东京大学国枝正典教授

『壹』 杨晓冬的论著成果

[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检)
[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检)
[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检)
[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, 最佳论文奖
[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 最佳论文奖
[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] 矢萩优名, 小谷野智広, 国枝正典, 杨暁冬, 高速回転主轴への静电诱导给电による微细放电加工の加工特性向上, 日本电気加工学会全国大会讲演论文集, 2009, pp:77-80
[18] 矢萩优名，小谷野智広，国枝正典，杨暁冬，静电诱导给电による高速回転主轴を用いた微细放电加工，2009度日本精密工学会全国大会秋季大会学术讲演会讲演论文集，2009, pp:759-760
[19] 杨暁冬， 徐春伟， 国枝正典， 静电诱导给电法によるワイヤ放电加工の微细化， 2008度日本精密工学会全国大会秋季大会学术讲演会讲演论文集， 2008, pp:759-760
[20] 木森将仁，国枝正典， 杨 暁冬， 佐野定男， 静电诱导给电を用いた放电加工の微细化， 电気加工技术， Vol.31/98， 2007，pp:13-18
[21] 木森将仁，国枝正典，杨暁冬，佐野定男，静电诱导给电法による微细放电加工の単极性放电化，2007年度日本精密工学会春季大会学术讲演会讲演论文集，2007.3，pp:517-518
[22] 杨暁冬，木森将仁，国枝正典，新家一朗，佐野定男，静电诱导给电を用いた微细放电加工における极间电圧测定の影响，2006度日本精密工学会全国大会秋季大会学术讲演会讲演论文集，2006，pp:677-678
[22] 早坂暁彦，杨暁冬，国枝正典，新家一朗，静电诱导给电を用いた微细放电加工の加工特性，2006度日本精密工学会全国大会春季大会学术讲演会讲演论文集，2006， pp:679-680
[24 杨晓冬，赵万生，基于Web的人工神经网络电火花加工工艺预测，哈尔滨工业大学学报，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] 杨晓冬, 宋颖慧, 赵万生, 基于遗传算法的电火花加工电参数优化模型, 哈尔滨工业大学学报, Vol.34/4, pp: 450-454 (2002) [1] 特种加工(第5版), 机械工业出版社, 2008.7
[2] 特种加工技术, 哈尔滨工业大学出版社, 2006.8
[3] 微细加工技术, 国防工业出版社, 2005.8
[4] 先进电火花加工技术, 国防工业出版社, 2003.10 [1] 节能型精密高效数控电加工技术与装备的研究
2009年黑龙江省科技二等奖
[2] 节能型精密高效数控电加工技术与装备的研究
2009年黑龙江省高校科技一等奖
[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

『贰』 我国电火花成型机床现状

电火花加工最新技术进展

放电堆积造型

毛利尚武教授、斋藤长男教授和三菱电极名古屋制作所合作，在进行液中电火花放电表面改性处理时，在S45C钢上成功地堆积除WC厚膜（层），并进行了将电火花堆积和电火花去除加工相组合对工件进行修复的试验。毛利尚武教授还用钨电极（Φ0.1mm）成功地进行了电火花堆积。日本名古屋工业大学早川伸哉波士等，通过计算钢打钢时正极和负极的温度分布，选择合适的电参数，使得工具电极的放电温度超过器材料的沸点，工件电极的温度在材料熔点和沸点之间，在空气中进行了电火花堆积造型试验。用此法在气体中电火花附着堆积出直径约140μm，高2.2mm的微细圆柱，工件和电极都是S45C钢，电极直径0.1mm，放电电流2.5A，脉冲宽度5μm，工件接脉冲电源负极，加工时间6.3h。

气体中放电电火花加工

日本东京农工大学国枝正典教授开展了气体中放电电火花加工和气体中线切割加工的研究。该方法使用管状电极中喷出，在工件与电极间隙形成绝缘介质，从而取代绝缘工作液进行电火花加工。此方法加工没有火灾隐患，不污染环境，电极损耗率非常低，放电加工时的反作用小，有利于微细加工，选择合适的气体，可使加工表面在凝固层（白层）非常薄。富山地方大学岩井等人还利用压缩空气作介质代替液体介质，通过放电修形、修锐金属基金刚石砂轮。结果表明，经过这样处理后的砂轮磨削性能同传统的修形方法几乎相同。这种方法可以修出曲线轮廓。

钛合金表面电火花放电着色

日本大阪府立产业技术综合研究所的增井清德和难久开展了钛合金线切割放电着色和钛合金电火花放电着色的研究。线切割着色使用单向脉冲电源，工件接脉冲电源正极，工具电极丝接脉冲电源的负极，工作液为去离子水，电阻率为（1～20）×104Ω.cm。其着色原理是利用线切割的放电作用，在钛合金形成透明的氧化钛膜，由于光的干涉，不同厚度的氧化钛膜将得到不同颜色的干涉光，通过控制氧化钛膜的厚度就可进行不同的颜色着色。

反复拷贝法微细电极电火花加工

日本松下电气与东京大学增泽隆久教授合作开发生产GMG-ED82W型超微细电火花加工机床后，为解决高密度、大深径比、复杂形状微细孔、微细轴、销、冲头等的的加工问题，松下电气生产技术研究所的正本健、和田纪彦开发了先用WEDG加工法加工微细电极，然后用该微细电极加工出具有多孔的中间电极，在用中加电极加工除具有多个微细轴形状的工作电极。用这样的电极可以一次加工出多个小孔。姑且将其称为发反拷贝法微细电极电火花加工方法，即μEDMN 加工法，其中μ代表微细，EDM代表电火花加工，n带便反复次数，即反复多次微细电火花加工。例如n=1,用WEDG加工法加工简单的圆柱微细电极；n=2，用生产的微细圆柱电极在薄板上加工多个微细孔；n=3，用薄板中间电极在大的圆柱棒或块状工件上加工出一体化的具有多个微细轴的工作电极，也可作为销或冲头等工具；n=4，用上述工作电极进行多孔同时加工。在n>2后，为了实现稳定电火花放电加工，在进给方向上要对间隙加上振幅数μm，频率为数+Hz的微振动。又如，用此方法在STAVAX不锈钢上加工了直径100μm、长度400μm和直径50μm、长度100μm公400个锥度2度的微细圆锥柱。

电火花加工放电位置可控形的研究

日本东京农工大国枝正典等人，在研究电火花加工放电位置检测技术原理的基础上，进行了放电位置的可控形研究。其试验原理基于对放电等效电路的分析，认为由于分布电感的存在，如果施加一个足够陡峭的高电压，则仅进点附近的电压较其它远离进电处的高压升高的快一些。也就是说，可以在纳秒数量级内获得优先击穿的几率。经过较为系统的实验研究，它们还发现，施加的高电压上升速度较快，控制效果也就越好；电极和工件中的分布电感越大，控制效果越好；最佳的高压机理放电延迟时间为略短于普通放电延迟时间。在线切割机床上的试验表明：在施加高电压的进展块附近的放电概率高于另一端。
这一研究进展对于电火花加工的过程控制可能带来非常深刻的影响，很有可能将过去被动的控制策略变成为主动控制策略，从而不必依赖延长放电停歇时间来保证间隙消电力，避免放电集中导致的拉弧等有害放电。这样不仅保证加工更加稳定。而且可以大幅度提高加工效率。

『叁』 高分求关于DRY EDM方面的资料

干式电火花加工

干式和准干式电火花加工分别采用气体和雾作为放电介质,与液中放电加工相比,具有放电能量和加工间隙小、对环境和操作者无污染、无火灾隐患等优点。

关键词:电火花加工;气体介质;线切割加工;抛光;超声辅助;雾
电火花加工通常以电介质液体作为工作介质,
其作用有:①消电离;②使电蚀产物较易从放电间隙
中排除;③冷却电极和工件;④压缩放电通道,增加
等离子体的爆炸力.电火花成形加工最常用的放电
介质为碳氢化合物油类,其电阻率,粘度,密度,表面
张力等性能都符合电火花加工的要求.但也存在容
易着火;对人体和环境有污染等缺点[ 1 ].
水基工作液在电火花线切割加工中应用广泛,
在某些成形加工中也有所应用.同油类工作液相
比,水基工作液对环境和人体不利影响小,没有火灾
危险,但也存在一些问题,如热量损失大,排屑效果
不佳,由于急冷易形成白层,容易锈蚀机床[ 2 ].人
们也曾尝试过采用气体作为工作介质,但受当时技
术条件限制,排屑,短路等问题难以解决.直到20
世纪90年代,日本东京农工大学的国枝正典教授率
收稿日期: 2007 - 08 - 13
第一作者简介:夏永高,男,1982年生,硕士研究生.
先成功实现了干式电火花加工,才突破了电火花加
工只能在液体介质中进行的认识,开辟了电火花加
工的新方式,由此引起了人们的研究兴趣[ 3 ].
在干式电火花加工的基础上,上海交通大学和
美国密西根大学分别提出了以雾为介质的放电加
工.雾作为加工介质加工同样具有对环境和人体不
利影响小,没有火灾危险等优点.由于雾的电学和
热学性质介于气体和液体之间,故期望其能集二者
之优点而避免它们的缺点[ 4 ,5 ].
1 干式电火花成形加工
干式电火花加工原理如图1所示.使用管状电
极,加工时,作为放电介质的高速气体从管电极中喷
出,起到了排除电蚀产物,恢复绝缘及冷却电极和工
件的作用,电极随主轴旋转.气体在加工前排除水
分,减少水分对加工的影响.
国枝正典研究室对干式电火花成形加工和干式
线切割加工都进行了较为深入的研究.对比实验表
—22—
《电加工与模具》2007年第6期 设计 研究
明气中加工的速度只有油中的1/ 10 ,但单个脉冲蚀
除量的差别并不明显.他们认为气中加工速度低的
主要原因是短路率过高.短路率实验发现气中加工
时短路率有时甚至达到90 %.为了降低短路率,研
究人员在Z轴伺服系统中加入压电驱动,此措施使
短路率大大减小,加工速度得到较大提高,达到和油
中加工相近的水平,压电驱动和电极旋转也为后来
大多数研究人员采用.图2,图3分别为国枝正典
研究室干式电火花成形加工和干式线切割加工的照
片[ 3 ,6 ].
图1 干式电火花加工原理
图2 干式电火花成形加工
图3 干式电火花线切割加工
以不同气体作介质的实验表明,氧气中加工可
以获得较高的加工速度,原因是工件被强烈氧化.
国枝正典等学者认为电火花加工存在准爆炸模式和
爆炸模式,而准爆炸模式下干式加工可以获得较高
的加工速度.
通过实验,发现干式加工主要有以下特点:
①电极损耗小,且几乎不随脉冲宽度而变化.
②加工过程中,作用力同液中相比小得多.
③可以根据不同应用对象选用不同气体.
④重铸层薄,因而残余应力小,微裂纹少.
⑤与传统加工相比,放电间隙更小.
⑥可在真空环境中加工.
⑦可以简化加工装置.
图4为干式成形加工的样品.
图4 干式电火花成形加工样品
国内对干式加工进行研究的主要为哈尔滨工业
大学[ 7 ].他们的研究认为:电子在气体电离过程中
起到了重要作用;工件表面变质层和热影响层较浅;
排屑主要是通过电蚀产物蒸发和气流吹离来完成.
研究也发现了一些技术难题,比如:①由于电极需中
空,使微细电极的尺寸受到限制,实现微细零件的加
工有一定难度;②受气源压力及电蚀产物排出的限
制,难以实现较大型腔的成形加工;③由于电蚀产物
主要靠气流压力排出,会使一些电蚀产物粘结在加
工表面,影响表面质量.
2 干式电火花线切割加工
继干式电火花成形加工研究之后,国枝正典和
王彤等开展了干式电火花线切割加工的研究[ 3 ].
通常,低速走丝和高速走丝线切割加工分别采用去
离子水和专用乳化液作工作介质;液中高速走丝线
切割加工由于加工中作用力大可能产生"鼓形"变形
影响直线度.干式电火花线切割加工,由于气体的
介电系数,粘度,密度均较小,故放电爆炸力小,振动
和作用力小,因此可获得较好的直线度.此外,气中
放电能量分散有助于降低表面粗糙度值.由于以一
定速度运动着的电极有助于除屑,干式电火花线切
割加工可不采用压缩空气,而在大气中完成精加工.
高速走丝线切割加工,气中加工的速度比液中
加工速度普遍要高.其原因在于,液中加工时,高速
运动着的电极丝与工件间存在较大作用力,会激发
电极丝产生较强的振动,增加了短路率,而气中加工
时,电极与工件间作用力十分小.两种加工方式所
形成的表面粗糙度则较为接近[ 6 ,8 ].
此外,哈尔滨工业大学还进行了气中低速走丝
—32—
设计 研究 《电加工与模具》2007年第6期
线切割加工超级电容的研究,并取得了较好效果;其
原理如图5所示.压缩空气向上,向下或同时向上
和向下冲刷,工件用压板压紧[ 9 ].
图5 气中低速走丝线切割加工超级电容
碳2铝2碳3层结构的超级电容,目前通常采用
冲压的方法制造,其加工效率高且成本低.然而,与
中间铝层相比,碳层的硬度太小以至于加工过程中
常发生飞边,毛刺并由此导致电极搭接,造成电容漏
电.电火花线切割加工超级电容时,工件和工具电
极不直接接触,机械作用力小.但以液体作为放电
介质的传统电火花线切割加工有其不足:作为工件
的超级电容与正极相连,铝层可能发生阳极溶解(电
解);微小的电蚀产物和离子可能进入碳层的空隙,
使超级电容被污染.
干式电火花线切割加工过程中的作用力更小,
也不会产生电解和污染,因而不存在上述问题.气
中加工工件的直线度和表面粗糙度都比液中加工的
好.X射线分析还发现,气中加工过程中形成的氧
化层有将铝层和碳层绝缘的效果.这就减小了漏电
电流,提高了超级电容的使用寿命.
不过气中加工也有其局限性,其冷却效果没有
液中加工好,因而电流不宜过大,工件不宜过厚,加
工速度较慢.
3 干式电火花抛光
干式电火花抛光是由加拿大拉瓦尔大学A.
Curodeau等提出的[ 10 ].电极为热塑性复合材料.
抛光过程及原理如图6所示.
首先,将铣削后的工件固定在机床上,工件材料
为工具钢.然后在工件型腔中注入熔化了的复合导
电材料,并在上面加盖压缩.电极柄穿过盖子进入
电极内部,电极凝固后与柄连成一体.在抛光过程
中,电极的微突峰因为传导较大电流而生热熔化并
再次固化(图7).这样,电极被不断损耗并变得光
滑,工件表面的突出部分也因放电而被不断蚀除,表
面粗糙度值也逐渐降低,从而达到抛光效果.接着
用抛光后较光滑的型腔再"浇筑"另一个电极并进行
抛光,如此反复直到表面达到要求.由上述步骤可
以看出,干式电火花抛光有易于实现自动化的潜在
优势.实验中,经3次抛光后,工件的表面粗糙度值
从R a44μm降低至R a36μm.
图6 干式电火花抛光过程
图7 干式电火花抛光局部示意图
电极由纳米级碳粉组成,故在放电间隙形成了
由碳粉组成的导电"云雾",由于放电分散,能得到极
好的表面质量.但过多的粉尘可能导致电弧放电,
从而损伤工件表面.所以,应通过适当的冲刷保持
—42—
《电加工与模具》2007年第6期 设计 研究
适量的粉尘颗粒.由于复合材料电极的固体成分
少,因而其电阻率较大.第一代复合材料电极的电
阻率为0. 18Ω cm而石墨为0. 000 3Ω cm ,电阻率
仅为其1/ 600.这样,电极上的电压降将不可忽略
(试验中达到2 V).
作为前期的探索和对比实验,研究人员还进行
了以商用石墨为电极的气中抛光实验.实验中电极
损耗较大,但结果也达到了预定的目标[ 11 ].
4 超声振动辅助气中放电加工
超声振动辅助气中放电加工是由山东大学提出
的,也是在干式电火花加工的基础上发展起来的一
种技术.它也以高速气体为工作介质,工具电极旋
转.其独特之处在于将电极或工件固定在超声振动
变幅杆端部,使其产生超声振动[ 12 ,13 ].超声振动可
提高伺服进给系统的频率响应,能迅速拉开即将短
路的两极,避免短路,因而能明显改善气体介质放电
加工的性能.此外,超声振动具有很大的瞬时加速
度,能使两极间产生空化作用,将熔融材料抛离工件
表面,避免其凝固粘附,因此提高了材料去除率[ 13 ].
图8 超声振动辅助气中放电加工
超声振动辅助气中放电加工的一个关键是密
封,尤其是电极超声旋转振动时.受超声振动的能
量限制,超声振动目前只适合加工较小零件.
5 准干式及其他干式电火花加工
美国密西根大学和上海交通大学均开展了雾中
电火花加工的研究[ 4 ,5 ].其原理跟干式加工相似,
但用气液混合雾取代高压气体作为放电介质.前者
称为近干式加工,后者称为喷雾电火花加工.本文
综合为"准干式"电火花加工.研究表面,近干式加
工在精加工阶段比较有优势.在小能量加工时,分
散在气体介质中的小液滴起到了"混粉"的效果,有
助于稳定放电.混氮,氦水雾因不含氧份而阻止了
电解的发生,故能获得较低表面粗糙度值.混氧雾
中加工,由于氧化发热因而材料去除率和表面粗糙
度值均较高.在对比实验中,雾中钻孔获得了较好
的直线度,边缘轮廓清晰.准干式电火花加工可根
据不同的应用对象选用不同液体和气体混合作介
质,故有潜在的优势.
在空气中进行的电火花表面强化,表面改性和
电火花刻字等也属于干式加工范畴.
6 结语
干式和准干式电火花加工尚有一系列技术难题
有待解决,离实用还有一定距离.但干式和准干式
电火花加工突破了电火花加工只能在液体介质中进
行的认识,拓宽了电加工技术的发展空间,且具有对
环境无污染,无火灾隐患,对操作者无不良影响等优
点,因而是极具发展前景的绿色加工方法.

『肆』 电火花加工可以在空气介质中进行吗,why

电火花加工不可以在空气介质中进行，一定要在有一定绝缘度的液体中进行。
原因是：专
1）充分地给工具属电极冷却。
2）电火花在切割是工件、电极间的间隙很小，为使电极稳定地运动，液体就象润滑油一样包住电极，由于流体力学的原因，可以使电极位于中间，而进给方向保持一定的厚度（间隙）。
3）电蚀下来的颗粒，在液体中可以迅速地带出，有利于加工光洁度。