内冲液电火花加工间隙流场电蚀产物分布对间隙电场影响研究

【作者】 刘洋； 郭永丰； 张延勇；

【机构】 哈尔滨工业大学机电工程学院；

【摘要】 内冲液式电火花加工小孔过程中,利用管电极内高压内冲液加速放电间隙内电蚀产物的排出,可以有效缩短电蚀产物在加工间隙内的平均滞留时间,降低加工间隙的电蚀产物浓度,进而减少因电蚀产物聚集导致的短路、拉弧及集中放电现象,有利于维持火花放电的稳定,提高加工效率。然而实际加工中由于放电过程迅速,放电间隙狭小,难以对间隙流场内电蚀产物分布状态进行直接观测,影响电蚀产物运动和极间电场关系的进一步研究。因此有必要建立内冲液电火花加工间隙流场仿真模型,分析内冲液压力、放电间隙大小对流场特性参数的影响规律,研究电蚀产物在流场中的分布规律和电蚀产物分布对极间电场的影响。基于流场仿真软件Fluent对内冲液式电火花加工高温合金间隙流场进行建模仿真,分析内冲液压力对流场特性的影响,研究电蚀产物在流场中的分布规律以及不同材料电蚀产物对极间电场的影响。基于雷诺平均模拟法k-ε模型建立间隙流场几何模型,将电火花加工间隙流场视为固液两相耦合,因此在运用欧拉方程进行连续相煤油工作液的计算基础上,使用拉格朗日方程计算颗粒相电蚀产物在加工间隙中的运动轨迹。首先对内冲液电火花加工间隙流场进行了分析。仿真结果表明,在极间间隙40μm、冲液压力3MPa时,间隙流场内存在负压区域和压降区域,各区域内流速明显不同。随后进行了间隙流场对电蚀产物分布的影响研究。在达到稳定状态的流场内,同时释放铜和高温合金两种不同材质,Φ2、Φ5、Φ8三种不同直径的电蚀产物颗粒,研究颗粒的运动及分布状况。仿真结果表明:由于释放位置的不同,铜颗粒在负压区域产生了回旋运动并在此处聚集,在一定时间后,颗粒从负压区域逃离并沿着高温合金颗粒的运动轨迹向小孔内壁移动;当颗粒运动到小孔内壁和小孔底面的交界处时,在低压和低流速的共同作用下,直径小的铜颗粒在此处堆积难以随冲液排出,可能导致该处产生集中放电现象。最后,为了研究间隙流场内电蚀产物的分布对极间电场的影响,在流场仿真结果的基础上进行了电场仿真研究。仿真结果表明:悬浮颗粒的有无影响着极间电场的分布;低压、低流速区域的颗粒堆积造成工件所带电荷向堆积颗粒转移分散,致使场强发生变化,并且当堆积的颗粒为导体时,颗粒的材料变化对极间电场没有影响。更多还原