《特種加工第二講》課件

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第二章電火花加工上講復(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。(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3）縮短了新產(chǎn)品的試制周期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

電火花加工概念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是放電間隙短路時(shí)，電流表上指示的平均值。它比正常加工時(shí)的電流要大20%-40%電規(guī)準(zhǔn)是間隙火花放電時(shí)脈沖電流的最大值（瞬間）。它是直接生產(chǎn)率、表面粗糙度指標(biāo)是間隙開路時(shí)電極間的最高電壓，它等于電源的直流電壓。是影響生產(chǎn)率及成形精度的指標(biāo)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、短路和脈沖間隔等電壓的平均值下一頁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

電火花返回2.1電火花加工的基本原理及分類因在放電過它利用電、電火花返回2.1電火花加工的基本原理脈沖間隔加工電流Textinhere脈沖寬度電規(guī)準(zhǔn)返回是加到工具和工件上放電間隙兩端的電壓的持續(xù)時(shí)間簡稱脈間。它是兩個(gè)電壓脈沖之間的間隔時(shí)間是加工時(shí)電流表上指示的流過放電間隙的平均電流2.1電火花加工的基本原理及分類脈沖加工Text脈沖電規(guī)準(zhǔn)返回是加到工具和工件上放電間隙兩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.電火花加工的原理原理來由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(103～107Ω·cm)，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10-7—10-3s)。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)105~106A/cm2,使局部金屬熔化和氣化。

工作條件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—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)

加工原理示意圖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1—工具電極2—工作液箱3—工件電極4—工作液5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

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軸有伺服系統(tǒng)控制加工原理工具電極向工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

特點(diǎn)適合于任何難切削材料的加工。原因：加工中材料的去除是靠放電時(shí)的電熱作用實(shí)現(xiàn)，材料的可加工性主要取決于材料的導(dǎo)電性及熱學(xué)特性。如沸點(diǎn)、熔點(diǎn)等。而與其力學(xué)性能無關(guān)

可加工特殊及復(fù)雜形狀的表面和零件原因：1、電極與工件不接觸；2、電極形狀是復(fù)制到工件上的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)用特點(diǎn)適合于任何難切電火花加工的局限性主要是加工導(dǎo)電的金屬材料一般加工速度較慢，余量還是靠切削加工來完成存在電極損耗。粗加工大約在0.1%左右2.1電火花加工的基本原理及分類電火花加工的局限性主要是加工導(dǎo)電的金屬材料一般加工速度較慢，應(yīng)用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應(yīng)用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2.1.3電火花加工工藝方法的分類按用途的不同電火花電火花穿孔成型加工特點(diǎn)用途說明1、工具與工件間主要只有一個(gè)相對(duì)的伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。2、工具為成形電極，與被加工表面有相同的截面和相反的形狀1、型腔加工：加工各類型腔模及各種復(fù)雜的型腔零件2、穿孔加工：加工各種沖模、擠壓模、粉末冶金模、各種異形孔等約占電火花機(jī)床總數(shù)的30%，典型的機(jī)床有DK7125、DK7140等電火花穿孔成型機(jī)2.1電火花加工的基本原理及分類電火花穿孔成型加工特點(diǎn)用途說明1、工具與工件間主要只有一個(gè)相電火花線切割加工特點(diǎn)用途說明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)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電火花線切割加工特點(diǎn)用途說明1、工具電極為順電極線軸線方向移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。加工機(jī)理火花放電時(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。2.2電火花加工的機(jī)理了解這一微觀過程，有助于掌握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1．3中0—1段和1～2段)，兩極之間立即形成一個(gè)電場。

2）電場強(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，極間電場強(qiáng)度也將隨著增大3）表面是凸凹不平的，因而極間電場強(qiáng)度是很不均勻的，兩極間離得最近的突出點(diǎn)或尖端處的電場強(qiáng)度一般為最大。2.2電火花加工的機(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4）液體介質(zhì)中不可避免地含有某種雜質(zhì)。在電場作用下，這些雜質(zhì)將使極間電場更不均勻；5）當(dāng)陰極表面某處的電場強(qiáng)度增加到105V／mm(100V／μm)左右時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生場致電子發(fā)射，由陰極表面向陽極逸出電子。在電場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4）液體介質(zhì)中不可避免地含有某種雜質(zhì)。在電場作用下，這些雜質(zhì)

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(0．1—0．01μs)，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20—30V)，

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10）磁場又反過來對(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)闊崮堋?.2電火花加工的機(jī)理10）磁場又反過來對(duì)電子流產(chǎn)生向心的磁壓縮效應(yīng)，使通道瞬間擴(kuò)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)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隨著脈沖電壓的結(jié)束，脈沖電流也迅速降為零，圖1．3中4～5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)理隨著脈沖電壓的結(jié)束，脈沖電流也迅速降為零，圖1．3中4～5段措施：

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。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)理小結(jié)2.1.1電火花加工的原理和設(shè)備組成2.1