贾建宇等：正交磁场对电火花单脉冲放电中电蚀凹坑的影响规律 615· 350 300. 250 200 150 100 50 0 。 (a (b) 与电极末端的距离/mm 图6电蚀凹坑理想形貌.()无磁场：(b)外加正交磁场 图8Z轴方向的磁感应强度分布曲线 Fig.6 Predicted morphology of discharge crater:(a)without mag- Fig.8 Magnetic field intensity distribution curve in Z direction netic field;(b)with magnetic field 正常采样：STOP F:<2 Hz 放电的不均匀性也增加4]，因此，电蚀凹坑深度也 会呈现不规律性.关于磁场对电蚀凹坑深度的影响 需根据试验结果具体分析. 此外，自放电通道形成到放电结束，极间介质击 穿，正负极间产生电流，在磁场条件下，洛伦兹力不 仅使放电通道发生偏转，而且作用在微细电极致使 电极发生瞬间动态弹性弯曲变形，使电蚀凹坑的起 始点沿着洛伦兹力方向偏移. 通过公式计算电极在放电瞬间受力状态并应用 时间s Ansys15.0分析了电极末端最大偏移量.试验加工 图9单脉冲放电电压波形图 参数为C=330μF、U=120V、B=0.3T、L=20mm. Fig.9 Voltage waveform of a single-pulse discharge 电极及工件相对磁极头位置如图7所示，磁力线在 Z轴方向密度分布并不均匀，因此使用SJ700特斯 两端电压，即电容释放其储存的电能时，作为放电回 拉计测得Z轴方向的磁感应强度分布曲线如图8 路的能量源：由于RC电路中电容选取为220±2 所示. μF,电路中的寄生电容根据经验值选取为500pF, 小于误差范围故在计算中不予考虑5] 图10RC电路放电过程简图 图7磁极头与工件相对位置示意图 Fig.10 Diagram of discharge process in RC circuit Fig.7 Diagram of relative position between magnetic head and work- piece 得电容电压和放电电流表达式5]： uc=iR+U。 根据放电过程检测放电电压波形，如图9所示， duc (1) 其中U=80V,C=220μF,L=20mm.单脉冲放电 i=-ic=-C 电路在放电时，电压波形突降并呈波动状，可能原因 式中，i为流过电容的电流，t为放电持续时间，初始 是信号采集时电路存在振荡及电磁干扰，放电结束 条件为ucl,=o=U. 后电压维持不变，图中横轴表示时间，单位为μs,纵 解得： 轴表示电压，单位为V. uc=U。+(U-Un)e彘 放电过程简化电路如图10所示，C代表电容：R U-U。 (2) 代表工具、工件以及击穿后间隙的内阻总和：U。代 i=Re 表击穿后间隙的维持电压；i为放电电流；“c为电容 应用saber电路仿真软件进行电路仿真，使用贾建宇等: 正交磁场对电火花单脉冲放电中电蚀凹坑的影响规律 图 6 电蚀凹坑理想形貌. (a) 无磁场; (b) 外加正交磁场 Fig. 6 Predicted morphology of discharge crater: ( a) without mag鄄 netic field; (b) with magnetic field 放电的不均匀性也增加[14] ,因此,电蚀凹坑深度也 会呈现不规律性. 关于磁场对电蚀凹坑深度的影响 需根据试验结果具体分析. 此外,自放电通道形成到放电结束,极间介质击 穿,正负极间产生电流,在磁场条件下,洛伦兹力不 仅使放电通道发生偏转,而且作用在微细电极致使 电极发生瞬间动态弹性弯曲变形,使电蚀凹坑的起 始点沿着洛伦兹力方向偏移. 通过公式计算电极在放电瞬间受力状态并应用 Ansys15郾 0 分析了电极末端最大偏移量. 试验加工 参数为 C = 330 滋F、U = 120 V、B = 0郾 3 T、L = 20 mm. 电极及工件相对磁极头位置如图 7 所示,磁力线在 Z 轴方向密度分布并不均匀,因此使用 SJ700 特斯 拉计测得 Z 轴方向的磁感应强度分布曲线如图 8 所示. 图 7 磁极头与工件相对位置示意图 Fig. 7 Diagram of relative position between magnetic head and work鄄 piece 根据放电过程检测放电电压波形,如图 9 所示, 其中 U = 80 V, C = 220 滋F, L = 20 mm. 单脉冲放电 电路在放电时,电压波形突降并呈波动状,可能原因 是信号采集时电路存在振荡及电磁干扰,放电结束 后电压维持不变,图中横轴表示时间,单位为 滋s,纵 轴表示电压,单位为 V. 放电过程简化电路如图 10 所示,C 代表电容;R 代表工具、工件以及击穿后间隙的内阻总和;Uo 代 表击穿后间隙的维持电压;i 为放电电流;uC为电容 图 8 Z 轴方向的磁感应强度分布曲线 Fig. 8 Magnetic field intensity distribution curve in Z direction 图 9 单脉冲放电电压波形图 Fig. 9 Voltage waveform of a single鄄pulse discharge 两端电压,即电容释放其储存的电能时,作为放电回 路的能量源;由于 RC 电路中电容选取为 220 依 2 滋F,电路中的寄生电容根据经验值选取为 500 pF, 小于误差范围故在计算中不予考虑[15] . 图 10 RC 电路放电过程简图 Fig. 10 Diagram of discharge process in RC circuit 得电容电压和放电电流表达式[15] : uC = iR + Uo i = - iC = - C duC d ì î í ïï ïï t (1) 式中,iC为流过电容的电流,t 为放电持续时间,初始 条件为 uC | t = 0 = U. 解得: uC = Uo + (U - Uo)e - t RC i = U - Uo R e - t ì î í ïï ïï RC (2) 应用 saber 电路仿真软件进行电路仿真,使用 ·615·