第二章电火花加工h资料

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1、1,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。,2,3、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

2、； d 需要工具电极自动调节，保持一定的放电间隙。,3,脉冲峰值电压或空载电压,脉冲宽度,脉冲间隙,脉冲周期,脉冲电源电压波形,2）瞬时脉冲放电（11000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,4,3）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。,5,电火花加工原理示意图,6,二、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

3、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,7,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 电火花加工电极常用材料 纯铜（俗称紫铜）、石墨,8,三、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,

4、9,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 、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：二次爆炸飞溅 、极间介质的消电离,10,一、极间介质的电离、击穿，形成放电通道,（1）和段：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

5、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。,11,（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23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。

6、 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。,12,二、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀,1、放电通道中的高温，首先把工作液介质气化，进而进行热分解气化。 2、正负极表面的高温，除使工作液气化、热分解气化外，也使金属材料熔化、直至沸腾气化。 3、气化后的工作液和金属蒸气，瞬时体积猛增，迅速热膨胀，爆炸。 4、热膨胀、局部爆炸，使熔化、气化了的电极材料抛出、蚀除。 对应于图中34

7、段，此时80V降为25V维持电压。,13,三 电极材料的抛出,14,1、电极材料的抛出 1）放电点瞬时高温、热膨胀，产生很高的瞬时压力； 2）通道中心压力最高，使气化了的气体不断向外膨胀，形成气泡； 3）气泡上下内外压力不相等，压力高处熔融的金属液体和蒸气，被抛出，进入工作液。 2、二次抛出现象 放电结束后，气泡温度不再继续上升， 但惯性力使其不断扩展，甚至低于大气压，形成局部真空； 低压下，熔融的金属及其蒸汽再次沸腾，抛出。 3、电极的保护作用 气化了的金属，在抛离电极时，四处飞溅，有一小部分镀覆在对面的电极表面，用来补偿工具电极的消耗。 4、单个脉冲电痕的组成 凝固层、热影响层、材料基体,

8、15,5、影响正、负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45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,16,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

9、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）。,17,5）特例 工作液中游离出来的碳微粒子，形成碳黑膜（碳黑膜一般带负电），减小电极损耗。 例1：纯铜电极加工钢： 脉宽小于8微妙时，通常采用正极加工；采用分组脉冲时，却采用负极加工。 例2：脉宽不变，脉间的影响：正、负加工可变。p14 6）影响极性效应的因素 脉宽、脉间、脉冲峰值电流、放电电压、工作液、电极对材料 7）极性效应越显著越好 8）降低工具电极损耗的措施（P14） 工具电极材料、电极对材料、电参数、选择极性,18,2、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

10、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,qa 正极总蚀除量， qc 负极总蚀除量,19,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。,20,3、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

11、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,21,问题：1、材料已定的情况下，影响最大蚀除量因素？ 2、通过2-7图，如何理解材料对的概念？,22,4、工作液对电蚀量的影响 （1）工作液的作用 1）形成火花放电通道；放电结束后，迅速恢复绝缘 2）对放电通道有压缩作用 3）帮助电蚀产物的抛出和排除 4）对工具和工件的冷却作用 （2）工作液粘度的影响 （1）粘度大时： （2）粘度小时： 粗加工时，选用粘度大的工作液； 精加工时，选用粘度小的工作液。 水基工作液：,23,

12、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。,24,二、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。,25,2、工具相对损耗 （1）衡量工具电极是否耐用的标准： 相对

13、损耗：,26,（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。,27,3）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

14、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。,28,三、影响加工精度的因素,1、放电间隙的大小及其一致性； 放电间隙稳定时，可通过修正电极尺寸，获得高的加工精度。 为了减小加工误差，采用较小的电规，缩小放电间隙。 原因：棱角部位电厂强度分布不均，间隙越大，影响越大。 精加工单面间隙0.01mm；粗加工0.5mm以上。 2、工具电极的损耗 3、二次放电的影响：产生坡度 4、尖角或凹角难以复制，影响加工精度(解决办法：高频窄脉宽加工) 目前，电火花可达到的精度0.010.05mm,29,图2-9 电火花加工时的加工斜度,二次放电,加工斜度,电极损耗,棱角变钝,30,四、

15、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）加工面积：加工面积大，粗糙度低。 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，P22,31,4、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,32,第四节 电火花加工用脉冲

16、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,33,四、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,34,第五节 电火花加工的自动进给调节系统,Vw：工件蚀除速度； Vd：工具电极进给速度,35,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。,Vd0=200300mm/min,36,一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类 对自动进给调解系统的一般要求： 1