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電火花加工技術(shù)一 加工原理及原理圖加工原理圖:加工原理:電火花加工時(shí),脈沖電源的一極接工具電極,另一極接工件電極,兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質(zhì)(常用煤油或礦物油或去離子水)中。工具電極由自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置控制,以保證工具與工件在正常加工時(shí)維持一很小的放電間隙(0.010.05mm)。當(dāng)脈沖電壓加到兩極之間,便將當(dāng)時(shí)條件下極間最近點(diǎn)的液體介質(zhì)擊穿,形成放電通道。由于通道的截面積很小,放電時(shí)間極短,致使能量高度集中(10107Wmm),放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫足以使材料熔化甚至蒸發(fā),以致形成一個(gè)小凹坑。第一次脈沖放電結(jié)束之后,經(jīng)過(guò)很短的間隔時(shí)間,第二個(gè)脈沖又在另一極間最近點(diǎn)擊穿放電。如此周而復(fù)始高頻率地循環(huán)下去,工具電極不斷地向工件進(jìn)給,它的形狀最終就復(fù)制在工件上,形成所需要的加工表面。與此同時(shí),總能量的一小部分也釋放到工具電極上,從而造成工具損耗。二 電火花加工發(fā)展歷程 電火花加工是利用兩極見(jiàn)脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象,對(duì)材料進(jìn)行加工的方法。早在十九世紀(jì),人們就發(fā)現(xiàn)了電器開(kāi)光的觸點(diǎn)開(kāi)閉時(shí),以為放電,使接觸部位燒蝕,造成接觸面的損壞。這種放電引起的電極燒蝕現(xiàn)象叫做電腐蝕。起初,電腐蝕被認(rèn)為是有害的,為減少和避免這種有害的電腐蝕,人們一直在研究電副食產(chǎn)生的原因和防止的辦法。當(dāng)人們掌握了它的規(guī)律之后,便創(chuàng)造條件,轉(zhuǎn)害為益,把電腐蝕用于生產(chǎn)中。研究結(jié)果表明,當(dāng)兩極產(chǎn)生放電的過(guò)程中,放電通道瞬時(shí)產(chǎn)生大量的熱,足以使電極材料表面局部熔化或汽化,并在一定條件下,熔化或汽化的部分能拋離電極表面,形成放電腐蝕的坑穴。二十世紀(jì)四十年代初,人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到,在液體介質(zhì)中進(jìn)行重復(fù)性脈沖放電時(shí),能夠?qū)?dǎo)電材料進(jìn)行尺寸加工,因此,創(chuàng)立了“電火花加工法”。電火花加工技術(shù)作為特種加工領(lǐng)域的重要技術(shù)之一,最早應(yīng)用于二戰(zhàn)時(shí)期折斷絲錐取出時(shí)的加工。隨著人類(lèi)進(jìn)入信息化時(shí)代,電加工技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,可控性更高,數(shù)字化程度更好。在中國(guó)電火花加工技術(shù)起步稍晚。根據(jù)中國(guó)的國(guó)情,實(shí)現(xiàn)電火花加工技術(shù)的原始創(chuàng)新是很困難的,只能采取引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的策略,因?yàn)檫@套系統(tǒng)集成了很多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí),如計(jì)算機(jī)的軟硬件、微電子、數(shù)控、電力半導(dǎo)體、機(jī)械技術(shù)、電氣技術(shù)等,是多方面、多學(xué)科集成的產(chǎn)品,是比較復(fù)雜的高科技產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在顯然還沒(méi)有一個(gè)能夠獨(dú)立進(jìn)行原始創(chuàng)新的團(tuán)隊(duì),因此注定要經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間痛苦的積淀過(guò)程,所以我認(rèn)為中國(guó)的電火花技術(shù)創(chuàng)新之路別無(wú)選擇。政府也越來(lái)越認(rèn)識(shí)到高校已經(jīng)不再是創(chuàng)新的主戰(zhàn)場(chǎng),必須依托企業(yè)才能實(shí)現(xiàn)。制造業(yè)是一個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)。一個(gè)國(guó)家的發(fā)展終歸要落腳于制造業(yè),因此作為基礎(chǔ)工業(yè),制造業(yè)必定擁有永久的生命力,而電加工行業(yè)也不例外。隨著各項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展,電加工技術(shù)也在進(jìn)步,至于一項(xiàng)技術(shù)能夠發(fā)展多久,也要看這個(gè)行業(yè)中的人怎樣去盡心敬業(yè)、鉆研并推進(jìn)它。眾所周知,模具也是一個(gè)國(guó)家發(fā)展的基礎(chǔ)行業(yè),許多批量生產(chǎn)的產(chǎn)品都離不開(kāi)模具,而電火花加工是制造模具的最主要技術(shù)之一。電火花加工仿形逼真以柔克剛,只要是導(dǎo)電的材料均可加工,而不受硬度、脆性、粘性等材料特性的限制,這是其他加工方法無(wú)法比擬的。電火花加工的另一個(gè)特點(diǎn)是可進(jìn)行精密微細(xì)加工,微小孔、異型腔等的微細(xì)加工是其他設(shè)備無(wú)法替代的。這些特點(diǎn)決從技術(shù)發(fā)展過(guò)程來(lái)看,電火花加工技術(shù)經(jīng)歷了手動(dòng)電火花加工、液壓伺服、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)等一系列過(guò)程??刂葡到y(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜,從單軸數(shù)控到3軸數(shù)控、再到多軸聯(lián)動(dòng)。20世紀(jì)90年代初期,3軸電火花機(jī)在國(guó)內(nèi)還是空白,主要是從日本和瑞士引進(jìn)。后來(lái)國(guó)內(nèi)發(fā)展大概經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段:首先制造主機(jī),也就是機(jī)械部分,相對(duì)較為簡(jiǎn)單;此后是數(shù)控系統(tǒng)部分,可以理解為引進(jìn);之后是整個(gè)電源,是消化階段。經(jīng)歷這三個(gè)階段之后是吸收,最后是再創(chuàng)新。對(duì)電火花加工而言,最核心的部分就是數(shù)控系統(tǒng)部分,當(dāng)然花費(fèi)的精力也最多。我認(rèn)為電火花成形機(jī)下一步的發(fā)展空間在精密微細(xì)和特殊材料兩個(gè)方面。特殊材料(如航空航天領(lǐng)域用的材料)專(zhuān)機(jī),窄槽窄縫、異型腔的加工,精密模具等領(lǐng)域都是發(fā)展重點(diǎn)。在精加工方面,曾經(jīng)有過(guò)高速銑要代替電火花的傳言,現(xiàn)在證明這是不現(xiàn)實(shí)的?,F(xiàn)在粗加工、大電流的火花機(jī)又有回頭的趨勢(shì),在家電、汽車(chē)很多行業(yè)中應(yīng)用。人類(lèi)新開(kāi)發(fā)出來(lái)的導(dǎo)電的特殊材料都可進(jìn)行放電加工,而高速銑通常很難實(shí)現(xiàn)。精密微細(xì)加工比如噴絲板等微小型零件都離不開(kāi)電火花加工;航空航天領(lǐng)域中很多零部件需要多軸聯(lián)動(dòng)電火花加工。我們國(guó)家在專(zhuān)用機(jī)型上有創(chuàng)新的能力,有很大的空間。三 電火花加工特點(diǎn): 1.脈沖放電的能量密度高,便于加工用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無(wú)法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。不受材料硬度影響,不受熱處理狀況影響。 2.脈沖放電持續(xù)時(shí)間極短,放電時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小,材料受熱影響范圍校 3.加工時(shí),工具電極與工件材料不接觸,兩者之間宏觀作用力極校工具電極材料不需比工件材料硬,因此,工具電極制造容易。 4.可以改革工件結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)化加工工藝,提高工件使用壽命,降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。四 電火花加工的主要用途:1制造沖模、塑料模、鍛模和壓鑄模。 2.加工小孔、畸形孔以及在硬質(zhì)合金上加工螺紋螺孔。3.在金屬板材上切割出零件。 4.加工窄縫。5.磨削平面和圓面。 6.其它(如強(qiáng)化金屬表面,取出折斷的工具,在淬火件上穿孔,直接加工型面復(fù)雜的零件等)。五 電火花加工分類(lèi)按照工具電極的形式及其與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特征,可將電火花加工方式分為五類(lèi):利用成型工具電極,相對(duì)工件作簡(jiǎn)單進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的電火花成形加工;利用軸向移動(dòng)的金屬絲作工具電極,工件按所需形狀和尺寸作軌跡運(yùn)動(dòng),以切割導(dǎo)電材料的電火花線切割加工;利用金屬絲或成形導(dǎo)電磨輪作工具電極,進(jìn)行小孔磨削或成形磨削的電火花磨削;用于加工螺紋環(huán)規(guī)、螺紋塞規(guī)、齒輪等的電火花共軛回轉(zhuǎn)加工;小孔加工、刻印、表面合金化、表面強(qiáng)化等其他種類(lèi)的加工。 電火花線切割加工:電火花線切割加工(Wire cut Electrical Discharge Machining,簡(jiǎn)稱(chēng)WEDM),有時(shí)又稱(chēng)線切割。其基本工作原理是利用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬絲(稱(chēng)為電極絲)作電極,對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型。加工原理工件安裝在工作臺(tái)上,工作臺(tái)通常由X軸和Y 軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(見(jiàn)圖)。工具電極(電極絲)為直徑0.02 加工原理0.3毫米的金屬絲,由走絲系統(tǒng)帶動(dòng)電極絲沿其軸向移動(dòng)。走絲方式有兩種:高速走絲,速度為910米秒,采用鉬絲作電極絲,可循環(huán)反復(fù)使用;低速走絲,速度小于10米分,電極絲采用銅絲,只使用一次。脈沖電源加在工件與電極絲之間,一般工件接正極,電極絲接負(fù)極。工件與電極絲之間用噴嘴噴入工作液(乳化液、去離子水等)??刂葡到y(tǒng)根據(jù)預(yù)先輸入的工作程序輸出相應(yīng)的信息,使工作臺(tái)作相應(yīng)的移動(dòng),工件與電極絲靠近。當(dāng)兩者接近到適當(dāng)距離時(shí)(一般為0.010.04毫米)便產(chǎn)生火花放電,蝕除金屬。金屬被蝕除后工件與電極絲之間的距離加大,控制系統(tǒng)根據(jù)這一距離的大小和預(yù)先輸入的程序,不斷地發(fā)出進(jìn)給信號(hào),使加工過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。 電火花加工的特點(diǎn)電火花線切割加工除具有電火花加工的基本特點(diǎn)外,還有一些其他特點(diǎn):不需要制造形狀復(fù)雜的工具電極,就能加工出以直線為母線的任何二維曲面。能切割0.05毫米左右的窄縫。加工中并不把全部多余材料加工成為廢屑,提高了能量和材料的利用率。在電極絲不循環(huán)使用的低速走絲電火花線切割加工中,由于電極絲不斷更新,有利于提高加工精度和減少表面粗糙度。電火花線切割能達(dá)到的切割效率一般為2060毫米2分,最高可達(dá)300毫米2分;加工精度一般為0.010.02毫米,最高可達(dá)0.004毫米;表面粗糙度一般為R2.51.25微米,最高可達(dá)R0.63微米;切割厚度一般為4060毫米,最厚可達(dá)600毫米。 電火花線切割加工主要用于(1)模具加工(2)電火花成型加工用電級(jí)的加工(3) 直紋曲面的加工(4)各種零件的加工電火花加工的機(jī)床 電火花加工機(jī)床六 電火花加工的質(zhì)量控制1)影響材料放電腐蝕的主要因素:1、極性效應(yīng)2、電參數(shù)對(duì)電蝕量的影響3、金屬材料熱學(xué)常數(shù)對(duì)電蝕量的影響4、工作液對(duì)電蝕量的影響5、其它因素2)電火花加工的加工速度和工具的損耗速度:1、加工速度2、工具相對(duì)損耗(1)極性選擇(2) 吸附效應(yīng)(3)傳熱效應(yīng) (4)材料選擇3)影響加工精度的主要因素(1)放電間隙。(2)工具電極損耗及穩(wěn)定性。4)電火花加工的表面質(zhì)量:1、表面粗糙度;2、表面變質(zhì)層;(1)熔化凝
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