高电阻电极对微细电火花放电加工影响的研究

微细电火花放电加工过程中,由于单位脉冲放电的材料去除率(放电凹坑直径)决定了最小加工尺寸以及微细电火花加工的加工表面粗糙度,所以减少单位脉冲放电的材料去除率具有重要作用。为达到此目的,采用具有高电阻材料如单晶硅作为工具电极。分析结果显示,随着工具电极电阻提高,放电电流峰值逐渐降低,脉冲放电时间增加,放电能量减小。另外,研究并测试了硅电极加工不锈钢工件时电阻值对工件表面放电凹坑直径的影响。实验结果表明当硅工具电极电阻值提高时,放电凹坑直径逐渐降低;并达到最小值0.5μm;同时降低了工件表面粗糙度值0.03μm;提高了表面加工质量。     

电火花加工中放电点的温度场仿真与研究

建立电火花放电通道的有限元模型,利用ANSYS软件对电火花放电过程中放电通道作用于工件表面的温度场分布进行仿真。根据仿真结果并结合模型材料的物理性能,分别以放电脉宽和放电电流为单一变量,探索并建立蚀除凹坑随放电脉宽、放电电流变化的理论模型。利用自制的实验装置在铝合金表面进行单脉冲电火花放电实验,并以空气作为放电介质。研究表明,仿真结果与实验加工的铝合金表面蚀除凹坑的半径较为吻合。可用有限元仿真来预测电火花加工形成的蚀除凹坑的生长规律,为电火花的表面处理以及拓展电火花的应用领域提供科学的理论指导。     

微凹坑形状对试件表面摩擦特性的影响

在试件表面分别加工圆形、正方形和椭圆形的微凹坑阵列,利用往复式摩擦试验法研究了微凹坑形状对试件表面摩擦特性的影响.结果表明:在固定的微凹坑面积及深度下,每种形状的微凹坑表面织构都存在一个最优的面积率,使得摩擦面具有最低的摩擦系数;通过比较各形状微凹坑最优面积率下的减摩效果,发现椭圆形微凹坑具有最好的减摩效果,在试验载荷...     

正交磁场对电火花单脉冲放电中电蚀凹坑的影响规律

电火花放电通道在正交磁场的作用下向洛伦兹力方向偏转、延伸,进而导致电蚀凹坑形貌发生变化,研究磁场辅助电火花加工(MF-EDM)过程中电蚀凹坑的形貌变化规律及特点,对进一步明晰电火花加工机理具有重要意义.基于MF-EDM气中单脉冲放电试验,使用表面轮廓仪观测电蚀凹坑延伸长度、深度、宽度及放电起始点偏移量,并得出磁场及放电参数对电蚀凹坑的影响规律.结果表明:电蚀凹坑长度随着磁感应强度、开路电压的增大而增大;电极外伸长度的影响结果相反;电蚀凹坑深度随着磁感应强度、开路电压、电极外伸长度的增加没有明显的变化规律;电容与磁感应强度存在最优参数组合以使凹坑长度最大;随着磁感应强度及放电能量的增加放电起始点的偏移量增加.     

内压厚壁容器外壁表面凹坑应力场有限元分析

采用通用有限元程序ＡＮＳＹＳ对内压厚壁容器筒体外壁表面凹坑（含打磨外壁表面裂纹缺陷所形成的纵向凹坑及环向凹坑）以及与筒体等厚的半球形封头表面凹坑的应力场进行了分析,研究了两种不同弹塑性材料模型（理想弹塑性模型和线性强化弹塑性模型）在纵向表面凹坑中的弹塑性应力场,并且分析了凹坑形状参数比对应力集中的影响,分析采用参数化模型,适用于各种尺寸内厚壁容器外壁面各种尺寸凹坑的应力场分析。     

脉冲态空化射流掩模电解加工试验研究

针对掩模电解加工金属表面微凹坑过程中存在的电解产物排出困难的技术问题,创新性地提出脉冲态空化射流掩模电解加工方法.为了研究该工艺的加工特性,设计了单个微凹坑和阵列微凹坑的加工工艺试验.研究了不同冲液类型、气液比例、气体脉冲频率对于微凹坑表面形貌的影响规律.试验结果表明,采用脉冲态空化射流式的冲液类型相比于传统的纯射流式更具优势,能加工出深径比更高的微凹坑结构;选择较高的气液比例和较低的气体脉冲频率有利于提高微凹坑的深径比;同时推论出脉冲态空化射流掩模电解加工的脉冲扰流与气蚀效应是电解产物及时排出的原因.该方法能够有效改善流场,是实现高效率、高均匀性的表面微凹坑结构的前提.     

1700热连轧机轧辊温度场及热凸度研究

研究了国内某1700热连轧机轧辊温度场有限差分模型及热凸度模型,采用C++语言编制离线仿真程序,计算某一轧制周期工作辊温度场及热凸度,得到轧制过程不同时刻工作辊表面温度及热变形情况.F2,F3和F4轧辊上表面在轧制结束后最高温度分别为58.1,73.1和81.2℃;表面最大变形量(半径方向)分别为193.979,275.259和333.433μm.对CVC轧辊而言,轧辊表面温度分布及热变形变化明显受到轧辊横移的影响.将程序计算得到的轧辊表面温度与实测值比较,两者吻合较好,表明轧辊温度场模型及热凸度模型具有较高的计算精度.     

激光刻花表面形貌的数值模拟及实验比较

建立了一种研究激光刻花轧辊表面形貌的三维模型，该模型采用有限元方法对熔池中的热传导，对流以及熔池表面变化进行了模拟、模拟的表面形貌与实验结果进行了比较，能对实验结果进行较好的解释。     

规则凹坑表面的连通性分析

规则凹坑表面的连通程度与表面间润滑油的流动、存储以及表面的密封性能密切相关,有关表面形貌的连通特性及其对功能影响的研究目前还很少.文章针对规则凹坑表面的结构特点,运用数学形态学的基本原理,分析了模拟规则凹坑表面的连通性特性;选择承载面积比为80%的截面,作为评价连通性的基准面;计算结果表明,规则凹坑表面的连通性系数主要受凹坑半径与凹坑间距的影响,并且随凹坑半径的增加而增大;随凹坑间距的增加而减小.     

水中金属丝电爆炸冲击波一维数值模拟

为了明确水中金属丝电爆炸冲击波的形成机理,基于经典活塞模型,采用相似参数法,引入双人工黏性系数,建立了水中金属丝电爆炸冲击波的一维计算模型。以等离子体放电通道边界膨胀轨迹作为模型唯一的输入参数,得到水中冲击波传播的时间与空间的分布规律,通过与其他文献实验结果的对比,验证了该计算方法的有效性。模拟结果表明,双人工黏性系数法使计算得到的冲击波更符合实际情况。爆炸初始时刻,等离子体放电通道边界膨胀压缩周围水介质产生的冲击波高达GPa级,冲击波压强峰值与径向传播距离的-0.70次幂成正比关系。文中采用的计算方法既不涉及脉冲放电过程以及复杂的放电等离子体物理变化过程,也不涉及放电通道与水的物理化学作用过程,只需根据诊断实验得到放电通道边界膨胀轨迹,即可模拟水中金属丝电爆炸冲击波的产生与传播过程,对工程实践具有重要的指导意义。     

HYNC-50D场效应管电火花脉冲电源

场效应管电火花脉冲电源,利用电流前沿斜率控制,实现了高效率低损耗放电加工模具,从而提高了模具的仿真度。电压控制型功率器件,利用场效应管实现了窄脉宽高峰值电流放电加工模具,取得了模具最佳加工表面粗糙度和提高去除率的统一。采用单片机和主振级两套脉冲发生器,进一步提高了电火花脉冲电源的可靠性和电火花机床的利用率。     

点燃式发动机火花塞离子电流的数学模型

针对火花塞离子电流的应用问题,基于点燃式发动机在燃烧过程中特定时城内燃气呈等离子体状态的认识,分析研究了发动机燃烧室内燃气离子化的过程；综合运用化学动力学、热力学和等离子体物理学的有关理论和定律,推导出点燃式发动机火花塞离子电流的数学模型．模拟结果表明：离子电流信号强度与火花塞中心电极截面以及火花塞间隙间外加偏置电压成正比,与火花塞间隙成反比；离子电流还受燃气等离子体中带电粒子迁移率和带电粒子浓度的影响,且直接正比于这两个参量；离子电流在特定时城内的变化呈现双峰值状态,这是由于在燃气离子化进程中,带电粒子浓度将呈现两个高峰期．     

直流电纵向激励机械调Q CO2激光器的动力学分析

用一种快速斩波器实现简单直流电纵向激励CO₂激光的机械Q调制. 产生了峰值功率为1~2 kW、 重复频率为740 Hz、 单脉冲宽度为200~300 ns的激光脉冲. 用六温度模型模拟该机械调Q CO₂激光器Q调制的动力学过程, 分析了CO₂分子分解为CO分子比率、 腔内放电电子密度(放电电流)对输出脉冲强度的影响, 并计算了Q转换输出脉冲线形、 脉冲峰值功率及脉冲宽度, 理论计算分析与实验结果相符.      

微细电火花加工过程分析及仿真

根据热传导基本理论和微细电火花加工的实际情况,建立起微细电火花加工的有限元分析模型;采用ANSYS分析软件,基于不同的热源模型对单脉冲放电情况的温度场进行了数值模拟,并利用仿真结果研究了单脉冲放电的表面粗糙度和材料去除率与放电能量的关系。     

快走丝电火花线切割加工试验研究

结合青海大学基础工业训练中心的DK7740型电火花线切割机床,研究了脉冲宽度和峰值电流对线切割加工效率和表面质量的影响,为正确选择电参数提供了参考。     

精密轧机的辊型电磁调控工艺参数

为了实现微尺度辊缝形状调节,提出了辊型电磁调控技术,并自行设计制造了φ270 mm×300 mm辊型电磁调控实验平台.通过电磁-热-力耦合数理建模,并对比分析相同工况实验和仿真结果,发现两者结果十分接近,模型可靠.在此基础上,分析了不同等效电流密度和频率下轧辊凸度及轧辊凸度增长速率随加热时间的变化规律,给出了等效电流密度、频率、加热时间对辊型曲线的影响,并从避免电磁棒局部温度过高及便于轧辊凸度调节出发,给出了合理的工艺参数.     

7050合金电流均匀化过程中的温度分布

研究了电流、风机频率、冷却水和辅助加热对7050合金均匀化过程中温度场分布的影响.结果表明:单纯施加电流时,试样心部及表面温度分布十分不均匀.电流为1500A时,试样中心点处温度只能达到402℃.在电流加热过程中采用吹风方式,心部与表面温差为79℃.采用辅助加热后,心部与表面温差小于±5℃.利用ANSYS建立的温度场数学模型,预测电流为16000A、尺寸为100mm×200mm×2000mm试样的中心点心部温度为324℃,心部与表面温差为1℃.在铝合金均匀化过程中,施加1000A电流,可有效促进晶界残余相的溶解.     

Evaluation of energy transfer and utilization efficiency of azo dye removal by different pulsed electrical discharge modes

The degradation of an azo dye, acid orange 7 （AO7）, caused by different high voltage pulsed electrical discharge modes （spark, streamer and corona discharge） induced by the various initial conductivities was investigated. A new type of pulsed high voltage source with thyratron switch and Blumlein pulse forming net （BPFN） was used. The typical discharge waveforms of voltage, current, power, pulse energy and the pictures of spark, streamer and corona discharge modes were presented. The results indicated that pulsed electrical discharges led to complete decolorization and substantial decrease of the chemical oxygen demand （COD） of the dye solution. The main intermediate products were monitored by GC-MS. The discharge modes changed from spark to streamer and to corona discharge, and the streamer length decreased with the liquid conductivity increasing. At a constant input power, the peak voltage, peak current, peak power and energy per pulse of the three discharge modes ranked in the following order： spark 〉 streamer 〉 corona. The effective energy transfer efficiency of AO7 removal was higher for spark discharge （57.2%） than for streamer discharge （40.4%） and corona discharge （27.6%）. Moreover, the energy utilization efficiency of AO7 removal for spark discharge was 1.035×10^9 mol/J, and for streamer and corona discharge they were 0.646×10^-8 and 0.589×10^-8 mol/J. Both the energy transfer efficiency and the energy utilization efficiency of spark discharge were the highest.     

超快激光切割金属材料中快速相变的数值模拟

采用二维双温度模型对多脉冲激光照射金薄板的相变传热情况进行研究，通过等效比热容方法确定固液界面的位置并研究了激光参数对传热过程的影响。结果表明，当激光垂直照射金薄板时，表面整体温度不断上升，而在脉冲间隔时间内略有下降，但温度的峰值相比激光作用的中心有延迟。随着激光的移动，激光照射点处的温度会出现一个峰值，之后会回落。激光作用时间内热影响区的横向变化比纵向大，移动光源向内部的热传递占主要作用，脉冲间隔时间内，热影响区的纵向变化比横向大，金薄板内部导热占主要作用。随着激光的照射，熔化状态横向不断增加的同时，熔化的深度也在不断增加。提高入射脉冲激光能量，会导致熔化的时间提前且熔化深度增加。