【正文】 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。Erden 為電極和電介質(zhì)的選定及放電通道半徑提出了一個經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。因此，在 t=0iT 0T時， （4）0Ti?圖1 電火花加工的熱源模型 放電通道半徑（R ）結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電極材料影響電火花加工的放電通道半徑。因此，邊界條件是：當(dāng) t0時， （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。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。在頂部表面1上輸入熱邊界條件，能量通過熱傳導(dǎo)方式傳到工件上（圖1） 。 溫度模型 控制方程由于單脈沖放電，加熱工件被假設(shè)是軸對稱的，熱量傳播微分方程如下： （1）????????????????zTkrktTC1?其中 T 為溫度，t 為時間，ρ 為密度，k 為熱電導(dǎo)率， C 是工件材料在固態(tài)時的比熱容，r 和 z 是坐標(biāo)軸，如圖 1所示。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。用一個考慮熱流量大小及分布，脈沖時間，占空比和電流主要參數(shù)的溫度模型來確定溫度場。建立這個模型的主要宗旨是預(yù)測電火花加工過程中熱應(yīng)力產(chǎn)生的性質(zhì)。Pandit 和Rajurkar 利用數(shù)據(jù)依賴系統(tǒng)對建立的溫度場提供了一個詳細(xì)的描述。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。電火花加工過程的熱力作用影響加工組件的表面平整性。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?？捎帽砻嫫秸苑治瞿Ｐ椭饕歉鶕?jù)利用各種實(shí)驗(yàn)方法及儀器如光學(xué)金相實(shí)驗(yàn)，掃描電子顯微鏡和 X 射線衍射對電火花加工機(jī)械零部件表面進(jìn)行冶金測定。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。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。多層次熱影響區(qū)和硬化層脆性的存已經(jīng)被作報(bào)告，以減少電火花加工機(jī)械零部件的疲勞強(qiáng)度。在通道中產(chǎn)生的熱量，使工件材料熔化，甚至消失。2022埃爾塞維爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司保留所有權(quán)利。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。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(jì)溫度場和熱應(yīng)力。徐新附件 1外文資料翻譯：電火花加工產(chǎn)生的熱應(yīng)力維諾德亞達(dá)夫，維杰光耆那教，普拉卡什米迪克西特機(jī)械工程學(xué)系，印度理工學(xué)院坎普爾208016，印度 原文在2022年10月28日被收到；經(jīng)改進(jìn)后在2022年3月5日被收到；在2022年3月6日被發(fā)表摘要電火花加工（EDM）過程中高溫梯度產(chǎn)生在間隙中并導(dǎo)致在小的熱影響區(qū)產(chǎn)生很大的局部熱應(yīng)力。大學(xué)本科時光就快結(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)里面接受的教育會對我以后工作和學(xué)習(xí)起到重要的作用。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。此外，我的許多同學(xué)和朋友在設(shè)計(jì)過程中，也給我提出了許多寶貴的意見，在這里，我向他們表示衷心的感謝。電加工與模具，2022(3)。電加工與模具，2022(2)。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2022。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2022。重慶大學(xué)出版社，1990。[21] 宋小中，劉正損，電火花微細(xì)加工的工藝研究。[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。[18] ， ，et al．Electrical Discharge Machining in Gas．Annals of the CIRP．1997,46(1):143~147[19] 李勇，王顯軍，郭旻等，微細(xì)電火花加工關(guān)鍵技術(shù)研究。[15] R．S． Mulik，et a1．Thermal Stresses During ElectroChemical Spark Machining．International Journal of Manufacturing Technology and Management．2022,(7) ：287~307[16] Yadava Vinod，et a1．Theoretical Analysis of Thermal Stresses in ElectroDischarge Diamond Grinding．Machining Science and Technology．2022，(8)：119~140[17] 王振龍，微細(xì)電火花加工關(guān)鍵技術(shù)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。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。哈爾濱工業(yè)學(xué)博士學(xué)位論文，2022：52~556 。哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2022:36~40 。哈爾濱工業(yè)學(xué)碩士學(xué)位論文，2022：25~27 。機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2022，40(11)：88~92 。[6] ， ．Electrical Discharge Machining in Gas．Annuals of the CIRP．1997,46(1)：143~l46。[5] 金柏冬，曹國輝，王振龍等，空氣中微細(xì)電火花沉積工藝規(guī)律研究[J]。[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]。電火花微細(xì)加工技術(shù)及其發(fā)展。清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1999，39(8) ：45．48。機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2022，20(5)：762—763。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。因?yàn)殛枠O能量分配高，所以在加工時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。為了便于分析和建模，模型中認(rèn)為放電通道半徑是等徑的，考慮了材料物性參數(shù)隨溫度的變化，應(yīng)用了有限元方法對單脈沖條件下的工具電極和工件的溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬。因此，本文通過理論分析軟件仿真技術(shù)，對微細(xì)電火花加工的過程中的電極進(jìn)行了溫度模擬，主要工作及結(jié)論如下：以傳統(tǒng)電火花加工理論為基礎(chǔ)，理解了微細(xì)電火花加工的基本原理，技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。結(jié)論微細(xì)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(jī)械制造領(lǐng)域的進(jìn)步有著重要的意義。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。（3）和在液體介質(zhì)中相比，在氣體介質(zhì)中進(jìn)行微細(xì)電火花加工時，電極材料獲得的能量更高，相應(yīng)模擬的的電極的溫度場的溫度也更高。（2）不同材料作為電極所模擬的溫度場變化不相同，在相同條件下，其中銅電極的溫度場溫度高于高速鋼電極的溫度場溫度。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。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。溫度場如圖323和圖324。圖 321 工具電極黃銅溫度場圖 322 工件高速鋼溫度場在煤油介質(zhì)中，由工具電極銅接陽極，工件高速鋼接陰極的溫度場模擬結(jié)果可知，接陽極的工具電極的中心點(diǎn)溫度場的溫度高于接陰極的工件的中心點(diǎn)溫度場的溫度。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。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。溫度場如圖319和圖320。圖 317 工具電極黃銅溫度場圖 318 工件高速鋼溫度場在空氣介質(zhì)中，由工具銅接陽極，工件高速鋼接陰極的溫度場模擬結(jié)果可知，接陽極的工具電極的中心點(diǎn)溫度場的溫度高于接陰極的工件的中心點(diǎn)溫度場的溫度。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。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。所以為了精確模擬微細(xì)電火花加工過程的溫度場，材料的熱物理特性都采用隨溫度變化的取值方式，這樣就建立了相關(guān)材料參數(shù)的工程數(shù)據(jù)庫。如果不考慮材料的物理性能參數(shù)隨時間的變化，那么計(jì)算結(jié)果就會產(chǎn)生很大的偏差。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。同時因?yàn)楣ぜ哂袔缀涡螤睢⒉牧戏植己蜏囟葪l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。具體菜單界面如圖 314 所示。具體菜單界面如圖 313。在 JOB 中單擊 RUNSUHMIT 1，可運(yùn)行 Marc 分析程序。對有限元網(wǎng)格中的每一個單元都應(yīng)該選擇一種適當(dāng)單元類型。因?yàn)橛邢拊獎澐殖龅木W(wǎng)格只提供了單元幾何形狀信息，對殼、桿、梁單元，僅僅是中面或軸線的兒何形狀還小能完全確定這些結(jié)構(gòu)全部幾何信息,還需給定截面幾何特性。在定義 JOBS 時，切勿忘記定義單元類型。（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。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 中，進(jìn)一步通過 MENTAT，可視化處理。對殼單元沿厚度方向的分布，指明線性變化或是二次變化。后者有助于提高計(jì)算效率，并且對線性單元可避免求解瞬態(tài)傳熱時可能出現(xiàn)的波動。具體菜單界面如圖 312 所示。程序根據(jù) JOBS 中定義的加載歷程排列順序，逐個分析，并自動將上個加載歷程結(jié)束時的結(jié)果作為下一個加載歷程開始時的初值，順次分析完所有加載歷程。菜單界面如圖 311 所示。此外，用戶給定的最大允許增量步數(shù)也可用來控制由于數(shù)值誤差或人為定義引起的太多增量步計(jì)算。它并不能干擾用戶給定的總時間的完成。當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)溫度低于或高于這一基準(zhǔn)溫度時，程序才結(jié)束運(yùn)行。程序計(jì)算完整個時間域內(nèi)溫度后自動正常退出。定義自適應(yīng)步長控制時，需輸入初始建議的時間步長和希望亮成給定時間長度內(nèi)分析所需的最大時間增量步數(shù).。定義固定時間步長時，要輸入在給定加載時問內(nèi)需分析的增量步數(shù)。當(dāng)計(jì)算非線性穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題時，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。圖 310 定義幾何特性加載歷程在主菜單下?lián)?LOADCASES 可選 HEAT TRANSFER，進(jìn)入定義穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)傳熱的加載歷程。如果后續(xù)熱應(yīng)力分析仍采用低階應(yīng)力單元，那么提取這種單元形心處的溫度計(jì)算出的單元內(nèi)熱應(yīng)變一會有助于使熱應(yīng)變與低階單元常應(yīng)變保持協(xié)調(diào)，從而改善熱應(yīng)力分析結(jié)果精度。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。材料性質(zhì)定義完后，應(yīng)賦給相應(yīng)的單元。如考慮相變潛熱，可擊 LATENT 定義兩相溫度和潛熱大小。圖 38 定義材料性質(zhì)定義完導(dǎo)熱系數(shù)后，如需進(jìn)行瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析，可進(jìn)一步定義比熱、質(zhì)量密度。按下 ISOTROPIC 只需給 l 個熱傳導(dǎo)系數(shù)，按下 ORTHOTROPIC應(yīng)輸入 3 個正交方向的材料熱傳導(dǎo)系數(shù)。選擇 HEAT TRANSFER 后進(jìn)入材料參數(shù)輸入菜單。菜點(diǎn)界面如圖 37所示。僅對需作橋態(tài)傳熱分析的情形才需定義初始溫度場。定義邊界條件菜單界面如圖 36 所示。（4）EDGE RADIATION,FACE RADIATION 定義輻射邊界。對于非標(biāo)準(zhǔn)的對流邊界，按下 USER SUB．FILM ，可通過用戶子程序定義對流條件。對殼單元可區(qū)分上、下表面不同的對流邊界。（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。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。依施加對象的不同而分類。對不同節(jié)點(diǎn)給出不同溫度變化，可以描述隨空間變化的給定溫度分布。對于殼單元，一個節(jié)點(diǎn)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。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。圖 35 自動生成網(wǎng)格定義熱邊界條件。 圖 34 定義節(jié)點(diǎn)用 Mentat 的自動網(wǎng)格生成器完成網(wǎng)格劃分，或從 CAD 界面讀入現(xiàn)成的有限元網(wǎng)格數(shù)據(jù)。 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