Technical Papers and Presentations

随着钛合金、镍基高温合金、金属间化合物等新材料的广泛应用，其本身高强高硬、高温性能优异等特点对传统切削加工带来了刀具寿命的挑战。为此，放电加工如电火花加工、电弧加工等非接触式加工得到了越来越广泛的应用。放电加工利用高温等离子体熔化甚至汽化工件，形成蚀坑达到材料去除的目的。为了评估放电加工对工件材料的影响，本模型以钛合金的电弧放电为例，利用COMSOL的传热模块和固体力学模块为基础，搭建了单次放电材料蚀除过程和残余应力预测模型，模型在传热模块中考虑了材料的物态变化。模型通过变形几何模块，用热量驱动边界移动，模拟等离子体加热熔化汽化材料的过程。模型通过热膨胀将传热与固体力学相耦合，计算了材料受热膨胀和冷却收缩过程中的应变和应力情况。另外，考虑到金属在升温和快速冷却过程中的相变，耦合了金属加工模块，利用相变潜热和相变应变两个多物理场来计算由于金属相变带来的热和力的影响。模型旨在解决使用化学腐蚀方法破坏加工完整性的问题。此外，通过改变热源输入，可以获得不同能量下、单脉冲或连续脉冲下的电火花放电、电弧放电等放电加工的材料蚀除过程，以及加工后工件的残余应力分布及大小，为研究放电加工对工件的热影响做出指导。