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1、第三章电火花介质击穿放电微观物理过程和电火花加工新技术,第一节 放电的伏安特性和电火花加工的基本原理 一、放电的伏安特性 二、电火花加工原理 三、条件 四、特点 五、分类,一、放电的伏安特性,1.放电现象与电加工方法 放电现象的基础和放电的伏安特性,1.放电现象与电加工方法,放电加工是通过人工设定的放电现象，利用其能量进行加工的方法。 19世纪末期，在美国发明了电笔，它是在电极与被加工工件金属之间，通过低电压、大电流时进行刻印或写字的； 进入20世纪后，通过在介电液体中放电，能够制作金属粉末等 ； 苏联学者拉扎连柯夫妇 1943年在金属上打孔获得成功 发明电火花加工 日本把电火花加工作为精密加
2、工，用于金属模具加工来研究。电火花加工已经成为金属模具加工的主要手段,放电现象的基础和放电的伏安特性,把在固体、液体、气体的绝缘体内通过电流时的现象称为放电。 使其产生绝缘破坏，就会从电晕放电(corona)开始，经过火花放电(spark)、电弧放电(arc)的形式，完成绝缘的破坏。,暗流 ： a-b段 电晕放电(b) 火花放电(b-c段) 电弧放电(d-e段以后),气体中放电类型,起始放电间隙与放电电压,二、电火花加工原理,电火花加工原理： 工件和工具之间脉冲性放电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。,二、条件,经常保持一定的间隙 几微米到几百微米
3、脉冲放电 1s1000s 绝缘介质 103107,三、电火花加工的特点：,优点： 难切削材料 特殊、复杂零件 无明显作用力,缺点： 导电材料 加工速度慢 电极损耗 角半径有限制,四、电火花加工的分类：,穿孔成型加工 线切割加工 电火花磨、镗削 同步共轭回转加工 高速小孔加工 表面强化、刻字 电火花铣削加工 微细电火花加工 电火花表面沉积加工 电火花表面着色,第二节电火花介质击穿放电微观物理过程,电火花加工过程中，包含着加工间隙中的电蚀产物产物从工件电极和工具电极上蚀除、间隙中电蚀产物从间隙中排出、间隙尺寸增大、电极跟进等过程。 从微观上看，加工间隙中的电蚀产物产物是如何（怎样）从工件电极和工具
4、电极上蚀除下来的？电火花介质击穿放电微观物理过程。,第二节电火花介质击穿放电微观物理过程,一、极间介质的电离、击穿、形成放电通道 二、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀 三、电极材料的抛出 四、极间介质的消电离,第二节电火花介质击穿放电微观物理过程,第二节电火花介质击穿放电微观物理过程,一、极间介质的电离、击穿、形成放电通道 场强： 105Vmm（100 Vm） 时间： 0.10.01s 电阻： 绝缘几分之一欧姆 电流密度： 105106 Acm2（103104 Amm2） 2025 V 温度： 10000 初始压力： 数至数十Mpa,二、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀 电子正极 正离
5、子负极 电能动能热能 通道高温工作液热分解 表面瞬时热源 热膨胀 小气泡 爆炸声,第二节电火花介质击穿放电微观物理过程,三、电极材料的抛出 向外膨胀 气泡内外各处压力不等 排挤、抛出，进入工作液 飞溅 镀覆 吸附 抛出作用： 热爆炸力 电动力 流体动力,四、极间介质的消电离 恢复绝缘 消电离时间 电蚀产物排除,第三节 电火花加工方法和新技术,一、电火花加工方法 二、电火花加工新技术,一、电火花加工方法, 冲模的电火花加工 型腔模的电火花加工 小孔加工 异形小孔的电火花加工 电火花小孔磨削 电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀 电火花共轭同步回转加工螺纹 金属电火花表面强化和刻字 电火花双轴回转展成
6、法磨削凹凸球面球头,一、电火花加工方法, 冲模的电火花加工,一、冲模的电火花加工 冲模的电火花加工工艺 工具电极,优点： 在工件淬火后进行加工，避免热处理变形。 配合间隙均匀，刃口耐磨。 不受材料硬度限制，扩大了模具材料的选用范围。 中、小型复杂凹模、整体式、简化结构、提高强度。, 冲模的电火花加工,冲模的电火花加工工艺 凹模的尺寸精度：主要靠电极来保证。 L2=L12SL L2：凹模的尺寸 L1：工具电极的尺寸 SL：单面火花间隙值 直接配合法： 直接用加长的钢凸模作为电极加工凹模，反向加工，加工后把损耗部分切除或低熔点合金浇固。 钢打钢：磁性，300V高低压复合回路。 绝大多数冲模采用线切
7、割加工, 冲模的电火花加工,工具电极 电极材料： T8A，T10A Cr12，GCr15 硬质合金 电极的设计 电极结构： 整体式 镶拼式 组合式：多孔落料模、级进模, 冲模的电火花加工,硬质合金：电极适当加长。 工具电极的截面轮廓尺寸比预定加工的型孔尺寸均匀地缩小一个加工间隙。 重心位于主轴中心线上。 电极减重：开减轻孔（不能是通孔） 电极的制造 机加成型磨 钳工精修 线切割加工 酸洗 镀铜、镀锌, 型腔模的电火花加工,型腔模电火花加工的工艺方法 锻模、压铸模、胶木模、塑料模、挤压模。 特点： 盲孔加工，循环、排除差，无法靠进给补偿精度，加工面积大，损耗不均匀，精度。 加工方法: 单电极平动
8、法 多电极更换法 分解电极法, 型腔模的电火花加工,单电极平动法 一个电极：粗、中、精 主轴头上 数控：摇动加工： 工作台按一定轨迹做微量移动, 型腔模的电火花加工,多电极更换法 多电极依次更换加工同一型腔, 型腔模的电火花加工,分解电极法 单电极平动加工法和多电极更换加工法的综合应用。 主型腔和副型腔电极 先主后副, 型腔模的电火花加工, 型腔模的电火花加工,型腔模加工用工具电极,电极材料的选择 铜钨合金、银钨合金、石墨 常用：紫铜、石墨,型腔模加工用工具电极,电极的设计 截面尺寸： a=AKb a电极水平方向的尺寸 A型腔图纸上名义尺寸 K与型腔尺寸注法有关的系数 直径方向（双边）：K=2
9、 半径方向（单边）：K=1 b电极半径缩放量（或平动头偏心量0.70.9） b=SLHmaxhmax SL单面加工间隙 Hmax前一规准加工时表面微观不平度最大值 hmax本规准加工时表面微观不平度最大值 ： 缩： 放：,型腔模加工用工具电极,电极高度： H=Ll H总高度 l有效长度 L增加长度 排气孔和冲油孔设计 直径：12mm 孔距：2040mm 拐角、窄缝、凹入, 小孔加工,特点： 加工面积小、深度大，直径一般为0.052，深径比达20以上。 盲孔加工，排屑困难。 电极截面积小，容易变形，不易散热，排屑困难，电极损耗大， 电极： 铜钨合金丝、钨丝、钼丝、黄铜丝 导向装置 电磁振动头 超
10、声波振动, 小孔加工,电火花高速小孔加工 管状电极：回转、轴向进给 15Mpa高压工作液 去离子水、蒸溜水、乳化液、煤油 加工速度：可达60/min左右 0.3mm3mm，深径比超过100 3mm深330 预穿丝孔 喷嘴, 异形小孔的电火花加工,喷丝板 电极制造： 冷拔整体电极 线切割加工整体电极 电火花反拷加工整体电极, 电火花小孔磨削,电火花小孔磨削 电火花镗磨与磨削不同点是： 只有工件的旋转运动，电极的往复运动和进给运动，而电极工具没有转动运动。 镗： 锥度、椭圆度达0.0030.005， 表面粗糙度优于Ra0.32m。, 电火花小孔磨削, 电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀 电火花共轭同
11、步回转加工螺纹,电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀 电火花共轭同步回转加工螺纹 优点： 没有喇叭口 好的几何精度，表面粗糙度、高的稳定性 降低对电极设计和制造的要求 材料：紫铜、黄铜。 应用： 各类螺纹环规、塞规。 精密内、外齿轮加工。 精密旋转圆弧面、锥面加工。 静压轴承油腔、回转泵体。 梳刀、滚刀, 电火花共轭同步回转加工螺纹,各类螺纹环规、塞规, 金属电火花表面强化和刻字,电火花表面强化 特性： 当采用硬质合金作电极时，硬度可达11001400HV（约70HRC以上）或更高。 当使用铬锰、钨铬钴合金、硬质合金作工具电极强化45钢时，其耐磨性比原表层提高22.5倍。 用石墨作电极材料强化45
12、钢，用食盐水作腐蚀性试验时，其耐腐蚀性提高90。用WC、CrMn作电极强化不锈钢时，耐蚀性提高35倍。 耐热性大大提高，提高了工件使用寿命。 疲劳强度提高2倍左右。 硬化层厚度约为0.010.08。, 金属电火花表面强化和刻字, 金属电火花表面强化和刻字, 电火花刻字工艺及装置, 电火花双轴回转展成法磨削凹凸球面球头,二、电火花加工新技术,微小孔加工： 区别在于制造电极 反拷电极：用电火花加工方法加工电极 块规法 WEDG法 单次放电 扫描创成（电火花铣削） 气体放电铣削 多次反拷加工法,混粉电火花加工 气体电火花加工 电火花扫描创成（电火花铣削） 液中电火花放电表面改性 电火花放电沉积 电火花表面着色 电火花弯曲孔加工 电火花镗削加工 绝缘材料电火花加工,WEDG法,单次放电,多次反拷加工法,扫描创成（电火花铣削）,混粉电火花加工,混粉电火花加工,混粉电火花加工,镜面电火花加工样件照片,面积分别为100100mm2和100mm时加工表面,液中电火花放电表面改性,液中电火花放电表面改性,
