7、电加工与激光加工技术研究进展

电加工与激光加工技术研究进展

在现代制造业中，电加工和激光加工技术凭借其独特的优势，在材料加工领域发挥着至关重要的作用。本文将深入探讨电火花加工的物理机制、飞秒激光在不同金属表面制备大面积纳米光栅，以及水射流辅助水下激光切割过程中热影响区的实验研究与有限元模拟。

电火花加工物理机制分析

在电火花加工过程中，存在着许多复杂的物理现象，这些现象对加工效果有着重要的影响。
- 正离子空间电荷形成时间 ：在脉冲导通时间较长时，阴极附近会形成与外加电场相当的空间电荷场。正离子通过电子雪崩电离过程在放电中密度增加，它们到达阴极表面形成空间电荷需要一定时间。这一时间取决于放电点火后的维持电压、放电中产生的正离子类型以及它们向阴极的漂移速度等因素。随着间隙电压的增加，放电点火时工具与工件之间的物理间距会增大，这会增加正离子到达阴极形成空间电荷的漂移时间，从而导致交叉脉冲导通时间向更高值偏移。
- 不同材料组合的实验现象
- 交叉脉冲导通时间差异 ：在铜 - 低碳钢（Cu - MS）组合中观察到的交叉脉冲导通时间比铜 - 铜（Cu - Cu）组合低。这可能是因为低碳钢的热扩散率（$1.40×10^{-5} m^2/s$）远小于铜（$1.15×10^{-4} m^2/s$）。在正常极性下，低碳钢表面升温更快，更易引发热电子发射。
- 放电维持电压和稳态电流差异 ：从实验中发现，Cu - MS组合的放电维持电压略高于Cu - Cu组合，稳态电流相对较小。在放电电流建立的初始阶段，阴极点尚未加热到能发射热电子，此时阴极行为类似于辉光放