非磁性材料磁性场辅助微细电火花加工的基础研究

非磁性材料磁性场辅助微细电火花加工的基础研究

（文献部分内容摘抄）

微放电加工(u-EDM)是一种独特的加工方法，能够从材料中去除亚晶粒尺寸范围(0.1-10um)的材料，而不论其硬度。这一过程在小型化产品的制造中是有价值的，因为工业对越来越硬的材料的需求已经达到了传统微加工技术的限制。然而，目前的材料回收率(MRR)为u-EDU范围从0.6-6.0mm3/h，这远低于工业可行性所需的10-15 mm3/h的最低水平。以前开发了许多技术来弥补这一差距;然而，这些技术要么没有达到行业目标，要么都是为特定目的而开发的材料，限制了广泛的工业应用。这项研究旨在开发一种用于在μ-EDM中注入MRR，可应用于任何材料，具有非磁性材料。

为了解决这个问题，已经开发了两种方法，一种是通过使用磁场来改变放电等离子体通道，以影响等离子体约束和/或等离子体稳定性，另一种是为了改善u-EDU过程中的材料去除机制。使用的在熔体中引起的洛伦茨摩擦。在非磁性5级钛工件上进行了单放电实验，研究了材料去除的机理，并评价了这两种方法的有效性。放电坑面积分析、高速成像、熔池体积分析、侵蚀效率、等离子体温度、电子密度和碎片场特征被用作响应度量，用这些技术应用来量化和解释过程力学的变化。

高速成像：

基于先前讨论的等离子体约束和稳定性研究，确定u-EDU放电等离子体的光学观测可能有助于揭示等离子体放电尺寸的变化，表明可能的约束，或放电等离子体均匀性的改善，表明增强的等离子体稳定性。因此，利用PCO的两台高速取景相机(元奥仪器的PCO.dicam型号)的组合，收集了多项试验的高速成像数据，该相机的组合能力为每秒700万帧。在放电期间收集的每张图像能够相隔140ns，每放电产生大约10张图像。图示出了直径为100um的电极在聚焦后通过显微镜长工作距离目标物的示例捕获的图像级数。

 空气中u-EDM放电的高速成像示例：

使用自定义图像阈值算法处理相机输出的灰度图像，以隔离图像中包含等离子的区域。一旦识别出该区域，根据强度值对图像进行着色蓝色对应于来自等离子体的低光强度，红色对应于来自该等离子体内的高光强度。这对于直观地确定等离子体的中心和等离子体的膨胀是有用的。使用在聚焦过程中收集的电极图像，将彩色等离子体图像叠加到电极图像上。

最后，本研究的重点是磁场与u-EDM放电过程的相互作用，以确定其对工艺力学的影响。这项工作是在使用钨丝电极对五级钛合金进行单点火花放电的情况下完成的。只有去离子水被用作电介质。磁场首先由永磁体产生，用于概念验证实验，然后在全面测试中由电磁体产生。

德国Excelitas PCO公司pco.dicam相机，具备高分辨率、高感光度、快速帧重复率、精确捕捉超快速过程的优点，将可实现高效的单光子检测，为实验提供强而有力的图像数据支持。

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