压电自适应脉冲式电火花加工放电通道粒子流场模拟.pdf

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1、设计·研究《电加工与模具》2011年第5期压电自适应脉冲式电火花加工放电通道粒子流场模拟张春幸，张勤河，付秀琢，张亚(山东大学机械工程学院，山东济南250061)摘要：压电自适应脉冲式电火花加工是一种新型电火花加工方法。通过分析放电通道的形成过程，采用PIc／MCC相结合的方法，对压电自适应脉冲式电火花加工放电通道进行了微观粒子模拟，得到带电粒子(电子和正离子)在放电通道内的分布规律。仿真结果显示放电通道位形呈腰鼓状，通道中任意横截面带电粒子的空间分布符合高斯分布，为电火花加工温度场仿真中放电通道内高斯热源模型的建立提供了理论依据。放电通道模拟对电

2、火花加工机理的研究具有重要意义。关键词：电火花加工；放电通道；蒙特卡罗碰撞；表面热流中图分类号：TG661文献标识码：A文章编号：1009—279X(2011)05—0001—04SimulationofParticleFlowinDischargeChannelforSelf_activatedElectricalDischargeMachiningZhangChunxing，ZhangQinhe，FuXiuzhuo，ZhangYa(ShandongUniversity，Jinan250061，China)Abstract：Self—activa

3、tedEDMiSanewmachiningmethod．Themechanismofdischargechannelformingisanalyzedinthispaper．Particle—in—cellplusMonte—CarloCollisionmethodisusedtosimulatetheparticleflowindischargechannelofself—activatedEDMandthedistributionofparticleswithelee—tricchargeisclarified．Fromthesimulatio

4、n，movementphasediagramofelectronicandpositiveionsisgottenandthedensitydistributionbeingsimilartoshapeofgaussiandistributionisproved．SimulationofdischargechannelhasimportantmeaningtomechanismstudyofEDM．Keywords：EDM；dischargechannel；Monte—CarloCollision；surfaceheatflux电火花加工是不同于传

5、统机械切削加工的一种拟(ParticleInCel1)与蒙特卡罗碰撞(Monte—Carlo非接触式加工，在机械制造业中占有重要的地位。Collision)相结合的方法，即PIC／MCC方法对电火电火花放电过程本身的复杂性、随机性导致其加工花加工放电通道中带电粒子的运动过程进行了模机理研究发展相对滞后，而这在一定程度上制约了拟，结果显示放电通道的位形呈中间粗、两端细的腰电火花加工技术的进一步发展⋯。国内外学者对电鼓形，由放电通道内带电粒子密度的高斯分布得出火花加工机理做了大量研究，提出了相关学说，但放作用在电极表面热源的热流密度也近似符合高斯分电通

6、道的形成和发展至今没有统一的理论，仍是电布。加工界争论的焦点之一-z。为此，本文采用粒子模1放电通道物理模型及PIC／MCC理论收稿日期：2010—05—181．1物理模型基金项目：国家自然科学基金资助项目(51075239)；教育部回国留本课题组研究开发的压电自适应脉冲式电火花学人员人员科研启动基金(2010—1561)；新世纪优秀人加工装置采用低压直流电源，在工具电极和主轴之才支持计划(2007—70)间增加由压电陶瓷片堆叠的致动器，加工时利用压第一作者简介：张春幸，女，1984年生，硕士研究生。一1一《电加工与模具》2011年第5期设计·研究

7、电陶瓷的逆压电效应自动调节极间距离与放电之间网格上的电荷和电流密度：的关系，具有自适应能力。在放电过程中，当两电极l0=∑qS(r一)(1)J之间加电压后即在极间介质中形成电场，随着极间J=∑qvjs(，．一rJ)(2)J电压的不断升高和极间距离的不断减小，场强逐渐式中：P、J分别为电荷、电流密度；q为粒子带电增大，当阴极表面场强达到10’V／mm左右时，阴极量；为空间网格平位体积；S(r)为形状因子。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

8、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。放电通道的物理模型见图1。理想边界I1极’负檄图