7、先进加工技术：从放电加工到激光应用的探索

先进加工技术：从放电加工到激光应用的探索

放电加工物理机制研究

放电过程中的离子与空间电荷

在放电加工中，当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。电子雪崩电离过程使放电中正离子密度增加，这些正离子到达阴极表面形成空间电荷需要一定时间，这取决于放电点火后的维持电压、产生的正离子类型及其向阴极的漂移速度等因素。随着间隙电压升高，工具与工件间发生放电点火的物理间距会增大，正离子到达阴极形成空间电荷的漂移时间也会增加，这可能是交叉脉冲导通时间随间隙电压升高而向更高值偏移的原因。

不同材料组合的放电特性差异

实验发现，铜 - 中碳钢（Cu - MS）组合的交叉脉冲导通时间低于铜 - 铜（Cu - Cu）组合。这可能是因为中碳钢的热扩散率（1.40 × 10⁻⁵ m²/s）远小于铜（1.15 × 10⁻⁴ m²/s），在正常极性下，中碳钢表面升温更快，更易引发热电子发射。另外，从图中还能观察到，Cu - MS组合的放电维持电压略高，稳态电流相对较小。在放电电流建立的初始阶段，阴极点尚未被加热到能发射热电子，此时阴极行为类似辉光放电。有研究表明，以铁为阴极时的阴极电压高于铜，二次汤森电离系数小于铜。这意味着在正常极性下，Cu - MS组合的放电维持电压会比Cu - Cu组合高，稳态电流更小。不过，Cu - MS组合的电流上升时间或放电稳定时间相对较短，这可能是由于中碳钢阴极热扩散率低，随着放电时间推移，阴极表面升温较快，热电子发射对电流有贡献。

放电加工特性总结

综合考虑铜与碎屑的欧姆接触、中碳钢与碎屑的肖特基接触，以及不同材料的热学和电学特性，可以定性解释使用铜工具对中碳钢和铜进行放电加工时，在不同极性下的放电行为和