課題一電火花技術(shù)簡(jiǎn)要介紹

1、課題一 電火花技術(shù)簡(jiǎn)要介紹一、電火花簡(jiǎn)介 電火花技術(shù)，又稱放電加工，日本叫法是Electrical Discharge Machining，簡(jiǎn)稱EDM，蘇聯(lián)稱電蝕加工，Electroerosion Machining，指利用兩極間的脈沖放電產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象，對(duì)材料進(jìn)行加工的方法。電火花與機(jī)械加工的區(qū)別：機(jī)械加工是通過機(jī)床部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，用比工件硬的刀具切除工件上多余的部分，來得到成品零件的；而電火花加工，工具與工件并不接觸，靠工具和工件之間不斷的脈沖性火花放電，產(chǎn)生局部的瞬間高溫，把金屬材料蝕除掉。電火花腐蝕的主要原因是什么？火花放電時(shí)火花通道中瞬間產(chǎn)生大量的熱，達(dá)到很高的溫度，足以使任何金屬

2、材料局部熔化、氣化而蝕除，形成放電凹坑，從而將金屬材料腐蝕掉。二、電火花的歷史在插頭或電器開關(guān)觸點(diǎn)開、閉時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生火花而把接觸表面燒毛，腐蝕成粗糙不平的凹坑而逐漸損壞，人們不斷地避免這種有害的電腐蝕。1940年，蘇聯(lián)學(xué)者拉扎連科夫婦開始研究發(fā)明電火花加工，之后隨著脈沖電源和控制系統(tǒng)的改進(jìn)，而迅速發(fā)展起來。 最初使用的脈沖電源是簡(jiǎn)單的電阻-電容回路。50年代初，改進(jìn)為電阻-電感-電容等回路。同時(shí)，還采用脈沖發(fā)電機(jī)之類的所謂長(zhǎng)脈沖電源，使蝕除效率提高，工具電極相對(duì)損耗降低。隨后又出現(xiàn)了大功率電子管、閘流管等高頻脈沖電源，使在同樣表面粗糙度條件下的生產(chǎn)率得以提高。60年代中期，出現(xiàn)了晶體管和可控

3、硅脈沖電源，提高了能源利用效率和降低了工具電極損耗，并擴(kuò)大了粗精加工的可調(diào)范圍。到70年代，出現(xiàn)了高低壓復(fù)合脈沖、多回路脈沖、等幅脈沖和可調(diào)波形脈沖等電源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具電極損耗等方面又有了新的進(jìn)展。在控制系統(tǒng)方面，從最初簡(jiǎn)單地保持放電間隙，控制工具電極的進(jìn)退，逐步發(fā)展到利用微型計(jì)算機(jī)，對(duì)電參數(shù)和非電參數(shù)等各種因素進(jìn)行適時(shí)控制。三、有害的火花放電轉(zhuǎn)化為有用的加工技術(shù)的條件圖1 電加工的示意圖1、使工具電極和工件被加工表面之間保持一定的放電間隙，幾微米-幾百微米，不能間隙太小或太大，應(yīng)具備工具電極的自動(dòng)進(jìn)給和調(diào)節(jié)裝置。2、必須采用脈沖電源，使火花放電為瞬時(shí)的脈沖性放電,并在

4、延續(xù)一段時(shí)間后,停歇一段時(shí)間,(放電持續(xù)時(shí)間10 -7-10-3 s)。3、火花放電要在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行，如煤油，皂化油，去離子水，液體介質(zhì)又稱工作液，具有較高的絕緣強(qiáng)度，同時(shí)可以將碳墨、金屬懸浮物排除，具有冷卻作用。煤油導(dǎo)電嗎？是不導(dǎo)電的。煤油可應(yīng)用在清潔劑與燃料：煤油在煤油燈中穩(wěn)定地燃燒，但是會(huì)散發(fā)油膩的黑煙。一些模型飛機(jī)也使用煤油或者使用摻有煤油的燃料。航空煤油則是攙有其它物質(zhì)的煤油，不僅用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，也是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料;做為清潔劑出售的煤油純度高，不含重分子，因此可以去除金屬表面強(qiáng)力附著的油膩和污物。如煤油與汽油相比，煤油的危險(xiǎn)性較低。包括變壓器里的油也是起到絕緣和散

5、熱的作用的。四、電火花的加工的基本原理進(jìn)行電火花加工時(shí)，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。通過間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進(jìn)給，當(dāng)兩電極間的間隙達(dá)到一定距離時(shí)，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。在放電的微細(xì)通道中瞬時(shí)集中大量的熱能，溫度可高達(dá)一萬(wàn)攝氏度以上，壓力也有急劇變化，從而使這一點(diǎn)工作表面局部微量的金屬材料立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝，形成固體的金屬微粒，被工作液帶走。這時(shí)在工件表面上便留下一個(gè)微小的凹坑痕跡，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復(fù)絕緣狀態(tài)。緊接著，下一個(gè)脈沖電壓又在兩電極相對(duì)接近的另一點(diǎn)處擊

6、穿，產(chǎn)生火花放電，重復(fù)上述過程。這樣，雖然每個(gè)脈沖放電蝕除的金屬量極少，但因每秒有成千上萬(wàn)次脈沖放電作用，就能蝕除較多的金屬，具有一定的生產(chǎn)率。在保持工具電極與工件之間恒定放電間隙的條件下，一邊蝕除工件金屬，一邊使工具電極不斷地向工件進(jìn)給，最后便加工出與工具電極形狀相對(duì)應(yīng)的形狀來。因此，只要改變工具電極的形狀和工具電極與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式，就能加工出各種復(fù)雜的型面。工具電極常用導(dǎo)電性良好、熔點(diǎn)較高、易加工的耐電蝕材料，如銅、石墨、銅鎢合金和鉬等。在加工過程中，工具電極也有損耗，但小于工件金屬的蝕除量，甚至接近于無(wú)損耗。工作液作為放電介質(zhì)，在加工過程中還起著冷卻、排屑等作用。常用的工作液是粘

7、度較低、閃點(diǎn)較高、性能穩(wěn)定的介質(zhì)，如煤油、去離子水和乳化液等。五、電火花加工的微觀過程這一過程大致分為以下幾個(gè)階段：(1)極間介質(zhì)的電離、擊穿,形成放電通道。 放電通道是有大量帶正電和負(fù)電的粒子以及中型粒子組成,帶電粒子高速運(yùn)動(dòng),相互碰撞,產(chǎn)生大量熱能,使通道溫度升高,通道中心溫度可達(dá)到10000攝氏度以上。由于放電開始階段通道截面很小,而通道內(nèi)有高溫?zé)崤蛎浶纬傻膲毫Ω哌_(dá)幾萬(wàn)帕,高溫高壓的放電通道急速擴(kuò)展,產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波向四周傳播。在放電的同時(shí)還伴隨著光效應(yīng)和聲效應(yīng),這就形成了肉眼所能看到的電火花。(2)電極材料的融化,汽化熱膨脹。 液體介質(zhì)被電離、擊穿,形成放電通道后,通道間帶負(fù)電的粒

8、子奔向正極,帶正電的粒子奔向負(fù)極,粒子間相互撞擊,產(chǎn)生大量的熱能,使通道瞬間達(dá)到很高的溫度。通道高溫首先使工作液汽化,進(jìn)而氣化,然后高溫向四周擴(kuò)散,使兩電極表面的金屬材料開始融化直至沸騰氣化。氣化后的工作液和金屬蒸汽瞬間體積猛增,形成了爆炸的特性。所以在觀察電火花加工時(shí),可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象并聽到輕微的爆炸聲。圖2 電加工的微觀物理過程 (3)電極材料的拋出。 正負(fù)電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象,使放電通道產(chǎn)生高溫高壓。通道中心的壓力最高,工作液和金屬汽化后不斷向外膨脹,形成內(nèi)外瞬間壓力差,高壓力處的熔融金屬液體和蒸汽被排擠,拋出放電通道,大部分被拋入到工作液中。加工中看到的桔紅色火花就

9、是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。(4)極間介質(zhì)的消電離。在電火花放電加工過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物如果來不及排除和擴(kuò)散,那么產(chǎn)生的熱量將不能及時(shí)傳出,使該處介質(zhì)局部過熱,局部過熱的工作液高溫分解,結(jié)碳,使加工無(wú)法進(jìn)行,并燒壞電極。因此為了保證電火花加工過程的正常進(jìn)行,在兩次放電之間必須有足夠的時(shí)間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排除,恢復(fù)放電通道的絕緣性,使工作液介質(zhì)消電離實(shí)際上,電火花加工的過程遠(yuǎn)比上述復(fù)雜,它是電力、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。到目前為止,人們對(duì)電火花加工過程的了解還有限,需要進(jìn)一步研究?？偨Y(jié)一下，放電加工時(shí)，金屬材料蝕除的微觀過程分為以下四個(gè)連續(xù)的階段：1.極間介質(zhì)

10、的擊穿與放電，形成放電通道；2.介質(zhì)的熱分解，電極材料融化氣化，熱膨脹并冒出氣泡，工作液變黑；3.電極材料的拋出；4.極間介質(zhì)的消電離，恢復(fù)絕緣。六、主要名詞術(shù)語(yǔ)1、工具電極:電火花加工用的工具,工具或電極。2、放電間隙：指加工時(shí)工具和工件之間產(chǎn)生的火花放電的一層距離間隙。3、脈沖電源：給放電間隙提供一定能量的電脈沖。4、伺服進(jìn)給系統(tǒng)：用作使工具電極伺服進(jìn)給，自動(dòng)調(diào)節(jié)。5、工作液介質(zhì)：電火花加工時(shí)，工具和工件之間的放電間隙必須浸泡在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中，此液體介質(zhì)稱工作液。6、電蝕產(chǎn)物：金屬微粒小屑和煤油在高溫下分解出來的碳黑。7、電參數(shù)電規(guī)準(zhǔn)：電加工過程中的電壓、電流、脈寬、脈間、功率

11、和能量等電參數(shù)。8、脈沖寬度ti：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。粗加工用大脈寬大于，精加工時(shí)用小脈寬小于。9、脈沖間隔to：是指兩個(gè)電壓脈沖之間的時(shí)間，利用放電間隙進(jìn)行消電離和恢復(fù)絕緣。10、擊穿延時(shí)td：是從間隙兩端加上電壓脈沖到介質(zhì)擊穿之前的一段時(shí)間。11、停歇時(shí)間teo：即放電間隔，是指相鄰兩次放電之間的時(shí)間間隔。teo=to+td。12、脈沖周期tp：從一個(gè)電壓脈沖開始到下一個(gè)電壓脈沖開始之間的時(shí)間。13、放電時(shí)間te：是指介質(zhì)擊穿后，間隙中通過放電電流的時(shí)間，稱電流脈寬。圖3 電脈沖加工過程各段時(shí)間示意圖（其中Ti脈寬、Td擊穿延時(shí)、To脈間、Te放電時(shí)間、Tp脈

12、沖周期、Teo停歇時(shí)間）14、開路電壓：間隙擊穿之前的極間峰值電壓。15、加工電壓：是指正常加工時(shí)，間隙兩端的電壓即電壓表的讀數(shù)。16、加工電流：通過加工間隙電流算術(shù)平均值。精加工時(shí)小，粗加工時(shí)大。17、二次放電：是指在已加工面上，由于加工屑的介入，進(jìn)行再次放電的現(xiàn)象。18、極性效應(yīng)：由于正負(fù)極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象，即工件為正，正極性加工；工件為負(fù)，負(fù)極性加工。19、吸附效應(yīng)：碳粒帶負(fù)電荷，向正極移動(dòng)，正的電極表面吸附了分解游離出來的碳微粒，減小電極損耗，保護(hù)了正極。20、粗加工：用一個(gè)電極加工掉很大的余量而電極尺寸形狀基本不變。21、精加工：脈寬窄，正極工具表面吸附的碳黑很少，擋不

13、住負(fù)電子對(duì)正極的強(qiáng)烈沖擊，因此損耗比會(huì)增大，但此時(shí)余量小，絕對(duì)損耗量也不大。22、電加工金屬：由難至易，鎢銅銀鉬鋁鉭鉑鐵鎳鋼鈦。一般成型機(jī)電極材料用銅，線切割電極用鉬。七、電火花加工的優(yōu)點(diǎn)及局限性1.電火花加工的優(yōu)點(diǎn)：（1）可以加工難以用金屬切削方法加工的零件,不受材料硬度影響。（2）由于工具電極與工件電極不直接接觸,沒有機(jī)械切削力。所以在制作工具電極時(shí)不必考慮其受力特性,工具電極可以做的十分微細(xì),能進(jìn)行微細(xì)加工和復(fù)雜型面加工。（3）電火花加工是通過脈沖放電來蝕除金屬材料的,而脈沖電源的參數(shù)隨時(shí)可調(diào),因此在同一情況下,只需調(diào)整電參數(shù)即可切換粗、半精、精、超精加工。2、電火花加工的局限性(1)加

14、工速度比較慢，需先切削掉大部分余量，再進(jìn)行電火花加工。(2)被加工的工件只能是金屬等導(dǎo)體材料。(3)存在電極損耗,由于電火花靠熱、電來進(jìn)行蝕除金屬，電極也會(huì)有所損耗。多在尖角或底面，影響了成型精度。(4) 加工過程必須在工作液中進(jìn)行。電火花加工時(shí)放電部位必須在工作液中,否則將引起異常放電。八、電火花加工的分類與發(fā)展概況1、根據(jù)目前電火花設(shè)備使用情況來分,可分為3大類:（1）電火花穿孔成型加工 采用成型工具電極進(jìn)行仿形電火花加工的方法。（2）電火花線切割加工 利用金屬線作為電極對(duì)工件進(jìn)行切割的方法。（3）其他類型電火花加工 如電火花磨削加工、電火花回轉(zhuǎn)加工、電火花研磨、珩磨以及金屬電火花表面強(qiáng)化

15、、刻字等。2、我國(guó)電火花加工的發(fā)展20世紀(jì)50年代初期,我國(guó)開始研究和試制電火花鍍敷設(shè)備,即把硬質(zhì)合金用電火花工藝鍍敷在高速鋼金屬切削刀具和冷沖模刃口上,提高金屬切削刀具和模具的使用壽命。同時(shí)我國(guó)還成功研制了電火花穿孔機(jī),并廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)噴嘴小孔的加工。 60年代初,上?？茖W(xué)院電工研究所成功研制了我國(guó)第一臺(tái)靠模仿形電火花線切割機(jī)床。隨后又出現(xiàn)了具有我國(guó)特色的冷沖模工藝,即直接采用凸模打凹模的方法,使凸凹模配合的均勻性得到了保證,大大簡(jiǎn)化了工藝過程。 60年代末,上海電表廠張維良工程師在陽(yáng)極切割的基礎(chǔ)上發(fā)明了我國(guó)獨(dú)有的高速走絲線切割機(jī)床。上海復(fù)旦大學(xué)研制出電火花線切割數(shù)控系統(tǒng)。 70年代隨著電火花工藝裝備的不斷進(jìn)步,電火花型腔模具成型加工工藝已經(jīng)成熟