基于数值模拟的电火花表面强化工艺参数研究
提高电火花加工表面质量的研究_白羽
白 羽 赵亚军
（ 长春工业大学机电工程学院， 吉林 长春 130012 ） 摘
*
要： 通过对电火花加工表面质量的分析 ， 脉冲电源、 工具电极、 排屑方式都是影响电火花加工表面质量 。 ， 的关键因素 针对这些因素 分别提出了减小电火花加工表面粗糙度值的有效方法与改善措施 ， 对
［7 ］
。冲油或抽油方式如图 5 所示。
从图 5 中可以看出， 冲油方式排屑能力强， 能使电 蚀产物完全从极间排出。但是， 在排屑过程中， 电蚀产 物会通过已加工区， 会引起工具和工件之间的“二次 ， 从而破坏加工表面， 降低表面质量。 采用抽油 放电” 电蚀产物从待加工表面排出， 虽然不会影响已加 方式， 工表面的质量。但是， 排屑不充分， 而且加工过程分解 出的可燃气体容易积聚在抽油回路的死角处， 引起 “放炮” 现象。这不仅会引起安全性隐患， 而且也会加 剧电极的损耗， 使电极形成锥度， 影响加工的精度。因 ， 此 通常选择冲油方式强化电蚀产物的排出 。 冲油方式的选择， 引起了另一个影响表面质量因 素的研究。如何避免电蚀产物从已加工区排出时引起
［4 ］
大， 放电腐蚀产生的放电痕迹大而深， 表面粗糙度变 差， 如图 3 。因此， 在峰值电流一定时， 通常选取较小 ， 。 的脉冲宽度 来获得较好的表面粗糙度
： C = ε r ·ε o · S × 10 8 δ （ 3）
3
3. 1
工具电极对表面粗糙度的影响
工具电极材料和表面粗糙度 在电火花加工过程中， 工具电极的材料不同， 电极
4
加工面积的影响
实验研究表明： 在其他加工条件相同的情况下， 加
工面积不同， 表面粗糙度相差很大。 当加工面积较大 2. 2 脉冲宽度对表面粗糙度的影响 当峰值电流一定时， 脉冲宽度大， 单个脉冲能量 时， 即使很小的脉冲能量， 加工工件的表面粗糙度值也 而且随着加工面积的增大， 表面粗 很难小于 0. 32 μm， 糙度变差。这是因为在加工过程中， 工具电极和工件 相当 于 电 容 器 的 两 个 极。 根 据 平 行 板 电 容 计 算 公式
提高电火花加工效率和表面质量的研究
提高电火花加工效率和表面质量的研究电火花加工技术是一种常见的金属加工方法，但其效率和表面质量一直是研究的焦点。
为了提高电火花加工效率和表面质量，研究者们采取了以下几种方法：一、优化电极材料电极材料直接影响到电火花加工的精度和效率。
传统电极材料为铜或铜合金，但铜电极在高能量电火花加工过程中容易出现熔渣和击穿现象，从而影响加工效率和表面质量。
研究者们发现，用特殊材料制成的电极能够提高电火花加工精度和效率。
例如，石墨、金刚石、纳米材料等材料能够提高电火花加工效率和表面质量。
二、加强放电控制放电控制是影响电火花加工效率和表面质量的关键因素之一。
传统电火花加工存在放电不稳定、电弧击穿等问题，导致表面粗糙度较大，加工效率低。
研究者们采用先进的放电控制技术，例如智能放电控制系统，可以有效地控制电火花加工放电频率、放电时间等参数，提高加工精度和效率。
三、应用先进的加工工艺先进的加工工艺可以提高电火花加工的效率和表面质量。
例如，超声波辅助电火花加工技术可以通过超声波的作用使金属材料受到振动、压缩等作用，从而改善电火花加工时金属材料的形变和强度特性。
此外，微细加工技术、专业仿真软件的应用等也有助于提高电火花加工的效率和表面质量。
综上所述，电火花加工技术的高效率和优良表面质量是现代制造业所追求的目标。
通过优化电极材料、加强放电控制和应用先进的加工工艺，可以有效地提高电火花加工的效率和表面质量，为现代制造业的发展做出贡献。
电火花加工是一种常见的金属加工方法，随着现代制造业的发展，对于电火花加工的效率和表面质量的要求也越来越高。
以下是对于电火花加工相关数据的分析。
1.电极材料对电火花加工效率和表面质量的影响传统的铜电极在高能量电火花加工过程中容易出现熔渣和击穿现象，从而影响加工效率和表面质量。
因此，研究者不断探索新的电极材料以提高加工效率和表面质量。
一项研究表明，用纳米晶铜材料作为电极可以显著提高加工效率，减小表面粗糙度，并且具有更好的抗氧化性能。
电火花表面强化工艺及设备分析
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｔ ｒ ａ ｄ ｅ
中 国化 工 贸 易
至 一
电火 花表 面 强化 工 艺及 设 备分 析
唐天鹏
（ 天辰 化工有 限公司 。疆维石 河子 ８ ３ ２ ０ ０ ０ ）
摘 要 ：电火花表面强化有助于提 高机械零部件的表 面质量 ，已被广 泛应 用于交通运输、 电机 电器等行业。本文从 电火花表 面强化工 艺的原 理 说起 ，简述该工艺的特 点 ，并分析 当今社会 电火花表 面强化设备 的发展现状 ，最后 总结该工艺以及设备 的未来发展趋势。 关键词 ：电火花表面强化 原理 特 点 设备 工艺
欧美 等 国着重研 究 电火 花表 面强 化工 艺 ，并研 制 成功众 多 效果 良好 的 强化 机 ，如 ：英 国 的 Ｓ Ｐ Ａ Ｒ Ｃ Ａ Ｒ Ｄ、美 国的 Ｔ Ｖ Ｎ Ｇ Ｃ Ａ Ｒ Ｂ ２ ２ ０ ，这两 种
相比 于其他 表 面强化 工 艺而 言 ， 电火 花表 面 强化 工艺 具有 以下 五 个特 点 ：一 、设备 简单 ，操 作方 便 。其组 成 设备 体积 小 ，操作 起来 非
常方 便 ，操作 人员 可 以根据 实 际情 况灵活 使 用 。二 、负面 影响 小 。火 花放 电的 热作 用只 会对 微小 的局 部 区域产 生 一定 的不 良影 响 ，不会 对 零部 件产 生较 大损 伤 。三 、能对 平面 或是 曲面 零 部件 进行 局部 表面 强 化 。四 、可 以根据 实际需要 调节 工艺参 数 ，进 而获得不 同的强化 强度 。 五 、由于 强化 层是 电极 材料 和工 件材 料形 成 的合 金材 料 ，因而 强度 较 高 ，使 得零部 件 的耐磨性 、抗腐 蚀性等 性能较 好 。
电火花喷涂技术应用与工艺方法研究
电火花喷涂技术应用与工艺方法研究摘要在一些重要零件或有特殊要求的零件加工中，需要该类零件的金属表面晶格结构具有一定的特性，而这些特性是零件的基本部分不具有或不能达到的性能。
由于某些零件的形状、重量、基本性能，加工成本等要求，决定了零件基本部分不能全部采用类似表面性质的材料制造，针对这种情况，采用电火花表面喷涂技术是解决这种问题的首选工艺方法。
电火花喷涂技术是一种硬度较低的导电材料附着于另外一种硬度较高的导电材料表面，从而改变或提高硬度较高的导电材料的耐磨性或其他机械性能和物理性能的一种工艺方法。
关键词电火花喷涂；表面强化；喷涂层；合金化处理0 引言电火花表面喷涂是由于电火花加工技术发展的一种电加工方法，其加工原理与电火花加工原理相仿。
是以表面涂覆为电极材料，直接利用电容器在电极与工件之间火花放电产生的能量，使电极熔融，甚至汽化，涂覆熔渗至工件表面，形成特殊性质的合金表面涂层。
涂覆层具有高硬度，高耐磨性，抗腐蚀性及红硬性等优良特性。
目前国外许多国家对电火花喷涂技术有较深的研究，比如美国在B-1，B-2轰炸机起降装置的很多零部件的制造中使用了这一技术，很大程度的提高了起落装置的使用寿命，在苏-27飞机制造上电火花喷涂技术也得到了广泛的应用。
1 电火花喷涂改变金属微观组织原理分析电火花喷涂加工过程中，在作为阳极的涂覆材料与作为阴极的工件接触瞬间，装置中电容器瞬间放电，两者之间放电电路中的瞬时电流和电流密度达到很高数值，是电极与工件之间产生电弧，由于这些连续且时间间隔相同的瞬间脉冲电流形成的电弧而产生的热量，就造成了电极材料和零件表层组织以极快的速度达到熔化，沸腾和蒸发，在此条件下组成电机的涂覆材料中的表面元素就会向零件转移，使零件的表面层合金化，同时零件表层在其加热溶化的瞬间，空气中的氮气和工作环境中存在的碳或碳化物，同时在电弧的作用下向零件基体发生渗碳和氮，伴随着渗碳和渗氮作用产生以及电弧作用是在一定频率下循环发生的，电极和零件的接触部分在极短的时间内加热至高温，然后当电弧间断时已加热融化的金属瞬时被冷金属及周围环境冷却，形成高频率淬火过程。
微细电火花加工数值模拟
微细电火花加工数值模拟Numerical simulation of micro EDM摘要:微细电火花加工是一种微细特种加工工艺方法，在微机械以及微细结构加工领域具有举足轻重的地位。
由于RC微能电源简单可靠，在微细电火花加工中得到了大量的应用。
为了深入对微细电火花加工机理的认识，进一步提高微细电火花加工能力和效率，本文进行了相关的数值模拟和试验研究，在理论研究上和工程应用上取得了一些结论。
本文主要研究内容如下：1．针对RC微能电源，建立了极间电场物理模型，采用数值模拟方法，探讨了电极形状、加工间隙等对电场分布的影响，掌握了相关的电场分布规律。
2．根据传热学理论，建立了微细电火花加工工件表面的热物理模型，采用数值模拟方法，考虑热物性参数、对流换热、相变潜热等随温度变化的影响因素，掌握了工件表面温度场分布，得出了微细电火花加工极间温度场的分布规律。
3．在上述研究基础上，采用微细电解方法在线制作柱状钨电极，合理选择工艺参数，进行了微细电火花加工试验，并分析了电参数对加工尺度和效率的影响，获得了三组应用于不同加工场合下优化的电参数。
关键词：微细电火花加工，加工能力，效率，数值模拟，电场，温度场，电参数指导老师签名：IIABSTRACT:Micro EDM(electric discharge machining) is a kind of special machining technique for micro machining .It has the pivotal status in the domain of micro machine as well as the micro structure processing . To raise the processing scale and the efficiency, this article has carried on the related numerical simulation and experimental study, and has made some progress in the fundamental research as well as the engineering application.Main content of this article is as follows:1. Using the numerical simulation method, electric field distribution influenced by the electrode geometry and the machining polarly has been discussed. Also, the related electric field distributed rule of the micro EDM has been got.2. According to heat transfer theory, the thermal physical model of work piece’s surface in micro EDM has been established, using the numerical simulation method, considering some factors influenced along with the changing of temperature such as the thermal natural parameter, the heat convection, the latent heat and so on, the temperature field distribution of the work piece’s surface has been grasped, and distributed rule of the interelectrode temperature field in micro EDM has been obtained.3. Basing the research foundation above, using the micro electric chemical machining to manufacture columnar tungsten electrode on-site, choosing the reasonable technological parameter, micro EDM experiments have been carried on. Also, the influence to the working accuracy and the efficiency caused by electrical parameter has been analyzed. What’s more, three groups optimized elect rical parameter have been obtained to apply in the different manufacturing places.Key words: Micro EDM, Processing capacity, Efficiency, Numerical simulation, Electric field, Temperature field, Electrical parameterIII目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2数值模拟在电火花蚀除机理研究中的现状 (2)1.3微细电火花加工的现状和发展 (5)1.3.1 微细电火花微能电源的介绍 (5)1.3.2 微细电火花加工的研究现状和发展 (6)1.4课题背景意义 (9)1.5本文主要内容及章节安排 (10)第二章微细电火花加工数值模拟 (12)2.1基于微能电源电火花加工极间电场分析 (12)2.1.1 概述及物理模型 (12)2.1.2 电火花电场数学模型 (13)2.1.3 电火花电场的求解 (14)2.1.4 ANSYS电场的仿真 (16)2.1.5 影响电场分布因素的探究 (20)2.2放电状态下的极间的物理过程 (22)2.2.1 温度场模型的建立 (22)2.2.2 温度场模型的求解 (24)2.2.3 温度场的仿真 (27)2.3本章小结 (32)第三章微细电火花加工试验研究 (33)3.1试验设备—微细电火花机床介绍 (33)3.2试验电极的制作 (34)3.3常用材料性质 (35)IV3.4极性及电参数对微细电火花加工的影响 (36)3.4.1极性对微细电火花加工的影响 (36)3.4.2 电容对微细电火花加工的影响 (39)3.4.3 空载电压对微细电火花加工的影响 (40)3.4.4 脉宽对微细电火花加工的影响 (42)3.4.5 脉间对微细电火花加工的影响 (40)3.4.6 试验结果及讨论 (42)3.5本章小结 (45)第四章总结和展望 (46)4.1全文总结 (46)4.2研究展望 (47)参考文献 (48)致谢 (51)V图表清单图1.1融合多学科的放电加工技术 (2)图1.2独立式微能脉冲电源 (6)图1.3微小孔、微缝样品 (7)图1. 4微细轴加工实例 (8)图1.5 Ф4.5μm的微细轴 (8)图1.6 槽阵列 (9)图1.7 微细电火花加工中心加工出的样品 (9)图2.1 电火花加工物理模型 (13)图2.2 电火花加工边界示意图 (13)图2.3 二维模型及网格划分示意图 (15)图2.4 ANSYS中建立的模型 (17)图2.5 模型的网格划分 (18)图2.6 极间电场分布云图 (19)图2.7 极间电势分布云图 (19)图2.8 极间电场矢量图 (20)图2.9 不同电极形态下的极间电场分布 (21)图2.10不同加工间隙下的极间电场分布 (22)图2.11电火花加工极间热模型 (23)图2.12 固液相变区随温度变化的曲线 (26)图2.13传热模型的建立 (29)图2.14 模型的网格划分 (30)图2.15不同脉宽作用下的工件温度场分布 (31)图2.16不同热流密度作用下的工件温度场分布 (32)图3.1 微细电火花加工系统机械构成图 (34)图3.2空载电压对加工间隙和N的影响 (38)VI图3.3脉宽对加工间隙和N的影响 (40)图3.4 脉间对加工间隙和N的影响 (42)图3.5 电参数（一）加工结果 (43)图3.6 电参数（二）加工结果 (44)图3.7 电参数（三）加工结果 (44)表2.1 各物性参数随温度变化 (29)表3.1常用材料的热学物理常数 (35)表3.2不同空载电压下的试验数据 (37)表3.3不同脉宽下的试验数据 (39)表3.4不同脉间下的试验数据 (41)表3.5 优化放电参数（一） (43)表3.6 优化放电参数（二） (43)表3.7 优化放电参数（三） (44)VIIVIII注释表D脉冲放电蚀坑直径 m I脉冲电流幅值 k t脉冲宽度 U直流电源电压 h U充电电压上限阀值 l U放电电压下限阀值 e V放电间隙平均维持电压 c W电容器储存能量 g W单次脉冲放电能量 f充放电频率 s W 单个脉冲能量 ()u t 放电时随时间而变化的电压 ()i t放电时随时间而变化的电流 et 单个脉冲实际放电时间 c比热容 ρ密度 λ导热系数 m q放电中心处最大热流密度 k热量集中系数 m T熔化温度 0m T温度范围 erfc 误差补函数第一章绪论1.1 引言随着微型机械、精密机械、微机电系统、生物医学以及医学工程等技术的发展对微细加工技术提出了更高的要求，强有力地推动了微细加工技术的发展。
转子材料电火花表面强化技术研究
（ ｏｅｅｏ ｎｒｙａｄＰ ｗ ｒ ｎｉ ｅｉ ，Ｃ ａｇｈ ｎ ｅ ｉ Ｓｉ ｃ ｎ ｅｈｏｏｙ ｈ ｎｓａ４ ０ ７ ，Ｃ ｉａ Ｃ ｌｇ ｌ ｆＥ ｅ ｎ ｏ ｅ ｇｎ ｒ ｇ ｈｎ ｓａ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ ｃ ｎｅａ Ｔｃｎｌ ，Ｃ ａｇｈ １０ ６ ｈｎ ） ｇ Ｅ ｅ ｎ ｖ ｓｙｆ ｅ ｄ ｇ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｌｃｒ － ｐ ｒ ｕ ｆｃ ｔｅ ｇｈ ｎ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｍａ ｅ ｌ ｃｒｄ ｔｒａｓｍｅｔｄ ｏ ｅ ｓ ｒａ ｅ ｏ ｔｉ ｔ ｒ ｌ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｅｅ ｔ ｓ ａ ｋ ｓ ｒ ｅ ｓｒ ｎ ｔ ｅ ｉ ｇｔ ｃ ｎ ｌｇ ｋ ｓｅ ｅ ｔｏ ｅ ｍａｅ ｉｌ ｌ ｎ ｔ ｕ ｆｃ ｆｍａｒ ｍａｅ ａｓ ｏ ａ ｅ ｈ ｘ ｉ
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［ 摘 要 】电火花表面强化技术 是通过 电火花放 电，将 电极材料熔渗到基体材料表面 ， 使该基材 的表面物理化 学性能和机
械性能得到改善 。针对传统的电火花表面强化技术存在强化效率低 、强化层厚度较 薄等问题 ，探讨 了一种新型 强化设备
45钢表面电火花沉积强化层的组织与性能
第３２卷第１期２００８年１月机械工程材料ＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏＬ３２Ｎ０．１Ｊａｎ．Ｚ００８４５钢表面电火花沉积强化层的组织与性能张维平。
冯新（大连９／＿ｖ＿大学材料科学与工程学院，辽宁大连１１６０２４）摘要：利用电火花强化技术在煤油中对４５钢表面沉积硅，可形成一种高非晶含量的铁基非晶合金强化层，用ＳＥＭ、ＸＲＤ、ＥＰＭ等检测手段对强化层进行了研究。
结果表明：４５钢电火花强化层是反应合金化层，强化层各区域的组织均匀一致，强化相是由电极元素硅和基体元素铁以及煤油中的碳元素反应生成；强化层试样在５０ｇ／Ｌ的ＮａＣＩ溶液中耐腐蚀性能比基体有显著改善。
关键词：电火花沉积；强化层；非晶合金；阳极极化中图分类号：ＴＧｌｌ３；ＴＧｌ７４．４４文献标识码：Ａ文章编号：１０００－３７３８（２００８）０１．．００７３－－０３ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ４５ＳｔｅｅｌＳｕｒｆａｃｅＳｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｂｙＥｌｅｃｔｒｏｓｐａｒｋＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＺＨＡＮＧＷｅｉ－ｐｉｎｇ．ＦＥＮＧＸｉｎ（ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｔｉｌｉｚｉｎｇａｎｅｌｅｃｔｒｏ－ｓｐａｒｋｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，４５ｓｔｅｅｌｓａｍｐｌｅｓｓｕｒｆａｃｅｓｗｅｒｅｄｅｐｏｓｉｔｅｄｂｙＳｉｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｎｋｅｒｏｓｅｎｅ，ａｎｄａｖｅｒｙｈｉｇｈａｒｎｏｒｐｈｃ，ＵＳｃｏｎｔｅｎｔＦｅｂａｓｅａｌｌｏｙｃｏａｔｉｎｇｗａｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｓｐａｒｋｐｒｏｃｅｓｓ．ＴｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙＳＥＭ．ＸＲＤａｎｄＥＰＭ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｈａｓｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓｍｉｃｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅａｎｄｉｓｆｏｒｍｅｄｂｙｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｏｆＦｅｆｒｏｍｔｈｅｍａｔｒｉｘ，ＳｉｆｒｏｍｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｎｄＣｆｒｏｍｋｅｒｏｓｅｎｅ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｉｎ５０ｇ・Ｌ－１ＮａＣＩｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｇｒｅａｔｌｙｔｈａｎ４５ｓｔｅｅｌＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｓｐａｒｋｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ；ａｍｏｒｐｈｏｕｓａｌｌｏｙ；ａｎｏｄｉｃｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ０引言４５钢的综合性能很好，在工程上有着广泛的应用。
基于电火花加工方法的硅强化45钢工艺的研究
电火 花表面 强化 工艺 是指通 过 电火花放 电将 电 极材 料熔渗进 工 件 的金 属 表 层 ， 成 表 面合 金 强化 形
摘要 ： 以单 晶硅作 电板 ， 用电 火花 成形机 在煤 油介 质 中对 ４ ５钢进 行 表 面强化 实验研 究。 分析
了脉 冲 宽度 、 冲 间隔 、 脉 峰值 电流 、 工 时间对强化 层 厚度 的影 响 ， 对 强化 层 的显微硬 度 和 耐磨性 加 并
进行 了分析 。研 究 结果表 明 ， 适 的工 艺参数 和加 工 时 间， 合 能使 工件 的表 面获得 具 有 一 定 的厚 度 、
维普资讯
＜ 电加工与模具）０６ ２０ 年第 ５ 期
设 计 ・ 究 研
基 于 电火 花 加 工 方法 的硅 强化 ４ ５钢 工 艺 的研 究
张 维 平 ， 国 萍 叶
（ 大连理 工 大学材料 科学 与工 程学 院 ， 宁大 连 １ ６ ２ ） 辽 １ ０ ３
层， 从而使 工件表 面 的物理 、 化学 和力 学性能 得到 改 善［． 。 １本 的毛利 尚武 教授 和 斋藤 长男 教 授 ［ 发 ２ ５ 】 】
现， 利用硅 电极在 煤 油 介 质 中对 不 锈 钢进 行 表 材料表 面 的塑性和韧性 使 降低 ［ 因而需 要 合理 选 择 工 艺 参 数 和掌 握 加工 时 引， 间来 调整 。我们 采用 单 晶硅 为 强化 电极 材料 ， ４ 对 ５ 钢进行 了 电火 花 表 面 强 化 艺 实 验 研 究 。通 过 实 工 验 ， 析归 纳 了脉 冲 宽度 、 冲 间隔 、 值 电流 和加 分 脉 峰
45钢表面电火花沉积Deloro 50工艺参数研究
Ａｕ ｇ． ２ ０１ ３
Ｖｏ １ ． ６ ２ Ｎｏ． ８
铸
造
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Ｆ ＯＵＮ ＤＲ Ｙ
４ ５ ｔ Ｎ 表面 电火花 沉积 Ｄ ｅ ห้องสมุดไป่ตู้ ｏ ｒ ｏ ５ ０ Ｔ艺参数研究
高根 震 ，潘 仁 ， 肖永 杰
（ 大连 工 业 大 学机 械 工 程 与 自动 化 学 院 ，辽 宁 大连 １ １ ６ ０ ３ ４ ）
ａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｇ ａ ｓ ， Ｄｅ ｌ ｏ ｒ ｏ ５ ０ ａ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ４ ５ ｓ ｔ ｅ ｅ １ ． Ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｉ ｍｅ ，
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H13钢电火花表面强化研究—混粉准干式工作介质条件下Al粉粒度对H13钢组织与性能的影响
天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕业论文专业:材料成型及控制工程班级学号: 0813-01学生姓名:指导教师:二〇一三年六月天津职业技术师范大学本科生毕业论文H13钢电火花表面强化研究—混粉准干式工作介质条件下Al粉粒度对H13钢组织与性能的影响EDM surface hardening of H13 steel—powder mixed quasi-dry conditions, the working medium Al powder particle size on the microstructure and mechanical properties of H13 steel effect专业班级:材料0813学生姓名:指导教师:学院:机械工程学院2013 年6月本文采用混粉准干式电火花表面强化技术对H13钢进行了表面强化组织及性能的研究。
在实验验过程中，添加粉末粒度为2.3 μm和1.5 μm的Al粉，通过调整电火花表面强化工艺参数，利用金相显微镜、扫描电镜对强化层表面和侧面的组织形貌、结合状况进行观察、分析，通过显微硬度仪对强化层表面进行检测，得到表面强化的最优参数，探索研究Al粉末粒度对混粉准干式电火花表面强化H13钢组织与性能的影响。
研究表明，采用粒度为1.5 μm的Al粉，正极性加工放电参数为20.8 A、50 μs、50 μs时，强化层层组织较（2.3 μm）致密、均匀，显微硬度较高；随着添加粒度增大，强化层的孔隙率增加，显微硬度降低；采用粒度为1.5μm的粉，显微硬度最高，达到1220 HV，强化层组织也较致密，这是混粉准干式电火花表面强化添加Al较理想的粒度。
关键词：Al粉；粒度；混粉准干式；H13钢ABSTRACTIn this paper, quasi-dry powder mixed EDM surface enhancement technology, the H13 steel microstructure and properties of the surface strengthening research. In the experimental test procedure, add the powder particle size of 2.3 μm and 1.5 μm of Al powder by adjusting spark surface hardening process parameters, the use of optical microscopy, scanning electron microscopy and side reinforcing layer surface morphology, combined with the observation status , analysis, microhardness tester right through the strengthening layer surface to detect surface hardening obtained optimal parameters, exploration and research Al powder size on quasi-dry powder mixed EDM surface hardening of H13 steel microstructure and properties.Studies show that the particle size of 1.5 μm of Al powder, a positive polarity discharge machining parameter is 20.8A-50 μs-50 μs, the strengthening layer compared to tissue (2.3 μm) dense, uniform, high hardness; with the addition increase in grain size, the porosity of the reinforcing layer increases the microhardness decreased; using a powder particle size of 1.5 μm, maximum microhardness, to 1220 HV, the reinforcing layer is more dense tissue, which is a dry powder mixed EDM surface quasi-adding Al to enhance the ideal size.Key Words：Al powder; granularity; powder mixed quasi-dry; H13 steel目录1 综述 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 H13钢的研究现状 (2)1.2.1 H13钢的成分分析 (2)1.2.2 H13钢的特性硬度分析 (2)1.2.3 H13钢的热处理工艺 (2)1.2.4 H13钢的性能及应用 (3)1.3 电火花表面强化处理 (4)1.3.1国内外模具材料与表面处理技术概况 (4)1.3.2模具表面强化技术 (4)1.3.3 电火花表面强化 (5)1.3.4 极性效应 (6)1.3.5 覆盖效应 (7)1.4 混粉准干式电火花加工 (8)1.5 电火花表面强化三大电参数 (9)1.6 YG8电极 (9)1.7 本文研究内容和目的 (10)2 实验.......................................................................................................... 错误!未定义书签。
电火花表面强化技术及其应用
电火花表面强化技术及其应用摘要：电火花表面强化技术是一种具有独特优势的材料表面技术，其在机械零件表面改性和表面修复等方面具有广阔的应用前景。
本文介绍了电火花表面强化技术的基本原理和特点、工艺的发展，总结了用于电火花表面强化的电极材料和其制备，研究了电火花表面强化设备的发展状况，阐述了电火花表面强化技术的国内外发展概况，分析了该技术在实际工程中的应用，指出了该技术今后的研究方向和发展趋势。
关键词：电火花；表面强化；强化工艺；应用1 前言随着工业现代化的发展，对各种装备零部件表面性能的要求越来越高。
在高速、高温、高压、重载和腐蚀介质等条件下，零部件材料的破坏往往自表面开始，如磨损、腐蚀、高温氧化等，表面的局部破坏经常使整个零部件失效，最终导致整个装备的瘫痪。
利用各种物理、化学或机械的工艺规程能够使零部件表面获得特殊的材料成分、组织结构和性能，提高产品质量[1]。
表面工程是改善机械零件基体材料表面性能的一门工程技术学科。
统计结果表明，世界钢材的10%因腐蚀而损失，70%的机电产品因磨损和腐蚀而失效，在机电产品制造和使用中约三分之一的能源消耗于摩擦磨损。
这些损失的关键在“表面”，磨损和腐蚀都从表面开始。
因此，用一定的技术措施提高零部件材料表面性能，预防和减缓表面失效，是表面工程领域所要解决的关键问题。
目前主要有几种表面处理的技术,如电火花表面强化、电镀、激光熔覆、等离子弧热喷焊及热喷涂等手段[2]。
电火花强化技术具有强化层厚度深，与基体冶金结合性能好，耐磨性,抗腐蚀性、硬度、导热、导电性能都良好。
其它几种处理技术存在不足，如电镀的涂层较薄，与基体的结合力差;激光熔覆的熔覆层虽然与基体的结合性能好，但设备成本高，熔覆层表面光洁度差;等离子弧热喷焊焊层与基体层冶金结合牢固，但热影响范围大;热喷涂的涂层对基体热影响小，但结合力小,抗磨粒磨损和冲蚀磨损性能差。
相比以上各种技术的优缺点，本文旨在研究其中的电火花表面强化技术。
25-基于热学仿真的微细电火花加工表面形貌预测
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第三届中国 CAE 工程分析技术年会论文集
3.2 数据处理算法
利用 ANSYS 计算微细电火花仿真模型， 模型中的各个节点的坐标值和温度值分别存储在 格式为*.lis 文件中。节点坐标值的文件形式为：
NODE X 1 0.0000 2 0.0000 3 0.0000 Y Z 0.50000E-05 0.0000 0.0000 0.0000 0.49949E-05 0.0000
(a) P+硅
(b) 45 钢
图5
凹坑形貌和放电能量之间的关系
比较图 5(a)和(b)可得出，随着脉冲能量的增大，P+硅凹坑直径和深度的增大比例比 45 钢 大的多；相同能量下，P+硅的凹坑直径和深度是 45 钢的 6~7 倍。可见，加工过程中，导热性 能好、比热容高的材料，更易于材料蚀除。 由图可知，仿真过程中 P+硅和 45 钢的熔融区域的直径和深度之比基本成正比例，其深径 比大约为 0.5，而一般电火花放电所产生的放电凹坑的深径比大约在 0.1～0.2，远远小于 0.5。 造成熔融区域的深径比过大的原因是，实际加工过程中，凹坑深度较深处比深度浅处熔融材 料更加不易被抛出，且熔融的金属易于凝结在凹坑底部，使实际放电凹坑的深度大大降低。
1 引言
微细电火花加工作为一种低成本、高材料选择度的柔性非接触式加工技术，在微细加工 领域得到广泛的应用。采用简单形状电极的微细电火花铣削加工技术继承了机械铣削和快速 原形制造技术[1]的优点，已成为微三维结构器件的主要加工技术之一。 和常规电火花加工相同，微细电火花放电过程是动能、热能、电能、磁能等[2]多场耦合的 复杂过程。但其本质是热过程，工件表面放电点周围温度分布决定放电凹坑的形状[2-4]，因此 分析放电过程中温度场的变化，对于研究放电加工机理和表面加工质量有着重要意义。 本文建立了微细电火花二维仿真模型， 基于有限元方法对 P+硅和 45 钢两种材料的单脉冲 放电情况的温度场进行了数值模拟，分析了决定放电凹坑形状的两个重要参数（直径和深度） 与温度场的关系，研究了采用简单形状电极的微细电火花铣削加工过程中工件表面粗糙度与
新型电火花表面强化机的研制
单相 可控 硅 ， 旦有触 发 并且有 持续 电流 的存在 ， 一 无触 点开 关将连 续导通 ， 时固态继 电器 工作 。该 固态继 电 这 器有 零 电压 导通 ， 电流截 止的特性 。储能 电容 经无触 零
点开 关 ， 固态 继 电器放 电， 很快 放光 。当接近零 电流 时 ，
固态 继 电器截 止 ， 可控硅 也小于维持 电流截 止 。这 时放 完 电的储能 电容开始 充 电 ， 直到 下一个触 发脉冲触 发无
花 的放 电强度 ， 变压器 的功率 约为 １ Ｋｗ 。
自 化 与 用 ２１年 Ｏ 第１期 动 技术 应 ０１ 第３卷 ２
行 业 应 用 与 交 流
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自 化 术 应 ２１年 ０ 第１期 动 技 与 用 ０１ 第３卷 ２
２ 电火 花 表 面 强 化机 的 工 作 原 理 ．
研 制的 电火花表 面强 化机系 统组成 如 图 １ 示 ， 所 主 要 由电源 系统 、沉 积焊 枪和 气 体保 护 系统 三大 部 分组 成 。电源系统包 括隔离变压器 、全波整 流 电路 、滤波 电 ‘ 路 、储 能 电容 电路和 电子开 关 电路等 。 电网 电压经 隔离 变 压 器进 行 降压 ， 后通 过 全 波 整流 电路 进行 全 波 整 然 流， 整流 后经 滤波 电路 滤波 ， 变成 稳定 的直 流供 后面储 能 电容 充放 电用。在沉 积焊枪 中 ， 由马达 带动焊针（ 具 工
基于ANSYS的气体介质电火花表面强化温度场分析
摘 要 ：通过 选取 合适 的热源模 型、 热边界 条件 ， 立 了气体 介质 中电火花表 面 强化加工 建
的热传 导模 型 ； 分析 其温度 场 特 点 ， 立 了气体介 质 中电 火花表 面强化 的 二 维温 度 场模 建
型； 并利 用 ＡＮｓ ＹＳ有 限元分析 软件对 气体 介 质 中 电火花表 面强化 的 温度场 进行 了有 限
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工件 的 中间部 位是 强化 稳 定 区域 ； 强化 速度 为 ４ ｍｍ ／ ｓ 、 放 电能量 为 ３ ×１ ０ Ｗ／ ｍ 时 ， 所形 成 的 温度
场较 均 匀。模 拟 结果 为 了解 热应 力 的分布 ， 改善 工件 表 面的 强化 质 量 ， 指 导 工 艺 实践 ， 优 化 工 艺参
数 等提 供 了理 论依 据 。
关键 词 ： 电火 花表 面强 化 ； 温度场； 数 值模 拟 ； 工艺 参数
中 图分类 号 ： ＴＧ １ ７ ８ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ９—２ ７ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ １ —０ ０ １ １ ～０ ５
设计・ 研１ 期
基 于数 值 模 拟 的 电火 花 表 面 强 化 工 艺 参 数 研 究
刘作静 ， 张 明
（青 岛科 技 大学 机 电工程 学 院 ， 山东青 岛 ２ ６ ６ ０ ６ １）
摘要： 建立 了电火花 表 面强化 的 三维 温度 场模 型 ， 利 用有 限 元分析 软件 对 温度 场进行 了数 值模 拟， 得 出了工件在 不 同时刻 温度场 的 分布规 律 ， 还分 析 了强化 速 度 、 放 电能量 对温度 场 的影响规 律 。 结果 表 明 ： 移 动 着的 电弧 熔池表 面的形状 不 同于静 止 电弧 形成 的 圆形 熔池 ， 而是 呈 类似 于俯 视 的 卵
ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｒ ｃ ｗａ ｓ ｓ ｉ ｍｉ ｌ ａ ｒ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｅ ｇ ｇ ｓ ｅ ｅ ｎ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ ｖ ｉ ｅ ｗ ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ
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