电火花放电通道的理论分析与放电间隙测试研究

摘要

随着电火花加工工艺不断深入的研究，对于电火花加工机理研究的相对滞后一定程度上制约了其进一步发展。这主要是因为电火花加工的过程是非常复杂而短暂的，人们在不断地试验研究中发现，对于电火花加工微观过程的分析是一个涉及到电磁学、流体力学、传热学、电化学以及胶体化学等多学科知识的复杂过程。因为这种复杂性，人们对于放电过程中放电通道中带电粒子的运动特性、电磁特性等的认识还不够，还需要人们进一步深入的研究。
　　本文以电火花加工的基础理论与直流放电等离子体基础知识为基础，介绍了放电过程中放电通道的粒子运动，根据放电通道半径的经验公式进一步分析了电火花放电通道的阴极鞘层的击穿电压以及阴极电压降，通过公式可以看出，阴极鞘层的击穿电压和电压降是介质种类、电极材料以及等离子通道内的压力等因素综合作用的结果，而电流密度对其影响不大，而且在电火花放电过程中，阴极电压降基本保持稳定，不随时间的变化而变化。
　　利用求出的阴极电压降的结果，求出了离子轰击阴极表面时的速度，进而推导出了阴极表面处离子的轰击能量，可以看出离子轰击能量是由峰值电流、脉冲时间以及阴极电压降和鞘层宽度等因素共同决定的。
　　为了更好的研究离子轰击能量与放电间隙之间的关系，设计了一种仅利用电火花加工机床自身功能，而不需要对其进行任何改装或外加任何控制电路和仪器设备等就能实现高精度临界放电间隙测试和单脉冲放电的方法，并使用这种方法考核了放电间隙对于单脉冲放电坑大小的影响，从而间接的证明了放电间隙对离子轰击能量的影响。通过实验可以看出，峰值电流对于固定材料的工件和电极的临界放电间隙没有影响，只会使得放电坑直径随着电流的增大而增大。当其他放电参数相同时，工件和电极表面的放电坑尺寸都会随着放电间隙的减小而逐渐增大，而且放电间隙越小，放电坑的尺寸增大越快。实验结果也定性的验证了前面关于击穿电压以及离子轰击能量的分析。
　　设计了一种相对放电间隙的测试方法，并使用这种方法测量了钢和硬质合金相对于铜的相对放电间隙。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 电火花加工技术的发展现状

1.3 研究工作的目的和意义

1.4 本文的主要研究内容

2 电火花放电过程中阴极表面的离子轰击能量

2.1 电火花加工的基本原理

2.2 等离子通道的分析

2.3 直流放电的阴极鞘层分析

2.4 阴极表面的离子轰击能量

2.5 本章小结

3 临界放电间隙测试与放电坑的研究

3.1 实验的意义

3.2 实验原理

3.3 实验设备及条件

3.4 实验结果及分析

3.5 本章小结

4 放电间隙测试与放电坑的研究

4.1 实验的意义

4.2 实验原理

4.3 实验设备及条件

4.4 实验结果及分析

4.5 本章小结

5 总结

5.1 主要结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文