放电教育训练资料.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流放电教育训练资料.精品文档. 電火花加工技術一. 放電加工原理由直流脈沖電源提供直流脈沖,工具電极和工件分別接要在脈沖電源的兩极上,并浸泡在工作液中,電极在伺服電机的驅動下慢地向工件靠近,當接近到一定的距離時電极和工件之間在以發生脈沖性火花放電,產生的瞬時局部高溫而將金屬蝕除(如圖1所示). 它是集電力,熱力.磁力和流体動力的綜合過程,可分為四個連續的加工階段: 1. 极間介質電离,擊穿, 形成放電通道, 當脈沖電壓加在兩极間時, 极間形成電場, 由于兩极的微觀表面不平, 极間距离也是不均勻的, 電場分布也是不均勻的, 最近的突出點或尖端處電
2、場強度最大. 介質中的導電雜質(如金屬微粒.碳粒子)和自由電子在電場最強處搭橋 , 陰极表面產生場至電子發射, 与電介質中的分子/中性原子形成碰撞電离. 介質被擊穿, 形成等离子放電通道. 場強可達105V/mm. 2. .极間放電(如圖2) .材料熱蝕. 放電通道中的電子高速沖擊陽极. 正离子高速沖擊陰极. 放電通道受磁場力和介質的壓縮. 截面之電流密度高達105106A/CM2,中心溫度達100000以上.瞬時壓力達107帕斯卡. 高溫使兩极放電點局部熔化或气化. 形成過熱金屬, 同時介質汽化和熱裂分解,如煤油分解為碳粒. H2 . CH4. C2H 2 . 3. .蝕除物的拋出. 局部微
3、爆炸使熔化 .气化的電极和工件蝕除物拋出(如圖3). 蝕除區邊緣形成翻邊. 蝕除物大部分拋入工件液中收縮為小顆粒.絕少部分飛濺,鍍覆, 吸符在對面极板表面上, 利用得當可減少或補償電极的損耗. 4. 极間介質消電离. 一次脈中放電結束后,隨著气泡的破裂, 帶電粒子迅速減少. 复合為中性粒子, 使介質消電离, 形成一段間隔時間.以免造成電弧放電.二. 影響材料放電腐蝕的主要因素.(一) 极性效應. 在電火花加工時, 兩電极接脈沖電源极性不同, 造成蝕除量不同的現象叫做极性效應. 工件接電源的正极,工具電极接負极稱為正极性, 反之,工件接電源的負极, 工具電极接電源的正极稱為負极性. 极性的改變意
4、味著兩极間能量分布的改變. 在電場的作用下,放電通道中的電子奔向陽极,正离子奔向陰极. 電子質量小, 在短時間內容易獲得較高的運動速度, 而正离子質量大,在短時間內難以獲得較高的運動速度. 因此,在短脈寬.正极性加工中, 電子動能大 ,電子傳遞給陽极的能量大于正离子傳遞給陰极的能量, 使陽极蝕除量大于陰极蝕除量.當在長脈寬.負极性加工中,正离子傳遞給陰极的能量大大多于電子傳遞給陽极的能量, 使陰极蝕除量顯著大于陽极的蝕除量. 故脈沖寬度和脈沖電壓是影響极性效應的重要因素.(二) 覆蓋效應. 在材料放電腐蝕勃程中 ,一個電极的電蝕產物轉移到另一個電极表面上, 形成一定厚度的覆蓋層,這种現象叫做覆
5、蓋效應.合理利用覆蓋效應,有利于降低電极損耗, 在油類介質中加工時,覆蓋層主要是石墨化的碳素層, 其次是黏附在電极表面的金屬微粒黏結層.在煤油中用銅加工鋼時,電极表面生成的碳素層与銅基体組成耐蝕層, 當碳素層厚度為6微米時,銅基表面溫度僅為碳素層溫度的三分之一, 電极的損耗明顯降低, 黏結層為鋼的粒層, 強度不牢, 耐蝕性也不高, 但在寬脈沖大電流加工時,補償作用也很明顯. 只是黏結層的厚度和均勻性難以控制,易引起電极型面畸變, 甚至使電极尺寸增大. 碳素層的生成條件是: 1電极上待覆蓋的表面溫度不低于碳素層生成溫度, 但低于熔點, 此使炭粒子燒結成石墨化的耐蝕層. 2. 當電极表面加熱至碳素
6、層生成溫度附近時,還要有足夠多的電蝕產物, 特別是介質的熱解產物炭粒子3. 要有足夠的時間,以便在這一表面上形成一定度的碳層.4. 一般采用負极性加工, 因為碳素層易在陽极表面生成. 覆蓋效應的主要影響因素:(1)脈沖參數与波形的影響. 增大脈沖放電能量有助于覆蓋層的生長, 減小脈沖間隔度 , 有利于在各种電規准下生成覆蓋層.(2)電极對材料的影響. 銅加工鋼時覆蓋效應明顯,因為銅不產生碳化物, 而鋼對碳素層的生成起著類似催化的作用, 介質全部熱解的炭粒子都有可能參与碳素層的形成. 但銅加工硬質合金時, 則不容易生成覆蓋層. (3) 工作液的影響. 石油產物的油類工作液在放電產生的高溫作用下,
7、生成大量的炭粒子, 有助于碳素層的生成. (4)工藝條件影響. 覆蓋層的形成還与間隙狀態有關. 如工作液臟, 介質處于液相和气相混雜狀態, 間隙過熱, 放電在間隙空間分布較集中, 電极截面較大,電极間隙較小, 加工穩定等, 均有助于生成覆蓋層. 應用沖油方式時,沖油壓力較大時會破坏覆蓋層的生成, 導致電极損耗及其非均勻性變大.(三) 間隙效應 . 電火花加工中, 隨著放電間隙大小的變化影響電极与工件蝕除量的現象稱為間隙效應 (1)間隙距离与間隙電壓的關系. 兩极間的一定距离, 都對應著相應的擊穿電壓. 但在加工中,因兩极微觀表面不平,間隙中介質和電蝕產物的存在, 使兩极擊穿距离的分散性顯著增加
8、. 電壓愈高, ;放電能量愈大,電极間隙愈大, 分散性愈明顯. 這必然影響著蝕除量的偏差. 在同樣的介質中, 石墨電极比銅電极易擊穿,銅電极比鎢銅電极易擊穿. (2)間隙距离h与加工速度和電极損耗的關系: 當電极和工件形狀. 材料确定, 工作介質也已确定的條件下, 兩极間電火花加工就存在一個最佳放電間隙hj , 若間隙h大于或小于hj, 則沒有好的加工效果. 當間隙h小于hj時,放電形成的气泡壓縮成扁平狀, 致使在气体中再次;放電的概率大大增加,使放電蝕除量大大減小而影響了加工速度. 同時間隙距离過小則不易排屑,致使放電短路的概率大大增加,使電极的損耗大大增加. 當間隙距离h大于hj時,致使放
9、電空載大大增加,從而大大降低了加工速度.(四) 面積效應: 因加工面積變化引起加工速度Vw和電极損耗變化的效應稱為面積效應. 如加工面積較小, 放電過程中產生的气体來不及排离加工區域, 重复放電便在气体中進行, 這將導致頻繁短路和開路,降低加工速度,. 如加工面積過小,則會破坏消電离過程, 出現破坏電弧放電, 隨著面積的增加, 放電產生的气体只占据電极面積的一小部分, 容許的能量极限增大, 加工速度隨之提高, 到一定面積時出現最大值. (五) 脈沖放電特性: 脈沖放電波形和電參數對材料電腐蝕過程的響很大, 它決定每次脈沖放電形成的放電痕的大小. 在放電電流一定的條件下, 隨著脈沖寬度的增加,
10、蝕除量也相應增加,當脈寬增加到一定值時, 放電蝕除量達到最大值, 此后繼續增加脈寬, 則因熱傳丑向電极內散失掉的熱量太多,放電痕內積聚的熱量相對減少,使蝕除量相應減少.因此在脈沖電流一定時, 為減少工具電极的損耗, 必須避開蝕除量最大值對應的脈沖寬度, 選擇蝕除量并非最大的較寬脈沖,負极性加工較好. 僅根据脈沖電流和脈寬一選擇釆實現高速度低損耗的精加工是有很大的局限性的. 脈沖電壓波形(六) 介質效應: 介質對放電加工蝕除量的影響稱為介質效應. 工作液黏度大時, 有助于限制放電通道的擴展, 放電能量集中, 加強蝕除效果. 但放電產生的炭黑多時, 工作液黏度大, 將使炭黑黏附在電极与工件表面上
11、對電蝕產物的排除是非常不利的, 小能量加工時更是如此.(七) 電极与工件材料特性: 在電火花加工中, 電极与工件材料的物理特性對放電蝕除量具有重要的影響. 工具電耐蝕性愈高, 損耗愈小, 仿形精度愈高. 工件材料耐蝕性愈低, 蝕除量愈大, 加工速度愈高. 三. 電火花加工的基本工藝: 電火花成形加工的主要工藝指標有加工速度, 電极損耗, 表面粗糙度, 加工精度和表面層變化等. 影響因素很多, 分電參數和非電參數兩大類. , 電參數包括脈沖寬度, 脈沖間隔, 峰值電壓和峰值電流. 非電參數包括加工面積, 加工深度,沖抽油方式, 電极對的材料和形狀等. (一).加工速度 電火花加工時,工件和電极都
12、同時受到不同程度的電蝕,單位時間內工件的蝕除量稱為加工速度.(即生產率).1. 加工速度.可用体積或重量表示.mm3/m或g/min.影響加工速度的因素很多. 且相互之間有制約和矛盾.(1)提高脈沖頻率,或頻率比(有效脈沖利用率).可有效提高加工速度. 但提高頻率則會減少脈沖間隙時間(也可稱脈沖間隔時間),產生電弧電,使加工不穩定在脈沖寬度和脈沖間隔一定時, 隨峰值電流的增加, 加工速度也增加, 但當峰值電流很大(即單個脈沖能量很大)時, 將和脈沖寬度再增大一樣, 加工速度反而下降. 在脈沖寬度一定, 在保証穩定加工的同時, 為獲得最大限度提高加工速度, 應盡量縮短脈沖間隔時間. (2)加大脈
13、沖寬度也會減小脈沖間隙時間(如圖4),有同樣問題,且增加單個脈沖能量, 也不是脈寬越大,加工速度越大.如紫銅最佳脈寬為90200之間. 此范圍內增大脈沖寬度可提高加工速度, 但會降低加工精度和增加表面粗糙度值, 只适合于粗加工和半精加工. (3).保持加工過程的穩定性., 合理利用高低電流改善加工的穩定性(如加工深度較大時),低壓脈沖電壓為60-80V, 電流大,起蝕除作用. 高壓回路脈沖電壓通常在300V左右,平均電流小,主要起控制低壓脈沖的放電擊穿點,保証前沿擊穿間隙的作用. (4).正确選擇极性和合理選擇電极材料. 當粗加工和半精加工時,應選取長脈寬的負极性加工, 以求得离子轟擊的大蝕除
14、量, 如圖所示為正极性加工.電极對的選擇也對加工速度影響很大. 電极對的材料對加工速度也有顯著的影響. 如同樣材料的工具電极, 加工硬質合金比加工鋼的速度要低48倍 (5)加工面積, 排屑條件對加工速度都有影響. 加工面積大時, 它對 加工速度沒多大影響, 當加工面積小到某一臨界面積時, 加工速度才顯著降低, 放電時峰值電流愈大 最小臨界加工面積也愈大, 因此, 确定工件具体加工對象的電參數時, 應根据加工面積确定加工電流. 在排屑困難加工穩定性不好時, 會使脈沖利用率降低,加工速度下降. 為了促進排屑, 一般都采用沖油(抽油)或抬刀方式. 适當增加沖油壓力會使加工速度提高, 但沖油壓力超過某
15、一數值后, 加工速度則有降低.此系沖油壓力過大時, 干擾了放電間隙的液体動力過程.*(二). 電极的損耗速度. 通常用相對損耗來衡量, Q= Ve/Rw X100% Q為相對損耗.Ve電极損耗速度,Rw:工件的加工速度. 降低電极的損耗可以提高加工速度,延長電极的使用期限,意義重大. 1. 電參數的影響. 在脈沖電流一定的情況下, 隨著脈沖寬度的減小, 電极損耗增大, 對于一定的脈沖寬度, 加工時的峰值電流不同, 電极損耗也不同. 隨著脈沖峰值電流增加, 電极損耗也增加(石墨加工鋼除外). 在脈寬不變時, 隨著脈沖間隔增加, 電极損耗增大,這主要是覆蓋效應減少,在小電流加工時更明顯. 用紫銅電
16、极加工鋼時, 隨著峰值電流的增加, 電极損耗也增加.當脈寬在200微秒時, 只要峰值電流不超過25安培, 電极相對損耗仍在1%以下. 而當脈寬小到50微秒時, 隨峰值電流的增高, 電极損耗急劇增加2.: 合理選擇极性和電极材料. 通常短脈寬,精加工時用正极性加工, 這時工件接陽极(正极),相對損耗約為20%40%. 長脈寬, 粗加工時用負极性加工, 相對損耗約為1%. 3加工面積和沖油(或抽油)對電极損耗也有影響. 當脈寬和電流一定的條件下, 隨著加工面積的減小電极損耗增大.當加工面積大于某一界值時, 電极相對損耗小于1%. 強迫沖油或抽油雖然促進了加工的穩定性, 卻增大了電极的損耗. 紫銅電
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