基于放电通道等离子体控制的外磁场辅助电火花沉积加工技术研究

随着对电火花加工技术研究的不断深入，人们对两极间的脉冲放电现象有了更加深入的理解。本项目旨在研究和探索一种外磁场辅助条件下电火花沉积加工的新方法。着重研究外加辅助磁场与等离子体放电通道之间的相互作用对金属材料蚀除过程的影响规律。以增大工具电极损耗现象、提高沉积加工效率为目标，确定外加辅助磁场的形式及结构特点。建立磁场辅助电火花沉积加工过程的仿真模型，分析外加磁场对电极材料蚀除及沉积材料生长过程的有益因素。研究辅助磁场对放电通道等离子体的影响规律，研制适用于多种加工工艺参数的辅助磁场设备。研究磁场辅助条件下电火花沉积材料的微观特性、与基体材料结合面的作用机制及致密性规律、多种材料的磁场辅助电火花沉积加工机理及工艺规律，形成磁场辅助电火花沉积加工技术。.本项目对深入理解放电通道等离子体的电磁特性，放电能量密度变化对电极材料蚀除形式的影响，以及提高电火花沉积的加工效率等方面有着重要的理论意义。

研究和探索了一种外磁场辅助条件下电火花沉积加工的关键技术。研究了实现外磁场辅助电火花放电沉积加工的最佳工作介质环境，确定了空气、氩气等气体介质适于沉积加工的介质选择条件。分析了电火花放电沉积加工的微观过程，对等离子体放电通道扩展条件下自身放电电流产生磁场的形式及特点进行了仿真模拟，确定了放电通道直径与其自身磁场的关系。以增大自身电流产生磁场为出发点，分析研究外加辅助磁场的形式及特点，确定了外加辅助磁场为中空同心圆梯度渐变的稳恒磁场形式。研究了外加辅助磁场与自身磁场的量值匹配问题，确定了外加辅助磁场对自身磁场的影响范围及规律。研究和优化了外加辅助磁场的发生装置，对其具体参数（电流、匝数、作用距离等）进行了理论计算及仿真研究，确定了与自身磁场具有良好量值匹配的磁场发生装置具体参数。对所设计的磁场发生装置进行了仿真建模分析，研究了放电加工区域范围内磁场的分布特点，分析了对同形式下自身磁场的影响程度。研究了放电通道内带电粒子在自身磁场与外加辅助磁场叠加后的总磁场内的运动轨迹，分析了外加辅助磁场对其运动状态的作用规律。研究了单脉冲放电条件下工件材料上形成的微小凸起及沉积当量的特点，进一步分析外磁场辅助微细电火花沉积加工机理。开发和改造了磁场辅助电火花沉积加工装置，研究了其放电沉积伺服控制策略及软件控制系统等关键技术。进行了微细放电沉积加工的工艺实验，总结了实验规律。此外，还进行了通过合理的电极运动轨迹规划，运用该磁场辅助电火花沉积加工方法进行金属材料增材制造方向的尝试。本项目对深入理解放电通道等离子体的电磁特性，放电能量密度变化对电极材料蚀除形式的影响，以及提高电火花沉积的加工效率等方面有着重要的理论意义。