東京大學國枝正典教授

『壹』 楊曉冬的論著成果

[1] Xiaodong Yang, Jianwen Guo, Xiaofei Chen, and Masanori Kunieda, Molecular dynamics simulation of the material removal mechanism in micro-EDM, Precision Engineering, 2011, Vol.35, pp:51– (SCI檢)
[2] Xiaodong YANG,ChunweiXU,and Masanori KUNIEDA, Miniaturization of WEDM Using Electrostatic Inction Feeding Method, Precision Engineering, Vol.34/2, 2010, pp:279-285 (SCI檢)
[3] Kunieda, M., Hayasaka, A., Yang, X. D., Sano, S., and Araie, I., Study on Nano EDM Using Capacity Coupled Pulse Generator, Annals of the CIRP, Vol.56/1, 2007, pp: 213-216 (SCI檢)
[4] Xiaodong YANG, Xiaofei CHEN, Jianwen GUO and Masanori KUNIEDA, Molecular Dynamics Simulation of Removed Materials Distribution in Micro-EDM Gap, CIRP HPC, Gifu, Japan, 2010, pp:343-346
[5] Xiaodong YANG, Jianwen GUO, Xiaofei CHEN, and Masanori KUNIEDA, Study on Influences of Material Micro-Structure in Micro-EDM by Molecular Dynamics Simulation, ISEM XVI, Shanghai, China, 2010, 717-720
[6] Xiaodong YANG, Zhaobing WU, and Guanxin CHI, Study on Micro WEDM Using Electrostatic Inction Feeding Method, ISEM XVI, Shanghai, China, 2010, 675-680
[7] Tomohiro Koyano, Yuna Yahagi, Masanori Kunieda, and Xiaodong Yang, High Spindle Speed Micro EDM Using Electrostatic Inction Feeding Method, ISEM XVI, Shanghai, China, 2010, 699-602
[8] Xiaodong Yang, Yong Wan, and Fuqiang Hu, Study on influence of stray inctance in micro EDM using electrostatic inction feeding method，ICoPE2010 & 13th ICPE, Singapore, 2010, Key Engineering Materials Vols. 447-448, pp: 263-267
[9] Yuna Yahagi, Tomohiro Koyano, Masanori Kunieda, and Xiaodong Yang, High Spindle Speed Wire Electrical Discharge Grinding Using Electrostatic Inction Feeding Method，ICoPE2010 & 13th ICPE, Singapore, 2010, Key Engineering Materials Vols. 447-448, pp: 268-271
[10] Xiaodong Yang, Jianwen Guo, and Xiaofei Chen, Molecular Dynamics Simulation of the Forming Process of Discharge Crater in Micro-EDM, Asian Symposium for Precision Engineering and Nanotechnology 2009, Kokura, Japan, 最佳論文獎
[11] YANG Xiaodong, LIU Peng, Optimization of Triangulations Based on Serial Fault Data, Tsinghua Science and Technology, Vol.14/S1, pp:38-42(2009)
[12] Yang, XD., Kunieda , M., and Sano, S., Study on the influence of stray capacitance in Micro EDM using electrostatic inction feeding, International Journal of Electrical Machining, 2008, No.13, pp: 35-40
[13] X.D. Yang, B.H. Liu, and Y. Wang, Triangular Surface Reconstruction of CT Images by Using Isosurface construction, Applied Mechanics and Materials, Vol.10-12, pp:503-507 (2008)
[14] X.D. Yang, Y. Wang, and P. Yang , 3-D Modeling for Teeth Correction on the Basis of Optical Measurement, Applied Mechanics and Materials, Vol.10-12, pp:662-666 (2008)
[15] Xiaodong Yang, Masanori Kunieda, and Sa Sano, Study on the influence of stray capacitance in Micro EDM using electrostatic inction feeding, Proc. of AEMS2007, Nagoya, Japan, 2007, pp: 236-241 最佳論文獎
[16] Yang, XD., Kimori, M., Kunieda , M., Araie, I., and Sano, S., Machining Properties of Micro EDM Using Electrostatic Inction Feeding, Proc. of ISEM XV, Pittsburgh, USA, 2007, pp: 231-234
[17] 矢萩優名, 小谷野智広, 國枝正典, 楊暁冬, 高速回転主軸への靜電誘導給電による微細放電加工の加工特性向上, 日本電気加工學會全國大會講演論文集, 2009, pp:77-80
[18] 矢萩優名，小谷野智広，國枝正典，楊暁冬，靜電誘導給電による高速回転主軸を用いた微細放電加工，2009度日本精密工學會全國大會秋季大會學術講演會講演論文集，2009, pp:759-760
[19] 楊暁冬， 徐春偉， 國枝正典， 靜電誘導給電法によるワイヤ放電加工の微細化， 2008度日本精密工學會全國大會秋季大會學術講演會講演論文集， 2008, pp:759-760
[20] 木森將仁，國枝正典， 楊 暁冬， 佐野定男， 靜電誘導給電を用いた放電加工の微細化， 電気加工技術， Vol.31/98， 2007，pp:13-18
[21] 木森將仁，國枝正典，楊暁冬，佐野定男，靜電誘導給電法による微細放電加工の単極性放電化，2007年度日本精密工學會春季大會學術講演會講演論文集，2007.3，pp:517-518
[22] 楊暁冬，木森將仁，國枝正典，新家一朗，佐野定男，靜電誘導給電を用いた微細放電加工における極間電圧測定の影響，2006度日本精密工學會全國大會秋季大會學術講演會講演論文集，2006，pp:677-678
[22] 早坂暁彥，楊暁冬，國枝正典，新家一朗，靜電誘導給電を用いた微細放電加工の加工特性，2006度日本精密工學會全國大會春季大會學術講演會講演論文集，2006， pp:679-680
[24 楊曉冬，趙萬生，基於Web的人工神經網路電火花加工工藝預測，哈爾濱工業大學學報，Vol.37/8， 2005.8， pp: 1029-1031
[25] Haipeng Huang, Xiaodong Yang, Yang Wang, Three-dimensional Modeling of the Concealed Teeth Correcting Equipment and the Investigation of it』s Moulding by Rapid Prototyping Technology, 2005,12
[26] 楊曉冬, 宋穎慧, 趙萬生, 基於遺傳演算法的電火花加工電參數優化模型, 哈爾濱工業大學學報, Vol.34/4, pp: 450-454 (2002) [1] 特種加工(第5版), 機械工業出版社, 2008.7
[2] 特種加工技術, 哈爾濱工業大學出版社, 2006.8
[3] 微細加工技術, 國防工業出版社, 2005.8
[4] 先進電火花加工技術, 國防工業出版社, 2003.10 [1] 節能型精密高效數控電加工技術與裝備的研究
2009年黑龍江省科技二等獎
[2] 節能型精密高效數控電加工技術與裝備的研究
2009年黑龍江省高校科技一等獎
[3] Asian Symposium for Precision Engineering and Nanotechnology 2009,
Kokura, Japan, 2009/11, Best Paper Award
[4] Asian Electrical Machining Symposium 2007,
Nagoya, Japan, 2007/11, Best Paper Award

『貳』 我國電火花成型機床現狀

電火花加工最新技術進展

放電堆積造型

毛利尚武教授、齋藤長男教授和三菱電極名古屋製作所合作，在進行液中電火花放電表面改性處理時，在S45C鋼上成功地堆積除WC厚膜（層），並進行了將電火花堆積和電火花去除加工相組合對工件進行修復的試驗。毛利尚武教授還用鎢電極（Φ0.1mm）成功地進行了電火花堆積。日本名古屋工業大學早川伸哉波士等，通過計算鋼打鋼時正極和負極的溫度分布，選擇合適的電參數，使得工具電極的放電溫度超過器材料的沸點，工件電極的溫度在材料熔點和沸點之間，在空氣中進行了電火花堆積造型試驗。用此法在氣體中電火花附著堆積出直徑約140μm，高2.2mm的微細圓柱，工件和電極都是S45C鋼，電極直徑0.1mm，放電電流2.5A，脈沖寬度5μm，工件接脈沖電源負極，加工時間6.3h。

氣體中放電電火花加工

日本東京農工大學國枝正典教授開展了氣體中放電電火花加工和氣體中線切割加工的研究。該方法使用管狀電極中噴出，在工件與電極間隙形成絕緣介質，從而取代絕緣工作液進行電火花加工。此方法加工沒有火災隱患，不污染環境，電極損耗率非常低，放電加工時的反作用小，有利於微細加工，選擇合適的氣體，可使加工表面在凝固層（白層）非常薄。富山地方大學岩井等人還利用壓縮空氣作介質代替液體介質，通過放電修形、修銳金屬基金剛石砂輪。結果表明，經過這樣處理後的砂輪磨削性能同傳統的修形方法幾乎相同。這種方法可以修出曲線輪廓。

鈦合金錶面電火花放電著色

日本大阪府立產業技術綜合研究所的增井清德和難久開展了鈦合金線切割放電著色和鈦合金電火花放電著色的研究。線切割著色使用單向脈沖電源，工件接脈沖電源正極，工具電極絲接脈沖電源的負極，工作液為去離子水，電阻率為（1～20）×104Ω.cm。其著色原理是利用線切割的放電作用，在鈦合金形成透明的氧化鈦膜，由於光的干涉，不同厚度的氧化鈦膜將得到不同顏色的干涉光，通過控制氧化鈦膜的厚度就可進行不同的顏色著色。

反復拷貝法微細電極電火花加工

日本松下電氣與東京大學增澤隆久教授合作開發生產GMG-ED82W型超微細電火花加工機床後，為解決高密度、大深徑比、復雜形狀微細孔、微細軸、銷、沖頭等的的加工問題，松下電氣生產技術研究所的正本健、和田紀彥開發了先用WEDG加工法加工微細電極，然後用該微細電極加工出具有多孔的中間電極，在用中加電極加工除具有多個微細軸形狀的工作電極。用這樣的電極可以一次加工出多個小孔。姑且將其稱為發反拷貝法微細電極電火花加工方法，即μEDMN 加工法，其中μ代表微細，EDM代表電火花加工，n帶便反復次數，即反復多次微細電火花加工。例如n=1,用WEDG加工法加工簡單的圓柱微細電極；n=2，用生產的微細圓柱電極在薄板上加工多個微細孔；n=3，用薄板中間電極在大的圓柱棒或塊狀工件上加工出一體化的具有多個微細軸的工作電極，也可作為銷或沖頭等工具；n=4，用上述工作電極進行多孔同時加工。在n>2後，為了實現穩定電火花放電加工，在進給方向上要對間隙加上振幅數μm，頻率為數+Hz的微振動。又如，用此方法在STAVAX不銹鋼上加工了直徑100μm、長度400μm和直徑50μm、長度100μm公400個錐度2度的微細圓錐柱。

電火花加工放電位置可控形的研究

日本東京農工大國枝正典等人，在研究電火花加工放電位置檢測技術原理的基礎上，進行了放電位置的可控形研究。其試驗原理基於對放電等效電路的分析，認為由於分布電感的存在，如果施加一個足夠陡峭的高電壓，則僅進點附近的電壓較其它遠離進電處的高壓升高的快一些。也就是說，可以在納秒數量級內獲得優先擊穿的幾率。經過較為系統的實驗研究，它們還發現，施加的高電壓上升速度較快，控制效果也就越好；電極和工件中的分布電感越大，控制效果越好；最佳的高壓機理放電延遲時間為略短於普通放電延遲時間。在線切割機床上的試驗表明：在施加高電壓的進展塊附近的放電概率高於另一端。
這一研究進展對於電火花加工的過程式控制制可能帶來非常深刻的影響，很有可能將過去被動的控制策略變成為主動控制策略，從而不必依賴延長放電停歇時間來保證間隙消電力，避免放電集中導致的拉弧等有害放電。這樣不僅保證加工更加穩定。而且可以大幅度提高加工效率。

『叄』 高分求關於DRY EDM方面的資料

乾式電火花加工

乾式和准乾式電火花加工分別採用氣體和霧作為放電介質,與液中放電加工相比,具有放電能量和加工間隙小、對環境和操作者無污染、無火災隱患等優點。

關鍵詞:電火花加工;氣體介質;線切割加工;拋光;超聲輔助;霧
電火花加工通常以電介質液體作為工作介質,
其作用有:①消電離;②使電蝕產物較易從放電間隙
中排除;③冷卻電極和工件;④壓縮放電通道,增加
等離子體的爆炸力.電火花成形加工最常用的放電
介質為碳氫化合物油類,其電阻率,粘度,密度,表面
張力等性能都符合電火花加工的要求.但也存在容
易著火;對人體和環境有污染等缺點[ 1 ].
水基工作液在電火花線切割加工中應用廣泛,
在某些成形加工中也有所應用.同油類工作液相
比,水基工作液對環境和人體不利影響小,沒有火災
危險,但也存在一些問題,如熱量損失大,排屑效果
不佳,由於急冷易形成白層,容易銹蝕機床[ 2 ].人
們也曾嘗試過採用氣體作為工作介質,但受當時技
術條件限制,排屑,短路等問題難以解決.直到20
世紀90年代,日本東京農工大學的國枝正典教授率
收稿日期: 2007 - 08 - 13
第一作者簡介:夏永高,男,1982年生,碩士研究生.
先成功實現了乾式電火花加工,才突破了電火花加
工只能在液體介質中進行的認識,開辟了電火花加
工的新方式,由此引起了人們的研究興趣[ 3 ].
在乾式電火花加工的基礎上,上海交通大學和
美國密西根大學分別提出了以霧為介質的放電加
工.霧作為加工介質加工同樣具有對環境和人體不
利影響小,沒有火災危險等優點.由於霧的電學和
熱學性質介於氣體和液體之間,故期望其能集二者
之優點而避免它們的缺點[ 4 ,5 ].
1 乾式電火花成形加工
乾式電火花加工原理如圖1所示.使用管狀電
極,加工時,作為放電介質的高速氣體從管電極中噴
出,起到了排除電蝕產物,恢復絕緣及冷卻電極和工
件的作用,電極隨主軸旋轉.氣體在加工前排除水
分,減少水分對加工的影響.
國枝正典研究室對乾式電火花成形加工和乾式
線切割加工都進行了較為深入的研究.對比實驗表
—22—
《電加工與模具》2007年第6期 設計 研究
明氣中加工的速度只有油中的1/ 10 ,但單個脈沖蝕
除量的差別並不明顯.他們認為氣中加工速度低的
主要原因是短路率過高.短路率實驗發現氣中加工
時短路率有時甚至達到90 %.為了降低短路率,研
究人員在Z軸伺服系統中加入壓電驅動,此措施使
短路率大大減小,加工速度得到較大提高,達到和油
中加工相近的水平,壓電驅動和電極旋轉也為後來
大多數研究人員採用.圖2,圖3分別為國枝正典
研究室乾式電火花成形加工和乾式線切割加工的照
片[ 3 ,6 ].
圖1 乾式電火花加工原理
圖2 乾式電火花成形加工
圖3 乾式電火花線切割加工
以不同氣體作介質的實驗表明,氧氣中加工可
以獲得較高的加工速度,原因是工件被強烈氧化.
國枝正典等學者認為電火花加工存在准爆炸模式和
爆炸模式,而准爆炸模式下乾式加工可以獲得較高
的加工速度.
通過實驗,發現乾式加工主要有以下特點:
①電極損耗小,且幾乎不隨脈沖寬度而變化.
②加工過程中,作用力同液中相比小得多.
③可以根據不同應用對象選用不同氣體.
④重鑄層薄,因而殘余應力小,微裂紋少.
⑤與傳統加工相比,放電間隙更小.
⑥可在真空環境中加工.
⑦可以簡化加工裝置.
圖4為乾式成形加工的樣品.
圖4 乾式電火花成形加工樣品
國內對乾式加工進行研究的主要為哈爾濱工業
大學[ 7 ].他們的研究認為:電子在氣體電離過程中
起到了重要作用;工件表面變質層和熱影響層較淺;
排屑主要是通過電蝕產物蒸發和氣流吹離來完成.
研究也發現了一些技術難題,比如:①由於電極需中
空,使微細電極的尺寸受到限制,實現微細零件的加
工有一定難度;②受氣源壓力及電蝕產物排出的限
制,難以實現較大型腔的成形加工;③由於電蝕產物
主要靠氣流壓力排出,會使一些電蝕產物粘結在加
工表面,影響表面質量.
2 乾式電火花線切割加工
繼乾式電火花成形加工研究之後,國枝正典和
王彤等開展了乾式電火花線切割加工的研究[ 3 ].
通常,低速走絲和高速走絲線切割加工分別採用去
離子水和專用乳化液作工作介質;液中高速走絲線
切割加工由於加工中作用力大可能產生"鼓形"變形
影響直線度.乾式電火花線切割加工,由於氣體的
介電系數,粘度,密度均較小,故放電爆炸力小,振動
和作用力小,因此可獲得較好的直線度.此外,氣中
放電能量分散有助於降低表面粗糙度值.由於以一
定速度運動著的電極有助於除屑,乾式電火花線切
割加工可不採用壓縮空氣,而在大氣中完成精加工.
高速走絲線切割加工,氣中加工的速度比液中
加工速度普遍要高.其原因在於,液中加工時,高速
運動著的電極絲與工件間存在較大作用力,會激發
電極絲產生較強的振動,增加了短路率,而氣中加工
時,電極與工件間作用力十分小.兩種加工方式所
形成的表面粗糙度則較為接近[ 6 ,8 ].
此外,哈爾濱工業大學還進行了氣中低速走絲
—32—
設計 研究 《電加工與模具》2007年第6期
線切割加工超級電容的研究,並取得了較好效果;其
原理如圖5所示.壓縮空氣向上,向下或同時向上
和向下沖刷,工件用壓板壓緊[ 9 ].
圖5 氣中低速走絲線切割加工超級電容
碳2鋁2碳3層結構的超級電容,目前通常採用
沖壓的方法製造,其加工效率高且成本低.然而,與
中間鋁層相比,碳層的硬度太小以至於加工過程中
常發生飛邊,毛刺並由此導致電極搭接,造成電容漏
電.電火花線切割加工超級電容時,工件和工具電
極不直接接觸,機械作用力小.但以液體作為放電
介質的傳統電火花線切割加工有其不足:作為工件
的超級電容與正極相連,鋁層可能發生陽極溶解(電
解);微小的電蝕產物和離子可能進入碳層的空隙,
使超級電容被污染.
乾式電火花線切割加工過程中的作用力更小,
也不會產生電解和污染,因而不存在上述問題.氣
中加工工件的直線度和表面粗糙度都比液中加工的
好.X射線分析還發現,氣中加工過程中形成的氧
化層有將鋁層和碳層絕緣的效果.這就減小了漏電
電流,提高了超級電容的使用壽命.
不過氣中加工也有其局限性,其冷卻效果沒有
液中加工好,因而電流不宜過大,工件不宜過厚,加
工速度較慢.
3 乾式電火花拋光
乾式電火花拋光是由加拿大拉瓦爾大學A.
Curodeau等提出的[ 10 ].電極為熱塑性復合材料.
拋光過程及原理如圖6所示.
首先,將銑削後的工件固定在機床上,工件材料
為工具鋼.然後在工件型腔中注入熔化了的復合導
電材料,並在上面加蓋壓縮.電極柄穿過蓋子進入
電極內部,電極凝固後與柄連成一體.在拋光過程
中,電極的微突峰因為傳導較大電流而生熱熔化並
再次固化(圖7).這樣,電極被不斷損耗並變得光
滑,工件表面的突出部分也因放電而被不斷蝕除,表
面粗糙度值也逐漸降低,從而達到拋光效果.接著
用拋光後較光滑的型腔再"澆築"另一個電極並進行
拋光,如此反復直到表面達到要求.由上述步驟可
以看出,乾式電火花拋光有易於實現自動化的潛在
優勢.實驗中,經3次拋光後,工件的表面粗糙度值
從R a44μm降低至R a36μm.
圖6 乾式電火花拋光過程
圖7 乾式電火花拋光局部示意圖
電極由納米級碳粉組成,故在放電間隙形成了
由碳粉組成的導電"雲霧",由於放電分散,能得到極
好的表面質量.但過多的粉塵可能導致電弧放電,
從而損傷工件表面.所以,應通過適當的沖刷保持
—42—
《電加工與模具》2007年第6期 設計 研究
適量的粉塵顆粒.由於復合材料電極的固體成分
少,因而其電阻率較大.第一代復合材料電極的電
阻率為0. 18Ω cm而石墨為0. 000 3Ω cm ,電阻率
僅為其1/ 600.這樣,電極上的電壓降將不可忽略
(試驗中達到2 V).
作為前期的探索和對比實驗,研究人員還進行
了以商用石墨為電極的氣中拋光實驗.實驗中電極
損耗較大,但結果也達到了預定的目標[ 11 ].
4 超聲振動輔助氣中放電加工
超聲振動輔助氣中放電加工是由山東大學提出
的,也是在乾式電火花加工的基礎上發展起來的一
種技術.它也以高速氣體為工作介質,工具電極旋
轉.其獨特之處在於將電極或工件固定在超聲振動
變幅桿端部,使其產生超聲振動[ 12 ,13 ].超聲振動可
提高伺服進給系統的頻率響應,能迅速拉開即將短
路的兩極,避免短路,因而能明顯改善氣體介質放電
加工的性能.此外,超聲振動具有很大的瞬時加速
度,能使兩極間產生空化作用,將熔融材料拋離工件
表面,避免其凝固粘附,因此提高了材料去除率[ 13 ].
圖8 超聲振動輔助氣中放電加工
超聲振動輔助氣中放電加工的一個關鍵是密
封,尤其是電極超聲旋轉振動時.受超聲振動的能
量限制,超聲振動目前只適合加工較小零件.
5 准乾式及其他乾式電火花加工
美國密西根大學和上海交通大學均開展了霧中
電火花加工的研究[ 4 ,5 ].其原理跟乾式加工相似,
但用氣液混合霧取代高壓氣體作為放電介質.前者
稱為近乾式加工,後者稱為噴霧電火花加工.本文
綜合為"准乾式"電火花加工.研究表面,近乾式加
工在精加工階段比較有優勢.在小能量加工時,分
散在氣體介質中的小液滴起到了"混粉"的效果,有
助於穩定放電.混氮,氦水霧因不含氧份而阻止了
電解的發生,故能獲得較低表面粗糙度值.混氧霧
中加工,由於氧化發熱因而材料去除率和表面粗糙
度值均較高.在對比實驗中,霧中鑽孔獲得了較好
的直線度,邊緣輪廓清晰.准乾式電火花加工可根
據不同的應用對象選用不同液體和氣體混合作介
質,故有潛在的優勢.
在空氣中進行的電火花表面強化,表面改性和
電火花刻字等也屬於乾式加工范疇.
6 結語
乾式和准乾式電火花加工尚有一系列技術難題
有待解決,離實用還有一定距離.但乾式和准乾式
電火花加工突破了電火花加工只能在液體介質中進
行的認識,拓寬了電加工技術的發展空間,且具有對
環境無污染,無火災隱患,對操作者無不良影響等優
點,因而是極具發展前景的綠色加工方法.

『肆』 電火花加工可以在空氣介質中進行嗎,why

電火花加工不可以在空氣介質中進行，一定要在有一定絕緣度的液體中進行。
原因是：專
1）充分地給工具屬電極冷卻。
2）電火花在切割是工件、電極間的間隙很小，為使電極穩定地運動，液體就象潤滑油一樣包住電極，由於流體力學的原因，可以使電極位於中間，而進給方向保持一定的厚度（間隙）。
3）電蝕下來的顆粒，在液體中可以迅速地帶出，有利於加工光潔度。