第二章电火花加工_H
电火花穿孔成形加工
第二章 电火花加工 2. 多电极更换法(如图2-23所示)
粗加工电极
精加工电极
(a) 粗 加 工
(b) 更 换 大 电 极 精 加 工
图2-23 多电极更换法
第二章 电火花加工 3.分解电极加工法(如图2-24所示)
图2-24 分解电极加工法
第二章 电火花加工
(二)电极准备 1. 电极材料选择
第二章 电火花加工 2. 电极设计
加工电极
实线为工件电极的 理论形状、尺寸
要加工出的工件型腔
虚线为工件电极修正后 的理论形状、尺寸
图2-25 电极补偿图
第二章 电火花加工
1) 电极的结构形式 (1) 整体电极。
电极柄
减轻孔 电极
冲油孔
(a)
(b)
图2-26 整体电极
第二章 电火花加工
L2 L1
1
2
1—标 准 套 筒 ; 2—电 极
图4-24 标准套筒形夹具
第二章 电火花加工
1
2
1—钻 夹 头 ; 2—电 极 图4-25 钻夹头夹具
第二章 电火花加工 图4-26 螺纹夹头夹具
第二章 电火花加工
当电极采用石墨材料时,应注意以下几点: (1) 由于石墨较脆,故不宜攻螺孔,因此可用螺栓或压
工件 (凹 模 )
凸模刃口 主轴头
工件 (凹 模 )
主轴头
凸模 (冲 头 ) 工件 (凹 模 )
凸模刃口
(a) 加 工 前
切除部分 (紫 铜 电 极 ) (b) 加 工 后
(c) 切 除 损 耗 部 分
图2-19 间接配合法
第二章 电火花加工 3.修配冲头(即凸模)法
主轴头
工具电极 工件 (凹 模 )
特种加工技术习题集
特种加工技术习题第一章概述1、特种加工与传统切削加工方法在加工原理上的主要区别有哪些?2、特种加工的本质特点是什么?3、机械常规工艺与特种加工工艺之间有何关系?第二章电火花加工1、电火花加工必须解决的问题有哪些2、什么是电火花加工的机理?电火花放电过程大致可分为哪四个连续的阶段?3、电火花加工的优缺点有哪些?4、简要叙述电火花加工的应用场合。
5、在电火花加工中,工作液的作用有哪些?6、简述电火花加工用的脉冲电源的作用和输出要求。
7、什么是极性效应?在电火花加工中如何充分利用极性效应?8、试比较常用电极和优缺点及使用场合。
9、什么是覆盖效应?请举例说明覆盖效应的用途。
10、在实际加工中如何处理加工速度、电极损耗、表面粗糙度之间的关系?第三章电火花线切割加工1、线切割机床有那些常用的功能和分类?2、简述快走丝线切割机床的工作过程3、电火花加工与电火花线切割加工的异同点是什么?4、试分析影响线切割加工速度的因素。
5、试分析影响线切割加工中工件表面粗糙度和加工精度的因素。
6、按3B格式编出电极丝中心轨迹为如下图形的程序。
第四章电化学加工1、简述电化学反应加工的基本原理。
2、为什么说电化学加工过程中的阳极溶解是氧化过程,而阴极沉积是还原过程?第五章快速成型加工1、简述快速成形技术(RP)的原理。
2、简述快速成形技术的特点。
3、简述立体光造型(SLA)工作原理。
第六章激光加工1、简述激光加工的基本原理。
2、简述激光加工的特点。
第七章超声波加工1、简述超声波加工的原理。
2、简述超声波加工的主要特点。
第八章电子束、离子束加工1、简述电子束加工原理和特点。
2、简述离子束加工原理和特点。
3、电子束和离子束加工为什么必须在真空条件下进行?。
第二章 电火花加工
二、电火花加工的特点 1、非接触加工,无宏观切削力 2、适合于难切削导电材料的加工 3、有电极损耗 4、加工速度较慢 5、可加工特殊及复杂形状的表面
三、电火花加工的适用范围 1、加工任何难加工的金属材料和导电材料 2、加工材料复杂的表面 3、加工薄壁、异形小孔、深小孔等有特殊 要求的零件。
第三节 电火花加工设备和工作液
一、电火花加工机床 1、机床总体部分(电火花穿孔成形机床)——主 轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽 2、主轴头要求(精度和刚度) 1)结构简单 2)传动链短 3)传动间隙小 4)热变形小 5)具有足够的精度和刚度
3)工具电极夹具(十字铰链式和球面铰链 式)——调节工具电极和工作台的垂直度、 工具电极在水平面内微量的扭转角。
1)工件接脉冲电源的正极——正极性加工 2)工件接脉冲电源的负极——负极性加工 思考:短脉冲与长脉冲适合哪种极性加工, 那一种适合精加工?
短脉冲——正极性——精加工 长脉冲——负极性——粗加工
3)正极吸附效应 ——黑膜只能在正极表面生成,所以只 能使用负极性加工 影响吸附效应的因素: 峰值电流、脉冲间隔一定时,碳黑膜厚度随着脉冲 宽度的增加而增加。 脉冲宽度、峰值电流一定时,碳黑膜厚度随着脉冲 间隔增大而减薄。 冲抽油压力也会对吸附效应有影响,过大的油压会 冲走带电碳粒子,减少吸附效应。
三、小孔电火花加工 工艺 1、适于Ф 0.3~ Ф 3mm,深径比可超 200以上。为了改善 排屑条件,采用电磁 振动头或超声波振动 头。可采用空心管电 极中部冲油。
四、异形小孔的电火花加工——主要是异 形电极的制造及装夹。 1、冷拔——采用电火花线切割加工并配合 钳工修磨制成异形电极的拉丝模。 2、电火花线切割加工整体电极 3、电火花反拷加工整体电极(见图4-31)
第2章电火花加工
(2) 电火火花花放成电型必加须工是短时间的脉冲性放电,这样才能 使放电产生的热量来不及扩散到其他部分,从而有 效地蚀除金属,提高成型性和加工精度。
(3) 脉冲波形是单向的,以便充分利用极性效应,提 高加工速度和降低工具电极损耗。
(4) 脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉 冲间歇等)有较宽的调节范围,以满足粗、中、精加 工的要求。
电火花成型加工
影响工具相对损耗的主要因素
极性效应 吸附效应:表面碳黑膜 传热效应:宽脉冲,小电流 材料选择:钨、钼,熔点和沸点高,损耗小,但机械加工性能
差,价格贵,用于线切割。铜,导热性好,常用于中小型型 腔加工的工具电极。石墨,热学性能好,吸附效应好,损耗 低,广泛用于型腔的加工。
电火花影成型响加工加工精度主要因素
电火花成型加工
2.电极材料的熔化、气化热膨胀 :
液体介质被电离、击穿,形成放电通道后, 通道间带负电的粒子奔向正极,带正电的粒子 奔向负极,粒子间相互撞击,产生大量的热能, 使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使 工作液汽化,进而气化,然后高温向四周扩散, 使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气 化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增, 形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时, 可以看到工件与工具电极间有冒烟现象,并听 到轻微的爆炸声。
电火花成型加工 脉冲电源
在电火花加工过程中,脉冲电源的作用是产生频 率较高的单向脉冲电流,向工件和工具电极间的加 工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。脉冲电 源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、表面 质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。
脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电,其输出 应满足如下要求:
电火花加工
另外,实验表明:增大脉宽可降低工具电极的 损耗。当脉宽增大到一定程度时,且为负极 性加工时,电极损耗率小于1%,可以实现 低损耗加工
2、利用吸附效应:
什么是吸附效应? 煤油--热分解--大量碳微粒--碳和金属结 合(胶团)--胶团外层脱落(带负电荷的碳 胶粒)--吸附在正极 当正极表面温度在400度左右,并能维持一段时 间时,就能形成一定强度和厚度的化学吸附膜 (碳黑膜)。 由于碳的熔点、气化点很高,所以,碳黑膜可对 电极起到保护和补偿作用,从而实现低损耗加 工。
2、工具相对损耗 生产实际中用工具相对损耗或称损耗比θ作为 工具电极耐损耗的指标,即: θ=VE / VW×100% 损耗速度VE 的单位也为mm3 /min 或g /min 相应的损耗比θ也为体积相对损耗或质量相对 损耗
电火花加工中降低工具电极损耗具有重大意义, 一直是人们努力追求的目标。
要降低工具电极损耗必须充分利用极性效应、吸 附效应、传热效应等,这些效应又相互影响, 综合作用,具体如下: 1、正确选择极性和脉宽 一般,短脉宽精加工时采用正极性加工,长脉宽 粗加工时采用负极性加工。
第二章
电火花加工
电火花加工(我国)又称为放电加工(日、美、 英)或电蚀加工(俄罗斯) 第一节 电火花加工的基本原理及其分类 一、电火花加工原理及设备组成: 电火花加工原理: 基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的 电腐蚀现象来蚀除多余金属,以达到对零件的尺 寸、形状及表面质量预定的加工要求。 电火花腐蚀的主要原因:
三、电火花加工工艺方法分类:
按工具电极和工件相对运动的方式和用 途的不同分类。前五类属电火花成形、尺寸 加工,后者属于表面加工方法,用于改善或 改变零件表面性质。
见表2-1
第二节 电火花加工的机理
第二章 电火花加工
2.2电火花加工的机理
• 3热膨胀:
–放电通道中电子和离子高速运动时相互碰撞, 动能转化成热能,在两极之间沿通道形成一 个高达1000~1200℃的瞬时高温热源,在热 源作用区的电极和工件表面金属会很快熔化, 甚至气化 –周围的工作液除一部分气化外,另一部分被 高温分解为游离的碳黑和H2、C2H2 、C2H4、 CnH2n等气体(使工作液变黑,在极间冒出小 气泡)
•脉冲电源参数:
–脉冲宽度ti :放电延续时间,ti应小于0.001s,以使放电气化产
生的热量不会传导扩散到其它部位,只是在极小范围内使金属局部 熔化,直至气化
–脉冲间隔t0 :相邻脉冲之间的间隙时间,使放电介质有足够的时
间恢复绝缘状态(称为消电离)
–脉冲周期T=ti+t0; –峰值电压:工件和电极间隙开路时电极间的最高电压ui –峰值电流:工件和电极间隙火花放电时脉冲电流瞬间的最大值i
–电极材料不必比工件材料硬,不存在机械加工时由于刀具 硬度而无法加工的问题
• 4)直接利用电能、热能进行加工,便于实现加工过 程自动控制 • 5)只能加工导电材料 • 6)加工速度慢 • 7)电极有损耗
四、电火花加工方法分类
• 表2-1
2.2电火花加工的机理
• 包括:电离、放电、热膨胀、抛出金属和 消电离等几个连续的阶段
–煤油工作液,为避免起火可采用燃点较高的机油或煤油 与机油的混合物 –水基工作液,可大幅度提高粗加工效率
三、电火花成型加工的特点及应用
• 1)可加工用机械加工方法难于或无法加工的材料
–如淬火钢、硬质合金钢、耐热合金钢等
• 2)可加工小孔、深孔、窄缝零件
电火花加工原理
3、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介 质中进行,绝缘强度为103~107Ω.cm, 例如:煤油、皂化液或去离子水等。 电火花加工必须有循环过滤系统
以上这些问题的综 合解决,是通过电 火花加工系统来实 现的:
二、电火花加工的特点及其应用
1、主要优点: (1)适合任何难切削材料的加工 (2)可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 2、电火花加工的局限性: (1)主要用于加工金属等导电材料,但在一 定条件下也可以加工半导体和非导体材料 (2)一般加工速度较慢 (3)存在电极损耗
注意:
1、极性效应越明显越好,在电ห้องสมุดไป่ตู้花加工过程中必须 充分利用,电火花加工一般都采用单向脉冲电源。 2、极性效应是一个较为复杂的问题,影响极性效应 的因素有:脉宽、脉间、脉冲峰值电流、放电电 压、工作液及电极对材料等。为了充分利用极性 效应,应合理选择工具电极的材料,选用最佳的 电参数、正确的选用极性。
应用:(电火花成形加工目前主要采用油类工作液)
粗加工时,使用粘度大、介电性能 好的材料。如:机油(另外,机 油的燃点较高,在大能量加工时 着火燃烧的可能性小) 中、精加工时,一般使用粘度小, 流动性好,渗透性好的煤油作为 工作液。
讨论:
(1)油类工作液的缺点:有味、容易燃 烧,加工时容易产生烟气 (2)奋斗目标:寻找一种无色无味、不 然烧、流动性好、不产生碳黑、价廉 (3)最新研究成果:水基工作液(在水 中加入各种添加剂),在粗加工时的加 工速度可大大高于煤油,甚至高于切削 加工,但在大面积精加工中还不能代替 煤油。
产生极性效应的原因(笼统解释):
在火花放电过程中,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的作用,在 两极表面所分配到的能量不一样,因而熔化、 气化抛出的电蚀量也不一样。
第二章 电火花加工
液体介质瞬时气化并急速扩展,产生强烈的 冲击波向四周传播。
二、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨 胀
极间介质电离击穿,形成放电通道后,脉冲 电源使通道间的电子高速奔向正极,正离子 奔向负极。电能变动能,动能通过碰撞又变 为热能,于是在通道内,正极和负极表面分 别形成瞬时热源,分别达到5000°以上高温。 通道高温首先把液体介质气化成小气泡和游 离碳等。正负极表面除把介质气化外,也使
四、极间介质的消电离
随着脉冲电压的结束,脉冲电流也迅速降为零
但此后仍有一段时间,使极间介质消电离, 即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子, 恢复间隙介质的绝缘强度,以免总是重复再 同一处放电而导致电弧放电,这样可以保证 按两极间相对最近处或电阻最小处形成下一 个放电通道。
看下面图示和动画可以帮助大家理解这一过 程。
提高脉冲频率
增加单个脉冲能量
增加脉冲宽度,减小间隔。
3:金属材料热学常数对电蚀量的影响 热学常数是指:熔点、沸点、热导率、比 容热、熔化热、汽化热等
第二章 电火花加工
第一节:电火花加工的基本原理及其分类 一:电火花加工的原理和设备组成 1:电火花加工的原理 电火花加工的原理是基于工具和工件(正负
电极)之间脉冲放电时的电腐蚀现象来蚀除多 余的金属,以达到对零件的尺寸、形状及表面 质量预定的加工要求。看下面的视频动画可帮 助大家了解。
电火花加工原理及装置示意
生碰撞电离,又形成带负电的粒子和带正电的 粒子,从而导致带电粒子雪崩式增加,使介质 击穿而形成放电通道。
从雪崩电离开始,到建立放电通道的过程非常 迅速,一般为0.1us,间隙电阻从绝缘状况迅 速降低到几分之一欧姆,间隙电流上升到最大 值(几安到几百安)。
放电通道是由正离子、负离子及中性粒子组成 的等离子体。带电粒子高速运动相互碰撞,产 生大量的热,使通道温度相当高,通道中心温 度可高达10000°以上。通道内的瞬时高温又 产生瞬时高压,高温高压的放电通道将附近的
电火花安全操作规程(4篇)
电火花安全操作规程第一章总则第一条为了保证电火花的安全操作,防止事故发生,特制定本规程。
第二条本规程适用于使用电火花的工作场所,包括但不限于车间、工厂、实验室等。
第三条电火花操作人员应具备相关工作经验和操作证书,经过培训并具备安全意识。
第四条在进行电火花操作前,必须进行检查并确认设备状态正常,确保操作环境安全。
第五条电火花操作必须按照国家相关标准和规定进行,严禁擅自改变操作程序和参数。
第二章电火花操作规程第六条电火花操作人员必须穿戴合适的防护装备,包括防火服、防爆镇静衣、耐压安全鞋等。
第七条在进行电火花操作前,必须进行设备的预热和预冷,避免过热或过冷导致爆炸等危险。
第八条电火花操作人员必须对操作设备进行良好的维护保养,及时修复损坏或故障的设备。
第九条电火花操作过程中,应保持操作区域的清洁,防止杂物和可燃物进入操作区域。
第十条电火花操作人员必须掌握电火花的工作原理和相关知识,熟悉操作流程和规程。
第十一条在进行高温电火花操作时,必须使用专用的高温保护措施,避免烧伤等事故。
第十二条在电火花操作过程中,严禁离开操作设备,必须全程监控设备运行情况。
第十三条在电火花操作过程中,如遇到设备异常或有风险预警,必须立即停止操作并报告。
第十四条在电火花操作完成后,必须及时清理操作区域,保持设备干净整洁。
第三章电火花应急处理第十五条在电火花操作中,如发生火灾或爆炸等紧急情况,必须立即启动应急处理程序。
第十六条发现火灾时,应迅速采取灭火措施,并报警求助,确保人员安全和设备不受损。
第十七条在应急处理过程中,必须积极配合消防人员进行疏散和救援工作。
第十八条在电火花操作中,如有人员受伤,必须立即停止操作,并进行相应的急救处理。
第十九条在电火花操作结束后,必须进行事故调查和分析,提出改进措施,防止类似事故再次发生。
第四章违规处罚第二十条电火花操作人员如违反本规程,经通报或检查核实,视情节轻重给予相应的处罚。
第二十一条违规行为包括但不限于:擅自修改操作程序和参数、不穿戴防护装备、放松对设备维护保养等。
第2章 电火花加工
提高生产率(蚀除量)的方法
qa=KaWM f t
提高频率 f :但 f 过大时,排屑、消电离差,加 工不稳定 增加单个脉冲能量Wm :但过大时,一次蚀除量 过大,Ra 变大 减小脉间t0:但过小,电弧放电 提高工艺系数Ka 、 Kc : 工作液、脉冲参数、电 极材料
金属材料热学常数对电蚀量的影响(1)
V vw (mm 3 /min) t
2.3.2 电火花加工的速度和工具损耗速度
2. 工具的相对损耗速度 损耗速度:单位时间内工具的电蚀量 相对损耗: v
E
vW
100%
vE为工具损耗速度;vW为加工速度。 若工具损耗速度和加工速度均以mm3/min计算, 则为体积相对损耗;若以g/min为单位计算,则 为质量相对损耗。
热学常数:指熔点、比热容、熔化热、沸点(气化点) 、气 化热、热导率等。
1. 金属材料的比热容:使局部金属材料温度升高直至达到熔 点,而每克金属材料升高1°C所需之热量。
2. 金属的熔化热:每熔化1g材料所需之热量。
3. 熔融金属的比热容:使熔化的金属液体继续升温至沸点, 每克金属液体升高1°C所需之热量。
去离子水(冷却)
发展:水基工作液(环保)
其他因素对电蚀量的影响
加工过程的稳定性
不稳定时,影响正常放电,有效脉冲利用率下降
影响稳定性的因素
电蚀物不能及时排出
过小(过热→ 形成电弧) 电极材料 钢对钢不稳定 铜对钢稳定
深沟、复杂曲面、加工速度低(结炭拉弧)、加工面
2.3.2 电火花加工的速度和工具损耗速度
降低工具电极损耗的方法
利用极性效应 利用吸附效应(碳黑膜) 利用传热效应
优选电极材料(导热性好、熔点高)
习题答案-第2章 电火花加工
答:电火花加工时工具电极和工件间并不接触,火花放电时需通过自动调节系统保持
一定的放电间隙,而车、钻、磨削时是接触加工,靠切削力把多余的金属除去,因此进给系 统是刚性的、等速的,一般不需要自动调节。
负极性加工后的图形见图 c,正极工具损耗较小。具体数据请自行在图中标明,并与书中工 艺曲线图表进行对照比较。
Cu
Cu
-
+
Fe
Fe
+
-
Ф
a)
b)
c)
图 2-1
7.电火花加工一个纪念章浅型腔花纹模具,设花纹模电极的面积为 10mm×20mm=200mm2,花纹的深度为 0.8mm,要求加工出模具的深度为 1mm, 表面粗糙度为Ra=0.63µm,分粗、中、精三次加工,试选择每次的加工极性、电 规准脉宽t1、峰值电流ie、加工余量及加工时间,并列成一表(提示:用电火花 加工工艺参数曲线图表来计算)。
υw
υdA
A
S /µm
0
100
ue /V
6.在电火花加工机床上用φ10mm的纯铜杆加工φ10mm的铁杆,加工时两 杆的中心线偏距 5mm,选用t1=200µs,i=5.4A,各用正极性和负极性加工 10min, 试画出加工后两杆的形状、尺寸,电极侧面间隙大小和表面粗糙度值(提示:利
用电火花加工工艺参数曲线图表来测算)。 答:加工示意图见图 2-1a。设先用正极性加工,加工后的图形见图 b,负极损耗较大;
4.电火花共轭同步回转加工和电火花磨削在原理上有何不同?工具电极和 工件上的瞬间放电点之间有无相对移动?加工内螺纹时为什么不会“乱扣”?用 铜螺杆做工具电极,在内孔中用平动法加工内螺纹,在原理上和共轭同步回转法 有何异同?
第二章 电火花加工
第二章 电火花加工
六、电火花加工的工艺类型
按照工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同,大致可
以分为以下几种:
电火花穿孔成型加工
工 电火花线切割
艺 电火花内外圆和成型磨削
类 电火花同步共轭回转加工
型
电火花高速小孔加工
电火花表面强化和刻字
第二章 电火花加工
§2-2 电火花加工的机理
火花放电时,电极表面的金属材料究竟是怎样被 蚀除的,这一微观的物理过程即所谓电火花加工的机 理,也就是电火花加工的物理本质。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、电极材料溶化、气化热 膨胀;电极材料的抛出;极间介质的消电离。
3、基本条件
3)火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行, 如:煤油、皂化液等。液体介质称工作液,它们必须 具有较高的绝缘强度,以利于产生脉冲性的火花放电。
第二章 电火花加工
二、设备基本组成
第二章 电火花加工
三、电火花加工的特点
1. 脉冲放电的能量密度高,便于加工用普通的机械加工方法难于 加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件,不受材料硬度 影响不受热处理状况影响。
§2-3 电火花加工中的一些基本规律
一、影响材料放电腐蚀的主要因素:
1、极性效应 在电火花加工过程中,无论是正极还是负极,都会受到
不同程度的电蚀。即使是相同材料,例如钢加工钢,正、 负电极的电蚀量也是不同的。这种单纯由于正、负极性不 同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。如果两圾材 料不同,则极性效应更加复杂。在生产中,我国通常把工 件接脉冲电源的正极(工具电极接负极)时,称“正圾性” 加工;反之,工件按脉冲电源的负极(工具电极接正极)时, 称“负极性”加工、又称“反极性”加工。
第二章 电火花加工
23
第二章 电火花加工
电压 / V
^ ui
ti tp
电射 / A 空空
to td te ti to
电加 / µs
电电
电电
粗过电电
短短
ie
^
is
电加 / µs
图2 脉冲参数与脉冲电压、电流波形
24
第二章 电火花加工 4.脉冲间隔to(μs) 脉冲间隔简称脉间或间隔(也常用OFF、TOFF表示), 它是两个电压脉冲之间的间隔时间(如图3-2所示)。间隔时 间过短,放电间隙来不及消电离和恢复绝缘,容易产生电 弧放电,烧伤电极和工件;脉间选得过长,将降低加工生 产率。加工面积、加工深度较大时,脉间也应稍大。 5.放电时间(电流脉宽)te(μs) 放电时间是工作液介质击穿后放电间隙中流过放电电 流的时间,即电流脉宽,它比电压脉宽稍小 电流脉宽, 电流脉宽 它比电压脉宽稍小,二者相差一 个击穿延时td。脉冲宽度ti和电流脉宽te对电火花加工的生 产率、表面粗糙度和电极损耗有很大影响,但实际起作用 的是电流脉宽te。
16
第二章 电火花加工
(4) 极间介质的消电离 极间介质的消电离(如图 (e)所示)。加工 液流入放电间隙,将电蚀产物及残余的热 量带走,并恢复绝缘状态。若电火花放电 过程中产生的电蚀产物来不及排除和扩散, 产生的热量将不能及时传出,使该处介质 局部过热,局部过热的工作液高温分解、 积炭,使加工无法继续进行,并烧坏电极。 因此,为了保证电火花加工过程的正常进 行,在两次放电之间必须有足够的时间间 隔让电蚀产物充分排出,恢复放电通道的 绝缘性,使工作液介质消电离。
14
第二章 电火花加工
(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图 (b)、(c) 所示)。液体介质被电离、击穿,形成放电通道 后,通道间带负电的粒子奔向正极,带正电的 粒子奔向负极,粒子间相互撞击,产生大量的 热能,使通道瞬间达到很高的温度。通道高温 首先使工作液汽化,进而气化,然后高温向四 周扩散,使两电极表面的金属材料开始熔化直 至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间 体积猛增,形成了爆炸的特性。所以在观察电 火花加工时,可以看到工件与工具电极间有冒 烟现象,并听到轻微的爆炸声。
第二章电火花加工2
改进:
适用范围:小功率的精微加工 简式电火花加工机床
三、晶体管式脉冲电源 晶体管式脉冲电源是利用功率晶体管作为 开关元件而获得单向脉冲的。 它具有脉冲频率高,脉冲参数容易调节、 脉冲波形好、易实现多回路加工和自适 应控制等自动化要求的优点。
在中小型脉冲电源中,都采用晶体管式脉 冲电源 以前,晶体管的功率都比较小,每管导通 时的电流常选在5A左右,因此,在晶体 管脉冲电源中,都采用多管分组并联输 出的方法来提高输出功率。 图2-13为自振式晶体管脉冲电源原理图
为了加大功率,和可调节粗、中、精加工归准, 整个功率级由几十个大功率高频晶体管分为 若干路并联,精加工只用其中一路或两路。 为了在放电间隙短路时不致损坏晶体管,每 只晶体管都串有限流电阻,并可以在各管之 间起均流作用。
五、各种派生脉冲电源 1、高低压复合脉冲电源 图2-14复合回路脉冲电源示意图
2)加工速度对表面粗糙度的影响 加工速度愈大,表面粗糙度愈差 对策:采用平动或摇动(工作台按一定轨迹做 微量移动)加工工艺可大为 改善。(慢) 提示:一般电火花加工到Ra2.5~0.63之后采 用其它研磨方法改善其表面粗糙度比较经 济 3)工件材料对加工表面粗糙度的影响 熔点高的材料容易得到好的表面粗糙度 (加工速度应适当下降)
四、电火花加工的表面质量
电火花加工的表面质量包括:表面粗糙度、 表面变质层、表面力学性能。 1、表面粗糙度 表示方法: 电火花加工表面粗糙度通常用微观平面度 的平均算术偏差Ra表示, 也有用平面度的最大高度值Rmax表示的
电火花加工中影响表面粗糙度的因素: 1)单个脉冲能量 实验得: Rmax=KR*te0.3*ie0.4 Rmax 实测的表面粗糙度 KR 常数 te 脉冲放电时间 ie 峰值电流
电火花加工详解
三、晶体管式脉冲电源:依靠功率电子元件,获得单项脉 冲
第三十二页,共57页。
四、各种派生电源
1、高低压复合电源
2、多回路脉冲电源:同时给多回路供电
3、等脉冲电源:脉冲电流宽度相等,保证粗糙度,提 高零件的加工精度。
4、高频分组脉冲和梳形波电源 5、自选加工规准电源 和 智能化、自适应控制电
2)杂质离子导电 当阴极表面电场强度达到100V/um左右时,产 生场致电子发射,阴极表面向阳极逸出电子;
在电场的作用下,负电子高速向阴极运动, 撞击介质中的分子或中性原子,形成带负 电的离子(主要是电子)和带正电的粒子 (正粒子),导致带电粒子雪崩是增多, 使介质击穿形成放电通道。
第十页,共57页。
第十七页,共57页。
2、电参数对电蚀量的影响
1)电参数的基本概念
电压脉冲宽度、电流脉冲宽度、脉冲间隙、脉冲频率、峰 值电流、峰值电压、极性
2)提高电蚀量和生产效率的途径
q a K a WMf t q c K c WMf t
qa—— 正极总蚀除量, qc—— 负极总蚀除量
第十八页,共57页。
第二章电火花加工
第一页,共57页。
3、电火花加工条件 1)经常保持一定的放电间隙
a 放电间隙大小与加工条件有关,一般为几微米 ~几 百位米;
b 间隙大:极间电压不能击穿介质,不会产生电火花; c 间隙小:断路,不能形成火花放电; d 需要工具电极自动调节,保持一定的放电间隙。
第二页,共57页。
2)瞬时脉冲放电(1~1000微秒)
WM
te u(t)i(t)dt
p
WM ie t e
提高电蚀量和生产效率的途径:
第二章 电火花加工
2.斜进法加工螺纹
斜进法——车削螺距较大的螺纹时, 粗车采用两轴同时进给的方法。 特点:单刃切削,车削中不易扎刀, 且可获得较小的表面粗糙度值。
螺纹切削进刀方式 ——斜进法
三、螺纹车削的注意事项
1. 一般切削螺纹时,从粗车到精车是按照同样的螺距进 行的。
即使很多次切削,工件圆周上的切削起点仍保持不变。
2. 指令功能
能加工圆柱螺纹、圆锥螺纹和平面螺纹。 G32指令加工圆柱螺纹的轨迹示意图中:
①→②为G00空刀快速进入。
②→③为G32加工螺纹。 ③→④退刀。 ④→①刀具返回。
G32轨迹示意图
·
3. 编程实例
要求运用G32指令编制螺纹的加工程序。
螺纹加工
(下一页续表)
续表
说明: (1)圆柱螺纹——X、U值可以省略,格式为:G32 Z(W) __ F__;。 端面螺纹——Z、W值可以省略,格式为:G32 F__;。 X(U)__
说明:X、Z:螺纹终点的绝对坐标值(U、W表示增量值)
2. 指令功能
G92是模态代码,该指令是用于 对切削内、外圆柱或圆锥螺纹的循 环指令。 G92螺纹循环可分为4步动作: 动作1——快速进刀; 动作2——螺纹切削; 动作3——退刀; 动作4——返回起点。 45°倒角:角距离在0.1L ~ 12.7P (P为螺距)之间指定,指定 单位为0.1P,由参数5130 号决定。
项目3
普通螺纹加工
在各种机电产品中,螺纹的应用十分广泛,如螺钉、螺 母、螺杆、丝杠等。 用途:它主要用于连接各种机件,也可用来传递运动和载 荷。 主要分类: 按螺纹的牙型——三角形、梯形、锯齿形、圆形等; 按螺纹的外廓形状——圆柱螺纹、圆锥螺纹。
电火花加工的原理与机制
电火花加工的原理与机制电火花加工,又称为放电加工或电火花蚀刻,是一种利用脉冲放电来蚀刻金属的方法。
它是一种非接触式的物理加工方法,可以在高难度、高难度材料上形成微小且精细的图案和纹理。
那么,电火花加工的原理和机制是什么呢?一、原理电火花加工是利用高压电瓷和技术高超的钨丝电火花切断技术来进行微小加工的方法。
其装置是由火花发生器、夹持电极、道具盘、机械送料装置、控制电路等部分组成。
在进行加工时,电极和工件之间通过电介质的介入,然后施加高压电在两个金属表面上放电,形成电火花,使表面物质得到加工或熔化。
经过一定的加工时间,在工件表面形成相应的微结构或图案。
电火花加工的原理是利用电极和工件之间的电放电来对工件表面进行加工。
两个金属表面之间的电容就是一个电子窝,当锌电极和锅工件一起被称为以上的电极;当电容上充满了电子的时候,电压降会逐渐提高到指定值,然后形成一个电晕,外部的空气中的氧化氮会转化为温度达到3000℃的等离子体,最终形成电火花。
电火花加工主要是通过管子放电的方式实现的。
电容两端的接口设有自动加压,电容会不断充电直到形成电晕为止。
此时,由于电容介质的特殊性质,电晕开始向电极间的空气中释放放电,即形成了电火花。
二、机制电火花加工是基于几种物理机制的相互作用而实现的加工方法。
主要有电热效应、化学效应、机械效应和热膨胀。
添加电极到工件上,加入电子的能量相互作用就会使得电极和工件表面分解成离子或分子。
因此,电火花加工过程中离子的加热虚化出现了化学反应、电化学反应、和电传输等等复杂动态行为。
以下是详细的介绍。
1. 电热效应在电火花加工过程中,放电电流通过电极与工件之间的电介质,从而激发出电磁场和电热场。
电磁场作用下,电子和阳离子在电场中不断碰撞。
这些碰撞产生的热能会引发金属的熔化和蒸发,并在轨道的边界形成熔池,并导致物质的去离子化。
这种振动的加热效应促使整个加工表面加热和熔化,同时进行化学反应。
2. 化学效应在一定的分子能级下,当分子受到电离能量时,在分解溢出够高的情况下,会发生电解或化学反应,这会导致气体变得透明,然后发生放电。
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2、电参数对电蚀量的影响
1)电参数的基本概念
电压脉冲宽度、电流脉冲宽度、脉冲间隙、脉冲频率、 峰值电流、峰值电压、极性
2)提高电蚀量和生产效率的途径
q a K a WM f t q c K c WM f t
qa—— 正极总蚀除量, qc—— 负极总蚀除量
18
WM u(t )i(t )dt
28
smax
二次放电
工具
电极损耗
加工斜度
smin
棱角变钝
图2-9
电火花加工时的加工斜度
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四、电火花加工的表面质量
1、表面质量的含义:表面粗糙度、表面变质层、表面力学性能 2、电火花加工表面粗糙度的影响
1)单个脉冲能量 2)工件材料的硬度:硬度高,好 3)工具电极表面粗糙度 4)加工面电极上抛出材料的因素 1)电子、正离子撞击的能量、热量不同; 2)电机材料的熔点、气化点不同; 3)脉冲宽度、脉冲电流的大小不同。 现在无法详细的计算。
四、极间介质的消电离
对应图中4~5段。 放电结束后,应有一段的时间间隔。作用: 1)使带电粒子符合为中性粒子,恢复放电通道间隙介质的绝缘强度。 2)电蚀物排出
15
第三节电火花加工中的一些基本规律
一、影响材料放电腐蚀的主要因素 1、极性效应
1)极性效应的概念: 单纯由于正、负电极不同,导致电蚀量不同 的现象 2)原因: 两极表面分配的能量不。 电子:轻,惯性小; 粒子:重,惯性大。 3)“正极性”加工:工件接正极。短脉冲加工,精加工 (小于10微秒); 4)“负极性”加工:工件解负极。长脉冲加工,粗加工 (大于80微妙)。
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四、各种派生电源 1、高低压复合电源 2、多回路脉冲电源:同时给多回路供电 3、等脉冲电源:脉冲电流宽度相等,保证粗糙 度,提高零件的加工精度。 4、高频分组脉冲和梳形波电源 5、自选加工规准电源 和 智能化、自适应控 制电源:1)查表方式;2)智能化自动控制
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第五节 电火花加工的自动进给调节系统
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第四节 电火花加工用脉冲电源
一、电火花脉冲电源的的要求
1、所产生的脉冲式单项的; 2、脉冲电压波形的前后沿应该陡 3、脉冲的主要参数应能在很宽的范围内调节; 4、可靠性高、成本低、寿命长、操作方便,节省电能
二、RC线路脉冲电源:充电回路、放电回路 三、晶体管式脉冲电源:依靠功率电子元件,获得 单项脉冲
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3、电火花加工条件 1)经常保持一定的放电间隙
a 放电间隙大小与加工条件有关,一般为几微米 ~几百位米; b 间隙大:极间电压不能击穿介质,不会产生电 火花; c 间隙小:断路,不能形成火花放电; d 需要工具电极自动调节,保持一定的放电间隙。
2
2)瞬时脉冲放电(1~1000微秒)
将每一次放电局限在很小的范围内 大:表面烧伤,无法用于加工
7
• • • • • • •
三、电火花加工工艺方法分类 1、电火花穿孔成形加工 2、线切割 3、内孔、外圆和成型磨削 4、电火花同步共轭回转 5、电火花高速小孔加工 6、电火花表面强化、刻字
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第二节电火花加工的机理
• 从大量的实验资料看来:电火花腐蚀的微观过程, 是:电场力、磁力、热力、流体动力、电化学、 胶体化学复合作用的结果。 • 这一过程,主要分为以下4个阶段 1、极间介质的电离、击穿,形成放电通道 2、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀 3、电极材料的抛出:二次爆炸飞溅 4、极间介质的消电离
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5、其它因素
1)加工过程的稳定性的影响 2)加工面积过小,电流大,使电蚀产物浓度过高,不能分 散转移,造成过热,形成电弧; 3)电极材料的影响:钢电极加工钢时,不稳定; 4)电蚀材料抛出速度的影响: 抛出速度太高,冲击另一电 极表面,加大蚀除量;抛出速度较低时,喷射到另一电极 表面,起保护作用。
E / W 100%
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(2)减少工具电极的措施: 1)正确的选择极性和脉宽(图2-8)
短脉冲、精加工,采用正极加工; 长脉冲、粗加工,采用负极加工;
2)利用吸附效应
吸附效应的形成:煤油等碳氢工作液,放电过程产生碳、 形成碳化物微粒(胶团),带负电,吸附在正极,高 温下形成碳黑膜,保护层。 要利用碳黑膜的保护作用,必须采用负极加工; 为了保持合适的温度场和吸附碳黑的时间,适当增加脉 宽是有利的。 控制冲、抽油压力。
3、表面变质层
1)熔化凝固层:结合不牢固的淬火铸造组织 2)热影响层:形成淬火区 3)显微裂纹:影响因素3个,P22
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4、表面力学性能
1)显微硬度及耐磨性:硬度高、耐磨性好,结合层不牢 固。 2)残余应力:表面质量要求较高时,避免用较大的加工 规准 3)耐疲劳性能:显微裂纹的存在,耐疲劳性能比机械加 工表面低许多倍。采用回火处理、喷丸处理
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一、极间介质的电离、击穿,形成放电通道
(1)0~1和1~2段:工具电极与 工件间加电压到约80V; 电场强度与电压正比,与距离反比; 电场强度不均匀:1)微观凹凸 2)杂质离子导电 当阴极表面电场强度达到100V/um左 右时,产生场致电子发射,阴极表面 向阳极逸出电子; 在电场的作用下,负电子高速向阴极 运动,撞击介质中的分子或中性原子, 形成带负电的离子(主要是电子)和 带正电的粒子(正粒子),导致带电 粒子雪崩是增多,使介质击穿形成放 电通道。
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二、电火花加工 的加工速度和工具损耗速度
1、提高电火花加工速度的措施
1)提高脉冲频率。过短的不利影响P17 2)增加单个脉冲能量 好处: 不利影响: 3)提高工艺系数K 措施:合理选用电极材料; 合理选用电参数; 合理选用工作液。
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2、工具相对损耗
(1)衡量工具电极是否耐用的标准: 相对损耗:
6
电火花加工,主要用来解决难加工材料、复杂 形状零件加工问题 3 用电火花方法加工,材料的可加工性: 取决于被加工材料的导电性及其热学特性,而几 乎与其力学性能(硬度、强度无关) 材料的热学特性:熔点、沸点、比热容、导电率。 材料的导电特性:电阻率等 4电火花加工电极常用材料 纯铜(俗称紫铜)、石墨
ui
ti
脉冲峰值电压或空 载电压 脉冲宽度 脉冲间隙 脉冲周期
t0
tp
脉冲电源电压波形
3
3)在具有一定绝缘性能的液体介质中进行 电火花加工对工作液的要求及作用:
1、绝缘性能好,有利于产生脉冲式的电火花; 2、将碎屑从放电间隙中排掉; 3、冷却作用。
4
电火花加工原理示意图
5
二、电火花加工的特点及其应用 1、主要优点 (1)适合于任何难切削加工材料:金刚石、立方氮 化硼 (2)可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 没有宏观的切削力,加工低刚性零件; 将电极形状复制。 2、局限性 (1)导电材料 (2)加工速度慢:切削大部分金属,电火花精加工 (3)存在电极损耗:在尖角处,影响成型精度
Vw:工件蚀除速 度;
Vd:工具电极进 给速度
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dA (5 ~ 15) dB
Vd0=200~300mm/min
放电间隙小时, 电蚀产物难以排 出,火花放电率 减小,工具电极 蚀除速度小;放 电间隙大时,工 具电极蚀除速度 大,到达最佳间 隙B点后,蚀除速 度下降。
第二章 电火花加工
• 电火花加工的基本概念: 要点:脉冲性电火花、局部瞬时放电、高温将金属蚀除
第一节 电火花加工的基本原理及其分类 一、电火花加工的原理和设备组成
1、电火花加工的原理:基于工具和工件之间脉冲性火花 放电,电腐蚀多余金属,达到对零件尺寸、形状及表面 质量预定的加工。 2、电火花腐蚀的原因:火花放电时,火花通道中瞬时产 生大量的热,温度很高,足以将金属材料局部熔化、气 化而蚀除,形成凹坑。
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(2)放电通道形成,间隙电阻在0.1um时间内,电阻从绝缘状态降低到 几分之一欧姆,间隙电流迅速上升到最大(几安~几百安);间隙电 压则有击穿电压迅速下降到维持电压(一般25V)。图中2~3段; (3)放电通道由带电正粒子、带电负离子及中性粒子(原子或分子)组 成“等离子体”,带电粒子高速运动,相互碰撞,产生大量的热,通 道中心温度可达10000度以上; 高压的形成:1)放电时电流产生的磁场,磁场反过来对电子流产生 向心的磁压缩效应; 2)周围介质惯性动力压所作用。 高温高压形成的初始压力可达数十兆帕。 (4)高温高压的放电通道,以及随后瞬时气化形成的气体(以后发展为 气泡),急速扩展,产生强烈的冲击波向四周传播。 放电过程中,同时伴随派生现象:热效应、电磁效应、光效应、声效应、 频率范围很窄的电磁波辐射、局部爆炸冲击波等。
p
te
WM ie t e
提高电蚀量和生产效率的途径: 1)提高脉冲频率; 2)提高单个脉冲能量,即:提高平均放电电流和脉宽; 3)减小脉间; 4)设法提高工艺系数。 但任何事物都是两方面的:脉冲间隔短——电弧,单个脉冲 能量增加——降低表面粗糙度。
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3、金属材料热学常数对电蚀量的影响
(1)热学常数的基本概念 熔点、沸点(气化点)、热导率、比热容、熔化热、气化热 等。(解释,P15) (2)金属材料热学常数对电蚀量的影响 1)熔点、沸点(气化点)、比热容、熔化热、气化热的 影响; 2)热导率的影响 3)脉冲幅值/脉宽的影响: 脉冲电流幅值小,脉宽越长,散失的热量越多; 脉冲电流幅值大,脉宽越短,热量过于集中来不及扩散, 致使抛出的金属部分比例增大,多好用气化热
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3)利用热传效应
电流增长率不要太高。电流增长率太高时,热冲击作用 下,工具电极易裂。 采用宽脉冲、小电流加工。
4)合理选用电极材料
熔点沸点高材料:钨、钼; 铜;导热性能好 石墨;热性能好,粗加工时补偿电极 复合材料:铜碳、铜钨、银钨等,导热好,熔点高。
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三、影响加工精度的因素
1、放电间隙的大小及其一致性;