电火花加工小孔的技术研究

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
执行环节:是工具电极进给的动力源。根据控制信号的大小适时控制放电间隙, 实行自动进给和调节任务,保证电火花加工的正常进行。 3.3 机床主体
电火花小孔加工机床本体主要由床身、立柱、工作台、主轴头等部分组成。 其作用主要是支承、固定工件和工具电极,调整工件与电极的相对位置,实现工 具电极的进给运动;保证放电加工正常进行,满足被加工零件的精度、粗糙度和 加工速度等技术指标。为此,要求机床精度高,热变形小,刚性好,承载能力大, 主轴灵敏度高,结构合理,操作方便,附件齐全等[3]。 3.4 工作液系统
电火花小孔加工中产生出大量的电蚀产物,如果不及时排除,随着电火花小 孔加工的继续进行,电蚀产物愈来愈多,充塞在电极间或粘附在电极上,会导致 和电极或工件产生二次放电。这就破坏了电蚀过程的稳定性和降低蚀除速度,增 加电极损耗,使加工精度和表面质量恶化。电火花小孔加工中,常常采用工作液 强迫循环方法去除电蚀产物,即工作液经高压泵加压后,将电蚀产物冲走[3]。 3.5 加工设备与参数的选择 3.5.1 加工介质选择[9]
6
3.2 自动控制系统 电火花小孔加工时,工具与工件不断被腐蚀,间隙将不断扩大。为使加工继
续进行,必须使工具电极及时向工件靠拢,始终保持所需要的最佳放电间隙,否 则放电过程势必由于间隙过大而停止。而间隙过小又引起电弧放电或短路。恒定 的间隙靠自动调节系统实现。该系统的作用就是在加工过程中使工具逐步进给, 保持间隙不大不小,维持在一个合理的放电间隙范围内。自动调节系统的种类繁 多,但其基本部分都是由测量环节、比较坏节、放大环节和执行环节等组成。如 图 3.2 所示[8]。
二、加工原理及方法
1. 电火花加工原理
图 2.1 电火花加工原理 1-工件;2-脉冲电源;3-自动进给调节装置;4-工具;5-工作液;6-过滤器;7-工作
液泵
如图 2.1 所示,工件 1 和工具 4 分别与脉冲电源 2 的两输入端相连接。自 动进给调节装置 3(此处为电动机及丝杠螺母机构)使工具和工件经常保持一 个很小的放电间隙,当脉冲电压加到两极之间时,便在当时条件下相对某一间 隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质,在该局部产生火花放电,瞬时高温时工 具和工件表面都蚀除掉一小部分金属,各自形成一个小凹坑,如图 2.2 所示。 其中 2.2(a)是单个脉冲放电后的电蚀坑,图 2.2(b)是多次脉冲放电后的电 极表面。脉冲放电结束后,经过一段间隔时间,使工作液恢复绝缘后第二个脉 冲电压又加到两极上,又会在当时机间距离相对最近处或绝缘强度最弱处击穿
电火花小孔加工是在液体介质中进行的,因此,介质液体被称为工作液。电 火花小孔加工对工作液的基本要求是:有较高的绝缘性能;较好的流动性能和渗 透能力,能进入窄小的放电空隙;能冷却电极和工件表面,把电蚀产物冷凝、扩
7
散到放电间隙之外。此外,还应该对人体及设备无害、安全和价格低廉,而水除 满足以上要求外,还具有流动性好、散热性好,不易起弧,不燃、无味和价格低 廉等优点,因此,电火花小孔加工中,一般用水作为工作液介质[3]。
3
放电,又电蚀出一个小凹坑。这样以相当高的频率,连续不断地重复放电,工 具电极不断地向工件进给,就可以将工具的形状反向复制在工件上,加工出所 需要的零件,整个加工表面是由无数个小凹坑所组成的[2]。
图 2.2(a)
图 2.2(b)
各阶段详细介绍[4] (1) 电离 由于工件和电极表面存在着微观的凹凸不平,在两者相距最近的点上
电蚀产物在孔底难以排出。随着加工的进行,放电间隙的电蚀产物浓度越来越高, 容易在间隙中搭桥,造成短路,使加工不稳定,而且二次放电的几率越来越高。 这些不仅使生产率下降,还使得加工质量受到很大影响,如加工的孔存在严重的 喇叭口等。因此采用一般的电火花加工方法加工小孔,不仅效率低,质量差,而 且加工深度受到一定的限制,一般深径比不大于 20。严重阻碍了该加工方法在 深小孔加工方面的应用,目前该方法在深小孔加工中的比例小于 5%。同时,小 孔电火花加工由于电极截面积小,容易变形,不易散热,排屑又困难,因此电极 损耗大[5]。
电火花加工通常用煤油作加工介质,但在加工小孔时,采用纯水作加工介质 有着独特的效果,其优点为:
(l)使用纯水时,火花间隙的产物只有被加工物和工具电极损耗的微粒,而用 煤油作为介质时,由于热作用,煤油本身还析出大量的碳化物微粒,并把其它两 种蚀除微粒聚集起来,形成较大的微粒团,使得排出困难,并造成放电拉弧,烧 伤,使加工不能继续进行,特别是在排屑条件较差的微细深孔加工中更加明显。
为了改善电火花小孔加工过程中的排屑,以提高加工效率和加工质量,在普 通电火花小孔加工的基础上,又发展起来了超声波电火花复合小孔加工、高速电 火花小孔加工和微细电火花加工等新的电火花小孔加工工艺。这里采用超声波电 火花复合小孔加工。为了减少电极变形,应选用刚度强的的材料。超声波电火花 复合小孔加工是指在电火花加工中,将超声波振动加在工具电极上,使工具电极 端面在伺服进给的同时作超声振动,使小孔加工中的排屑状况得到改善,以提高 加工的稳定性和生产率[6]。
成绩:
《现代制造技术基础》课程报告
电火花加工小孔的技术研究
The research of the small holes’ EDM machining
学 院 精仪学院
专 业 测控技术与仪器
年级
2012
班级
一班
姓 名 王一霖
学 号 3012210020
2015 年 6 月 7 日
电火花加工小孔的技术研究
电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学反应原理而对金属 材料进行成型加工的一种工艺方法。具有生产率高,工具理论上无损耗的特点, 且无切削力,使得加工结束时工件表面没有毛刺。但是由于加工间隙较大,使得 加工精度不高,限制了电解加工用于加工小孔[3]。
激光加工小孔是利用高能量密度的激光作为热源,使被加工材料在被加工点 产生局部的瞬时高温,成为熔融或气化状态而去除材料的。不存在工具损耗,易 于实现自动化控制,适合加工深而细的孔,但由于加工出的孔表面粗糙度大,圆 度不好,且设备价格昂贵,限制了激光加工小孔的应用[3]。
2
电子束加工是利用利用聚焦后,能量密度极高的电子束,以极高的速度冲击 到工件表面极小面积上,瞬间产生高温,引起材料瞬间融化汽化,被真空系统抽 走。适合加工小深孔,易于实现自动化控制,电子束小孔加工需要一套专用的设 备和真空系统,价格较贵,生产应用有一定局限性[3]。
电火花加工是靠火花放电产生的局部、瞬时高温把材料腐蚀去除下来的。由 于它是一种利用电热进行加工的方法,摆脱了机械加工中工具材料必须比工件材 料硬的约束,能以较软的工具加工较硬的工件,而且加工过程中切削力很小,对 电极的强度和刚度要求很低,所以非常适合小孔加工。从理论上讲,该方法可以 在任何硬度的导电材料上加工非常小的孔。目前,电火花加工已可以加工直径为 10μm 甚至更小的小孔[3]。
电场强度最大,会使附近的液体介质首先被电离为电子和正离子 (2) 放电 在电场作用下,电子高速奔向阳极,正离子奔向阴极,并产生火花放
电,形成放电通道。由于放电通道受放电时磁场力和周围液体介质的压 缩,其截面积极小 (3) 热膨胀 由于放电通道中电子和正离子高速运动时相互碰撞,产生大量热 能。阳极和阴极表面受高速电子和正离子流的撞击,其动能也转化为热 能。在热源作用区的电极和工件表面层金属会很快熔化,甚至气化。工作 液变黑,在极间冒出小气泡。因此,具有突然膨胀、爆炸的特性(可听到噼 啪声)。 (4) 抛出金属 热膨胀具有的爆炸力将熔化和气化了的金属抛入附近的液体介质 中冷却,凝固成细小的圆球状颗粒,其直径因脉冲能量而异。如图 2.3 所 示。
三、 技术路线
5
超声发生器
变幅杆
换能器
供液系统
工具电极
脉冲电级
工件
图 3.1 超声波电火花复合加工小孔原理图
超声波电火花复合加工小孔设备一般由脉冲电源、自动控制系统、机床 本体、工作液系统、超声波产生传输系统等五部分组成。如图 3.5 所示。 3.1 脉冲电源
电火花加工脉冲电源,即电脉冲发生器。它可把工频正弦交流电或直流电流 转变成具有一定频率的脉冲电流,以提供电火花加工所需的放电能量。其性能直 接影响加工速度、加工精度、表面粗糙度、稳定性和工具电极损耗等项工艺指标。 为满足工艺要求,脉冲电源应具备以下条件[7]:
预给值
测量环节
比较环节
放大环节Fra Baidu bibliotek
执行环节
放电间隙
图 3.2 自动控制系统框图
测量环节:检测加工过程中放电间隙的大小及变化,通过电参数的变化反映间 隙状态,最后通过比较环节加以调整。
比较环节:把从测量环节得来的信号和给定值比较,以信号差值去控制加工过 程。
放大环节:把经过测量比较得到的信号差值加以放大,使之具有一定的功率以 控制和带动执行环节。
超声波加工是利用超声频振动的工具端面,通过磨料悬浮液去加工材料的一 种工艺方法。适合在硬脆材料上打孔,比电火花加工精度高,表面粗糙度也更好, 机床不需要复杂以及高强度的运动,使得超声波加工机床构造简单,操作方便。 由于加工工具很细,工具的制造和装夹困难,在金属上加工小孔时很慢,这就在 一定程度上限制了超声打小孔的应用。目前国内超声打小孔机床还未普遍使用, 仅在一些电火花、电解加工无法加工的材料上打小孔时,才选用超声加工小孔工 艺[3]。
2. 小孔加工要求 小孔加工是电火花穿孔成型加工的一种应用,因此小孔加工的特点及要求是: (1) 加工面积小,深度大,直径一般为∅0.1~∅3mm,深径比达 20 以上。 (2) 小孔加工多为盲孔加工,应利于排屑。 (3) 应保证一定的表面粗糙度以及圆度要求。
3. 难点分析 由于加工小孔时工具电极截面积小,可用的加工电规准小,爆炸力弱,使得
(1) 根据加工对象不同,要有一定的脉冲放电能量,保证对工件材料进行放 电蚀除。尤其在粗加工时,要有较高的加工速度。
(2) 工具电极损耗要低,以保证加工精度,因此,脉冲波形应是单向的,无 负半波,最大限度地利用极性效应。
(3) 加工稳定性要好,在给定的脉冲参数条件下,能保持稳定。 (4) 脉冲电源线路应尽可能简单,脉冲参数调节简便。工作可靠,寿命长,
维修方便。 小孔电火花加工用的脉冲电源,采用 RC 线路脉冲电源有很大的优越性。线 路简单、成本低,单个脉冲能量可以做的很小,且瞬时放电的峰值电流较大,抛 出材料气化百分比和抛出力较大,可以得到较好的表面粗糙度和加工稳定性。用 晶体管脉冲电源时,脉宽应小于 10~5μs,峰值电流在 5~1A 之间,正极性加工。 虽然 电极损耗比较大,但对通孔而言,可以多进给一段距离进行修光。
一、 介绍
随着现代化工业的发展,在航天、航空、军工、机械、自动控制、化学纤维、 光电、仪器仪表等行业的一些尖端制品和新产品中,微、小孔及微细深孔的应用 日趋广泛,例如,喷油嘴、飞机机翼、自控元件、过滤器、喷丝板、汽化器、印 刷电路板、钟表元件以及打印机打印头等。在工艺上,小孔的加工被认为是最困 难的加工之一,国内外一直十分关注,并始终都在探索中[1]。目前,国内外对于 难于加工材料上的小孔加工主要采用特种加工的方法。这些小孔的特种加工方法 主要包括电火花加工、电解加工、激光加工、超声波加工、电子束加工等[3]。
王一霖 (精仪学院,测控一班,3012210020)
摘要:小孔的加工一直都被认为是最困难的加工之一,国内外十分关注,并始终 都在探索中。随着科学技术的发展,对小孔加工的要求越来越高,难度越来越大, 人们在小孔的加工中,采用了各种各样的特种加工的方法,而电火花小孔加工是 行之有效的方法。本论文重点对电火花小孔加工、超声波小孔加工的加工机理和 加工工艺进行了研究,并对电火花小孔加工工艺进行了试验研究,在此基础上, 分析了影响电火花小孔加工工艺的因素,为进行下一步研究提出了设想。
4
图 2.3 放电状况微观图 1—阳极;2—阳极气化、熔化区;3 一熔化的金属微粒;4—工作介质 5—凝固的金属微粒;6—阴极气化、熔化区;7—阴极;8—气泡;9—放电通道
(5) 消电离 使放电区的带电粒子复合为中性粒子的过程。在一次脉冲放电后应 有一段时间间隔,使间隙内的介质消电离而恢复绝缘强度,以实现下一次 脉冲击穿放电。
相关文档
最新文档