電火花基本知識(shí)

標(biāo)題:電火花根本學(xué)問(wèn)一、什么是電火花加工電火花是一種自激放電，其特點(diǎn)如下：火花放電的兩個(gè)電極間在放電前具較高的電壓，當(dāng)兩電極接近時(shí)，其間介質(zhì)被擊穿后，隨即發(fā)生火花放電。伴隨擊穿過(guò)程，兩電極間的電阻急劇變小，兩極之間的電壓也隨之急劇變低。火花通道必需在維持暫短的時(shí)間〔通常為10-7-10-3s〕后準(zhǔn)時(shí)熄滅，才可保持火花放電的“冷極”特性〔即通道能量轉(zhuǎn)換的熱能來(lái)不及傳至電極縱深通道能量的作用，可使電極局部被腐蝕。利用火花放電時(shí)產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象對(duì)材料進(jìn)展尺寸加工的方法，叫電火花加工。電火花加工是在較低的電壓范圍內(nèi)，在液體介質(zhì)中的火花放電。二、電火花加工的特點(diǎn)電火花加工是與機(jī)械加工完全不同的一種工藝。隨著工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高脆性，高粘性和高純度等性能的材料不斷消滅。具有各種簡(jiǎn)單構(gòu)造與特別工藝要求的工件越來(lái)越多，這就使得傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法不能加工或難于加工。因此，人們除了進(jìn)一步進(jìn)展和完善機(jī)械加工法之外，還努力尋求的加工方法。電火花加工法能夠適應(yīng)生產(chǎn)進(jìn)展的需要，并在應(yīng)用中顯示出很多優(yōu)異性能，因此，得到了快速進(jìn)展和日益廣泛的應(yīng)用。電火花加工的特點(diǎn)如下：無(wú)法加工的特別材料和簡(jiǎn)單外形的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。熱影響范圍小。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微小。工具電極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造簡(jiǎn)潔?？梢愿母锕ぜ?gòu)造，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?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，電火花加工的主要用途有以下幾項(xiàng)：制造沖模、塑料模、鍛模和壓鑄模。加工小孔、畸形孔以及在硬質(zhì)合金上加工螺紋螺孔。在金屬板材上切割出零件。加工窄縫。磨削平面和圓面。其它〔如強(qiáng)化金屬外表，取出折斷的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面簡(jiǎn)單的零件等。三、電火花加工機(jī)床的組成及作用從上面所談的狀況可以看到，要實(shí)現(xiàn)電火花加工過(guò)程，機(jī)床必需具備三個(gè)要素，即：脈沖電源，機(jī)械局部和自動(dòng)掌握系統(tǒng)，工作液過(guò)濾與循環(huán)系統(tǒng)。下面對(duì)這三要素的作用逐一加以簡(jiǎn)潔爭(zhēng)論。脈沖電源加在放電間隙上的電壓必需是脈沖的，否則，放電將成為連續(xù)的電弧。所謂脈沖電源，實(shí)際就是一種電氣線路或裝置，它們能發(fā)出具有足夠能量的脈沖電壓來(lái)。機(jī)械局部和自動(dòng)掌握系統(tǒng)其作用是維持工具電極和工件之間有一適當(dāng)?shù)姆烹婇g隙，并在線調(diào)整。工作液凈化與循環(huán)系統(tǒng)工作液的作用是使能量集中，強(qiáng)化加工過(guò)程，帶走放電時(shí)所產(chǎn)生的熱量和電蝕產(chǎn)物。工作液系統(tǒng)包括工作液的儲(chǔ)存冷卻、循環(huán)及其調(diào)整與保護(hù)、過(guò)濾以及利用工作液強(qiáng)迫循環(huán)系統(tǒng)。上述三要素，有時(shí)也稱為電火花加工機(jī)床的三大件，它們組成了電火花加工機(jī)床這一統(tǒng)一體，以滿足加工工藝的要求。四、實(shí)現(xiàn)電火花加工的條件實(shí)現(xiàn)電火花加工，應(yīng)具備如下條件：可以滿足脈沖電壓不斷擊穿介質(zhì)，產(chǎn)生火花放電，又可以適應(yīng)在火花通道熄滅后介質(zhì)消電離以及排出蝕除產(chǎn)物的要求。假設(shè)兩電極距離過(guò)大，則脈沖電壓不能擊穿介質(zhì)、不能產(chǎn)生火花放電，假設(shè)兩電極短路，則在兩電極間沒有脈沖能量消耗，也不行能實(shí)現(xiàn)電腐蝕加工。液體介質(zhì)〔專用工作液或工業(yè)煤油兩極間為氣體介質(zhì)。電壓變化不大，因此，通道的電流密度可以表征通道的能量密度。能量密度足夠大，才可以使被加工材料局部熔化或汽化，從而在被加工材料外表形成一個(gè)腐蝕痕〔凹坑105-106A/cm2電流密度。放電通道必需具有足夠大的峰值電流，通道才可以在脈沖期間得到維2A。放電必需是短時(shí)間的脈沖放電。放電持續(xù)時(shí)間一般為10-7-10-3s。由于放電時(shí)間短，使放電時(shí)產(chǎn)生的熱能來(lái)不及在被加工材料內(nèi)部集中，從而把能量作用局限在很小范圍內(nèi)，保持火花放電的冷極特性。散的。這里包含兩個(gè)方面的意義：其一時(shí)間上相鄰的兩個(gè)脈沖不在同一點(diǎn)上形成通道；其二，假設(shè)在肯定時(shí)間范圍內(nèi)脈沖放電集中發(fā)生在某一區(qū)域，則在另一段時(shí)間內(nèi)，脈沖放電應(yīng)轉(zhuǎn)移到另一區(qū)域。只有如此，才能避開積炭現(xiàn)象，進(jìn)而避開發(fā)生電弧和局部燒傷。利進(jìn)展。在電火花加工的生產(chǎn)實(shí)際中，上述過(guò)程通過(guò)兩個(gè)途徑完成。一方面，火花放電以及電腐蝕過(guò)程本身具備將蝕除產(chǎn)物排離的固有特性；蝕除物以外的其余放電產(chǎn)物〔如介質(zhì)的汽化物〕亦可以促進(jìn)上述過(guò)程；另一方面，還必需利用一些人為的關(guān)心工藝措施，例如工作液的循環(huán)過(guò)濾，加工中承受的沖、抽油措施等等。五、極性效應(yīng)電火花加工時(shí)，一樣材料兩電極的被腐蝕量是不同的。其中一個(gè)電極比另一個(gè)電極的蝕除量大，這種現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。假設(shè)兩電極材料不同，則極性效應(yīng)更加明顯。六、掩蓋效應(yīng)在油類介質(zhì)中放電加工會(huì)分解出負(fù)極性的游離碳微粒，在適宜的脈寬、脈間條件下將在放電的正極上掩蓋碳微粒，叫掩蓋效應(yīng)。利用掩蓋效應(yīng)可以降低電極損耗。留意負(fù)極性加工才有利做掩蓋效應(yīng)。七、加工速度對(duì)于電火花成形機(jī)來(lái)說(shuō)加工速度是指在單位時(shí)間內(nèi)，工件被蝕除的體T內(nèi)，工件被蝕除的體積為V，則加Vw為：Vw=V/t〔mm3/min〕對(duì)于線切割機(jī)來(lái)說(shuō)，加工速度mm2/min來(lái)表示。在規(guī)定外表粗糙度〔如5μm，相對(duì)電極損耗〔如%〕時(shí)的最大加工速度，是衡量電加工機(jī)床工藝性能的重要指標(biāo)。一般狀況下，生產(chǎn)廠給出的是最大加工電流，在最正確加工狀態(tài)下所能到達(dá)的最高加工速度。因此，在實(shí)際加工時(shí)，由于被加工件尺寸與外形的千變?nèi)f化，加工條件，排屑條件等與抱負(fù)狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)，即使在粗加工時(shí)，加工速度也往往大大低于機(jī)床的最大加工速度指標(biāo)。八、工具電極損耗在電火花成形加工中，工具電極損耗直接影響仿形精度，特別對(duì)于型腔加工，電極損耗這一工藝指標(biāo)較加工速度更為重要。電極損耗分為確定損耗和相對(duì)損耗。VeVeh表示在單位時(shí)間內(nèi)，工具電極被蝕除的體積和長(zhǎng)度。即Ve=V/t〔mm3/min〕Veh=H/t〔mm/min〕相對(duì)損耗——工具電極確定損耗與工件加工速度的百分比。通常承受長(zhǎng)度相對(duì)損耗比較直觀，測(cè)量也比較便利。在線切割加工中，電極絲的損耗對(duì)工件質(zhì)量的影響不大，故一般不加以爭(zhēng)論。但快走絲機(jī)床使用鉬作為電極絲，是重復(fù)放電，所以絲的損耗影響到電極絲的使用壽命，在實(shí)際加工中應(yīng)予適當(dāng)考慮。見圖二。在電火花成形加工中，工具電極的不同部位，其損耗速度也不一樣。在精加工時(shí)，一般電規(guī)準(zhǔn)選取較小，放電間隙太小，通道太窄，蝕除物在爆炸與工作液作用下，對(duì)電極外表不斷撞擊，加速了電極損耗，因此，如能適當(dāng)增大電間隙，改善通道狀況，即可降低電極損耗。[19:52]作者:asdolmlm 時(shí)間:2023-7-1514:49九、外表粗糙度外表粗糙度是指加工外表上的微觀幾何外形誤差。對(duì)電加工外表來(lái)講，即是加工外表放電痕——坑穴的聚攏，由于坑穴外表會(huì)形成一個(gè)加工硬化層，而且能存潤(rùn)滑油，其耐磨性比同樣粗糙度的機(jī)加外表要好，所以加工外表允許比要求的粗糙度大些。而且在一樣粗糙度的狀況下，電加工外表比機(jī)加工外表亮度低。Ra〔輪廓的平均算術(shù)偏差〕Rz〔不平度平均高度〕之一來(lái)評(píng)定。工件的電火花加工外表粗糙度直接影響其使用性能，如耐磨性，協(xié)作性質(zhì)，接觸剛度，疲乏強(qiáng)度和抗腐蝕性等。尤其對(duì)于高速高潔，高壓條件下工作的模具和零件，其外表粗糙度往往是打算其使用性能和使用壽命的關(guān)鍵。十、放電間隙放電間隙，亦稱過(guò)切量，加工中是指脈沖放電兩極間距，實(shí)際效果反映在加工后工件尺寸的單邊擴(kuò)大量。對(duì)電火花成形加工放電間隙的定量生疏是確定加工方案的根底。其中包括工具電極外形，尺寸設(shè)計(jì)，加工工藝步驟設(shè)計(jì)，加工規(guī)準(zhǔn)的切換以及相應(yīng)工藝措施的設(shè)計(jì)。十一、兩電極蝕除量之間的沖突本篇中，已經(jīng)明確闡述了脈沖放電時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于降低工具電極相對(duì)損耗。在電火花加工的有用過(guò)程中，粗加工承受長(zhǎng)脈沖時(shí)間和高放電電流，既表達(dá)了速度高，又表達(dá)了損耗小，反映了加工速度和工具電極損耗這一沖突的緩解。但是，在精加工時(shí)，沖突激化了。為了實(shí)現(xiàn)小能量加工，必需大大壓縮脈沖放電時(shí)間。為到達(dá)脈沖放電電流與脈沖放電時(shí)間參數(shù)組合合理，亦必需大大壓縮脈沖放電電流。這樣，不僅加大了工具電極相對(duì)損耗，又大幅度降低了加工速度。十二、加工速度與加工外表粗糙度之間的沖突電。用這種方法既改善了加工外表粗糙度，又維持了原有的加工速度。到目前為止，實(shí)現(xiàn)人為掌握的多點(diǎn)同時(shí)放電的有效方法只有一種，即分別工具電極多回路加工。為了實(shí)現(xiàn)整體電極的多通道加工，人們?cè)O(shè)想了各種方法，并進(jìn)展了多年的試驗(yàn)摸索。但是迄今為止，尚沒有徹底解決。低損耗的粗加工規(guī)準(zhǔn)解決的；而中、精加工雖然工具電極相對(duì)損耗大，但在一般狀況下，中、精加工余量?jī)H占全部加工量的微小局部，故工具電極確實(shí)定損耗微小，可以通過(guò)加工尺寸掌握進(jìn)展補(bǔ)償，或在不影響精度要求時(shí)予以無(wú)視。十三、電火花加工常用名詞、術(shù)語(yǔ)及符號(hào)1、放電間隙：放電間隙指加工時(shí)工具和工件之間產(chǎn)生火花放電的一層距離間隙。在加工過(guò)程中，則S，它的大小一般在0.01-0.5mm之間，粗加工時(shí)間隙較大，精加工時(shí)則較小。加工間SFSL〔見圖三〕、脈沖寬度i〔μ：脈沖寬度簡(jiǎn)稱脈寬，它是加到工具和工件上放電間隙兩端的電壓脈沖的持續(xù)時(shí)間〔見圖〕為了防止電弧燒傷，電火花加工只能用斷斷續(xù)續(xù)的脈沖電壓波。粗加工可用較大的脈寬ti>100μsti<50μs。3to(μs)：脈沖間隔簡(jiǎn)稱脈間或間隔，也稱脈沖停留時(shí)間。它是兩個(gè)電壓脈沖之間的間隔時(shí)間(見圖四)。間隔時(shí)間過(guò)短，放電間隙來(lái)不及消電離和恢復(fù)絕緣，簡(jiǎn)潔產(chǎn)生電弧放電，燒傷工具和?4、開路電壓或峰值電壓：開路電壓是間隙開路時(shí)電極間的最高電壓，等于電源的直流電壓。峰值電壓高時(shí)，放電間隙大，生產(chǎn)率高，但成型復(fù)制精度稍差。5、火花維持電壓：火花維持電壓是每次火花擊穿后，在放電間隙上火花放電時(shí)的維持電壓，一般在25V左右，但它實(shí)際是一個(gè)高頻振蕩的電壓(見圖四)5V左右，高頻振蕩頻率很低，一般示波器上觀看不到高頻成分，觀看到的是一水平亮線。過(guò)渡電弧的維持電壓則介于火花和電弧之間。見圖四。6U〔V〕加工電壓或間隙平均電壓是指加工時(shí)電壓表上指示的放電間隙兩端的平均電壓，它是多個(gè)開路電壓、火花放電維持電壓、短路和脈沖間隔等零電壓的平均值。在正常加工時(shí)，加工電壓在30-50V，它與占空比、預(yù)置進(jìn)給量等有關(guān)。占空比大、欠進(jìn)給、欠跟蹤、間隙偏開路，則加工電壓偏大；占空比小、過(guò)跟蹤或預(yù)置進(jìn)給量小〔間隙偏短路，加工電壓即偏小。7I〔A〕加工電流是加工時(shí)電流表上指示的流過(guò)放電間隙的平均電流。精加工時(shí)小，粗加工時(shí)大；間隙偏開路時(shí)小，間隙合理或偏短路時(shí)則大。8IS〔A〕短路電流是放電間隙短路時(shí)〔或人為短路時(shí)〕電流表上指示的平均電流〔由于短路時(shí)還有停留時(shí)間內(nèi)無(wú)電流20-40%。9IS〔A〕峰值電流是間隙火花放電時(shí)脈沖電流的最大值〔瞬時(shí)，日本、英國(guó)、美國(guó)常用S表示〔見圖四，雖然峰值電流不易直接測(cè)量，但它是實(shí)際影響生產(chǎn)率、外表粗糙度等指標(biāo)的重要參數(shù)。在設(shè)計(jì)制造脈沖電源時(shí)，每一功率放大管串聯(lián)限流電阻后的峰值電流是預(yù)先選擇計(jì)算好的。為了安全，每個(gè)50W的大功率晶體管選定的峰值電流約為2-3A，電源說(shuō)明書中也有說(shuō)明，可以按此選定粗、中、精加工時(shí)的峰值電流〔實(shí)際上是選定用幾個(gè)功率管進(jìn)展加工。10、放電狀態(tài)〔見圖四〕第一、開路〔空載脈沖〕放電間隙沒有擊穿，間隙上有大于V的電壓，但間隙內(nèi)沒有電流流過(guò)，為空載狀態(tài)〔i。其次、火花放電〔工作脈沖，或稱有效脈沖〕間隙內(nèi)絕緣性能良好，工作液介質(zhì)擊穿后能有效地拋出、蝕除金屬。波形特點(diǎn)是：電壓上有td，teIe波形上有高頻振蕩的小鋸齒波形。第三、短路〔短路脈沖〕放電間隙直接短路相接，這是由于伺服進(jìn)給系統(tǒng)瞬時(shí)進(jìn)給過(guò)多或放電間隙中有電蝕產(chǎn)物搭接所致。間隙短路時(shí)電流較大，但間隙兩端的電壓很小，沒有蝕除加工作用。第四、電弧放電〔穩(wěn)定電弧放電〕由于排屑不良，放電點(diǎn)集中在某一局部而不分散，局部熱量積存，溫度上升，惡性循環(huán)，此時(shí)火花放電就成為電弧放電，由于放電點(diǎn)固定在某一點(diǎn)或某局部，因此稱為穩(wěn)定電弧，常使電極外表結(jié)炭、燒td和高頻振蕩的小鋸齒波根本消逝。第五、過(guò)渡電弧放電〔不穩(wěn)定電弧放電，或稱不穩(wěn)定火花放電〕過(guò)渡電弧放電是正?；鸹ǚ烹娕c穩(wěn)定電弧放電的過(guò)渡狀態(tài)，是穩(wěn)定電弧放電的前兆。波形特點(diǎn)是擊穿延時(shí)td很小或接近于零，僅成為一尖刺，電壓電流波上的高頻重量變低成為稀疏和鋸齒形。早期檢測(cè)出過(guò)渡電弧放電，對(duì)防止電弧燒傷有很大意義。以上各種放電狀態(tài)在實(shí)際加工中是交替、概率性地消滅的〔與加工規(guī)準(zhǔn)和進(jìn)給量、沖油、間