特種加工第二講PPT演示文稿

1、第二章 電火花加工,第一節(jié) 電火花加工的基本原理及分類,上講復(fù)習(xí),1、特種加工的產(chǎn)生及發(fā)展,2、特種加工的分類,1）加工難以切削材料的加工問題 （2）加工各種特殊復(fù)雜表面的加工問題 （3）解決各種超精、光整或具有特殊要求的零件加 工問題,特種加工的分類還沒有明確的規(guī)定，一般按能量來源和作用形式以及加工原理可分為 ：電火花加工、電化學(xué)加工、高能束加工、物料的切蝕加工、化學(xué)加工、復(fù)合加工與快速成形加工等,4、 特種加工對(duì)材料可加工性的結(jié)構(gòu)工藝等的影響,3、特種加工與常規(guī)切削加工的區(qū)別,1) 不是主要依靠機(jī)械能 (2) 加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力 （3）加工后的表面邊緣無毛刺殘留

2、。 (4)工具硬度可以低于被加工材料的硬度 （5）主運(yùn)動(dòng)的速度一般都較低,1）提高了材料的可加工性； 2）改變了零件的工藝路線,3）縮短了新產(chǎn)品的試制周期 4）對(duì)產(chǎn)品和零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生較大影響 5）需重新評(píng)估傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)工藝性,2.1 電火花加工的基本原理及分類,2.1.1 電火花加工的原理和設(shè)備組成,電火花 加工,短 路電 流,峰 值電 流,加工電壓間隙平均電壓,開路電壓峰值電壓,電規(guī)準(zhǔn),下一頁,因在放電過 程中見到火 花,它利用電、 熱能對(duì)零件 進(jìn)行加工,返回,2.1 電火花加工的基本原理及分類,脈沖 間隔,加工 電流,Text in here,脈沖 寬度,返回,2.1 電火花加工的基本原理

3、及分類,是基于工具與工件之間，利用脈沖放電對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行蝕除，以獲得一定形狀和尺寸的加工方法,2.電火花加工的原理,1）、1940年前蘇聯(lián)科學(xué)家拉扎連柯夫婦研究電火花腐蝕。 1943年研制出利用電容器反復(fù)充電放電原理的世界上第一臺(tái)實(shí)用化的電火花加工裝置,2）、插頭或電器開關(guān)觸點(diǎn)開、閉時(shí)，往往產(chǎn)生火花,3）、夏天的雷電現(xiàn)象,2.1 電火花加工的基本原理及分類,條件,要把有害的火花放電轉(zhuǎn)化為有用的加工技術(shù)，必須創(chuàng)造條件,1、使火花放電在具有較高的絕緣強(qiáng)度(103107cm)，以有利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電。2、排除 ；3、冷卻作用,使工具電極和工件被加工表面之間經(jīng)常保持一定的放電間隙，這一間隙隨加工

4、條件而定,使火花放電為瞬時(shí)的脈沖性放電， (放電延續(xù)時(shí)間一般為10-710-3s)。這樣才能使放電所產(chǎn)生的熱量來不及傳導(dǎo)擴(kuò)散到其余部分,在脈沖放電點(diǎn)必須有足夠的火花放電強(qiáng)度，即局部集中的電流密度須高達(dá)105106A/cm2,使局部金屬熔化和氣化,2.1 電火花加工的基本原理及分類,1工具電極 2工作液箱 3工件電極 4工作液 5絕緣墊 6伺服電機(jī),要解決以上的四方面問題，是通過下圖的電火花加工系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn),2.1 電火花加工的基本原理及分類,軸有伺服系統(tǒng)控制,加 工 原 理,工具電極 向工件電極進(jìn)給,保持一定程度的距離,脈沖電壓的作用,兩極間最近點(diǎn)處的工作液(絕緣介質(zhì))被擊穿,形成瞬時(shí)放電通道,

5、高溫,使金屬局部熔化甚至汽化,形成電蝕凹坑,不斷重復(fù)放電、電極不斷進(jìn)給,電極形狀反拷到工件上,加工出需要的型面來,2.1 電火花加工的基本原理及分類,2.1 電火花加工的基本原理及分類,2.1 電火花加工的基本原理及分類,2.1.2 電火花加工的特點(diǎn)和應(yīng)用,2.1 電火花加工的基本原理及分類,電火花加工的局限性,2.1 電火花加工的基本原理及分類,由于電火花加工具有許多傳統(tǒng)切削加工所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，目前已經(jīng)應(yīng)用于機(jī)械（特別是模具制造）、宇航、航空、電子、電機(jī)電器、精密機(jī)械、儀表儀器、汽車、輕工等行業(yè)，以解決難以加工材料及復(fù)雜形狀零件的加工問題。目前，加工范圍已經(jīng)達(dá)到了幾

6、微米的小軸、小孔、小縫。大到幾米的超大型模具與零件,2.1 電火花加工的基本原理及分類,2.1.3 電火花加工工藝方法的分類,按用途的不同,電火花穿孔成形加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜磨、電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工、電火花高速小孔加工,改變零件形狀或尺寸,改善或改變零件表面性質(zhì),電火花表面強(qiáng)化、刻字,2.1 電火花加工的基本原理及分類,電火花穿孔成型加工,2.1 電火花加工的基本原理及分類,電火花線切割加工,特點(diǎn),1、工具電極為順電極線軸線方向移動(dòng)著的線狀電極。 2、工具與工件在兩個(gè)水平方向同時(shí)有相對(duì)伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng),1、切割各種沖模和具有直紋面的零件 2、下料、裁割和窄縫加工,約占電火花機(jī)床總數(shù)

7、的60%，典型的機(jī)床有DK7725、DK7740等數(shù)控電火花切割機(jī)床,2.1 電火花加工的基本原理及分類,2.2 電火花加工的機(jī)理,了解這一微觀過程，有助于掌握電火花加工工藝的基本規(guī)律和效果。實(shí)際上，它的物理過程的時(shí)間是非常短暫而又復(fù)雜的。每次電火花腐蝕的微觀過程是電場(chǎng)力、磁力、熱力、流體動(dòng)力、電化學(xué)和膠體化學(xué)等綜合作用的過程,火花放電時(shí)，電極表面的金屬材料究竟是怎樣被蝕除下來的，這一微觀的物理過程也就是電火花加工的物理本質(zhì)，或稱機(jī)理,1 極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道,這一過程大致可分為以下四個(gè)連續(xù)階段,1）當(dāng)脈沖電壓施加于工具電極與工件之間時(shí)(圖13中01段和12段)，兩極之間立即形成

8、一個(gè)電場(chǎng),2）電場(chǎng)強(qiáng)度與電壓成正比，與距離成反比，隨著極間電壓的升高或是極間距離的減小，極間電場(chǎng)強(qiáng)度也將隨著增大,3）表面是凸凹不平的，因而極間電場(chǎng)強(qiáng)度是很不均勻的，兩極間離得最近的突出點(diǎn)或尖端處的電場(chǎng)強(qiáng)度一般為最大,2.2 電火花加工的機(jī)理,4）液體介質(zhì)中不可避免地含有某種雜質(zhì)。在電場(chǎng)作用下，這些雜質(zhì)將使極間電場(chǎng)更不均勻,5）當(dāng)陰極表面某處的電場(chǎng)強(qiáng)度增加到105Vmm(100Vm)左右時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生場(chǎng)致電子發(fā)射，由陰極表面向陽極逸出電子。在電場(chǎng)作用下電子高速向陽極運(yùn)動(dòng),6）產(chǎn)生碰撞電離；把最外層軌道上的負(fù)電子撞離出去，形成帶負(fù)電的粒子(主要是電子)和帶正電的粒子(原子核和軌道上剩余的電子構(gòu)成的

9、正離子)，導(dǎo)致帶電粒子雪崩式增多，使介質(zhì)擊穿而電阻率迅速降低，形成放電通道,2.2 電火花加工的機(jī)理,7、從雪崩電離開始到建立放電通道的過程非常迅速，理論上僅需 (01001s)，間隙電阻從絕緣狀態(tài)迅速降低到幾分之一歐姆，間隙電流迅速上升到最大值(幾安到幾百安)。間隙電壓則由擊穿電壓迅速下降到火花維持電壓(一般約為2030 V,8、正、負(fù)帶電粒子相反方向高速運(yùn)動(dòng)相互碰撞，產(chǎn)生大量的熱，使通道溫度相當(dāng)高，但分布是不均勻的，從通道中心向邊緣逐漸降低，通道中心溫度可高達(dá)10000以上,2.2 電火花加工的機(jī)理,10）磁場(chǎng)又反過來對(duì)電子流產(chǎn)生向心的磁壓縮效應(yīng)，使通道瞬間擴(kuò)展受到很大阻力，故放電開始階段

10、通道截面很小，而通道內(nèi)由高溫?zé)崤蛎浶纬傻某跏級(jí)毫蛇_(dá)數(shù)十兆帕。高壓高溫的放電通道以及隨后瞬時(shí)金屬氣化形成的氣體(以后發(fā)展成氣泡)急速擴(kuò)展，在放電過程中，同時(shí)還伴隨著一系列派生現(xiàn)象，其中有熱效應(yīng)、電磁效應(yīng)、光效應(yīng)、聲效應(yīng)及頻率范圍很寬的電磁輻射和爆炸沖擊波等,二、介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹,1）極間形成放電通道后，脈沖電源使通道間的電子高速奔向正極，正離子奔向負(fù)極。電能變成動(dòng)能，動(dòng)能通過碰撞又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?2.2 電火花加工的機(jī)理,2）通道高溫將工作液介質(zhì)氣化，進(jìn)而熱裂分解氣化，也使金屬材料熔化甚至沸騰氣化,3）氣化后的工作液和金屬蒸氣，瞬間體積猛增，在放電間隙內(nèi)成為氣泡，迅速熱膨脹，就

11、像火藥、爆竹點(diǎn)燃后那樣具有爆炸的特性。電火花加工主要靠熱膨脹和局部微爆炸，使熔化、氣化了的電極材料拋出蝕除,三、電極材料的拋出,1）瞬時(shí)高溫產(chǎn)生很高的瞬時(shí)壓力。通道中心的壓力最高，使氣化了的氣體體積不斷向外膨脹，形成一個(gè)擴(kuò)張的“氣泡,2.2 電火花加工的機(jī)理,氣泡上下、內(nèi)外的瞬時(shí)壓力并不相等，壓力高處的熔融金屬液體和蒸氣，就被排擠、拋出而進(jìn)入工作液中,2）實(shí)際上熔化和氣化了的金屬在拋離電極表面時(shí)，除絕大部分拋人工作液中 還有一個(gè)小部分飛濺、鍍覆、吸附在對(duì)面的電極表面上。這種互相飛濺、鍍覆以及吸附的現(xiàn)象， 可以用來減少或補(bǔ)償工具電極在加工過程中的損耗,四、極間介質(zhì)的消電離,2.2 電火花加工的機(jī)

12、理,隨著脈沖電壓的結(jié)束，脈沖電流也迅速降為零，圖13中45段標(biāo)志著一次脈沖放電結(jié)束，但此后仍應(yīng)有一段間隔時(shí)間，使間隙介質(zhì)消電離，即放電通道中的帶電粒子復(fù)合為中性粒子，恢復(fù)本次放電通道處間隙介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度,原因：在加工過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物(如金屬微粒、碳粒子、氣泡等)、 就會(huì)降低絕緣強(qiáng)度。導(dǎo)致消電離過程不充分，結(jié)果將使下一個(gè)脈沖放電通道始終集中在某一部位，這樣脈沖火花放電將惡性循環(huán)，轉(zhuǎn)變?yōu)橛泻Φ姆€(wěn)定電弧放電,2.2 電火花加工的機(jī)理,措施： 1）在兩次脈沖放電之間一般要有足夠的脈沖間隔時(shí)間t。 2）還要考慮電蝕產(chǎn)物排離放電區(qū)域的難易程度(與脈沖爆炸力大小、放電間隙大小、抬刀及加工面積有關(guān),2.2 電火花加工的機(jī)理,小結(jié),2.1.1 電火花加工的原理和設(shè)備組成,2.1.2 電火花加工的特點(diǎn)和應(yīng)用,2.1.3 電火花加工工藝方法的分類束,2.2 電火花加工的機(jī)理,2.2 電火花加工的機(jī)理,Than