现代加工技术第4章 电火花加工

8/31/202411根本原理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根本条件Iii8/31/202421根本原理利用电蚀现象加工的根本条件Iiii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；具有较好的冷却作用；8/31/202431根本原理II8/31/202441根本原理ii通道放电IIIi电离击穿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；8/31/202451根本原理iv抛出金属IIIiii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8/31/202462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大局部材料不发热；III加工出精度高、外表质量好；IVV易于实现自动化；VI8/31/202471影响电蚀量的根本因素i正极性加工：极性效应和脉冲宽度I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；8/31/202481影响电蚀量的根本因素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；8/31/202491影响电蚀量的根本因素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；8/31/2024101影响电蚀量的根本因素i工作液的作用：工作液对电蚀量的影响III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；8/31/2024112i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；压榨脉冲宽度；8/31/2024122ii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；脉冲能量增加会使外表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；8/31/2024132i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15μs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；8/31/2024142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外表；当温度适宜，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；8/31/2024152iii利用传热效应工具相对损耗：II电极外表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电流的增长率对降低电极损耗有利；导热作用使电极外表温度较低而减少损耗；8/31/2024162iv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响；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选用适宜的材料铜熔点较低，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8/31/2024173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棱角局部电场分布不均，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；8/31/2024183影响加工精度的主要因素电极损耗II二次放电III以加工外表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；8/31/2024194外表粗糙度I外表粗糙度与加工速度之间存在矛盾；i外表的润滑性能和耐磨损性能比机械加工外表好；iii在相同能量下加工，熔点高的材料比熔点低的材料的外表粗糙度好；iv精加工时，工具电极的外表粗糙度也将影响工件的外表粗糙度；ii单个脉冲能量对工件外表粗糙度影响最大；8/31/2024204外表变质层II位于工件外表的最上层，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：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；8/31/2024214外表变质层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；不同金属材料的热影响层金相组织结构不同；8/31/2024224外表变质层II外表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；8/31/2024234外表力学性能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；由于热作用而形成剩余应力，大局部为拉应力；剩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剩余应力：8/31/2024244外表力学性能III剩余拉应力和显微裂纹降低耐疲劳性能；iii耐疲劳性能：8/31/2024251主机包括：主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽；机床主体局部：I按照机床的大小，机床整体布局可采用别离式和整体式；某些机床带有工具电极库，可以自动更换电极；8/31/2024261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；8/31/2024271iii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、主轴导向局部为滑动摩擦，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；8/31/2024281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；8/31/2024292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；8/31/2024302张弛式〔RC〕脉冲电源I结构简单、工作可靠、本钱低；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；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；8/31/2024312RLC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、本钱低；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；8/31/2024322闸流管式和电子管式脉冲电源III独立式脉冲电源；闸流管和电子管为高阻抗开关元件，主回路常为高压小电流，必须采用脉冲变压器变换为大电流的低压脉冲；由于受到末级功率管及脉冲变压器的限制，脉冲宽度很窄，脉冲电流也不能大，能耗大；主要用于冲模类穿孔加工等精加工，不适于型腔加工；目前已被晶体管式、晶闸管式脉冲电源取代；8/31/2024332晶闸管式、晶体管式脉冲电源IV晶闸管电源利用晶闸管作为开关元件获得单向脉冲；晶闸管功率较大，用于200A以上的大功率粗加工电源；晶体管电源利用晶体管作为开关元件获得单向脉冲；脉冲频率高、脉冲参数容易调节，易于实现多回路加工和自适应控制等；用于中、小型脉冲电源；8/31/2024342派生脉冲电源V与放电间隙并联两个供电回路；高压脉冲回路：脉冲电压较高，平均电流小，主要起击穿间隙作用；低压脉冲回路：脉冲电压较低，电流比较大，起蚀除金属的作用；上下压复合脉冲就是在每个工作脉冲电压上叠加一个小能量的高压脉冲，使电极间隙先引燃在放电加工；二极管隔离高压脉冲进入低压回路；i上下压复合脉冲电源8/31/2024352派生脉冲电源V在加工电源的功率极分割出相互隔离绝缘的多个输出极，同时供给多个回路的放电加工；不依靠增大单个脉冲能量而提高生产效率，不会使外表粗糙度变坏；用于大面积、多工具、多部位加工；ii多回路脉冲电源8/31/2024362派生脉冲电源V每个脉冲在介质击穿后所释放的单个脉冲能量相等；能自动保持脉冲电流宽度相等，用相同的脉冲能量加工，可以在保证一定外表粗糙度的情况下，进一步提高加工速度；iii等脉冲电源8/31/2024372派生脉冲电源V能根据某一给定目标来连续不断地检测放电状态，并与最正确模型进行比较运算，然后将其结果控制有关参数，以获得最正确加工效果；极间放电状态的识别与检测；iv自适应控制脉冲电源建立“评价函数〞；根据评价函数设计控制环节；8/31/2024382派生脉冲电源V在一定程度上具有高频脉冲加工外表粗糙度好和低频脉冲加工速度高、电极损耗低的双重优点；梳形脉冲波大脉宽期间电压不过零，始终加有一较低的正电压，其作用为当采用负极性加工时，使正极工具能吸附碳膜获得低损耗；v高频分组和梳形波脉冲电源8/31/2024391作用：I8/31/2024401i较广的速度调节跟踪范围；IIii足够的灵敏度和快速性；iii必要的稳定性；iv结构简单可靠、维护方便；调节系统按执行元件分：IIIi电液压式；ii步进电机；iii宽调速力矩电机；iv直流伺服电机；v交流伺服电机；8/31/2024412自动进给调节系统的根本组成i平均值检测法：用于张弛式脉冲电路；测量环节Iii峰值检测法：用于独立式脉冲电源；测量与放电间隙成比例关系的电参数来间接反映放电间隙的大小；检测放电状态更合理；8/31/2024422自动进给调节系统的根本组成比较环节II根据“给定值〞来调节进给速度，以适应不同加工标准；大多数比较环节包含或合并在测量环节中；放大环节III放大测量环节的信号以推动执行元件；执行环节IV根据控制信号及时调节工具电极的进给；机电时间尽可能小，以便能快速间隙状态的变化；机械传动间隙和摩擦小，减少系统不灵敏性；较宽的调速范围，以适应各种加工；8/31/2024433电液自动进给调节系统特点：Ii传动链短、液体根本无压缩性，所以传动链中无间隙、刚度大、不灵敏区小；ii加工速度低，所以正、反向反响迅速；8/31/2024443电液自动进给调节系统测量环节从放电间隙检测出电压信号，与给定值进行比较后输出一个控制信号，再经放大、传输给电—机械转换器，使液压放大器中的喷嘴挡板有一个成比例的位移，因而改变喷嘴的出油量，造成液压缸上下油腔压力变化，从而使主轴相应运动；喷嘴—挡板式电液自动控制系统工作原理：II8/31/2024454电—机械式自动进给调节系统特点：Ii普通直流伺服电机形式：传动链长、惯性大，刚性差，灵敏度低；ii步进电机和力矩电机形式：传动链短、灵敏度高、惯性小、结构简单；8/31/2024461用工具电极对工件进行复制加工的工艺方法。i优点：Iii冲模的配合间隙均匀，刃口耐磨；iii不受材料硬度的限制；iv复杂凹模可采用整体式，简化了模具结构；8/31/2024471凹模的尺寸精度主要靠工具电极保证；工艺方法：IIi冲头修配法：把冲头和电极分别用机械加工方法制成，以到达配合间隙的要求；电极材料的选择不受电极制造方法的限制；配合间隙依靠修配的方法得到；配合间隙均匀性难控制；修配工作量大，生产效率低；适合于加工形状简单或配合间隙大的冲模；8/31/2024481工艺方法：IIii直接配合法：直接用加长的钢冲头作为电极加工凹模，加工后将电极损耗局部切除；配合间隙依靠调节脉冲参数、控制放电间隙保证；配合间隙均匀，模具质量高；电极材料只能采用钢；对机床要求较高，加工控制要求较严；8/31/2024491工艺方法：IIiii间接配合法：冲头和电极同时加工；配合间隙依靠调节脉冲参数、控制放电间隙保证；配合间隙均匀，模具质量高；电极材料只能采用钢或铸铁；对机床要求较高，加工控制要求较严；8/31/2024501工具电极IIIi电极材料的选择铸铁电极：加工容易稳定、生产效率高、本钱低；钢电极：生产效率低、稳定性差、易起弧，损耗较铸铁小；钢制电极加工后外表粗糙度略好；8/31/2024511工具电极IIIii电极的设计工具电极的尺寸精度和外表粗糙度比凹模高一级；电极结构有整体式、镶拼式和组合式；电极截面轮廓尺寸要比预定加工的型孔尺寸均匀的缩小一个加工间隙；工具电极的重心尽可能位于主轴中心；电极尽可能轻量化，以提高加工稳定性；8/31/2024521工具电极IIIiii电极的制造先机械加工，后成型磨削或钳工精修；8/31/2024532盲孔加工，工作液循环和电蚀产物排出条件差，工具损耗后无法靠进给补偿精度，金属蚀除量大；加工变化面积大，加工中电标准调节范围较大，电极损耗不均匀，对加工精度影响较大；8/31/2024542工艺方法：Ii单电极平动法：采用一个电极完成型腔的粗、半径、精加工；首先采用低损耗的、高生产率的粗标准进行加工，然后利用平动头作平面小圆运动，按照粗、半精、精加工的顺序逐级改变电标准，同时加大电极的平动量，以补偿前后两个加工标准之间型腔侧面放电间隙差和外表微观不平度差；只需一个电极、一次装夹定位；难以获得高精度的型腔；8/31/2024552工艺方法：Iii多电极更换法：采用多个电极依次更换加工同一型腔，每个电极加工必须把上一标准的放电痕迹去掉；一般用两个电极完成粗、精加工，也可以用三个电极；仿形精度高，尤其适用于尖角、窄缝多的型腔加工；要求多个电极的一致性好、制造精度高；电极定位精度高；8/31/2024562工艺方法：Iiii分解电极法：综合应用单电极平动法和多电极更换法；电极分为主型腔和副型腔电极分别制造；根据主、副型腔不同的加工条件选择不同的加工标准；简化了电极制造、便于修整电极；电极定位精度要求高；8/31/2024572工具电极：IIi紫铜电极：宽脉冲粗加工时损耗低；不容易产生电弧，在较困难的条件下也能稳定加工；精加工比石墨电极损耗小；采用精微加工能到达Ra1.25的外表粗糙度；材料利用率高；加工性能不如石墨好；8/31/2024582工具电极：IIii石墨电极：宽脉冲粗加工时损耗低；机械加工成型容易；加工性能好；精加工电极损耗大，只能到达Ra2.5的外表粗糙度；容易产生电弧烧伤，需有短路快速切断装置；8/31/2024592工具电极的设计：IIIi电极尺寸与模具的大小、形状、复杂程度有关；ii电极尺寸与电极材料、加工电流、深度、余量及间隙等有关；8/31/2024602排气孔和冲油孔的设计：IVi在不易排屑的拐角、窄缝处应开有冲油孔；ii在蚀除面积大以及电极端部有凹入局部开排气孔；8/31/2024612工作液强迫循环应用Vi型腔小而深的时候需要强迫冲油；ii小铜管或方轴与圆管电极同时旋转；iii冲油压力10kPa左右，可随深度的增加而有所增加；iv电极损耗随冲油压力增加而增加；v精度要