02-第二章-电火花加工-特种加工课件-gbiPPT文件格式下载.ppt

1、这一过程大致可分为以下几个连续的阶段:极间介质的电离、击穿，形成放电通道 介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀 电极材料的抛出 极间介质的消电离,2.2 电火花加工机理,极间介质的电离、击穿，形成放电通道,2.2 电火花加工机理,介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀放电通道形成后，脉冲电源使通道中的电子高速奔向正极，正离子高速奔向负极，形成了电能动能热能的转换。通道高温将工作介质气化，进而热裂分解气化，正负极表面的瞬时热源使得金属材料熔化、直至沸腾气化。,2.2 电火花加工机理,电极材料的抛出正负电极间产生的电火花现象，使放电通道产生高温高压。通道中心的压力最高，工作液和金属气化后不断向外膨胀

2、，形成内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排挤，抛出放电通道，大部分被抛入到工作液中。,2.1.电火花成形,动画演示,2.2 电火花加工机理,电极材料的抛出（续）当放电结束后，由于液体介质惯性作用使气泡继续扩展，气泡温度不再升高，致使气泡内压力急剧降低，甚至降到大气压以下，形成局部真空，使在高压下溶解在熔化和过热材料中的气体析出，以及材料本身在低压下的再沸腾。由于压力的骤降，使熔融金属材料及其蒸气再次爆沸飞溅而被抛出。,2.2 电火花加工机理,电极材料的抛出（续）最终电极表面形成了放电痕 材料的抛出是热爆炸力、电动力、流体动力等综合作用的结果，对这一复杂的抛出机理的认识还在不断深入中

3、。,2.2 电火花加工机理,极间介质的消电离一次脉冲放电结束，此后还应有一段间隔时间，使间隙介质消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度，以免总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，这样可以保证按两极相对最近处或电阻率最小处形成下一击穿放电通道。,2.3 电火花加工基本规律,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素2.3.2 加工速度与工具损耗速度2.3.3 影响加工精度的主要因素2.3.4 电火花加工的表面质量,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,为提高电火花加工的生产率、降低电极的损耗，必须了解影响材料放电腐蚀的主要因素：极性效应电参数金属材料热

4、学常数工作液其他因素,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,极性效应在电火花加工过程中，正极和负极都会受到不同程度的电腐蚀，即使相同材料，正、负极的电蚀量也不相同，这种单纯由极性不同而电蚀量不同的现象称为“极性效应”。“正极性”加工工件接脉冲电源的正极“负极性”加工工件接脉冲电源的负极,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,产生极性效应的原因火花放电过程中，正、负电极表面分别受到负电子和正离子的轰击和瞬时热源作用，正、负极表面分配到的能量不一样是极性效应的根本原因。,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,引起极性效应的因素电子的质量和惯性均小，容易获得很高的加速度和速度，在击穿放电的初始

5、阶段就有大量的电子奔向正极，把能量传递给阳极表面，使得电极材料迅速熔化和气化。正离子质量和惯性较大，起动和加速较慢，在击穿放电的初始阶段，大量的正离子来不及到达负极表面，只有小部分正离子能够到达负极表面并传递能量。,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,引起极性效应的因素（续）短脉冲工作时，电子的轰击作用大于离子的轰击作用，适合“正极性”加工；长脉冲工作时，质量大的正离子对负极表面的轰击作用强，且与电子结合释放位能，负极蚀除速度大于正极，适合“负极性”加工。除了脉宽、脉间的影响外，实际加工中，极性效应还受到电极及工件材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等多种因素综合影响。在电火花加工中，极

6、性效应愈显著愈好。要充分利用极性效应，正确选择极性，使工件的蚀除量大于电极的蚀除量，最大限度降低电极损耗。,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,电参数电压脉冲宽度、电流脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲频率、峰值电流、峰值电压和极性电参数对电蚀量的影响在连续的电火花加工过程中，一定范围内，工件或工具的单个脉冲蚀除量与单个脉冲能量成正比。正、负极的蚀除速度与单个脉冲能量、脉冲频率成正比：,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,提高电蚀量和生产率的途径提高脉冲频率f增加单个脉冲能量WM减小脉冲间隙to提高工艺系数K,几个因素之间相互制约,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,金属材料热学常数熔点、沸

7、点（气化点）、热导率、比热容、熔化热、气化热,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,金属材料热学常数对电蚀量的影响脉冲放电能量相同时，熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热越高，电蚀量越少；热传导率越大，电蚀量越少；单个脉冲能量一定时，脉冲电流幅值越小，则脉宽越长，散失的热量越多。电蚀量越少；脉冲电流幅值过大，则损耗能量使得材料气化，电蚀量也将减少。,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,当相同放电电流情况下，各种金属材料都存在使得工件电蚀量最大的最佳脉宽。,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,工作液对电蚀量的影响粘度大的工作液有利于压缩放电通道，提高放电能量密度，强化电蚀产物的抛出效应；

8、但不利于电蚀产物的排出，影响正常放电。工作液的选择粗加工机油：粘度大、介电性能好精加工煤油：粘度小、流动性好,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,其他因素对电蚀量的影响碳黑膜现象碳氢化合物类的工作液在放电过程发生热分解，形成带负电的碳胶粒，吸附在正极表面，如果电极表面的瞬时温度为400度左右，且保持一定时间，则形成一定强度和厚度的化学吸附层，称为“碳黑膜”，由于碳的熔点和气化点很高，从而减小电极蚀除量。,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,其他因素对电蚀量的影响（续）加工过程的稳定性（加工深度、加工面积的增加，加工型面复杂程度的增加，电极材料的选择）脉冲电源波形及前后沿陡度电蚀物抛出速

9、度,2.3.2 加工速度与工具损耗速度,加工速度vW单位时间内工件的电蚀量称为加工速度体积加工速度和质量加工速度提高加工速度的途径提高脉冲频率增加单个脉冲能量提高工艺系数,2.3.2 加工速度与工具损耗速度,加工速度与加工精度的关系粗加工（Ra1020m）2001000mm/min半精加工（Ra2.510m）20100mm/min精加工（Ra0.322.5m）10mm/min,2.3.2 加工速度与工具损耗速度,工具损耗速度vE单位时间内工具的电蚀量工具损耗比工具损耗速度与加工速度的比值，称为损耗比。体积相对损耗,2.3.2 加工速度与工具损耗速度,降低工具损耗的措施正确选择极性和脉宽一般情况

10、下，短脉冲精加工采用正极性加工；长脉冲粗加工采用负极性加工。,2.3.2 加工速度与工具损耗速度,降低工具损耗的措施（续）利用吸附效应负极性加工时，在一定条件下，工具表面可以形成一定强度和厚度的化学吸附层（碳黑膜），对电极起到保护和补偿作用，实现“低损耗”加工。,2.3.2 加工速度与工具损耗速度,降低工具损耗的措施（续）利用传热效应选择导热性能比工件好的工具电极。限制脉冲电流的增长率，减少热冲击波作用下易脆裂工具电极（石墨）的损耗。,2.3.2 加工速度与工具损耗速度,降低工具损耗的措施（续）选择合适的材料铜：熔点低，但导热性好，因此损耗小，又能制成各种精密、复杂电极石墨：热学性能好，长脉冲

11、粗加工中可以吸附游离的碳来补偿电极损耗，目前用来制成型腔加工的电极钨、钼：熔点和沸点较高，损耗小；机械加工性能差，一般在线切割中使用铜碳、铜钨、银钼：熔点高，导热性好；价格昂贵，制造成形困难，一般只用在精密电火花加工中。,2.3.3 影响加工精度的主要因素,除电火花加工机床结构、机床传动、装夹定位误差之外，影响电火花加工精度的因素主要有以下几个方面：放电间隙（大小及其一致性）工具电极的损耗尖角与棱边倒角,2.3.3 影响加工精度的主要因素,放电间隙对加工精度的影响一般在0.010.5mm之间，精加工时间隙较小，粗加工时间隙较大。从减小加工误差的角度考虑，应该采用较小的加工规准，缩小放电间隙，从

12、而提高仿形精度和间隙的一致性。“二次放电”会造成侧向间隙不均匀，形成斜度，影响加工的形状精度。,2.3.3 影响加工精度的主要因素,工具电极的损耗对加工精度的影响,电极入口处的放电间隙由于电蚀产物的存在，“二次放电”的几率大而扩大，因而产生了加工斜度；工具电极下端加工时间长，绝对损耗大。工具电极的损耗直接影响加工精度，损耗越小，精度越高。,2.3.3 影响加工精度的主要因素,尖角与棱边倒角对加工精度的影响工具的尖角或凹角很难精确地复制在工件上,2.3.4 电火花加工的表面质量,影响表面粗糙度的因素表面粗糙度主要决定于单个脉冲能量，单个脉冲能量越大，表面粗糙度越大；熔点高的材料（硬质合金）在相同

13、能量下加工表面粗糙度比熔点低（钢）的材料好；精加工时，工具电极的表面粗糙度也将影响加工表面的粗糙度；电极面积也对表面粗糙度有影响；表面粗糙度和加工速度存在很大的矛盾。,2.3.4 电火花加工的表面质量,表面变质层在火花放电的瞬时高温和工作液的快速冷却作用下，材料的表层发生了很大变化，粗略的分为熔化凝固层和热影响层。熔化层容易出现显微裂纹，脉冲能量越大，显微裂纹越宽越深，过大的脉冲能量将会使裂纹扩展到热影响层。,2.3.4 电火花加工的表面质量,表面力学性能电火花加工表面最外层的硬度较高，耐磨性好。电火花加工表面存在残余应力，较大的加工规准引起的残余应力越大。较大的残余拉应力和显微裂纹的存在使电火花加工表面比机械加工表面的耐疲劳性低许多倍。,2.4 电火花加工用的脉冲电源,电火花加工用的脉冲电源的作用是将工频交流电流转换成为一定频率的单向脉冲电流，对加工的生产率、表面质量、加工精度、加工过程的稳定性、工具电极的损耗等经济技术指标都有很大的影响。,2.4 电火花加工用的脉冲电源,2.4.1 对脉冲电源的要求及分类2.4.2 RC线路脉冲电源2.4.3 晶体管式脉冲电源2.4.4 各种派生脉冲