[发明专利]慢走丝电火花线切割加工间隙多物理场耦合仿真分析方法

说明书

本发明提供的一种慢走丝电火花线切割加工间隙多物理场耦合仿真分析方法，将超声振动加载到电极丝上，由电极丝带动工作液作往复运动，从而，电火花线切割加工所产生的蚀除产物在工作液的往复运动作用下加速排除，使得加工间隙内的排屑条件得到明显的改善，从而减少断丝、短路以及电弧放电等不利因素的发生，保证加工的连续性，提高加工效率，改善工件表面质量。同时，基于多物理场仿真软件COMSOL，对慢走丝电火花线切割加工以及加载超声振动后的慢走丝电火花线切割加工间隙内流场、温度场以及声场进行多物理场耦合仿真分析，分别得出这两种加工工艺下加工间隙内工作液流速、压力以及加工间隙内温度分布情况，将仿真结果进行对比。

技术领域

本发明涉及一种超声辅助的慢走丝电火花线切割加工间隙多物理场耦合仿真分析方法，具体地说是基于有限元仿真软件COMSOL对超声辅助电火花线切割加工放电间隙内流场、温度场以及声场进行多物理场耦合仿真分析。

背景技术

随着科学技术的发展，微型化、精密化已成为航天航空、生物医疗器械等众多领域的发展趋势，机械零件正朝着复杂化、多样化、小型化的方向发展。TiNi-01形状记忆合金由于具有高延展性、高热回复性，已经被广泛应用于医疗器械上。

由于材料本身的特性，传统的切削加工产生的宏观切削力对材料的加工精度有比较大的影响，需要采用特种加工来保证材料的高加工精度。目前，特种加工方法主要有电火花线切割加工、电解加工、激光加工、水刀加工等，其中，电火花线切割加工能保证较高的工件表面粗糙度和加工精度。

电火花线切割加工采用电极丝与工件之间的放电蚀除原理对材料进行加工。工件加工时，电极丝作为负极，工件作为正极，电介质为去离子水，当电极丝与工件的距离小到一定程度时，电介质被击穿并形成瞬间放电通道，产生瞬时高温使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来。电火花线切割加工无宏观切削力，属于非接触式加工。电火花线切割加工的工件厚度通常不超过20mm，当工件厚度增大时，加工稳定性显著下降，断丝、短路频繁发生，严重影响加工精度与加工效率。此外，中途重新穿丝与开机会引起工件表面烧伤，影响加工过程的完整性。

由于电极丝的具体形态很难通过试验的形式来确定，并且放电产生的瞬时高温在工作液中的损耗以及工作液的汽化情况都没有统一的说法，因此极间工作液的流动状态也很难通过试验进行分析，故只能通过计算机模拟仿真的方法进行分析。以往对于放电间隙工作液流场的仿真分析并不能很好地考虑电火花放电时所释放的能量在工作液中的损耗，并且没有考虑放电时所产生的瞬时高温会使得工作液汽化而对工作液流速以及压力所产生的影响，因此，对于极间工作液的排屑情况并没有很明确的定论。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种超声辅助的慢走丝电火花线切割加工间隙多物理场耦合仿真分析方法，其基本思路是根据实际工况建立简化的物理模型，在多物理场仿真软件COMSOL中建立几何模型，耦合超声振动、温度场以及流场，进行工作液的流速、压力分布以及放电间隙温度分布的仿真计算，可以方便直观地分析超声振动对极间蚀除产物排出的效果以及对放电间隙的冷却效果。

本发明的技术方案为：一种慢走丝电火花线切割加工间隙多物理场耦合仿真分析方法，包括如下步骤：

一种超声辅助的慢走丝电火花线切割加工间隙多物理场耦合仿真分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，根据实际工况，选取主要加工放电区作为研究对象，建立加工间隙工作液流场的理论模型；

步骤二，物理场的选择

(1)确定工作液的流动状态为湍流；

(2)在传统慢走丝电火花线切割条件下，在“选择物理场”选项中选择“传热共轭传热湍流”，在超声辅助慢走丝电火花线切割条件下，在上述物理场的基础上添加“声压力场”来加载超声振动；

(3)求解方式选择为“瞬态”，在“选择研究”树中选择“所选物理场接口的预设研究”瞬态；