现代加工技术第4章-电火花加工课件.ppt
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- 现代 加工 技术 电火花 课件
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1、4.电火花加工Page 2第4章 电火花加工2023-1-174.1.电火花加工的基本原理和特点1基本原理基于工件电极和工具电极之间产生脉冲性的火花放电。放电时产生电蚀现象去除多余的金属,达到尺寸加工的目的。i必须使工件电极和工具电极之间保持一定的间隙,间隙大小根据电压和加工量而定;利用电蚀现象加工的基本条件Iii火花放电必须使脉冲性的或间隙性的;Page 3第4章 电火花加工2023-1-174.1.电火花加工的基本原理和特点1基本原理利用电蚀现象加工的基本条件Iiii火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行;液体介质应该具有高的介电强度;电击穿在尽可能短的时间内完成;放电完成后,迅速熄
2、灭火花,使火花间隙消除电离;具有较好的冷却作用;Page 4第4章 电火花加工2023-1-174.1.电火花加工的基本原理和特点1基本原理电火花加工设备的组成IIPage 5第4章 电火花加工2023-1-174.1.电火花加工的基本原理和特点1基本原理ii通道放电火花放电过程IIIi电离击穿电火花蚀除材料的过程是电力、磁力、热力和流体动力等综合作用过程;电极间凸点处最先被击穿,形成放电通道;放电间隙的电阻很小,通过的电流增大到相当大的值;极间电压降为20V的火花维持电压;Page 6第4章 电火花加工2023-1-174.1.电火花加工的基本原理和特点1基本原理iv抛出金属火花放电过程II
3、Iiii熔化、气化热膨胀放电通道中的电流密度大,高速运动的电子和离子相互碰撞产生大量的热是局部金属熔化和气化蒸发;金属熔化、气化和液体介质的气化的爆炸力将金属抛入附近的液体冷却凝固;v消电离恢复绝缘及介电强度Page 7第4章 电火花加工2023-1-174.1.电火花加工的基本原理和特点2电火花加工的特点易于用来加工各种导电材料;I工具与工件不接触,工件无机械变形,可加工细长、薄和脆性零件;II大部分材料不发热;III加工出精度高、表面质量好;IV电火花加工的表面有助于油的保存和较好的润滑;V易于实现自动化;VIPage 8第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律1影
4、响电蚀量的基本因素i正极性加工:极性效应和脉冲宽度I实践表明,电火花加工时,相同材料的电极的蚀除量和速度是不相同的,这种现象称为“极性效应”;电火花加工中,正、负电极表面分别受到电子和离子的撞击和瞬时热源作用的能量不一样,因而熔化、气化和抛出的金属量也不一样;短脉冲加工时,负极蚀除量小于正极,工件接正极;ii负极性加工:宽脉冲加工时,负极蚀除量大于正极,工件接负极;Page 9第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律1影响电蚀量的基本因素iii极性效应和脉冲宽度对蚀除量的影响:极性效应和脉冲宽度I精加工中,短脉宽采用正极性加工;粗加工中,长脉宽采用负极性加工;Page
5、10第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律1影响电蚀量的基本因素i正、负极都存在单个脉冲的蚀除量与单个脉冲能量和脉冲频率在一定范围内的正比关系;脉冲能量与脉冲宽度II提高脉冲频率;增加单个脉冲能量(平均放电电流、脉冲宽度);ii提高电蚀量和生产频率的途径:实际生产中,要考虑因素间的制约和对其他工艺参数的影响;Page 11第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律1影响电蚀量的基本因素i工作液的作用:工作液对电蚀量的影响III形成火花放电击穿通道,放电结束后迅速恢复绝缘状态;对放电通道产生压缩作用;ii粗加工采用介电性能好、粘度较大、燃点较高的全
6、损耗系统用油;帮助电蚀产物的抛出和排除;冷却工具和工件;iii精加工选用粘度小、渗透性好的煤油;Page 12第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律2电火花加工的加工速度和工具损耗速度i提高脉冲频率加工速度I加工速度单位时间内工件的电蚀量;损耗速度单位时间内工具的电蚀量;一般采用体积速度来表示:缩小脉冲停歇时间;tQvW压榨脉冲宽度;频率过高,使加工区工作液来不及消电离、排除电蚀产物及气泡来恢复介电性能,以致形成破坏性的稳定电弧放电,使电火花加工过程不能正常进行;Page 13第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律2电火花加工的加工速度和工具
7、损耗速度ii增加单个脉冲能量加工速度I加大脉冲电流和增加脉冲宽度;脉冲能量增加会使表面粗糙度变坏和降低加工精度;一般只适用于粗加工和半精加工;iii提高工艺系数K合理选用电极材料、电参数和工作液;改善工作液的循环过滤方式;Page 14第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律2电火花加工的加工速度和工具损耗速度i正确选择极性工具相对损耗:II正极性加工,电极的相对损耗都难低于10%;脉宽小于15s的窄脉宽范围内,正极性加工的工具电极相对损耗比负极性加工小;%100WEvvPage 15第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律2电火花加工的加工速度
8、和工具损耗速度工具相对损耗:II当采用负极性加工时,黑膜对电极起到保护和补偿作用;ii利用镀覆效应带负电荷的碳胶团在电场的作用下,向正极移动并吸附在正极表面;当温度合适,一定时间后能形成一定厚度的化学吸附膜(黑膜);当峰值电流和脉冲间隔一定时,黑膜厚度随脉宽的增加而增厚,当峰值电流和脉冲宽度一定时,黑膜厚度随脉冲间隔的增大而减薄;Page 16第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律2电火花加工的加工速度和工具损耗速度iii利用传热效应工具相对损耗:II电极表面放电点的瞬时温度不仅与瞬时放电的总热量有关,而且与放电通道的截面积和电极材料的导热系数有关;在放电初期限制脉冲
9、电流的增长率对降低电极损耗有利;导热作用使电极表面温度较低而减少损耗;Page 17第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律2电火花加工的加工速度和工具损耗速度iv利用沉积效应工具相对损耗:II采用水基工作液时,放电加工过程中将产生电化学阳极溶解和阴极沉积反应;应采用正极加工;铜碳、铜钨、银钨合金等导热好、熔点高、电极损耗小,故用在精密加工中;v选用合适的材料铜熔点较低,导热性好,损耗较少,能制成各种精密、复杂的电极,常用作中、小型型腔加工用的电极;石墨电极热化学性好,在长脉冲粗加工中时可以吸附游离碳来补充损耗Page 18第4章 电火花加工2023-1-174.2.电
10、火花加工的基本规律3影响加工精度的主要因素i实际加工中,放电间隙是变化的而无法通过补偿控制精度;放电间隙的大小及其一致性Iii棱角部分电场分布不均,间隙越大,影响越严重;iii加工中应该采用较弱小的加工标准,缩小放电间隙;iv使加工过程稳定;Page 19第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律3影响加工精度的主要因素电极损耗II二次放电III以加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常的放电。在加工深度方向产生斜度和加工棱角、棱边变钝;Page 20第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律4电火花加工的表面质量表面粗糙度I表面粗糙度与加工
11、速度之间存在矛盾;i表面的润滑性能和耐磨损性能比机械加工表面好;iii在相同能量下加工,熔点高的材料比熔点低的材料的表面粗糙度好;iv精加工时,工具电极的表面粗糙度也将影响工件的表面粗糙度;ii单个脉冲能量对工件表面粗糙度影响最大;Page 21第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律4电火花加工的表面质量表面变质层II位于工件表面的最上层,由放电时产生的瞬时高温熔化而滞留下来,与基体金属完全不一样;i熔化层:与基体金属完全不一样,是一种树枝状的淬火铸态组织,与内层的结合不牢固;熔化层中有渗碳、渗金属、气孔及其他夹杂物;熔化层的厚度随脉冲能量的增大而变厚;Page 22
12、第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律4电火花加工的表面质量表面变质层II介于熔化层和基体之间;ii热影响层:受到高温的影响,材料的金相组织发生变化,和基体之间没有明显的界限;淬火钢:热影响层包括再淬火区、高温回火区和低温回火区;未淬火钢:热影响层主要是淬火区,热影响层比淬火钢小;不同金属材料的热影响层金相组织结构不同;Page 23第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律4电火花加工的表面质量表面变质层II表面受到高温作用并迅速冷却而产生拉应力,可能形成显微裂纹;iii显微裂纹:一般仅出现在熔化层,脉冲能量很大时有可能出现在热影响层;脉冲能量
13、越大,裂纹越宽,延伸也越深;不同材料对显微裂纹的敏感性不同,硬脆材料容易产生裂纹;工件预热处理也影响裂纹的产生,淬火材料易产生裂纹;Page 24第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律4电火花加工的表面质量表面力学性能III一般硬度比较高,耐磨性好;i显微硬度及耐磨性:对于滚动摩擦,在干摩擦状态下,由于是交变载荷熔化层容易脱落;由于热作用而形成残余应力,大部分为拉应力;残余应力的大小和分布,主要和材料在加工前的热处理状态及加工时的脉冲能量有关;ii残余应力:Page 25第4章 电火花加工2023-1-174.2.电火花加工的基本规律4电火花加工的表面质量表面力学性能
14、III残余拉应力和显微裂纹降低耐疲劳性能;iii耐疲劳性能:采用回火处理、喷丸处理等可以降低残余应力而提高疲劳强度;Page 26第4章 电火花加工2023-1-174.3.电火花加工机床1电火花成型加工机床主机包括:主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽;机床主体部分:I按照机床的大小,机床整体布局可采用分离式和整体式;近年来,出现三轴数控和五轴数控电火花加工机床;某些机床带有工具电极库,可以自动更换电极;Page 27第4章 电火花加工2023-1-174.3.电火花加工机床1电火花成型加工机床最关键的部件,是自动调节系统中的执行机构,对加工工艺指标的影响极大。i对主轴头的要求:主轴头II结
15、构简单、传动链短、热变形小、具有足够的精度和刚度;惯性小、灵敏度好、能承受一定负载;ii主轴头的组成:进给系统、导向防扭机构、电极装夹及调节环节;我国多采用液压主轴头;Page 28第4章 电火花加工2023-1-174.3.电火花加工机床1电火花成型加工机床iii液压主轴头:主轴头II油缸固定,活塞连同主轴上下移动:结构简单、刚性差、主轴导向部分为滑动摩擦,灵敏度低;活塞固定,液压缸体连同主轴上下移动:结构复杂,刚性好,灵敏度高;Page 29第4章 电火花加工2023-1-174.3.电火花加工机床1电火花成型加工机床工具电极III工具电极的装夹和调节常用十字铰链和球面铰链;工作液循环、过
16、滤系统IV包括工作液、液箱、电动机、泵、过滤装置、工作液槽、油杯、管道阀门及测量仪表;Page 30第4章 电火花加工2023-1-174.3.电火花加工机床2电火花加工用脉冲电源脉冲电源的作用:把工频交流电流转换为一定频率的单向脉冲电流,以提供电极放电所需要的能量;脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工精度、加工过程的稳定性和工具电极损耗等技术经济指标有较大影响;Page 31第4章 电火花加工2023-1-174.3.电火花加工机床2电火花加工用脉冲电源张弛式(RC)脉冲电源I结构简单、工作可靠、成本低;在小功率时,可以获得很窄的脉宽和很小的单个脉冲能量,可以用作光整加工和微细加工;
17、i优点:电源利用效率低,不超过36%;脉冲间歇系数大,生产效率低;ii缺点:击穿随机性大,工艺参数不稳定;放电回路存在寄生电感,有反向脉冲,工具损耗大;Page 32第4章 电火花加工2023-1-174.3.电火花加工机床2电火花加工用脉冲电源RLC线路脉冲电源II缩短电容充电时间,提高脉冲频率;电容上的电压可充至高于电源电压,提高了单个脉冲能量;i优点:线路可靠、成本低;生产率低、工具损耗大;ii缺点:稳定性差:受极间介质、间隙、电蚀产物的影响,随时有放电的可能,并容易转为电弧放电;Page 33第4章 电火花加工2023-1-174.3.电火花加工机床2电火花加工用脉冲电源闸流管式和电子
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