正交磁场对电火花单脉冲放电状态的影响

【作者】 贾建宇； 王燕青； 杨胜强； 李文辉； 朱红钢；

【机构】 太原理工大学机械工程学院精密加工山西省重点实验室； 中国航发西安航空动力股份有限公司；

【摘要】 关于提高电火花加工效率的问题,越来越多的学者投入研究。其中包括外加磁场对电火花加工影响的探索,部分学者证明了以特定方式布置的磁场可提高电火花加工铁磁性材料或非铁磁性金属材料的效率;部分学者则开展了外加磁场对电蚀凹坑或对放电等离子体影响的研究,总结出磁场通过影响等离子体而使电蚀凹坑相貌发生变化的结论。本研究中,基于高精度进给铣床,布置了与单脉冲放电方向相正交的磁场,采用RC单脉冲放电电路,通过改变部分加工参数,包括开路电压、电容、磁感应强度及电极的外伸长度,进行了外加正交磁场辅助电火花单脉冲放电实验,检测放电间隙变化及电蚀凹坑变化,经过分析得出一些结论:正交磁场的引入降低了负极处电子的激发温度,提高了放电通道内的电子密度,并且提高了通道内电子的运动速度,导致放电间隙随着磁感应强度的增加而增加;根据检测结果,放电间隙随着开路电压的变化并不显著,可能原因是在磁场作用下,通道内电子的运动轨迹发生偏转,偏转运动路径内外侧电离度存在差异造成单次放电出现失稳,放电呈现不均匀性;电容的增大使放电能量增大,导致放电间隙略有增加;随着电极外伸长度的增长,仿真发现极间电场强度随之减小,放电间隙逐渐减小。定义电蚀凹坑沿着洛伦兹力方向为长度方向,垂直于洛伦兹力放电为宽度方向;通道内等离子体在磁场中洛伦兹力作用下的偏转导致电蚀凹坑长度随着磁感应强度的增加而增加,磁场的存在使放电呈不均匀性导致凹坑宽度及深度无规律性变化;在磁场条件下,开路电压越高,等离子体运动加速度越大,增速越快,在洛伦兹力作用下偏转距离越大,凹坑长度也越长,而凹坑宽度随开路电压增大略有增大,凹坑深度变化因放电不均匀变化不明显;随着电容增大电蚀凹坑长度先增大而后略有减小,凹坑长度增大是因为放电间隙略有增加,等离子体运动路径增加,在洛伦兹力作用下偏转距离稍有增大,凹坑长度增大,当电容持续增加,放电能量持续增加导致放电电流增大,电极在洛伦兹力作用下放电起始点沿洛伦兹力方向偏转,最终凹坑长度略有减小,凹坑宽度随着电容增大略有增大,凹坑深度变化不明显;电极外伸长度越长,放电时洛伦兹力对电极作用力引起的放电起始点偏移距离越大,电蚀凹坑长度随之略有减小,电蚀凹坑宽度变化不明显,在有磁场条件下,提高了放电通道内的能量,电蚀凹坑深度随外伸长度增加略有增大。更多还原