三 电火花加工工艺规律PPT课件

第三章电火花加工技术规则、3.1电火花加工常用术语、3.2影响材料放电腐蚀的因素、3.3电火花加工技术规则练习、3.1电火花加工常用术语、主要术语和常用符号如下：1。工具电极电火花加工中使用的工具是电火花加工过程中的电极之一，因此它被称为工具电极，有时也称为电极。由于电极的材料通常是铜，所以也称为铜(如图3-1所示)。图3-1放电加工示意图。2.放电间隙放电间隙是放电过程中工具电极和工件之间的距离。其尺寸一般在0.01 0.5毫米和0.5毫米之间。粗加工时间隙较大，精加工时间隙较小。3.脉冲宽度ti(s)脉冲宽度缩写为脉冲宽度(通常也用on和TON等符号表示)，即施加到电极和工件上放电间隙两端的电压脉冲的持续时间(如图3-2所示)。为了防止电弧灼伤，电火花加工只能使用间歇脉冲电压波。一般来说，较大的脉冲宽度可用于粗加工，较小的脉冲宽度可用于精加工。图3-2脉冲参数和脉冲电压及电流波形，以及4。脉冲间隔t0(s)脉冲间隔被称为脉冲间隔(也通常被称为关和TOFF)，它是两个电压脉冲之间的间隔时间(如图3-2所示)。如果间隔太短，放电间隙将没有时间去离子和恢复绝缘，这很容易产生电弧放电和烧伤电极和工件。太长的脉冲间选择会降低处理效率。当处理面积和深度较大时，脉冲间也应稍大一些。5.放电时间(电流脉冲宽度)te(s)放电时间是工作流体介质击穿后放电电流流过放电间隙的时间，即电流脉冲宽度，略小于电压脉冲宽度。两者的区别在于击穿延迟td。钛和碲对电火花加工的生产率、表面粗糙度和电极损耗有很大影响，但真正起作用的是电流脉冲宽度te。6。击穿延迟td(s)在从间隙两端施加脉冲电压后，在工作流体介质被击穿和放电之前，通常需要一个短的持续时间td。这种短持续时间td称为击穿延迟(见图3-2)。击穿延迟td与平均放电间隙的大小有关。当工具进给不足时，平均放电间隙变大，平均击穿延迟td变大。相反，当工具进给时，放电间隙变小，td变小。7.脉冲周期tP(s)一个电压脉冲开始和下一个电压脉冲开始之间的时间称为脉冲周期，显然tP=ti to(见图3-2)。脉冲频率指单位时间内电源发出的脉冲数。显然，它与脉冲周期tP是倒数，即9。有效脉冲频率fe(HZ)。有效脉冲频率是单位时间内放电间隙中发生的有效放电次数，也称为工作脉冲频率。10.脉冲利用率脉冲利用率是有效脉冲频率fe与脉冲频率fp之比，也称为频率比，即单位时间内有效火花脉冲数与单位时间内脉冲总数之比。11.脉宽系数脉宽系数是脉宽t1与脉冲周期tp的比值，其计算公式为，12。占空比占空比是脉冲宽度ti与脉冲间隔to之比，=ti/to。在粗加工中，占空比一般较大，而在精加工中，占空比应该较小，否则放电间隙将没有时间去离子和恢复绝缘，这很容易引起电弧放电。13.开路电压或峰值电压(v)开路电压是间隙开路和间隙击穿前td时间内电极间的最高电压(见图3-2)。通用晶体管方波脉冲电源的峰值电压为60 80V，高低压复合脉冲电源的高压峰值电压为175300V。当峰值电压高时，放电间隙大，生产率高，但是成形和复制精度差。14岁。火花维持电压火花维持电压是每次火花击穿后放电间隙上火花放电的维持电压，一般在25V左右，但实际上是一个高频振荡电压(见图3-2)。15.P精加工小，粗加工大，间隙小，局部开路，间隙大，合理或局部短路。短路电流Is(A)是放电间隙短路时电流表上显示的平均电流。它比正常加工时的平均电流大20% 40%。18.峰值电流(a)峰值电流是间隙火花放电期间脉冲电流的最大值(瞬时值)，通常由日本、英国和美国的Ip表示(见图3-2)。虽然峰值电流不易测量，但它是影响加工速度和表面质量的重要参数。在设计和制造脉冲电源时，每个功放管的峰值电流都是预先计算好的，选择峰值电流实际上就是选择几个功放管进行处理。19岁。短路峰值电流(a)短路峰值电流是间隙短路时脉冲电流的最大值(见图3-2)，比峰值电流大20% 40%，与短路电流Is相差脉冲宽度系数的倍数，即3)短路(短路脉冲)放电间隙直接短路，这是由于伺服进给系统瞬时进给过多或放电间隙中电腐蚀产物重叠造成的。当间隙短路时，电流相对较大，但是间隙两端的电压非常小，这没有蚀刻效应。电弧放电(稳定电弧放电)由于排屑不良，放电点集中在某一部分而不分散，导致局部热量积聚和温度上升，从而造成恶性循环，此时火花放电变成电弧放电。因为放电点固定在某一点或某一部分，所以被称为稳定电弧，这通常会导致碳和电极表面区域的燃烧。电弧放电的波形特征是高频振荡的td和小锯齿基本消失。5)过渡电弧放电(不稳定电弧放电或不稳定火花放电)过渡电弧放电是正常火花放电和稳定电弧放电之间的过渡状态，是稳定电弧放电的前兆。该波形的特征在于击穿延迟非常小或接近于零，仅变成尖峰，并且电压电流表上的高频分量变低或变得稀疏曲折。3.2、影响材料放电腐蚀的因素，1。极性效应对放电加工过程中电腐蚀量的影响，同一材料的两个电极(如钢电极加工钢)的腐蚀量是不同的。一个电极比另一个电极有更多的腐蚀。这种现象被称为极性效应。如果两种电极材料不同，极性效应更明显。在生产中，将工件连接到脉冲电源的正电极(工具电极到脉冲电源的负电极)的过程称为正电极处理(如图3-3所示)，反之亦然称为负电极处理(如图3-4所示)。在实际加工中，极性效应受到许多因素的影响，如电极和电极材料、加工介质、电源类型、单脉冲能量等。主要原因是脉冲宽度。图3-3“正极”接线图和图3-4“负极”接线图。在实际加工中，极性效应受到许多因素的影响，如电极和电极材料、加工介质、电源类型、单脉冲能量等。主要原因是脉冲宽度。在电场的作用下，放电通道中的电子流向正电极，正离子流向负电极。在窄脉冲宽度处理期间，由于小的电子惯性和灵活的移动，大量的电子涌向正电极并轰击正电极的表面，导致正电极的表面快速熔化和蒸发。然而，正离子具有大惯性和慢运动，只有一小部分能到达负电极的表面，而大量正离子不能到达它。因此，电子的轰击效应大于正离子的轰击效应，正极的腐蚀量大于负极。在这种情况下，应该采用正电极处理。在宽脉冲宽度处理期间，具有大质量和惯性的正离子将有足够的时间到达负电极的表面。由于大量的正离子，它们对表面的影响在油介质中加工时，覆盖层主要是石墨化碳层，其次是附着在电极表面的金属颗粒粘附层。碳层的形成条件如下：(1)需要足够高的温度。待覆盖在电极上的部分的表面温度不低于碳层的形成温度，但低于将碳颗粒烧结成石墨化耐腐蚀层的熔点。(2)应有足够的电偶腐蚀产物，特别是碳颗粒，它们是介质的热解产物。(3)应允许足够的时间在该表面上形成具有一定厚度的碳层。(4)由于阳极表面容易产生碳层，一般采用负极性处理。(5)必须在油介质中加工。影响覆盖效果的主要因素有：(1)脉冲参数和波形的影响。增加脉冲放电能量有助于熔覆层的生长，但对中微细加工有相当大的限制。缩短脉冲间隔有利于在各种电气标准下形成覆盖层。然而，如果脉冲间隔过小，正常的火花放电有转变成破坏性电弧放电的危险。此外，使用一些组合脉冲波处理有利于覆盖层的形成，其效果类似于减少脉冲间隔，并且可以大大降低转变成破坏性电弧放电的风险。(2)电极对材料的影响。当铜用于加工钢时，覆盖效果是明显的，但是当铜电极用于加工硬质合金工件时，不容易产生覆盖层。(3)工作流体的影响。油液在放电产生的高温作用下产生大量的碳颗粒，有利于碳层的形成。如果用水作为工作流体，将不会产生碳层。(4)工艺条件的影响。覆盖层的形成也与间隙状态有关。如工作流体脏、电极截面积大、电极间隙小、加工状态稳定等。都有助于生成覆盖层。然而，如果在加工过程中油冲洗压力太高，则很难产生涂层。这是因为油冲洗将加强颗粒朝向电极表面的运动，并且颗粒不能粘附到电极表面。在电火花加工中，覆盖层是连续形成和破坏的。为了实现低电极损耗和提高加工精度，最好使涂层的形成和破坏程度达到动态平衡。(3)电参数对电蚀量的影响电火花加工过程中金属的腐蚀量与单脉冲能量和脉冲效率等电参数密切相关。单个脉冲的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，击穿后的放电电压与电极材料和工作流体的类型有关，在放电过程中变化很小，所以单个脉冲的能量主要取决于平均放电电流和脉冲宽度。从上面可以看出，为了增加电蚀量，应该增加平均放电电流、脉冲宽度和脉冲频率。但在实际生产中，这些因素往往相互制约，影响其他工艺指标，应根据具体情况综合考虑。例如，增加平均放电电流会增加加工表面的粗糙度值。4.金属材料对电蚀量的影响正负电极表面电蚀量的不均匀分布不仅与电极的极性有关，还与电极的材料有关。当脉冲放电能量相同时，熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热等越高。对于金属工件，电蚀量越少，加工越困难。导热率较高的金属可以传导更多的热量并将其散发到其他部件，从而减少腐蚀。因此，电极腐蚀的量与电极材料的热导率和其他热常数密切相关。工作流体对电蚀电火花加工的影响通常在液体介质中进行。液体介质通常被称为工作流体，它的主要功能油粘度大，燃点高。使用它作为工作流体，有利于压缩放电通道，增加放电能量密度，增强电腐蚀产物的喷射效果。然而，较大的粘度不利于电腐蚀产物的排放，并影响正常排放。煤油具有低粘度和良好的流动性，但具有良好的排屑条件。在粗加工过程中，需要高速度、大放电能量和大放电间隙，因此经常选择高粘度的工作流体，例如机油。在中等和精细加工过程中，放电间隙很小，通常使用低粘度的工作流体，如煤油。使用水作为工作流体是一个值得注意的方向。当使用各种油和其他碳氢化合物作为工作流体时，在放电过程中不可避免地会产生大量炭黑，这将严重影响电腐蚀产物的去除和加工速度，特别是在精密加工中。如果使用酒精作为工作流体，上述情况将得到改善，因为产生的炭黑量减少了。因此，最好使用无碳培养基，水是最方便的培养基。此外，水还具有流动性好、散热好、不易起弧、不燃、无味、价格低等特点。然而，普通水是弱导电液体，会产生离子导电电解过程，这是非常不利的，目前只用于一些大能量的粗加工。在精密加工中，可以使用相对纯净的蒸馏水、去离子水或乙醇水溶液作为工作流体，其绝缘强度高于普通水。3.3电火花加工工艺规则3.3.1影响加工速度的主要因素电火花加工速度是指在一定的电规下每单位时间内被蚀刻掉的工件体积V或质量M。通常，通常使用体积处理速度vw=V/T(单位为mm3/mm)，有时也使用质量处理速度vm=m/t(单位为g/mm)以方便测量。在规定的表面粗糙度和相对电极损耗下的最大加工速度是电火花加工机床的一项重要工艺性能指标。通用电火花机床手册中提到的最大加工速度是由机床在最佳条件下实现的，实际生产中的正常加工速度远远低于机床的最大加工速度。影响加工速度的因素分为两类：电气参数和非电气参数。电气参数主要是输出波形和脉冲电源参数。非电参数包括加工面积、深度、工作流体类型、油冲洗方法、排屑条件、电极对的材料和形状等。1.电气量规精度的影响所谓电气量规精度是指在放电加工过程中选择的电气加工参数，主要包括脉冲宽度ti(s)、脉冲间隙to(s)、峰值电流Ip等参数。脉冲宽度对加工速度的影响单脉冲能量的大小是影响加工速度的一个重要因素。对于矩形波脉冲电源，当峰值电流恒定时，脉冲能量与脉冲宽度成正比。处理速度随着脉冲宽度的增加而增加，因为单个脉冲的能量随着脉冲宽度的增加而增加，这提高了处理速度。然而，如果脉冲宽度太大，处理速度反而会降低(如图3-5所示)。这是因为尽管单个脉冲的能量增加，但是大部分转换的热能在电极和工件中耗散，并且没有蚀刻效果。同时，当其他处理条件相同时，随着脉冲能量的过度增加，腐蚀产物增加，排气和排屑条件恶化，间隙去离子时间不足导致电弧放电和处理稳定性差。因此，处理速度反而降低了。图3-5脉冲宽度与加工速度的关系曲线。2.在一定脉冲宽度下，脉冲间隔对加工速度的影响，如果脉冲间隔减小，加工速度会增加(如图3-6所示)。这是因为脉冲间隔的减小导致单位时间内工作脉冲数量的增加和处理电流的增加，从而提高了处理速度。然而，如果脉冲间隔过小，由于放电间隙去离子太晚，处理稳定性将恶化，结果图3-6脉冲间隔与加工速度的关系。3 .峰值电流的影响当脉冲宽度和脉冲间隔不变时，加工速度随着峰值电流的增加而增加(图3-7)。因为增加峰值电流等于增加单个脉冲的能量，所以处理速度也增加了。然而，如果峰值电流太大(即单个脉冲的放电能量太大)，处理速度反而会降低。此外，峰值电流的增加会降低工件的表面粗糙度，增加电极损耗。在生产中，应根据不同的要求选择合适的峰值电流。图3-