【正文】 ；k——熱源集中系數(shù)；R(t)——t 時(shí)刻放電通道半徑(m)。F 4為對稱邊界，亦為絕緣。研究發(fā)現(xiàn)，放電過程產(chǎn)生的能量并不是全部被利用，而是有一部分熱能損失于周圍介質(zhì)中。它擁有豐富和完善的單元庫、材料模型庫和求解器，保證了它能夠高效地求解各類結(jié)構(gòu)的靜力和動(dòng)力中的線性、高度非線性問題，穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析及熱一結(jié)構(gòu)藕合問題，電磁場問題，流體力學(xué)問題，滑動(dòng)軸承問題，以及多場藕合問題；友好的圖形用戶界面和程序結(jié)構(gòu)使用戶易學(xué)易用；接口的開放性使用戶很方便擴(kuò)展程序功能。單元?jiǎng)偠染仃嚥捎脭?shù)值積分法生成。Marc 程序擁有以下 4 個(gè)庫:單元庫、功能庫、分析庫、材料庫。Mentat 提供的標(biāo)準(zhǔn)熱邊界條件分成以下幾類：（1）FIXED TEMPERATURE 給定溫度定義給定節(jié)點(diǎn)上的溫度值。同樣，殼體單元的 PRINT FLUX，EDGE FLUX 和 VOLUME FLUX 定義都有中面、上面和下面的區(qū)別。（4）EDGE RADIATION,FACE RADIATION 定義輻射邊界。選擇 HEAT TRANSFER 后進(jìn)入材料參數(shù)輸入菜單。材料性質(zhì)定義完后，應(yīng)賦給相應(yīng)的單元。當(dāng)計(jì)算非線性穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題時(shí)，還需進(jìn)一步定義迭代溫度的最大允許誤差和需重新考慮溫度變化重新集成分解系數(shù)矩陣的最大溫度變化的允許值。當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)溫度低于或高于這一基準(zhǔn)溫度時(shí)，程序才結(jié)束運(yùn)行。程序根據(jù) JOBS 中定義的加載歷程排列順序，逐個(gè)分析，并自動(dòng)將上個(gè)加載歷程結(jié)束時(shí)的結(jié)果作為下一個(gè)加載歷程開始時(shí)的初值，順次分析完所有加載歷程。除了常規(guī)的節(jié)點(diǎn)溫度外，這里列出的所有單元上的結(jié)果只有被選中后才會(huì) 中，進(jìn)一步通過 MENTAT，可視化處理。對有限元網(wǎng)格中的每一個(gè)單元都應(yīng)該選擇一種適當(dāng)單元類型。同時(shí)因?yàn)楣ぜ哂袔缀涡螤?、材料分布和溫度條件的軸對稱性，溫度場也具有軸對稱性，因此，只對放電區(qū)域的 1/4 進(jìn)行分析，尺寸為100μm100μm50μm。a) 導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化曲線b) 比熱容隨溫度變化曲線c) 密度隨溫度變化曲線圖 316 普通高速鋼及黃銅的熱物性參數(shù)隨溫度變化曲線 模擬結(jié)果分析通過模擬得到微細(xì)電火花加工的工具電極和工件的單脈沖溫度場如圖所示，其中工具電極為黃銅，工件為普通高速鋼。對比空氣中對換極性的工具電極和工件的溫度場變化，可以看出，微細(xì)電火花加工中陽極的溫度場溫度總是高于陰極的溫度場溫度。對比煤油中對換極性的工具電極和工件的溫度場變化，可以看出，微細(xì)電火花加工中陽極的溫度場溫度總是高于陰極的溫度場溫度。在本章中，我分別在氣體介質(zhì)中和液體介質(zhì)中模擬了工具電極和工件的溫度場，并且在每種加工方法中，都對互換極性的情況進(jìn)行了模擬。因?yàn)殛枠O能量分配高，所以在加工時(shí)對陽極的蝕除也就相對較大，所以，若是把加工工件放在陽極上是進(jìn)行去除加工的必要條件之一，相反，把加工工件放在陰極上也是進(jìn)行沉積加工的必要條件之一。電火花微細(xì)加工技術(shù)及其發(fā)展。機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2022，40(11)：88~92 。Manufacture．2022，46：595~602[13] 孟國慶，王剛，趙萬生，混粉電火花加工溫度場的計(jì)算與分析。[20] 王振龍，趙萬生，微細(xì)電火花加工中電極材料的蝕除機(jī)理研究。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2022。大學(xué)四年學(xué)的東西雖然很多，但是自己一直沒有把他們有機(jī)的聯(lián)系起來，一直感覺學(xué)的東西雜亂無章，找不著方向。影響溫度和熱應(yīng)力分布的各種過程變量已經(jīng)作了報(bào)告。為電火花加工建立的數(shù)學(xué)模型的全面審查已交給了美國亞拉巴馬州的 Erden et。電火花加工過程的熱力作用影響加工組件的表面平整性。用一個(gè)考慮熱流量大小及分布，脈沖時(shí)間，占空比和電流主要參數(shù)的溫度模型來確定溫度場。此外，邊界2和3在這樣的距離是有沒有熱在它們之間進(jìn)行傳遞的。這些常數(shù)被定義成了為不同的電極材料通過實(shí)驗(yàn)所確定的系數(shù) L，M 和 N： Nnl ???,.（L 為放電長度）Snoeys 和 Van Dijck 已經(jīng)研究了放電通道半徑在不同反映下所受的影響。因此，邊界條件是：當(dāng) t0時(shí)， （2）??????????????10)(zTkontimefRrqhwc （3）上在 3210?n在這里， 是進(jìn)入工件熱通量的數(shù)量，R 為放電通道半徑， 是對流換熱系數(shù)， 是wq ch0T室溫，方向 n 是邊界的方向。由于對電火花加工的隨機(jī)性和復(fù)雜性，下面假設(shè)是為了使問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題來解決并與數(shù)學(xué)相符。其次，由于非均勻溫度分布的熱應(yīng)力可以為尋找在工件上的殘余熱應(yīng)力提供分析，這直接關(guān)系到表面加工質(zhì)量。花了很多努力來模擬加工過程為了預(yù)測凹坑的輪廓和體積，材料去除率和工具磨損率。2022埃爾塞維爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司保留所有權(quán)利。大學(xué)本科時(shí)光就快結(jié)束了，馬上就要走出學(xué)校，揭開自己人生新的篇章，我想我在大學(xué)里面接受的教育會(huì)對我以后工作和學(xué)習(xí)起到重要的作用。電加工與模具，2022(2)。[21] 宋小中，劉正損，電火花微細(xì)加工的工藝研究。[14] 黃志剛，郭鐘寧，單脈沖電火花加工溫度場的有限元分析。哈爾濱工業(yè)學(xué)碩士學(xué)位論文，2022：25~27 。[4] 王振龍，趙萬生，微細(xì)電火花加工中電極材料的蝕除機(jī)理研究[J]。這對于選取合適的工藝參數(shù)，提高加工速度和加工質(zhì)量有著重要的作用。結(jié)論微細(xì)電火花加工方法的出現(xiàn)，對整個(gè)電火花加工技術(shù)和微型機(jī)械制造領(lǐng)域的進(jìn)步有著重要的意義。通過對微細(xì)電火花加工過程中工具電極和工件蝕除溫度場進(jìn)行模擬，可以得出微細(xì)電火花加工中電極溫度場的以下規(guī)律特點(diǎn)：（1）陽極的溫度場溫度高于陰極的溫度場的溫度，即陽極獲得的能量高于陰極獲得的能量。在液體介質(zhì)中的溫度場模擬（1）工具黃銅接陽極，工件高速鋼接陰極。在空氣介質(zhì)中的溫度場模擬（1）工具黃銅接陽極，工件高速鋼接陰極。圖 315 網(wǎng)格模型 材料物性參數(shù)設(shè)置金屬材料的物理性能參數(shù)如比熱、導(dǎo)熱系數(shù)密度等一般都隨溫度變化而變化，是非線性的。在 JOB 中單擊 RUNSUHMIT 1，可運(yùn)行 Marc 分析程序。（4）JOB PARAMETERS：用戶可重新分配所需內(nèi)存大小，盡量使計(jì)算在內(nèi)存中完成。具體菜單界面如圖 312 所示。它并不能干擾用戶給定的總時(shí)間的完成。定義固定時(shí)間步長時(shí)，要輸入在給定加載時(shí)問內(nèi)需分析的增量步數(shù)。幾何特性定義幾何特性的主要用途在于對桿、殼結(jié)構(gòu)單元定義橫截面積和厚度大小。按下 ISOTROPIC 只需給 l 個(gè)熱傳導(dǎo)系數(shù)，按下 ORTHOTROPIC應(yīng)輸入 3 個(gè)正交方向的材料熱傳導(dǎo)系數(shù)。定義邊界條件菜單界面如圖 36 所示。（3）EDGE FILM，F(xiàn)ACE FILM 定義施加在二維單元邊界，三維單元表面的分布對流放熱邊界條件。對于殼單元，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以指定 2 個(gè)(中面、頂部或底部) 溫度或 3 個(gè)( 中面、頂部及底部)溫度值。 Marc 軟件溫度場仿真流程圖 33 MARC 軟件仿真流程圖MARC 軟件仿真流程及具體過程如下：定義單元節(jié)點(diǎn)編碼和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。應(yīng)變一位移函數(shù)根據(jù)高斯點(diǎn)來評價(jià)。Marc 是基于位移法的有限元程序，在非線性方面具有強(qiáng)大的功能。B．Revaz，M．R ．Patel [24]經(jīng)過研究認(rèn)為消耗在等離子體通道的能量占總能量的70%以上。在F 2，F(xiàn) 3，F(xiàn) 4上， (38)0??nT當(dāng) t=0 時(shí)，兩極具有均勻的初始溫度，T=T 0=25℃。由此可以得到式(32)：q[R(t)]= (32) 當(dāng) r=R(t)時(shí)，由式 (32)可得q[R(t)]=qm exp(k) (33)通過式(32)，式(33)，可以求得能量集中系數(shù) kk=－=3 (34)設(shè)高斯熱源在分布區(qū)域上的總功率輸入為 Q，放電電壓為 U，峰值電流為 I，能量分配系數(shù)為 η，則最大的熱流密度 qm[20]可解 (35)ms qktRrdtkdrQ)()(exp)(2202??? ???????ηUItRQtkqm)(3)(22 (36))(exp)((22trItr???式中 η——能量分配系數(shù)；U——放電電壓(V)；I——峰值電流(A)。在加工優(yōu)良導(dǎo)體時(shí)，其金屬蝕除量只占蝕除金屬總量的 1~2%，基本可以忽略不計(jì)。微細(xì)電火花加工本質(zhì)上屬于電火花加工，主要是一個(gè)熱過程。微細(xì)電火花加工的微觀過程為：（1）放電通道的形成；（2）電極材料的融化，汽化熱膨脹；（3）電極材料的拋出；（4）極間介質(zhì)的消電離。所以，MEDM 所設(shè)定的脈寬要比一般電火花加工短很多。這是因?yàn)樾螤顝?fù)雜的微小電極本身就極難制作，而且由于加工過程中嚴(yán)重的電極損耗現(xiàn)象，使成形電極的形狀很快改變而無法進(jìn)行高精度的三維曲面加工。但在煤油介質(zhì)中進(jìn)行微細(xì)電火花加工，必須充分考慮碳保護(hù)膜對正極的保護(hù)作用會(huì)對工具電極和工件的蝕除量的變化產(chǎn)生很大的影響。同時(shí)，在氣體介質(zhì)中熔融金屬的冷卻速度比在液體介質(zhì)中熔融金屬的冷卻速度慢很多，使熔化的電極材料容易附著在工件表面上。一般來說微細(xì)電火花加工用煤油作為工作液，在放電過程中將發(fā)生熱分解，而產(chǎn)生大量的碳，還能和金屬結(jié)合形成金屬碳化物的顆粒，即膠團(tuán) [7]。這里包含兩個(gè)方面的意義：其一，時(shí)間上相鄰的兩個(gè)脈沖不在同一點(diǎn)上形成通道；其二，若在一定時(shí)間范圍內(nèi)脈沖放電集中發(fā)生在某一區(qū)域，則在另一段時(shí)間內(nèi)，脈沖放電應(yīng)轉(zhuǎn)移到另一區(qū)域。在進(jìn)行微細(xì)電火花加工時(shí)，兩極間一般采用液體介質(zhì)；進(jìn)行沉積加工時(shí)，采用氣體介質(zhì)效果更好。（4）極間介質(zhì)的消電離。工作介質(zhì)被電離、擊穿，形成放電通道后，通道間帶負(fù)電的粒子奔向正極，帶正電的粒子奔向負(fù)極，粒子間相互撞擊，產(chǎn)生大量的熱能，使通道瞬間達(dá)到很高的溫度。重復(fù)上述過程，雖然脈沖放電蝕除的工件材料量極少，但因每秒有成千上萬次脈沖放電作用，就能蝕除較多的工件材料，完成微細(xì)電火花加工。工具電極在伺服機(jī)構(gòu)的控制下向工件進(jìn)給，當(dāng)極間的間隙減小到一定值時(shí)，導(dǎo)致介質(zhì)在相對最小間隙處或絕緣強(qiáng)度最低處電離擊穿，形成放電通道，在該局部產(chǎn)生瞬時(shí)脈沖火花放電。圖 17 氣中微細(xì)電火花沉積加工實(shí)例 課題的主要研究內(nèi)容微細(xì)電火花加工是從傳統(tǒng)電火花加工中演變出來的一種新的加工方法，雖然機(jī)理方面和傳統(tǒng)的電火花加工并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，但其能加工微細(xì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)還是與電火花加工有著很多的區(qū)別的。峰值電流 I/A放電持續(xù)時(shí)間 t/μs0246810121 2 3 4 5 6Tm 熔點(diǎn)Tb 沸點(diǎn)Cu(+)TmFe()TmCu(+)TbFe()Tb圖 16 氣中微細(xì)電火花沉積的工藝參數(shù)范圍圖最后通過實(shí)驗(yàn)對模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，該實(shí)驗(yàn)選擇在普通電火花成形機(jī)床 DP30 上進(jìn)行。使用高分辨率的測溫儀雖然可以采集溫度場數(shù)據(jù)，但是費(fèi)用昂貴，而且采集的數(shù)據(jù)受人為因素影響；應(yīng)用有限差分法研究溫度場雖有精確度高等優(yōu)點(diǎn)，但不適用于復(fù)雜的邊界條件。個(gè)性化隨著生產(chǎn)的需要，各行各業(yè)出現(xiàn)了許多特殊的零件與結(jié)構(gòu)，與之對應(yīng)，為了適應(yīng)零件多品種、小批量的特點(diǎn)，微細(xì)電火花加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)和功能也呈現(xiàn)個(gè)性化的發(fā)展趨勢。國外微細(xì)電火花成形機(jī)床在專家系統(tǒng)方而有了新的進(jìn)展，加工時(shí)可自動(dòng)選取最優(yōu)參數(shù)，自動(dòng)監(jiān)控加工過程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化最優(yōu)控制。也就是說，在工藝領(lǐng)域我們具有相對的技術(shù)優(yōu)勢，如果投入一定的技術(shù)力量認(rèn)真研究，我國微細(xì)電火花成形加工技術(shù)將會(huì)有更大的進(jìn)展和突破。（3）微小模具加工。此外，只要加工裝置的行程允許，能制成很長的棒形件。相對于微電子機(jī)械技術(shù)而言，微細(xì)電火花加工具有設(shè)備造價(jià)低廉，加工精度高且適應(yīng)性廣，并可加工出復(fù)雜的三維曲面微細(xì)結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:微細(xì)電火花加工；溫度場仿真；有限元；MARC 軟件 AbstractMicroEDM is the electrical, magic, thermal, fluid dynamics, electrochemistry and other prehensive process, but its essence is the process of heat, heat played a decisive role in the microEDM process. Therefore, the study of the temperature variation in microEDM is very necessary.In the paper, by selecting the appropriate heat source model, I used MARC software to simulate tool electrode and workpiece temperature field in singlepulse conditions microEDM, furthermore, I analysed microEDM tool electrode and workpiece materials temperature variation, which helps me have a more indepth understanding of energy and heat transfer