摘要
电熔爆加工依靠热等离子体的高温作用将材料进行蚀除，具有材料去除率高、无显著切削力等优点，可有效解决难加工材料机械钻削加工中刀具磨损严重、工艺系统刚度不足及加工效率低的问题。但电熔爆加工存在电极损耗严重和加工表面质量差的问题。本文基于磁场与电熔爆加工过程中形成的放电通道中电弧等离子体可作用性特点，将磁场引入到电熔爆深孔加工中，达到减小电极损耗和改善加工表面质量的目的。 首先进行了磁场作用下等离子体运动规律的理论研究，通过分析均匀横向磁场及纵向磁场分别作用下电弧形位分布规律对加工效果的影响。研究结果表明:横向磁场会导致形成的深孔轴线偏离工件几何中心;纵向磁场会使电弧等离子体沿射流方向作螺旋线运动，旋转产生离心力使电弧整体向径向扩散，使蚀除凹坑变大而浅，缩短电弧在电极放电面的时间，可减小电极损耗。 其次，基于电极在电熔爆深孔加工过程中的作用，设计内排屑电极，根据对加工质量影响显著的磁感线方向，确定纵向磁场发生装置布置方式与磁源。依据实际加工情况，建立包含阴极-电弧-阳极表面的自磁场作用下的仿真模型和包含阴极-电弧-阳极表面-线圈的外部纵向磁场作用下的仿真模型，采用COMSOL有限元分析软件分别对自磁场和外加纵向磁场的电弧各物理场分布情况进行求解，对比得出:外加纵向磁场作用下，电弧等离子体流速和电弧整体温度降低，但电弧最高温度仍处于z=1.6mm附近，且电弧温度场与电流密度分布面积扩大，随着电弧区域磁通密度的增大，电弧温度场沿径向扩张程度越显著，使阳极表面电流密度分布更加均匀，有利于降低加工表面粗糙度。 最后采用单因素试验方法对比分析有无纵向磁场作用下对加工目标的影响。结果表明:当加工电流、电压分别在150A-170A和20V-22V时，随着励磁电流增大，加工蚀除速率、表面粗糙度分别降低8％-29％和10％-51％，而电极损耗率先减小后增大。通过极差分析得到加工电流与电压对电极损耗影响显著，而励磁电流对电极损耗影响最小，并确定出影响各加工目标程度的工艺参数主次顺序，且采用矩阵分析法对三个加工目标进行优化，确定出最优工艺参数组合。
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