.614. 工程科学学报，第40卷，第5期 磁场发生装置主要由线圈、连接架、磁极头及直 温度，提高了通道内电子总量，而且提高了电子运动 流电源构成.试验中通过调节直流电源的电压及电 速度，因此，随着磁感应强度的增加，电火花放电能 流改变磁感应强度.通过SJ700特斯拉计标定电 量增加. 压/磁感应强度之间的对应关系，如表2所示.磁极 此外，由于电场致发射电子在复合场中运动受 头与工件的布置方式如图3所示，磁极头间距为 到洛伦兹力，如图4所示，E表示电场，B表示磁场， 14mm. e为场致发射电子，F为电场力，F,为洛伦兹力电子 表2电压/磁感应强度对应关系 运动轨迹发生偏转，即磁场造成放电的非对称膨胀， Table 2 Corresponding relation between electric parameters and field 使单侧场致发射电子密度增大u3-4」，如图5所示， strength 附加外部正交磁场有利于放电通道的形成，并且使 电压/V 电流/A 磁感应强度T 放电通道沿着洛伦兹力方向扩展、延伸. 13.4 0.3 0.1 E 45.0 0.8 0.2 120.0 2.1 0.3 磁场发生装置 工件 图4电子在复合场中的受力简图 直流电源 Fig.4 Diagram of force acting on electrons in a composite field 花岗岩工作台 微细 平技 图3磁场布置简图 ⊙ 工件 Fig.3 Magnetic field installation diagram ⊙ ⊙ 电极材料为AgW50,直径0.3mm,长度60mm, 试验所用钛合金材料为T80,工件尺寸120mm×10 mm×5mm,上下表面粗糙度Ra0.4以内.使用 图5无磁场与有磁场时电子运动简图 Fig.5 Electronic motion diagram with and without magnetic field CM2202数字存储示波器记录放电波形：使用GFM 表面轮廓仪测定电蚀凹坑形貌及尺寸， 2.2磁场对电蚀凹坑形态影响理论分析 正交磁场辅助电火花单脉冲放电过程中，由于 2磁场对电火花放电影响理论分析 洛伦兹力对放电通道内等离子体的作用，使放电通 2.1磁场对放电通道影响理论分析 道发生偏移、延伸，放电凹坑随之发生偏移、延伸，磁 工具电极与工件之间形成放电通道前，在正交 感应强度不同，电蚀凹坑的形貌也不同.极间放电 磁场作用下，电子的激发温度随磁感应强度的增大 能量越大、磁感应强度越强，磁场对放电通道影响致 而降低]，磁感应强度增大，电子逸出电极表面所 使电蚀凹坑偏转距离越大、延伸长度越长：距离放电 需给予的能量减小.根据Shang等的研究结果]， 中心越远，等离子体密度越小，故放电凹坑呈收缩趋 不同磁场下，洛伦兹力使电子运动速度增大，在0.3 势，如图6所示，(a)为无磁场条件下理想电蚀凹 T磁场下，电子速度可增大近一倍，即磁场的引入使 坑，(b)为外加正交磁场条件下理想电蚀凹坑，其中 得电子具有更大的运动速度，与无磁场电火花放电 h为EDM电蚀凹坑深度，h'为MF-EDM电蚀凹坑深 相比放电能量较大；另外，在带相同电荷时，磁场洛 度，w为电蚀凹坑宽度，l为电蚀凹坑长度 伦兹力对离子产生的加速度远小于电子，磁场主要 虽然磁场作用增大了放电能量，但由于放电通 影响电子的扩散，使电子的运动轨迹路径变长，磁场 道横断面面积增大，磁场的引入使通道内能量密度 对场致发射电子的膨化作用使周围空气离子化程度 减小存在可能性，可能导致电蚀凹坑深度减小.也 增高，进而使放电通道内电流增大2)] 有研究指出，在磁场作用下，放电周期内出现了大电 综上所述，磁场的引入不仅改变了电子的激发 流脉冲，放电呈不均匀性，随着磁感应强度的增加，工程科学学报,第 40 卷,第 5 期 磁场发生装置主要由线圈、连接架、磁极头及直 流电源构成. 试验中通过调节直流电源的电压及电 流改变磁感应强度. 通过 SJ700 特斯拉计标定电 压/ 磁感应强度之间的对应关系,如表 2 所示. 磁极 头与工件的布置方式如图 3 所示,磁极头间距为 14 mm. 表 2 电压/ 磁感应强度对应关系 Table 2 Corresponding relation between electric parameters and field strength 电压/ V 电流/ A 磁感应强度/ T 13郾 4 0郾 3 0郾 1 45郾 0 0郾 8 0郾 2 120郾 0 2郾 1 0郾 3 图 3 磁场布置简图 Fig. 3 Magnetic field installation diagram 电极材料为 AgW50,直径 0郾 3 mm,长度 60 mm, 试验所用钛合金材料为 T80,工件尺寸 120 mm 伊 10 mm 伊 5 mm, 上下表面粗糙度 Ra0郾 4 以内. 使用 CM2202 数字存储示波器记录放电波形;使用 GFM 表面轮廓仪测定电蚀凹坑形貌及尺寸. 2 磁场对电火花放电影响理论分析 2郾 1 磁场对放电通道影响理论分析 工具电极与工件之间形成放电通道前,在正交 磁场作用下,电子的激发温度随磁感应强度的增大 而降低[11] ,磁感应强度增大,电子逸出电极表面所 需给予的能量减小. 根据 Shang 等的研究结果[12] , 不同磁场下,洛伦兹力使电子运动速度增大,在 0郾 3 T 磁场下,电子速度可增大近一倍,即磁场的引入使 得电子具有更大的运动速度,与无磁场电火花放电 相比放电能量较大;另外,在带相同电荷时,磁场洛 伦兹力对离子产生的加速度远小于电子,磁场主要 影响电子的扩散,使电子的运动轨迹路径变长,磁场 对场致发射电子的膨化作用使周围空气离子化程度 增高,进而使放电通道内电流增大[12] . 综上所述,磁场的引入不仅改变了电子的激发 温度,提高了通道内电子总量,而且提高了电子运动 速度,因此,随着磁感应强度的增加,电火花放电能 量增加. 此外,由于电场致发射电子在复合场中运动受 到洛伦兹力,如图 4 所示,E 表示电场,B 表示磁场, e 为场致发射电子,FE为电场力,FL为洛伦兹力电子 运动轨迹发生偏转,即磁场造成放电的非对称膨胀, 使单侧场致发射电子密度增大[13鄄鄄14] ,如图 5 所示, 附加外部正交磁场有利于放电通道的形成,并且使 放电通道沿着洛伦兹力方向扩展、延伸. 图 4 电子在复合场中的受力简图 Fig. 4 Diagram of force acting on electrons in a composite field 图 5 无磁场与有磁场时电子运动简图 Fig. 5 Electronic motion diagram with and without magnetic field 2郾 2 磁场对电蚀凹坑形态影响理论分析 正交磁场辅助电火花单脉冲放电过程中,由于 洛伦兹力对放电通道内等离子体的作用,使放电通 道发生偏移、延伸,放电凹坑随之发生偏移、延伸,磁 感应强度不同,电蚀凹坑的形貌也不同. 极间放电 能量越大、磁感应强度越强,磁场对放电通道影响致 使电蚀凹坑偏转距离越大、延伸长度越长;距离放电 中心越远,等离子体密度越小,故放电凹坑呈收缩趋 势,如图 6 所示,( a) 为无磁场条件下理想电蚀凹 坑,(b)为外加正交磁场条件下理想电蚀凹坑,其中 h 为 EDM 电蚀凹坑深度、h忆为 MF鄄鄄EDM 电蚀凹坑深 度,w 为电蚀凹坑宽度,l 为电蚀凹坑长度. 虽然磁场作用增大了放电能量,但由于放电通 道横断面面积增大,磁场的引入使通道内能量密度 减小存在可能性,可能导致电蚀凹坑深度减小. 也 有研究指出,在磁场作用下,放电周期内出现了大电 流脉冲,放电呈不均匀性,随着磁感应强度的增加, ·614·