7、电加工与激光加工技术研究

电加工与激光加工技术研究

在材料加工领域，电加工和激光加工技术不断发展，为解决复杂的加工问题提供了新的途径。下面我们将详细探讨电加工中的放电物理机制，以及激光加工中的大面积纳米光栅制造和水下激光切割热影响区的研究。

电加工放电物理机制

在电加工过程中，如电火花加工（EDM），放电现象背后的物理机制十分复杂。

• 空间电荷场形成时间 ：对于较长的脉冲导通时间，在阴极附近形成与外加电场相当的空间电荷场需要一定时间。这是因为在放电过程中，通过电子雪崩电离过程，正离子密度增加，它们到达阴极表面形成空间电荷需要一定时间。这个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。
• 不同材料组合的放电特性
  • 交叉脉冲导通时间 ：实验观察到，铜 - 低碳钢（Cu - MS）组合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 m²/s）比铜（1.15 × 10⁻⁴ m²/s）小得多。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 ：在正常极性下，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，阴极点尚未被加热到能发射热电子的程度，此时阴极行为类似