RC微能电源简单可靠，在微细电火花加工中得到了大量的应用。为了深入对微细电火花加工机理的认识，进一步提高微细电火花加工能力和效率，本文进行了相关的数值模拟和试验研究，在理论研究上和工程应用上取得了一些结论。本文主要研究内容如下：1针对RC微能电源，建立了极间电场物理模型，采用数值模拟方法，探讨了电极形状、加工间隙等对电场分布的影响，掌握了相关的电场分布规律。2根据传热学理论，建立了微细电火花加工工件表面的热物理模型，采用数值模拟方法，考虑热物性参数、对流换热、相变潜热等随温度变化的影响因素，掌握了工件表面温度场分布，得出了微细电火花加工极间温度场的分布规律。3在上述研究基础上，采用微细电解方法在线制作柱状钨电极，合理选择工艺参数，进行了微细电火花加工试验，并分析了电参数对加工尺度和效率的影响，获得了三组应用于不同加工场合下优化的电参数。关键词：微细电火花加工，加工能力，效率，数值模拟，电场，温度场，电参数 指导老师签名： ABSTRACT: Micro EDM(electric discharge machining) is a kind of special machining technique for micro machining .It has the pivotal status in the domain of micro machine as well as the micro structure processing . To raise the processing scale and the efficiency, this article has carried on the related numerical simulation and experimental study, and has made some progress in the fundamental research as well as the engineering application. Main content of this article is as follows:1. Using the numerical simulation method, electric field distribution influenced by the electrode geometry and the machining polarly has been discussed. Also, the related electric field distributed rule of the micro EDM has been got.2. According to heat transfer theory, the thermal physical model of work pieces surface in micro EDM has been established, using the numerical simulation method, considering some factors influenced along with the changing of temperature such as the thermal natural parameter, the heat convection, the latent heat and so on, the temperature field distribution of the work pieces surface has been grasped, and distributed rule of the interelectrode temperature field in micro EDM has been obtained.3. Basing the research foundation above, using the micro electric chemical machining to manufacture columnar tungsten electrode on-site, choosing the reasonable technological parameter, micro EDM experiments have been carried on. Also, the influence to the working accuracy and the efficiency caused by electrical parameter has been analyzed. Whats more, three groups optimized electrical parameter have been obtained to apply in the different manufacturing places.Key words: Micro EDM, Processing capacity, Efficiency, Numerical simulation, Electric field, Temperature field, Electrical parameter目 录第一章 绪论11.1 引言11.2 数值模拟在电火花蚀除机理研究中的现状21.3 微细电火花加工的现状和发展51.3.1 微细电火花微能电源的介绍51.3.2 微细电火花加工的研究现状和发展61.4 课题背景意义91.5 本文主要内容及章节安排10第二章 微细电火花加工数值模拟122.1 基于微能电源电火花加工极间电场分析122.1.1 概述及物理模型122.1.2 电火花电场数学模型132.1.3 电火花电场的求解142.1.4 ANSYS电场的仿真162.1.5 影响电场分布因素的探究202.2 放电状态下的极间的物理过程222.2.1 温度场模型的建立222.2.2 温度场模型的求解242.2.3 温度场的仿真272.3 本章小结32第三章 微细电火花加工试验研究333.1 试验设备微细电火花机床介绍333.2 试验电极的制作343.3 常用材料性质353.4 极性及电参数对微细电火花加工的影响363.4.1极性对微细电火花加工的影响363.4.2 电容对微细电火花加工的影响393.4.3 空载电压对微细电火花加工的影响403.4.4 脉宽对微细电火花加工的影响423.4.5 脉间对微细电火花加工的影响403.4.6 试验结果及讨论423.5 本章小结45第四章 总结和展望464.1 全文总结464.2 研究展望47参考文献48致谢51图表清单图1.1融合多学科的放电加工技术2图1.2独立式微能脉冲电源6图1.3微小孔、微缝样品7图1. 4微细轴加工实例8图1.5 4.5m的微细轴8图1.6 槽阵列9图1.7 微细电火花加工中心加工出的样品9图2.1 电火花加工物理模型13图2.2 电火花加工边界示意图13图2.3 二维模型及网格划分示意图15图2.4 ANSYS中建立的模型17图2.5 模型的网格划分18图2.6 极间电场分布云图19图2.7 极间电势分布云图19图2.8 极间电场矢量图20图2.9 不同电极形态下的极间电场分布21图2.10不同加工间隙下的极间电场分布22图2.11电火花加工极间热模型23图2.12 固液相变区随温度变化的曲线26图2.13传热模型的建立29图2.14 模型的网格划分30图2.15不同脉宽作用下的工件温度场分布31图2.16不同热流密度作用下的工件温度场分布32图3.1 微细电火花加工系统机械构成图34图3.2空载电压对加工间隙和N的影响38图3.3脉宽对加工间隙和N的影响40图3.4 脉间对加工间隙和N的影响42图3.5 电参数（一）加工结果43图3.6 电参数（二）加工结果44图3.7 电参数（三）加工结果44表2.1 各物性参数随温度变化29表3.1常用材料的热学物理常数35表3.2不同空载电压下的试验数据37表3.3不同脉宽下的试验数据39表3.4不同脉间下的试验数据41表3.5 优化放电参数（一）43表3.6 优化放电参数（二）43表3.7 优化放电参数（三）44注释表 脉冲放电蚀坑直径 脉冲电流幅值 脉冲宽度 直流电源电压 充电电压上限阀值 放电电压下限阀值 放电间隙平均维持电压 电容器储存能量 单次脉冲放电能量 充放电频率 单个脉冲能量 放电时随时间而变化的电压 放电时随时间而变化的电流 单个脉冲实际放电时间 比热容 密度 导热系数 放电中心处最大热流密度 热量集中系数 熔化温度 温度范围 误差补函数VII南昌航空大学科技学院学士学位论文第一章 绪论1.1 引言随着微型机械、精密