【正文】 形成金屬碳化物的顆粒，即膠團 [7]。但在煤油介質(zhì)中進行微細電火花加工，必須充分考慮碳保護膜對正極的保護作用會對工具電極和工件的蝕除量的變化產(chǎn)生很大的影響。所以，MEDM 所設(shè)定的脈寬要比一般電火花加工短很多。微細電火花加工本質(zhì)上屬于電火花加工，主要是一個熱過程。由此可以得到式(32)：q[R(t)]= (32) 當(dāng) r=R(t)時，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)。B．Revaz，M．R ．Patel [24]經(jīng)過研究認為消耗在等離子體通道的能量占總能量的70%以上。應(yīng)變一位移函數(shù)根據(jù)高斯點來評價。對于殼單元，一個節(jié)點可以指定 2 個(中面、頂部或底部) 溫度或 3 個( 中面、頂部及底部)溫度值。定義邊界條件菜單界面如圖 36 所示。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。它并不能干擾用戶給定的總時間的完成。（4）JOB PARAMETERS：用戶可重新分配所需內(nèi)存大小，盡量使計算在內(nèi)存中完成。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。結(jié)論微細電火花加工方法的出現(xiàn)，對整個電火花加工技術(shù)和微型機械制造領(lǐng)域的進步有著重要的意義。[4] 王振龍，趙萬生，微細電火花加工中電極材料的蝕除機理研究[J]。[14] 黃志剛，郭鐘寧，單脈沖電火花加工溫度場的有限元分析。電加工與模具，2022(2)。2022埃爾塞維爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司保留所有權(quán)利。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。這些常數(shù)被定義成了為不同的電極材料通過實驗所確定的系數(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。電火花加工過程的熱力作用影響加工組件的表面平整性。影響溫度和熱應(yīng)力分布的各種過程變量已經(jīng)作了報告。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2022。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算與分析。電火花微細加工技術(shù)及其發(fā)展。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行了模擬。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。同時因為工件具有幾何形狀、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 進行分析，尺寸為100μm100μm50μm。除了常規(guī)的節(jié)點溫度外，這里列出的所有單元上的結(jié)果只有被選中后才會 中，進一步通過 MENTAT，可視化處理。當(dāng)所有節(jié)點溫度低于或高于這一基準(zhǔn)溫度時，程序才結(jié)束運行。材料性質(zhì)定義完后，應(yīng)賦給相應(yīng)的單元。（4）EDGE RADIATION,FACE RADIATION 定義輻射邊界。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)點上的溫度值。單元剛度矩陣采用數(shù)值積分法生成。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。高斯熱源的數(shù)學(xué)表達式 [19]為q(r)=qm exp(k ) (31)(2tRr式中 q(r)——半徑 r 處的熱流密度(W/m 2)；qm——最大熱流密度 (W/m2)；k——熱源集中系數(shù)；R(t)——t 時刻放電通道半徑(m)。只要通過少量驗證試驗，證明數(shù)值方法在處理某一問題上的適用性，那么大量的篩選工作便可在計算機上完成。如果脈寬固定不變，就不可能使電流值減少到最低程度。由于電子質(zhì)量小、加速度大，很容易獲得較高的運動速度，并通過碰撞傳遞能量給陽極；相比之下，正離子質(zhì)量大、加速度小，很難獲得較高的速度，加之通道中粒子密度很高的原因，正離子對陰極表面的傳能作用很小。工作液密度和粘度較大，壓縮放電通道的能力強，產(chǎn)生較大的爆炸力，強化電蝕產(chǎn)物的拋出效應(yīng)。若兩電極距離過大，則脈沖電壓不能擊穿介質(zhì)、不能產(chǎn)生火花放電，若兩電極距離過短，則會造成短路，在兩電極間沒有脈沖能量消耗，也不可能實現(xiàn)電腐蝕加工。在放電的同時還伴隨著光效應(yīng)和聲效應(yīng)，這就形成了肉眼所能看到的電火花。第 2 章 微細電火花加工的相關(guān)原理 微細電火花加工的基本原理工具電極和工件分別接在脈沖電源的兩極，兩極之間有一定的間隙，間隙充滿工作介質(zhì)。國內(nèi)也有研究人員曾用有限元仿真方法模擬氣中微細電火花沉積加工 [5]的工具電極和工件的單脈沖溫度場，如圖15所示，其中工具電極為黃銅，工件為普通高速鋼。用模糊控制理論可以起到替代一個熟練操作人員的作用。微細電火花加工技術(shù)具有電極制作簡單、電極與工件間宏觀作用力小、可控性好等優(yōu)點，微細電火花加工技術(shù)已成為微機械制造領(lǐng)域的一個重要組成部分，在精密機械加工、微電子技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、航空航天、光學(xué)、通訊、模具等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。利用微細電火花加工方法可制成直徑為 Φ5μm 左右的微細軸及單邊為 10μm 左右的異形銷等工件。在本論文中，通過選取合適的熱源模型，利用MARC軟件對單脈沖條件下微細電火花加工中工具電極和工件的溫度場進行了數(shù)值模擬，分析了微細電火花加工中工具電極和工件材料的溫度場變化規(guī)律，這有助于更加深入的了解微細電火花加工過程中能量及熱傳導(dǎo)狀況，促進了對微細電火花加工機理的理解。因此，微細電火花加工技術(shù)將會成為微細三維結(jié)構(gòu)模具型腔制作的主流技術(shù)之一。模具制造已成為電火花加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域，而隨著一部分模具的微細化，MEDM 的應(yīng)用是必然趨勢。（2）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。而有限元法克服了這一缺點。因此，我將以微細電火花加工為研究對象，研究其溫度場方面的一些相關(guān)內(nèi)容。圖 21 為微細電火花加工裝置示意圖 [6]。在微細電火花放電加工過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物如果來不及排除和擴散，那么產(chǎn)生的熱量將不能及時傳出，使該處介質(zhì)局部過熱，局部過熱的工作液高溫分解，結(jié)碳，使加工無法進行，并燒壞電極。只有如此，才能避免發(fā)生電弧和局部燒傷。另外，氣體中進行放電加工時，放電間隙內(nèi)部不存在液體加工時的加工屑漂浮現(xiàn)象，放電結(jié)束后可以迅速恢復(fù)間隙的絕緣狀態(tài)，減少了電弧放電的發(fā)生，這樣更有利于沉積加工的穩(wěn)定進行 [9]。因此，人們開始探索使用簡單形狀的電極，借鑒數(shù)控銑削的方法進行微細三維輪廓的電火花加工 [13]。在微細電火花加工中，選擇不同的工作介質(zhì)適合不同的加工，選擇液體工作介質(zhì)更適合于去除加工，而選擇氣體工作介質(zhì)更適合于沉積加工。因而在微細電火花加工中，熱源形式將以表面熱源為主。本文中假設(shè)放電通道半徑內(nèi)的能量密度分布是等值的，在放電通道半徑外，為對流換熱密度具體計算式為 （39 ）???2RUI具體模型邊界條件如圖 32：圖 32 模型的熱邊界條件 放電通道半徑在微細電火花加工的傳熱過程研究中，我們需要知道放電通道半徑的大小，也就是熱源在材料表面加載半徑的大小。程序按模塊化編程，工作空間可根據(jù)計算機內(nèi)存大小自動進行調(diào)整；用戶如果對精度要求較高，可選用雙精度進行運算。通過 Mentat 界面定義單元節(jié)點坐標(biāo)和單元節(jié)點編碼命令按鈕如圖 34。需給定對流放熱系數(shù)和環(huán)境溫度。按下 ANISOTROPIC 可定義 6 個各向異性熱傳導(dǎo)系數(shù)。程序用時間/增量步數(shù)獲得每步相等的時間步長。圖 312 JOBS定義 JOBS 時，用戶還要選擇其他項：（1）ANALYSIS OPTIDNS 可指定是否采用一致熱容矩陣或用集中熱容矩陣(LUMP)。如有用戶子程序被采用，應(yīng)單擊 USER SUBS FILE 選項，指明所定義的用戶子程序名后，再單擊 SUBMIT I 運行。溫度場如圖317和圖318。在微細電火花加工中存在的這種極性效應(yīng)可以作為選擇微細電火花加工方式的重要依據(jù)之一。參考文獻[1] 趙偉，任延華，任中根等，電火花放電通道中帶電粒子運動規(guī)律的研究 [J]。[9] 曹國輝，基于脈沖放電的若干微細加工方法及試驗研究。電加工，1995,(2):14~18M. Kunieda，M. Yoshida，et al．Electrical Discharge Machining in Gas．Annals of the CIRP．1997,46(1):143~147[22] 劉高腆，溫度場的數(shù)值模擬。我會以更加積極的態(tài)度去迎接新的生活。但是為了預(yù)測機械零部件的表面平整度而建的模型是有缺陷的。 假設(shè)。初始溫度 可看做為工件完全被浸沒在工作介質(zhì)中所處的室溫 的溫度。表面1上由冷卻劑而造成的熱損失可以模擬成對流邊界條件。為了確定在電火花加工中工件上的熱應(yīng)力，在工件上的溫度分布首先應(yīng)該被計算出來。因此，就表面平整而言，工件上溫度和熱應(yīng)力場的計算是有相當(dāng)大的關(guān)系的。幾個月的畢業(yè)設(shè)計馬上就結(jié)束了，這也意味著我的大學(xué)生涯也即將結(jié)束了。清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） ，1999,39(8) ：45~48。[7] 王振龍，曹國輝，張永生，趙萬生，空氣中微細電火花沉積與去除可逆加工技術(shù)研究。根據(jù)對模擬的結(jié)果進行比較，同時也驗證了電極間能量分配不均的現(xiàn)象，通過對比結(jié)果可知，在陽極上的能量分布多于陰極的，所以即使是同種材料，同種加工條件和邊界條件下，在陽極上的溫度梯度要高于陰極上的溫度梯度，即陽極能量分配高于陰極的能量分配。圖 323 工具電極黃銅溫度場圖 324 工件高速鋼溫度場在煤油介質(zhì)中，由工具電極銅接陰極，工件高速鋼接陽極的溫度場模擬結(jié)果可知，接陽極的工件的中心點溫度場的溫度高于接陰極的工具電極的中心點溫度場的溫度。模擬中電極材料為黃銅，工件材料為普通高速鋼，它們的材料熱物性參數(shù)隨溫度變化曲線如圖316 所示。至于這些單元在分析中采用什么類型單元，如節(jié)點自由度、分析問題維數(shù)、積分階次等信息必須在定義了確定的單元類型后才明確。圖 311 定義加載歷程JOBSJOBS 的定義需指定當(dāng)前分析的問題類型，選定在此 JOBS 中希望采用的一個或若干個加載歷程。在穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)分析定義中，只需選中當(dāng)前加載歷程需考慮的邊界條件。圖 37 定義初始條件材料性質(zhì)回到主菜單，擊 MATERIAL PROPERTIES 定義材料熱物理性質(zhì)。加在單元節(jié)點上的熱流為POINT FLUX 加在二維單元邊上的分布熱流為 EDGE FLUX，加在三維單元面上的熱流為 FACE FLUX，加在單元數(shù)值積分點上的熱流為 VOLUME FLUX，也可用 table 來定義熱流隨時間的變化。Marc 程序擁有許多對用戶開放的子程序即用戶子程序，用戶可以根據(jù)各自需要用Fortran 語言編制用戶子程序，實現(xiàn)對輸入數(shù)據(jù)的修改、材料本構(gòu)關(guān)系的定義、載荷條件、邊界條件、約束條件的變更，甚至擴展 Marc 程序的功能。 MARC 軟件簡介及特點作為國際上第一個通用非線性商用有限元軟件，MSC．Marc 軟件從 20 世紀 70 年代初誕生至今，一直緊跟有限元方法的理論和計算機硬、軟件發(fā)展的最新進展，已發(fā)展成為功能強大、界面友好的有限元軟件系統(tǒng)。電極的側(cè)表面F 2和下表面F 3不發(fā)生熱量傳遞，均為絕緣。 熱源模型根據(jù)熱源形成的機理不同，電極上的熱源可以分為體積熱源與表面熱源兩種。（3）工具的旋轉(zhuǎn)不再是絕對的條件，由于工具的所有表面都起到加工作用，所以工具的形狀及被加工形狀的自由度都很高。所謂特別小，究竟小到何種程度，目前尚無明確的規(guī)定 [12]。如果要進行沉積加工，則最好不要選擇煤油作為工作液，因為在煤油中加工的時候，由于工作液氣化、膨脹部分的去除效果會對熔化并要轉(zhuǎn)移到工件表面的電極材料有很強的沖刷作用會阻礙沉積層的形成 [8]。放電必須是短時間的脈沖放電。正負電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象，使放電通道產(chǎn)生高溫高壓。由于這一加熱過程一般只有 107~104s，所以 使電極材料迅速熔化、氣化。其中峰值電流和脈沖寬度分別為 和 4μs，脈沖間隔為 30μs。在工程中，許多問題都可以歸結(jié)為解某一個特定的微分方程組，但由于實際問題多種多樣，邊界條件十分復(fù)雜，有限元方法就是把無法用理論方法精確求解的復(fù)雜問題，通過一定的方法轉(zhuǎn)換為可計算的有限單元結(jié)構(gòu)體系，并依靠計算機對原問題進行近似求解的一種工程計算方法。圖 12 硬質(zhì)合金微型銑刀及其加工形狀智能化雖然智能控制系統(tǒng)在微細電火花成形加