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上海交通大学
硕士学位论文
基于流场分析的微细电火花深小孔加工的研究
姓名:李建功
申请学位级别:硕士
专业:机械制造及其自动化
指导教师:裴景玉
20081220
上海交通大学硕士学位论文摘要

基于流场分析的微细电火花深小孔加工的研究
摘要
小孔加工一直以来是加工中的难点,电火花技术以其加工无宏观力、
不受工件强度硬度限制等优势,在微孔、小孔加工领域成为重要手段之
一。然而随着加工深度增加,其加工速度急剧下降,对于大深径比的孔
加工,效率极为低下。目前常采用中空回转电极,辅以高压水介质等手
段来达到高速加工的目的。国内外许多学者在此领域的研究集中在电火
花的放电加工原理上,鲜有从极间工作液介质的流动状态来分析。本文
将通过理论分析和实验研究,探究工作液介质的流体特性对深小孔电火
花加工速度的影响,主要包括以下内容:
研究了棒状电极在不同旋转速度下,加工时间随加工深度的变化。
建立了圆柱电极旋转下的电极间隙流场理论模型,并计算了电极在不同
转速下间隙流场达到稳态后的数值解。实验的结果表明,在特定转速范
围内加工效率最高,低于或者高于这个转速,加工效率都会下降。根据
理论模型的计算结果,对底部间隙和侧面间隙两个区域中的电蚀颗粒进
行了受力分析。理论分析表明,电极旋转会使底部的电蚀颗粒悬浮并向
侧面移动,但转速过大会使侧面间隙中的电蚀颗粒向电极碰撞而降低加
工效率。理论分析定性地解释了实验结果。
研究了螺旋电极旋转速度对加工效率的影响。建立了螺旋电极旋转
下的电极间隙流场理论模型,计算了电极在不同转速下间隙流场达到稳
态后的数值解。实验结果表明,和圆柱电极相比,螺旋电极加工效率确
实提高了。但电极转速对加工效率的影响规律和棒状电极类似,只有在
I
上海交通大学硕士学位论文摘要
特定转速范围内加工效率最高,低于或者高于这个转速,加工效率都会
下降。对理论模型的计算结果从压强、流线、流量和速度等多个角度进
行了分析,并对间隙中的电蚀颗粒进行了受力分析。螺旋电极由于形貌
上的不对称会使新鲜的工作液从螺旋槽流入间隙流场,并且使带有电蚀
产物的工作液从侧面间隙螺旋上升逃逸出放电间隙。螺旋电极转速的增
加,会使电蚀颗粒受到的浮力和排出电蚀产物的工作液流量增加,提高
了加工效率,但是转速过大会使侧面间隙中的电蚀颗粒受到的速度梯度
力成倍增加,使电蚀颗粒和电极相撞,降低加工效率。理论分析定性解
释了实验结果。
最后,从理论的角度分析了螺旋电极的形貌参数对加工效率的影响。
根据分析结果,对螺旋电极进行了优化。可以得出:螺旋电极的螺距应
适当减小,螺旋槽的宽度应适当增大,这有利于侧面流场中电蚀颗粒所
受浮力的提高和排出电蚀产物的工作液流量的增加。

关键词:电火花加工,深小孔,电蚀产物,流场,计算流体动力学














II
上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT
RESEARCH ON DEEP SMALL HOLE MACHINING BASED
ON ANALYSIS OF FLOW FIELD
ABSTRACT
Hole processing has been a difficult process for a long time. EDM is one
of the important technology in the field of deep-small hole machining due to
its advantages of none macroeconomic forces and none restrictions of the
mechanical strength and stiffness of workpiece. However, with the depth
increasing, the speed of processing declined sharply, which would lead to the
low machining efficiency. At present, hollow rotating electrode with high
pressure water is often used to achieve the purpose of high-speed processing.
Many scholars in the field of EDM focus on the principles of electrical