《特种加工》PPT课件.pptx

特种加工 机械1403 第2组 第三节 电火花加工中的一些基本规律 一、影响材料放点腐蚀的主要因素 二、电火花加工的加工速度和工具的损耗速度 三、影响加工精度的主要因素 四、电火花加工的表面质量 一 影响材料放电腐蚀的因素 1极性效应 在电火花加工时，相同材料(如用钢电极加 工钢)两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电 极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做极 性效应。如果两电极材料不同，则极性效应更 加明显。在生产中，将工件接脉冲电源正极(工 具电极接脉冲电源负极)的加工称为正极性加工( 如图3-3所示)，反之称为负极性加工(如图3-4所 示)。 在实际加工中，极性效应受到电极及电极 材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等 多种因素的影响，其中主要原因是脉冲宽度。 图3-3 “正极性”接线法图 3-4 “负极性”接线法 在实际加工中，极性效应受到电极及电极材 料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等多种因 素的影响，其中主要原因是脉冲宽度。 在电场的作用下，放电通道中的电子奔向正极 ，正离子奔向负极。在窄脉宽度加工时，由于电子 惯性小，运动灵活，大量的电子奔向正极，并轰击 正极表面，使正极表面迅速熔化和气化；而正离子 惯性大，运动缓慢，只有一小部分能够到达负极表 面，而大量的正离子不能到达，因此电子的轰击作 用大于正离子的轰击作用，正极的电蚀量大于负极 的电蚀量，这时应采用正极性加工。 在宽脉冲宽度加工时，因为质量和惯性都大 的正离子将有足够的时间到达负极表面，由于正 离子的质量大，它对负极表面的轰击破坏作用要 比电子强，同时到达负极的正离子又会牵制电子 的运动，故负极的电蚀量将大于正极，这时应采 用负极性加工。 在实际加工中，要充分利用极性效应，正确 选择极性，最大限度地提高工件的蚀除量，降低 工具电极的损耗。 2电参数对电蚀量的影响 电火花加工过程中腐蚀金属的量(即电蚀量)与单个 脉冲能量、脉冲效率等电参数密切相关。 单个脉冲能量与平均放电电压、平均放电电流和脉 冲宽度成正比。在实际加工中，其中击穿后的放电电压 与电极材料及工作液种类有关，而且在放电过程中变化 很小，所以对单个脉冲能量的大小主要取决于平均放电 电流和脉冲宽度的大小。 由上可见，要提高电蚀量，应增加平均放 电电流、脉冲宽度及提高脉冲频率。 但在实际生产中，这些因素往往是相互制约的，并影 响到其它工艺指标，应根据具体情况综合考虑。例如，增 加平均放电电流，加工表面粗糙度值也随之增大。 3金属材料对电蚀量的影响 正负电极表面电蚀量分配不均除了与电极极性有关外 ，还与电极的材料有很大关系。当脉冲放电能量相同时， 金属工件的熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热等愈高 ，电蚀量将愈少，愈难加工；导热系数愈大的金属，因能 把较多的热量传导、散失到其它部位，故降低了本身的蚀 除量。因此，电极的蚀除量与电极材料的导热系数及其它 热学常数等有密切的关系。 5工作液对电蚀量的影响 电火花加工一般在液体介质中进行。液体介质 通常叫做工作液，其作用主要是： (1) 压缩放电通道，并限制其扩展，使放电能量 高度集中在极小的区域内，既加强了蚀除的效果， 又提高了放电仿型的精确性。 (2) 加速电极间隙的冷却和消电离过程，有助于 防止出现破坏性电弧放电。 (3) 加速电蚀产物的排除。 (4) 加剧放电的流体动力过程，有助于金属的抛 出。 二、电火花加工的加工速度和工具的损耗速度 1加工速度 体积加工速度 mm3/min； 质量加工速度 g/min。 2工具电极相对损耗速度和相对损耗比 电极相对损耗:衡量工具电极是否耐损耗，不能只看工具 损耗速度Ve，还要看同时能达到的加工速度Vw，即以相对损耗或 损耗比作为衡量工具电极耐损耗的指标。即 VeVw 100 为了降低工具电极的相对损耗，必须充分利用好 电火花加工过程中的各种效应。 这些效应主要包括： （1）正确选择极 性 （2）利用吸附效 应 （3）利用传热效 应 （4）选用合适的 材料 三.影响加工精度的主要因素 1. 放电间隙的大小及一致性； 2. 工具电极的损耗及稳定程度； 3. 二次放电； 4. 边角损耗。 1.放电间隙的大小及其一致性 电火花加工时，如果加工过程中放电间隙能保持不变， 则可以通过修正工具电极的尺寸对放电间隙进行补偿，以获得较 高的加工精度。然而，放电间隙的大小实际上是变化的，影响着 加工精度。 除了间隙能否保持一致性外，间隙大小对加工精度也有 影响，尤其是对复杂形状的加工表面，棱角部位电场强度分布不 均，间隙越大，影响越严重。另外，还必须尽可能使加工过程稳 定。 2.工具电极的损耗及其稳定性 电火花穿孔加工时，电极可以贯穿型孔而补偿电极的损 耗，型腔加工时则无法采用这一方法，精密型腔加工时一般可采用 更换电极的方法保障加工精度。 3.二次放电 二次放电是指在已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次 进行的非正常放电，集中反映在加工深度方向产生斜度和加工棱 角棱边变钝等方面。 加工过程中，由于工具电极下端部加工时间长，绝对 损耗大，而电极入口处的放电间隙则由于电蚀产物的存在，“二 次放电”的机率大而扩大，因而产生了加工斜度。 4.边角损耗 电火花加工时，工具的尖角或凹角很难 精确地复制在工件上，这是因为当工具为凹 角时，工件上对应的尖角处放电蚀除的机率 大，容易遭受电蚀而成为圆角。 当工具为尖角时，一是由于放电间 隙的等距性，工件上只能加工出以尖角顶点 为圆心、放电间隙为半径的圆弧；二是工具 上的尖角本身因尖端放电蚀除的机率大而损 耗成圆角。 四.电火花加工的表面质量 1.表面粗糙度 影响表面粗糙度的因素有单个脉冲能量，工件材料。 2.表面变质层 熔化层； 热影响层； 基体金属; 表面层的显微裂纹。 3表面机械性能 1）显微硬度及耐磨性; 2）残余应力； 3）抗拉疲劳性能。 常用的后置处理手段: 手工抛磨；电抛磨；超声抛光；磨料喷射加 工；磨料流动加工；化学抛光。 脉冲电源的作用： 把工频交流电流转换成一定频率的单向脉冲电 流，以提供电极放电间隙所需要的能量来蚀除 金属。 一、脉冲电源的要求及分类 有较高的加工速度 工具电极损耗低 加工过程稳定性好 工艺范围广 第四节 电火花加工用的脉冲电源 脉冲电源的输出应满足的条件： 1. 有一定的脉冲放电能量，以使工件金属气化。 4.必须是短时间的脉冲性放电，聚集热量以提高 成型性和加工精度。 2.脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应，提高 加工速度和降低工具电极损耗。 3.脉冲电压波形的前后沿应该陡峭，这样才能减小 电极间隙的变化及油污等对脉冲放电宽度和能量等 参数的影响，使工艺过程稳定 三、脉冲电源的分类： 1. 非独立式脉冲电源 RC线路脉冲电源 优点： 结构简单，工作可靠，成本低 在小功率时可以获得很窄的脉宽和很小的单个脉冲 能量。 缺点： 电能利用率低，不超过36% 生产率低，电容充电时间比放电时间长50倍以上 电源与放电间隙间没有开关原件隔离，影响稳定性 RC型脉冲电源 RC线路是弛张式脉冲电源中最简单、最基本的一种，原理电路 如图 RC线路脉冲电源的最大优点是结构简单，工作可靠，成本低；在 小功率时可以获得很窄的脉宽（小于0.1s）和很小的单个脉冲 能量，可用做光整结构和精微加工；电容器瞬时放电可达很大的 峰值电流，能量密度很高，放电爆炸、抛出能力强，金属在汽化 状态下被蚀除的百分比大，不易产生表面裂纹，加工稳定。 晶体管式脉冲电源 晶体管式脉冲电源是利用大功率晶体管作为开关元件而获得单向 脉冲的。晶体管式脉冲电源的输出功率及最高生产率不易做到晶 闸管式脉冲电源那样大，但它具有脉冲频率高、脉冲参数容易调 节、脉冲波形较好、易于实现多回路加工和自适应控制等自动化 要求的优点，所以应用非常广泛，特别在100A以下的中、小型脉 冲电源中，都采用晶体管式电源。 各种派生脉冲电源 1、高低压复合脉冲电源 下图是复合回路脉冲电源的主回路示意图。与放电间隙 并联两个供电回路：一个为高压脉冲回路，其脉冲电压较高（330V 左右），平均电流较小，主要起击穿间隙的作用，也就是控制低压 脉冲的放电击穿点，因而也称为高压引燃回路；另一个为低压脉冲 回路，其脉冲电压较低（6080V），可输出的电流比较大，起着蚀 除金属的作用，所以称为加工回路， 2、多回路脉冲电源 多回路脉冲电源，即在加工电源的功率并联分割出相互隔离绝 缘的多个输出端，可以同时供给多个回路的放电加工。这样不依 靠增大单个脉冲放电能量，即不使表面粗糙度变大而可以提高生 产率，这在大面积、多工具、多孔加工时很有必要，如电机定 子、转子冲模、筛网孔等多孔穿孔加工以及大型腔模加工中经常 采用该电源如图 3、等脉冲电源 等脉冲电源是指每个脉冲在介质击穿后所释放的单个脉冲能量相 等，对于矩形波脉冲电流来说，由于每次放电过程的电流幅值基 本相同，因而所谓等脉冲电源也即意味着每个脉冲放电电流持续 时间te相等。 节能式脉冲电源 由于目前的大多数电火花加工脉冲电源的电能利用率较 低，存在很大的能源浪费，所以研制节能型脉冲电源成为非常主 流的研究方向。现在已经诞生出很多研究成果，如图16所示，就 为一节能式脉冲电源的拓扑结构。 第五节 电火花加工的自动进给调节系统 一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类 二、自动进给调节系统的基本组成部分 三、电液自动进给调节系统 四、电-机械式自动调节系统 一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类 (1) 有较广的速度调节跟踪范围 在电火花加工过程中，加工规 准、加工面积等条件的变化，都会影响其进给速度，调节系统应有 较宽的调节范围，以适应加工的需要。 (2) 有足够的灵敏度和快速性 放电加工的脉冲频率很高，放电间 隙的状态瞬息万变，要求进给调节系统根据间隙状态的微弱信号能 相应地快速调节。 (3) 有必要的稳定性 由于调节系统的电蚀速度一般不高，加工进 给量也不必过大，一般每步1m，所以应有很好的低速性能，均 匀、稳定地进给，避免低速爬行，超调量要小，传动刚度应高，传 动链中不得有明显间隙，抗干扰能力要强。 图2-21 间隙蚀除特性 与调节特性曲线 蚀除特性曲线 调节特性曲线 二、自动进给调节系统的基本组成部分 1.测量环节 2.比较环节 3.放大驱动环节 4.执