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1、第三章 电火花加工工艺规律,3.1 电火花加工的常用术语 3.2 影响材料放电腐蚀的因素 3.3 电火花加工工艺规律 习题,3.1 电火花加工的常用术语,电火花加工中常用的主要名词术语和符号如下： 1工具电极 电火花加工用的工具是电火花放电时的电极之一，故称为工具电极，有时简称电极。由于电极的材料常常是铜，因此又称为铜公(如图3-1所示)。,图3-1 电火花加工示意图,2放电间隙 放电间隙是放电时工具电极和工件间的距离，它的大小一般在0.010.5 mm之间，粗加工时间隙较大，精加工时则较小。 3脉冲宽度ti(s) 脉冲宽度简称脉宽(也常用ON、TON等符号表示)，是加到电极和工件上放电间隙两
2、端的电压脉冲的持续时间(如图3-2所示)。为了防止电弧烧伤，电火花加工只能用断断续续的脉冲电压波。一般来说，粗加工时可用较大的脉宽，精加工时只能用较小的脉宽。,图3-2 脉冲参数与脉冲电压、电流波形,4脉冲间隔to(s) 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(s) 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，
3、二者相差一个击穿延时td。ti和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。,6击穿延时td(s) 从间隙两端加上脉冲电压后，一般均要经过一小段延续时间td，工作液介质才能被击穿放电，这一小段时间td称为击穿延时(见图3-2)。击穿延时td与平均放电间隙的大小有关，工具欠进给时，平均放电间隙变大，平均击穿延时td就大；反之，工具过进给时，放电间隙变小，td也就小。 7脉冲周期tP(s) 一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时间称为脉冲周期，显然tP=ti+to(见图3-2)。,8脉冲频率fP(Hz) 脉冲频率是指单位时间内电源发出的脉冲个数。显
4、然，它与脉冲周期tP互为倒数，即 9有效脉冲频率fe(HZ) 有效脉冲频率是单位时间内在放电间隙上发生有效放电的次数，又称工作脉冲频率。 10脉冲利用率 脉冲利用率是有效脉冲频率fe与脉冲频率fp之比，又称频率比，即,亦即单位时间内有效火花脉冲个数与该单位时间内的总脉冲个数之比。 11脉宽系数 脉宽系数是脉冲宽度ti与脉冲周期tp之比，其计算公式为,12占空比 占空比是脉冲宽度ti与脉冲间隔to之比，=ti/to。粗加工时占空比一般较大，精加工时占空比应较小， 否则放电间隙来不及消电离恢复绝缘，容易引起电弧放电。 13开路电压或峰值电压(V) 开路电压是间隙开路和间隙击穿之前td时间内电极间的
5、最高电压(见图3-2)。一般晶体管方波脉冲电源的峰值电压=6080 V，高低压复合脉冲电源的高压峰值电压为175300 V。峰值电压高时，放电间隙大，生产率高，但成形复制精度较差。,14火花维持电压 火花维持电压是每次火花击穿后，在放电间隙上火花放电时的维持电压，一般在25 V左右，但它实际是一个高频振荡的电压(见图3-2)。 15加工电压或间隙平均电压U(V) 加工电压或间隙平均电压是指加工时电压表上指示的放电间隙两端的平均电压，它是多个开路电压、火花放电维持电压、短路和脉冲间隔等电压的平均值。 16加工电流I(A) 加工电流是加工时电流表上指示的流过放电间隙的平均电流。精加工时小，粗加工时
6、大，间隙偏开路时小，间隙合理或偏短路时则大。,17短路电流Is(A) 短路电流是放电间隙短路时电流表上指示的平均电流。它比正常加工时的平均电流要大20%40%。 18峰值电流(A) 峰值电流是间隙火花放电时脉冲电流的最大值(瞬时)，在日本、英国、美国常用Ip表示(见图3-2)。虽然峰值电流不易测量，但它是影响加工速度、表面质量等的重要参数。在设计制造脉冲电源时，每一功率放大管的峰值电流时预先计算好的，选择峰值电流实际是选择几个功率管进行加工。,19短路峰值电流(A) 短路峰值电流是间隙短路时脉冲电流的最大值(见图3-2)，它比峰值电流要大2040，与短路电流Is相差一个脉宽系数的倍数，即 3)
7、 短路(短路脉冲) 放电间隙直接短路，这是由于伺服进给系统瞬时进给过多或放电间隙中有电蚀产物搭接所致。间隙 短路时电流较大，但间隙两端的电压很小，没有蚀除加工作用。,4) 电弧放电(稳定电弧放电) 由于排屑不良，放电点集中在某一局部而不分散，导致局部热量积累，温度升高，如此恶性循环，此时火花放电就成为电弧放电。由于放电点固定在某一点或某一局部，因此称为稳定电弧，常使电极表面积炭、烧伤。电弧放电的波形特点是td和高频振荡的小锯齿基本消失。 5) 过渡电弧放电(不稳定电弧放电，或称不稳定火花放电) 过渡电弧放电是正常火花放电与稳定电弧放电的过渡状态，是稳定电弧放电的前兆。波形特点是击穿延时很小或接
8、近于零，仅成为一尖刺，电压电流表上的高频分量变低或成为稀疏的锯齿形。,3.2 影响材料放电腐蚀的因素,1极性效应对电蚀量的影响 在电火花加工时，相同材料(如用钢电极加工钢)两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做极性效应。如果两电极材料不同，则极性效应更加明显。在生产中，将工件接脉冲电源正极(工具电极接脉冲电源负极)的加工称为正极性加工(如图3-3所示)，反之称为负极性加工(如图3-4所示)。,在实际加工中，极性效应受到电极及电极材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等多种因素的影响，其中主要原因是脉冲宽度。,图3-3 “正极性”接线法图,3-4 “负极性”接
9、线法,在实际加工中，极性效应受到电极及电极材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等多种因素的影响，其中主要原因是脉冲宽度。 在电场的作用下，放电通道中的电子奔向正极，正离子奔向负极。在窄脉宽度加工时，由于电子惯性小，运动灵活，大量的电子奔向正极，并轰击正极表面，使正极表面迅速熔化和气化；而正离子惯性大，运动缓慢，只有一小部分能够到达负极表面，而大量的正离子不能到达，因此电子的轰击作用大于正离子的轰击作用，正极的电蚀量大于负极的电蚀量，这时应采用正极性加工。,在宽脉冲宽度加工时，因为质量和惯性都大的正离子将有足够的时间到达负极表面，由于正离子的质量大，它对负极表面的轰击破坏作用要比电子强，同时到
10、达负极的正离子又会牵制电子的运动，故负极的电蚀量将大于正极，这时应采用负极性加工。 在实际加工中，要充分利用极性效应，正确选择极性，最大限度地提高工件的蚀除量，降低工具电极的损耗。,2覆盖效应对电蚀量的影响 在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形成一定厚度的覆盖层，这种现象叫做覆盖效应。合理利用覆盖效应，有利于降低电极损耗。 在油类介质中加工时，覆盖层主要是石墨化的碳素层，其次是粘附在电极表面的金属微粒粘结层。碳素层的生成条件主要有以下几点： (1) 要有足够高的温度。电极上待覆盖部分的表面温度不低于碳素层生成温度，但要低于熔点，以使碳粒子烧结成石墨化的耐蚀层。,(
11、2) 要有足够多的电蚀产物，尤其是介质的热解产物碳粒子。 (3) 要有足够的时间，以便在这一表面上形成一定厚度的碳素层。 (4) 一般采用负极性加工，因为碳素层易在阳极表面生成。 (5) 必须在油类介质中加工。 影响覆盖效应的主要因素有如下： (1) 脉冲参数与波形的影响。增大脉冲放电能量有助于覆盖层的生长，但对中、精加工有相当大的局限性；减小脉冲间隔有利于在各种电规准下生成覆盖层，但若脉冲间隔过小，正常的火花放电有转变为破坏性电弧放电的危险。,此外，采用某些组合脉冲波加工，有助于覆盖层的生成，其作用类似于减小脉冲间隔，并且可大大减少转变为破坏性电弧放电的危险。 (2) 电极对材料的影响。铜加
12、工钢时覆盖效应较明显，但铜电极加工硬质合金工件则不大容易生成覆盖层。 (3) 工作液的影响。油类工作液在放电产生的高温作用下，生成大量的碳粒子，有助于碳素层的生成。如果用水做工作液，则不会产生碳素层。,(4) 工艺条件的影响。覆盖层的形成还与间隙状态有关。如工作液脏、电极截面面积较大、电极间隙较小、加工状态较稳定等情况均有助于生成覆盖层。但若加工中冲油压力太大，则覆盖层较难生成。这是因为冲油会使趋向电极表面的微粒运动加剧，而微粒无法粘附到电极表面上去。 在电火花加工中，覆盖层不断形成，又不断被破坏。为了实现电极低损耗，达到提高加工精度的目的，最好使覆盖层形成与破坏的程度达到动态平衡。,3电参数
13、对电蚀量的影响 电火花加工过程中腐蚀金属的量(即电蚀量)与单个脉冲能量、脉冲效率等电参数密切相关。 单个脉冲能量与平均放电电压、平均放电电流和脉冲宽度成正比。在实际加工中，其中击穿后的放电电压与电极材料及工作液种类有关，而且在放电过程中变化很小，所以对单个脉冲能量的大小主要取决于平均放电电流和脉冲宽度的大小。 由上可见，要提高电蚀量，应增加平均放电电流、脉冲宽度及提高脉冲频率。,但在实际生产中，这些因素往往是相互制约的，并影响到其它工艺指标，应根据具体情况综合考虑。例如，增加平均放电电流，加工表面粗糙度值也随之增大。 4金属材料对电蚀量的影响 正负电极表面电蚀量分配不均除了与电极极性有关外，还
14、与电极的材料有很大关系。当脉冲放电能量相同时，金属工件的熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热等愈高，电蚀量将愈少，愈难加工；导热系数愈大的金属，因能把较多的热量传导、散失到其它部位，故降低了本身的蚀除量。因此，电极的蚀除量与电极材料的导热系数及其它热学常数等有密切的关系。,5工作液对电蚀量的影响 电火花加工一般在液体介质中进行。液体介质通常叫做工作液，其作用主要是： (1) 压缩放电通道，并限制其扩展，使放电能量高度集中在极小的区域内，既加强了蚀除的效果，又提高了放电仿型的精确性。 (2) 加速电极间隙的冷却和消电离过程，有助于防止出现破坏性电弧放电。 (3) 加速电蚀产物的排除。 (4) 加剧
15、放电的流体动力过程，有助于金属的抛出。,目前，电火花成形加工多采用油类做工作液。机油粘度大、燃点高，用它做工作液有利于压缩放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效果，但粘度大，不利于电蚀产物的排出，影响正常放电；煤油粘度低，流动性好，但排屑条件较好。 在粗加工时，要求速度快，放电能量大，放电间隙大，故常选用机油等粘度大的工作液；在中、精加工时，放电间隙小，往往采用煤油等粘度小的工作液。,采用水做工作液是值得注意的一个方向。用各种油类以及其它碳氢化合物做工作液时，在放电过程中不可避免地产生大量碳黑，严重影响电蚀产物的排除及加工速度，这种影响在精密加工中尤为明显。若采用酒精做工作液时，因
16、为碳黑生成量减少，上述情况会有好转。所以，最好采用不含碳的介质，水是最方便的一种。此外，水还具有流动性好、散热性好、不易起弧、不燃、无味、价廉等特点。但普通水是弱导电液，会产生离子导电的电解过程，这是很不利的，目前还只在某些大能量粗加工中采用。 在精密加工中，可采用比较纯的蒸馏水、去离子水或乙醇水溶液来做工作液，其绝缘强度比普通水高。,3.3 电火花加工工艺规律,3.3.1 影响加工速度的主要因素 电火花成形加工的加工速度，是指在一定电规准下，单位时间内工件被蚀除的体积V或质量m。一般常用体积加工速度vw=V/T(单位为mm3/mm)来表示，有时为了测量方便，也用质量加工速度vm=m/t(单位为g/mm)表示。 在规定的表面粗糙度、规定的相对电极损耗下的最大加工速度是电火花机床的重要工艺性能指标。一般电火花机床说明书上所指的最高加工速度是该机床在最佳状态下所达到的，在实际生产中的正常加工速度大大低于机床的最大加工速度。,影响加工速度的因素分电参数和非电参数两大类。电参数主要是脉冲电
