特種加工 第二章電火花加工

特種加工第二章電火花加工第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六影響加工精度的主要因素有：放電間隙的大小及其一致性工具電極損耗及其穩(wěn)定性

第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1、放電間隙的計算（經(jīng)驗公式）:S=Ku*ui+KR*WM+Sms放電間隙（指單面放電間隙）ui開路電壓Ku與工作液介電強度有關的常數(shù)，含有點蝕產(chǎn)物后該系數(shù)會增大。KR與加工材料有關的常數(shù)。一般易熔金屬的值較大WM單個脈沖能量Sm考慮熱膨脹、收縮、震動等影響的機械間隙,約為3μm第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六注意:隨著加工時間的延長,放電間隙逐漸增大.即在加工過程中放電間隙是一個變化量放電間隙不一致的影響:若放電間隙大小能保持一致，則可以通過修正工作電極對放電間隙進行補償，以獲得較高的加工精度。但放電間隙的大小實際上是變化的，影響著加工精度。第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六放電間隙的大小對加工精度的影響：

放電間隙越大，對精度的影響越嚴重（仿形精度和尺寸精度）

如圖2-10（A）（B）

(放電具有等距性)放電間隙越大電場強度分布更加不均勻,棱角處損耗嚴重,放電間隙變化量增大相應措施：縮小放電間隙（由公式知：采用較小的加工歸準）精加工的放電間隙（單面）一般只有0.01mm,而粗加工時則可達0.5mm以上。第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六工具電極的損耗對尺寸精度及形狀精度都有影響:對策：穿孔加工時：讓電極貫穿型孔來補償電極的損耗。型腔加工時：采用更換電極的方法第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六電火花加工中“二次放電”對形狀精度有影響：集中反映在在加工深度方向產(chǎn)生斜度，加工棱角棱邊變鈍方面。第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六結(jié)論:電參數(shù)對放電間隙影響明顯工作液的狀況會影響放電間隙減小放電間隙可提高加工精度減少電極損耗可提高加工精度電火花加工時工具的尖角和凹角很難精確地復制到工件上。對策：采用高頻窄脈寬精加工，減小放電間隙，圓弧半徑可明顯減小從而提高加工精度第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六四、電火花加工的表面質(zhì)量電火花加工的表面質(zhì)量包括：表面粗糙度、表面變質(zhì)層、表面力學性能。1、表面粗糙度表示方法：電火花加工表面粗糙度通常用微觀平面度的平均算術偏差Ra表示，也有用平面度的最大高度值Rmax表示的第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六電火花加工中影響表面粗糙度的因素：1）單個脈沖能量實驗得：Rmax=KR*te0.3*ie0.4Rmax實測的表面粗糙度KR常數(shù)te脈沖放電時間ie峰值電流第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六注意：在電極面積較大時，即使單個脈沖能量很小Rmax很難小于2μm(約Ra0.32μm),而且加工面積越大，可達到的最佳表面粗糙度愈差。（煤油工作液中的工具和工件具有潛布電容，相當于在放電間隙上并聯(lián)了一個電容）第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六研究成果：采用“混粉加工”新工藝，可較大面積地加工出質(zhì)量很高的光亮面。具體方法：在煤油工作液中加入硅或鋁等導電微粉。原因：這樣可使工作液的電阻率降低、放電間隙成倍增大，潛布寄生電容成倍減小，放電通道被分割成多個小的火花放電通道，到達工件表面的脈沖能量被分散，相應的電痕就較小，表面較光整。第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六2）加工速度對表面粗糙度的影響加工速度愈大，表面粗糙度愈差。（數(shù)據(jù)書）對策：采用平動或搖動(工作臺按一定軌跡做微量移動)加工工藝可大為改善。（慢）提示：一般電火花加工到Ra2.5~0.63之后采用其它研磨方法改善其表面粗糙度比較經(jīng)濟3）工件材料對加工表面粗糙度的影響熔點高的材料容易得到好的表面粗糙度（加工速度應適當下降）第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六4）精加工時，工具電極的表面粗糙度也會影響加工表面粗糙度。精加工時不要采用石墨電極。第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六2、表面變質(zhì)層電火花加工中，在火花放電的瞬時高溫和工作液的快速冷卻下，材料的表面層發(fā)生了很大變化，大致可分為：熔化凝固層熱影響層第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六1）熔化凝固層位于工件表面最上層，它被放電時瞬時高溫熔化而又滯留下來，受工作液快速冷卻而凝固。對于碳鋼來說，熔化層在金相照片上呈白色，谷又稱之為白層。它與基體完全不同，是一種樹枝狀的淬火鑄造組織，與內(nèi)層的結(jié)合也不牢固。熔化層的厚度隨脈沖能量的增大而增厚，一般不超過0.1mm第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六2)熱影響層它位于熔化層和基體之間.熱影響層的金屬材料并沒有變化,只是受到高溫的影響,使材料的金相組織發(fā)生了變化,它與基體材料之間沒有明顯的界限。對淬火鋼：熱影響層包括再淬火區(qū)、高溫回火區(qū)和低溫回火區(qū)。對未淬火鋼：熱影響層主要為淬火區(qū)因此，淬火鋼的熱影響層厚度比未淬火鋼大。第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六熱影響層分布：靠近熔化凝固層部分由于受到高溫作用并迅速冷卻，形成為淬火區(qū)，其厚度與條件有關，一般為最大微觀平面度的2-3倍。與淬火層相鄰的部分受到溫度的影響而形成高溫、低溫回火區(qū)，回火區(qū)的厚度約為最大微觀平面度的3-4倍。第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六不同金屬材料的熱影響層金相組織結(jié)構(gòu)是不同的，耐熱合金的熱影響層與基體差異不大。第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六3）顯微裂紋電火花加工表面由于受到瞬時高溫并迅速冷卻而產(chǎn)生拉應力，往往出現(xiàn)顯微裂紋實驗表明：一般裂紋僅在熔化層出現(xiàn)，只有在脈沖能量很大的情況下才有可能擴展到熱影響層。第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六影響顯微裂紋的因素：1、脈沖能量：能量越大，顯微裂紋越寬越深，脈沖能量很小，一般不出現(xiàn)微裂紋。2、工件材料：脆硬材料容易產(chǎn)生微裂紋3、工件預先的熱處理情況：淬火材料比未淬火材料容易產(chǎn)生微裂紋（因為淬火材料脆硬，原始內(nèi)應力較大）第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六3、表面力學性能（1）顯微硬度及耐磨性一般來說，電火花加工表面最外層的硬度比較高，耐磨性好。但對于滾動摩擦，由于是交變載荷，尤其是干摩擦，則因其熔化凝固層和基體結(jié)合不牢，容易剝落而磨損。因此，有些要求高的模具需把電火花加工后的表面變質(zhì)層事先磨掉。第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六（2）殘余應力電火花加工表面存在殘余應力，大部分表現(xiàn)為拉應力。影響殘余應力的大小及其分布的因素：材料在加工前的熱處理狀態(tài)脈沖能量結(jié)論；對表面層要求高的零件，應盡量避免使用較大的加工規(guī)準。第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六（3）耐疲勞性電火花加工的耐疲勞性比機械加工表面低許多倍因為表面有殘余拉應力，和顯微裂紋。對策：可采取回火、噴丸處理等。使用很小的電規(guī)準加工。（即電火花精微加工）第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六

第四節(jié)電火花加工用脈沖電源電火花加工用脈沖電源的作用：把工頻交流電轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流，以供給電極放電間隙所需要的能量來蝕除金屬。電火花加工用脈沖電源對生產(chǎn)效率、表面質(zhì)量、加工精度、加工穩(wěn)定性、電極損耗等都有很大影響。第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六一、對脈沖電源的要求及其分類總的要求：有較高的加工速度工具電極損耗低加工過程穩(wěn)定性好工藝范圍廣第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六為滿足上述具體要求對電火花加工脈沖電源的具體要求：1）所產(chǎn)生的脈沖應是單向的，沒有負半波，或負半波很小，最大限度的利用極性效應。2）脈沖電壓的前后沿應該較陡，一般采用矩形波脈沖電源。使加工過程穩(wěn)定，放電寬度和能量比較穩(wěn)定。第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六3）脈沖的主要參數(shù)在很寬的范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)。4）脈沖電源要工作穩(wěn)定、可靠、成本低、壽命長、操作維修方便、體積小、節(jié)省電能。表2-3電火花用脈沖電源分類第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六二、RC線路脈沖電源（馳張式脈沖電源）工作原理：利用電容器充電儲存電能，然后瞬時放出，形成火花放電來蝕除金屬。圖2-11、2-12第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六RC線路脈沖電源的最大優(yōu)點：1）結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠、成本低。2）在小功率時可獲得很窄的脈寬和很小的單個脈沖能量，可用于光整加工和精微加工。RC線路脈沖電源的缺點：1）電能利用率低。最大不超過36%。2）生產(chǎn)效率低。由圖2-12知，脈間大。3）工藝參數(shù)不穩(wěn)定。受放電間隙及介質(zhì)的影響。(電源本身不能獨立產(chǎn)生脈沖,放電間隙與直流電源直接連通,隨時都有放電的可能,并容易轉(zhuǎn)為電弧放電)第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六改進：第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六適用范圍：小功率的精微加工簡式電火花加工機床第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六三、晶體管式脈沖電源晶體管式脈沖電源是利用功率晶體管作為開關元件而獲得單向脈沖的。它具有脈沖頻率高，脈沖參數(shù)容易調(diào)節(jié)、脈沖波形好、易實現(xiàn)多回路加工和自適應控制等自動化要求的優(yōu)點。第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六在中小型脈沖電源中，都采用晶體管式脈沖電源以前，晶體管的功率都比較小，每管導通時的電流常選在5A左右，因此，在晶體管脈沖電源中，都采用多管分組并聯(lián)輸出的方法來提高輸出功率。圖2-13為自振式晶體管脈沖電源原理圖第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六為了加大功率,和可調(diào)節(jié)粗、中、精加工歸準，整個功率級由幾十個大功率高頻晶體管分為若干路并聯(lián)，精加工只用其中一路或兩路。為了在放電間隙短路時不致?lián)p壞晶體管，每只晶體管都串有限流電阻，并可以在各管之間起均流作用。第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六五、各種派生脈沖電源1、高低壓復合脈沖電源圖2-14復合回路脈沖電源示意圖第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六2、多回路脈沖電源所謂多回路脈沖電源是在加工電源的功率級并聯(lián)分割出相互隔離絕緣的多個輸出端，可以同時供給多個回路的放電加工?？商岣呱a(chǎn)效率，在大面積、多工具、多孔加工時很有必要。第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六但是，多回路電源的總生產(chǎn)效率并不與回路數(shù)目完全成正比。因為多回路加工時，電極進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作狀態(tài)變壞。當某一回路放電間隙短路時，電極回升，全部電路都得停止工作。回路數(shù)愈多，這種相互牽制干擾損失也愈大。一般常采用2~4個回路第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六

3、等脈沖電源所謂等脈沖電源是指每個脈沖在擊穿介質(zhì)后所釋放的單個脈沖能量相等。對于矩形波脈沖電流來說，每次放電過程的電流幅值相等，就意味著每個脈沖放電電流持續(xù)時間相等。放電凹坑大小均勻。第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六第48頁，共55頁，2023年，2月20日，星期六4、高頻分組和梳形波脈沖電源這兩種波形在一定程度上