【正文】 s heat exchanger efficiency and structural stability,copper plate electrode is not suitable for microflow channel for cooling plate of invar EDM, milling copperelectrode Invar。 Highenergy cooling ponents目 錄摘 要 IAbstract II1緒論 1 1 1 1 2 3 5 6 6 92 電火花加工試驗 10 10 13 13 16 17 17 17 19 213 試驗結(jié)果 22 22 22 22 25 25 28 30 31結(jié)論 32參考文獻(xiàn) 33致 謝 341緒論某軍工儀器的反射鏡在正常工作時發(fā)熱量極大，由于絕大多數(shù)材料都有熱脹冷縮的特點，因此該儀器如果應(yīng)用普通材料，勢必會受到熱脹冷縮的影響，其精度將大大降低，甚至不能正常工作，所以開發(fā)該儀器的主要工作放在了尋找形變受溫度變化影響極小的特殊材料和儀器的散熱問題上。因此，研究人員就把殷鋼應(yīng)用到了儀器的散熱部分。所以，就要研究如何在殷鋼冷卻板上加工出微流道。而在水冷系統(tǒng)中，液體水流經(jīng)的溝槽越細(xì)，溫升越小，散熱效果越好。殷鋼冷卻板冷卻微流道的電火花加工的研究，對該軍工儀器的有效散熱起著至關(guān)重要的作用。試驗中所使用的殷鋼塊體體積尺寸約為755520mm。該項目所進(jìn)行的加工試驗有：① 銅板組合電極的制備；② 銑削制備紫銅棒電極；③ 殷鋼試樣的制備；④ 紫銅棒電極電火花加工殷鋼試樣；⑤ 片銑刀垂直交叉銑削殷鋼試樣；⑥ 殷鋼試樣先銑削再電火花加工；⑦ 電火花加工前殷鋼試樣、工具電極表面形貌的觀察測量；⑧ 電火花加工后殷鋼試樣、工具電極表面形貌的觀察測量。實際該殷鋼散熱板的尺寸為20020010mm，其表面上為寬1mm、深1mm、間隔1mm的垂直交叉的溝槽。其中低熱膨脹系數(shù)的合金在現(xiàn)代化制造中尤其重要。1898年，瑞士物理學(xué)家夏爾紀(jì)堯姆（C. E. Guillaume）為了尋找一種不隨溫度變化而發(fā)生形變的金屬材料來制造大地測量儀時發(fā)現(xiàn)了殷鋼[1]。殷鋼，屬于鐵鎳合金，%，鎳36%，%，這種合金材料最大的特點是形變隨溫度變化很小，適合做變形隨溫度變化有嚴(yán)格要求的工具。其中，最典型的為Invar36，在前沿科技（如精密儀器、航空航天）中應(yīng)用最廣[2,3]。 Invar36的化學(xué)成分（%：質(zhì)量份數(shù)）CPSSiMnNiFe≤≤≤≤～～余量在大氣溫度范圍（60℃80℃）內(nèi)，殷鋼Invar36合金線性熱膨脹系數(shù)非常之低。[6]。 殷鋼的熱膨脹系數(shù)—成分曲線。相比之下。 幾種Fe—Ni合金及純Ni的熱膨脹系數(shù)—溫度曲線常見的奧氏體殷鋼Invar36材料伸長率和斷面收縮率都較高，但硬度相對較低，彈性模量比常見的各種鋼都要小，室溫下，與灰口鑄鐵HT300的水平相當(dāng)，[8]。由過去單純的應(yīng)用在精密測量儀器逐漸向電子行業(yè)和特殊領(lǐng)域擴展。殷鋼Invar36最早被用于測量儀用薄帶、細(xì)絲以及座鐘的鐘擺等[912]。除此之外，鐵鎳合金還被廣泛應(yīng)用于燈泡、校對量規(guī)用的測量儀器、恒溫器中作控溫用的熱雙金屬片、無線電電子管和機器零件等。第二次世界大戰(zhàn)極大地刺激了對殷鋼的需求。到上世紀(jì)50年代和60年代，鐵鎳合金的使用量更是不斷增加，應(yīng)用范圍涉及發(fā)動機空機器、電視機溫度補償彈簧、斷路器中熱雙金屬片的被動層以及空調(diào)機等方面。上世紀(jì)80年代到90年代熱雙金屬市場繼續(xù)擴大。用傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼來做這種材料時，為了吸收輸送管道在極低溫度中的熱收縮，管道必須設(shè)計成特殊的回路結(jié)構(gòu)。近年來，Invar合金在高分辨率陰極射線管（顯像管）的蔭罩中發(fā)揮出其潛力。在美國，科學(xué)家們將殷鋼合金與高熱膨脹系數(shù)的合金組合制造出的撓曲彈簧片，用作蔭罩彩色熒光粉重新定位的裝置。在航空航天工業(yè)中，已經(jīng)成功利用殷鋼模具壓鑄復(fù)合材料部件。電火花加工又叫放電加工、電蝕加工。它利用兩電極間脈沖放電時產(chǎn)生局部、瞬時的高能量來腐蝕工件，從而達(dá)到去除材料的目的，完成所需要的加工。電火花加工技術(shù)屬于特種加工技術(shù)[13]。傳統(tǒng)的機械加工方法是利用相對硬度比被加工零件硬的刀具與被加工零件之間的相對運動，從而去除多余材料來達(dá)到加工工件的目的。因此，人們不僅要進(jìn)一步發(fā)展和完善機械加工方法，還需要努力尋求新的加工方法[13]。電火花加工技術(shù)（Electrical Discharge Machining，簡稱EDM）是在上世紀(jì)40年代逐漸興起的一個新工藝、新技術(shù)。隨著脈沖電源和控制系統(tǒng)的改進(jìn)，電火花加工得到了迅速的發(fā)展。如今，電火花加工技術(shù)被廣泛應(yīng)用于國防、航空航天技術(shù)、高精密機械以及模具制造等國家的支柱產(chǎn)業(yè)中。在現(xiàn)代化制造業(yè)里，電火花加工已經(jīng)成為一種無可替代的先進(jìn)加工方法[14]。在電火花的整個加工過程中，高壓脈沖放電擊穿距離極近的兩電極之間的絕緣介質(zhì)，火花放電產(chǎn)生的高能量腐蝕去除兩電極上的材料，但一次放電的材料去除量是微乎其微的，通過微觀去除的不斷積累，實現(xiàn)整個零件的加工。電火花加工的原理是利用刀具和工件（正、負(fù)電極）之間的電火花脈沖放電腐蝕去除多余的金屬，以達(dá)到零件加工要求預(yù)定的大小、形狀和表面質(zhì)量。例如，插頭或電器開關(guān)的接觸點，在打開、接觸時，往往會產(chǎn)生電火花，接觸面被燒灼，從而變得粗糙，進(jìn)而被燒灼成坑。但是事情都是一分為二的，利害、優(yōu)缺點之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。研究結(jié)果表明，電火花腐蝕產(chǎn)生的主要原因是：放電過程中產(chǎn)生大量的熱量，使電極達(dá)到非常高的溫度從而可以使任何的金屬局部熔化、氣化從而產(chǎn)生放電坑。要達(dá)到這一目的，必須創(chuàng)造以下條件，解決下列問題[16]：（1）必須使工件被加工表面與工具電極之間一直保持一定的放電間隙，隨著加工條件的變化，間隙也要相應(yīng)的變化，～。所以，電火花加工機床必須有相應(yīng)的工具電極自動進(jìn)給裝置和調(diào)節(jié)裝置，以使在加工過程中能夠讓電極和工件之間有最利于加工的距離。這樣可以把放電產(chǎn)生的高能量聚集在放電點，在能量擴散之前完成工件材料的去除；否則，持續(xù)放電，只能使大面積的溫升，使工件材料熔化、燒傷，該加工只能用于焊接或者切割，而無法完成電火花材料去除加工。只有介質(zhì)具有較高的絕緣強度，才有利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電。電火花加工過程理論上可以分為四個階段，電火花加工去除材料就是這四個階段周而復(fù)始的疊加過程[15]。兩電極間的電場強度并非均勻，這是因為工具電極和工件的微觀表面是凹凸不平的，而且兩電極間的距離有非常小。電子在電場作用下向陽極高速運動并碰撞介質(zhì)中的中性粒子，產(chǎn)生碰撞電離，形成帶正電的粒子和帶負(fù)點的電子，碰撞電離持續(xù)發(fā)生并迅速增多，使介質(zhì)擊穿而放電，該過程非常迅速，一般為107～108s，間隙電阻迅速從絕緣狀況降低到幾分之一歐姆，間隙電流迅速增大。（2）能量的轉(zhuǎn)換、分布與傳遞極間介質(zhì)一旦被擊穿，脈沖電源將瞬時釋放能量，把電能轉(zhuǎn)化為熱能、磁能、動能、聲能、光能等。（3）電極材料的拋出脈沖放電初期，放電點的局部金屬材料在瞬時高溫的作用下氣化和熔化。在脈沖放電的初始階段或者脈沖放電持續(xù)時間短時，這種熱爆炸力拋出效應(yīng)顯著。放電過程中產(chǎn)生的氣泡壓力很大，放電結(jié)束后，氣泡溫度停止上升，但是氣泡在介質(zhì)液體的慣性作用下繼續(xù)增大，從而泡內(nèi)的壓力急劇降低，甚至?xí)档酱髿鈮阂韵?，形成局部真空，使溶解在過熱和熔化材料中的氣體析出，熔化的高溫材料本身在低壓下繼續(xù)沸騰。（4）極間介質(zhì)的消電離一次脈沖放電結(jié)束后，有一段時間間隔，使間隙介質(zhì)消電離，恢復(fù)本次放電通道處間隙介質(zhì)的絕緣強度，而順利的按照兩極相對電阻率最小或最近處形成下一擊穿放電通道。電火花加工的原理決定了其具有一定的局限性，如：只能用于加工金屬等導(dǎo)電材料，加工速度一般較慢，存在電極損耗，最小角部半徑有限制，加工后的表面由無數(shù)小凹坑組成，粗、中加工時較毛糙，且表面有一薄薄的變質(zhì)層。目前，電火花加工主要分為以下幾種加工：（1）微細(xì)電火花加工；（2）電火花線切割加工；（3）混粉電火花加工；（4）空氣中放電電火花加工；（5）電火花銑削加工；（6）電火花表面改性和堆積加工；（7）特殊材料（如：超硬材料、半導(dǎo)體材料、絕緣材料）的電火花加工；（8）電火花復(fù)合加工；（9）高速電火花小孔加工等[14]。2 電火花加工試驗企業(yè)給學(xué)校機械工程學(xué)院現(xiàn)代制造研究所提供的試驗用的殷鋼為大塊