【正文】 MENTAT 允許定義各向同性，正交各向異性或各向異性熱傳導系數(shù)。在瞬態(tài)熱傳導分析加載歷程中，應定義當前加載的總時間和時間步長控制方案，時間步長的控制可選固定步長或自適應控制步長。從這種意義上來說，多步加載問題可以用多個加載歷程來定義和分析。Marc 允許在一個結(jié)構(gòu)丘對不同區(qū)域采用不同類型單元進行傳熱分析。選取參數(shù)為：脈沖電壓 25V ；峰值電流 ；脈寬 8μm ；脈間 120μm 。但是，在同一電極上，不同的電極材料所對應的溫度場梯度不同，銅的中心點溫度場的溫度高于高速鋼的中心點溫度場的溫度。通過模擬可以得知在不同峰值電流條件下工具電極和工件中心溫度的變化規(guī)律，可以用來預測微細電火花加工的工藝參數(shù)范圍。[8] 劉志新，空氣中電火花沉積與去除加工方法及其實驗研究。機械科學與技術(shù)，2022,21(1)： 124~126。而這次畢業(yè)設(shè)計恰好給我一個系統(tǒng)學習總結(jié)前面的知識的機會，特別是對微細電火花加工的專業(yè)知識，有了一個全新的認識。這些模型是基于單火花放電形成的凹坑現(xiàn)象。在目前的工作，基于有限元的技術(shù)，一個描述電火花加工中熱應力的模型已經(jīng)被建立出來了。由于高密度熱能量而產(chǎn)生的高溫不僅會導致熱侵蝕，而且會使加工表面的重鑄層產(chǎn)生微小微裂紋。致謝在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我的指導老師―彭子龍老師給我了很大的幫助，彭老師認真負責的工作態(tài)度，孜孜不倦的教導令我很欽佩，他在我們身上花費了很多的時間，這也令我很感動。哈爾濱工業(yè)大學博士學位論文，2022:19~20。中國機械工程，2022，17(2) ：111．115。建立了微細電火花加工熱源模型。（2）工具黃銅接陰極，工件高速鋼接陽極。研究表明材料的各項物理性能對溫度場的影響大小不同，熱導率對溫度場的影響較大 [27]。也就是對劃分的每個幾何意義上的單元都賦予相應的適于特定分析的單元類型。用戶定義加載歷程時，可以依據(jù)分析的需要分別定義多組加載歷程，并逐個取名以備定 JOB 時選用。具體菜單界面如圖 39 所示。.當然，對沒定義初始溫度的瞬態(tài)熱傳導問題，程序自動采用零初始溫度進行分析。（2）POINT FLUX，EDGE FLUX，F(xiàn)ACE FLUX，VOLUME FLUX 定義施加在有限元各元素上的熱流強度。輸入數(shù)據(jù)可借助于 Mentat 界面生成，由用戶填卡也可生成。綜合上述各位學者的研究成果，本文仿真中電極材料為黃銅，工件材料為普通高速鋼，在氣體介質(zhì)中采用能量分配系數(shù)分別為 50%和 20%，在液體介質(zhì)中采用能量分配系數(shù)分別為 45%和 18%。圖31所示為模型的熱邊界條件。本章通過建立微細電火花加工的熱源模型，利用 MARC 軟件，對單脈沖條件下的工具電極和工件的溫度場進行模擬分析。在使用工具的加工方法中 MEDM 具有以下的特點：（1）同其他加工法相比，由于 MEDM 的宏觀作用力極小 [15]，所以能加工細、薄的工件，不會因工具的彈性變形而使精度受到影響。在氣體介質(zhì)中加工時，則不存在炭黑膜的影響，對加工方式的選擇主要考慮極性效應即可。該層黑膜可在一定程度上阻止正極表面的損耗，這對傳統(tǒng)的去除加工是十分有利的。能量密度足夠大，才可以使被加工材料局部熔化或汽化，從而在被加工材料表面形成一個腐蝕痕（凹坑） ，實現(xiàn)微細電火花加工。所以在觀察微細電火花加工時，可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象并聽到輕微的爆炸聲。通道中的介質(zhì)以等離子體狀態(tài)存在，其離子與電子的數(shù)量幾乎相等，因此，該通道是電的良導體并呈電中性。表 11 沉積黃銅選用的工藝參數(shù)工藝參數(shù) 1 工藝參數(shù) 2 工藝參數(shù) 3峰值電流 I/A 脈沖寬度 ti/μs 4 8 8脈沖間隔 to/μs 30 120 120使用這三組工藝參數(shù)進行加工，均有沉積物生成。新型電源和機器人技術(shù)也已應用到了微細電火花加工機床中，使微細電火花線切割機床的加工速度和其他性能有了大幅度提高。圖 11 是日本東京生產(chǎn)技術(shù)研究所的增澤隆久教授 [1]加工出的 Φ5um 的微細孔和 的微細軸，代表了當前這一領(lǐng)域的世界前沿水平。目前其應用范圍是：圓孔直徑為 Φ5μm 左右；方孔單邊為 10μm 左右；可加工材料為金屬、合金、導電性陶瓷等；在加工深度上，可以加工出微孔深度超過直徑 2倍或在直徑超過 Φ50μm 的情形下加工出孔深達到直徑 5 倍的深孔。在微細電火花加工過程中，對工件的蝕除作用力雖然很多很復雜，但熱力起了最主要的作用。主要技術(shù)參數(shù)脈沖電壓 25V ；峰值電流 ；脈寬 8μm ；脈間 20μm ；黃銅，高速鋼物性參數(shù)曲線圖；1/4 模型 ；m5010???進度及完成日期— 查找相關(guān)資料，熟悉課題內(nèi)容和相關(guān)知識，進行畢業(yè)實習。教學院長簽字 日 期 教研室主任簽字 日 期 指導教師簽字 日 期指 導 教 師 評 語 指導教師: 年 月 日指 定 論 文 評 閱 人 評 語 評閱人: 年 月 日答 辯 委 員 會 評 語指導教師給定成績(30%)評閱人給定成績(30%)答辯成績（40%） 總 評答辯委員會主席簽字評定成績摘要微細電火花加工是電力、磁力、熱力、流體動力、電化學等綜合作用的過程，但其本質(zhì)是熱過程，其中熱力在微細電火花加工過程中起了決定性的作用。但是，在進行微細尺寸加工時，例如像切削微細軸這類工件用一般切削方法就會因受切削力等方面的影響而引起彎曲，此時 MEDM 便能起重要作用。從總體來說，微細電火花加工技術(shù)在國際和國內(nèi)都取得了較大進展，日本已到了實用化的階段。圖 13 利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動確定工藝參數(shù)的流程圖（3）模糊控制技術(shù)的應用。a)電火花加工有限元模型 b)溫度模擬結(jié)果圖14 電火花加工的溫度場分析 [14]J．Marafona [4]利用有限元法模擬了放電加工的電熱過程，模型正極為銅，負極為鋼，放電通道抽象為均勻的圓柱體，使用定半徑的表面熱源，并對放電后電極和工件的溫度場進行了分析（見圖14）。（3）通過對比氣體和液體介質(zhì)中，不同極性，不同材料的溫度場變化，分析和揭示微細電火花加工過程中工具電極和工件溫度場變化規(guī)律及特性。放電通道是由大量帶正電和負電的粒子以及中性粒子組成，帶電粒子高速運動，相互碰撞，產(chǎn)生大量熱能，使通道溫度升高，通道中心溫度可達到 10000 攝氏度以上。 微細電火花加工的實現(xiàn)條件實現(xiàn)微細電火花加工，應具備如下條件：工具電極和工件電極之間必須維持合理的距離。一方面，火花放電以及電腐蝕過程本身具備將蝕除產(chǎn)物排離的固有特性；蝕除物以外的其余放電產(chǎn)物（如介質(zhì)的汽化物）亦可以促進上述過程；另一方面，還必須利用一些人為的輔助工藝措施，例如工作液的循環(huán)過濾，加工中采用的沖、抽油措施等等。當電極和工件的材料不同時，這種差異會更加明顯。由于 MEDM 的放電能量與通常的電火花加工不同，因而有其自身的特殊狀況。通過這章，可以更深入的了解微細電火花加工的基本理論和特點，也為對微細電火花加工進行下一步分析和研究奠定理論基礎(chǔ)。qm圖 31 熱流密度高斯分布示意圖因此，高斯熱源是等離子體溫度場模擬中使用最廣泛的熱源模型，是最能反映實際情況的一種熱源。為了研究方便，我采取了等值的放電通道半徑，令 R=8μm。Marc 對于非線性問題采用增量解法，在各增量步內(nèi)對非線性代數(shù)方程組進行迭代以滿足收斂判定條件。圖 35 自動生成網(wǎng)格定義熱邊界條件。對于非標準的對流邊界，按下 USER SUB．FILM ，可通過用戶子程序定義對流條件。如考慮相變潛熱，可擊 LATENT 定義兩相溫度和潛熱大小。程序計算完整個時間域內(nèi)溫度后自動正常退出。對殼單元沿厚度方向的分布，指明線性變化或是二次變化。具體菜單界面如圖 314 所示。溫度場如圖319和圖320。（3）和在液體介質(zhì)中相比，在氣體介質(zhì)中進行微細電火花加工時，電極材料獲得的能量更高，相應模擬的的電極的溫度場的溫度也更高。清華大學學報：自然科學版，1999，39(8) ：45．48。哈爾濱工業(yè)學博士學位論文，2022：52~556 。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2022。一個有限元模型已經(jīng)開發(fā)出來，通過在電火花加工中呈高斯分布的電火花熱通量來估計溫度場和熱應力。Kruth 等人研究了這篇文章的工件材料，電極材料，電介質(zhì)的類型以及白色的金相層。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，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。當所有節(jié)點溫度低于或高于這一基準溫度時，程序才結(jié)束運行。材料性質(zhì)定義完后，應賦給相應的單元。（4）EDGE RADIATION,FACE RADIATION 定義輻射邊界。Mentat 提供的標準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。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和聲效應，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)學工程、航空航天、光學、通訊、模具等領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。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狀況，促進了對微細電火花加工機理的理解。通過利用 Marc 軟件模擬單脈沖條件下微細電火花加工過程中工具電極和工件的溫度場變化。而微細電火花加工方法由于具有在加工過程中對工件的宏觀作用力小，加工精度高，能加工微三維結(jié)構(gòu)等特點，在微細加工中具有重要的作用。（2）微小孔、 維形狀、3 維形狀加工。現(xiàn)在，國際上微細電火花加工技術(shù)發(fā)展主要有幾個趨勢，在某種程度上來說，這也是它的發(fā)展特點：精密微細化微細加工在近代加工技術(shù)中是一個新的加工領(lǐng)域。高效化近年來在提高微細電火花成型加工效率方面有了新突破。加工介質(zhì)為空氣，電極材料為黃銅， ，接正極；工件為普通高速鋼，接?負極。由于受到放電時磁場力箍縮效應和周圍工作介質(zhì)壓縮效應的作用，通道瞬間擴展受到限制，使放電能量集中于很小的范圍內(nèi)。高溫向四周擴散，使兩電極表面的金屬材料開始熔化直至沸騰氣化。輸送到兩電極間的脈沖能量密度應足夠大。中性的膠團在電場作用下可能與其可動層脫離，而成為帶負電的碳膠粒。在短脈沖放電條件時，碳保護膜難以形成，所以不必考慮其保護作用