特种加工 第二章电火花加工

特种加工第二章电火花加工第1页，共55页，2023年，2月20日，星期六影响加工精度的主要因素有：放电间隙的大小及其一致性工具电极损耗及其稳定性

第2页，共55页，2023年，2月20日，星期六1、放电间隙的计算（经验公式）:S=Ku*ui+KR*WM+Sms放电间隙（指单面放电间隙）ui开路电压Ku与工作液介电强度有关的常数，含有点蚀产物后该系数会增大。KR与加工材料有关的常数。一般易熔金属的值较大WM单个脉冲能量Sm考虑热膨胀、收缩、震动等影响的机械间隙,约为3μm第3页，共55页，2023年，2月20日，星期六注意:随着加工时间的延长,放电间隙逐渐增大.即在加工过程中放电间隙是一个变化量放电间隙不一致的影响:若放电间隙大小能保持一致，则可以通过修正工作电极对放电间隙进行补偿，以获得较高的加工精度。但放电间隙的大小实际上是变化的，影响着加工精度。第4页，共55页，2023年，2月20日，星期六放电间隙的大小对加工精度的影响：

放电间隙越大，对精度的影响越严重（仿形精度和尺寸精度）

如图2-10（A）（B）

(放电具有等距性)放电间隙越大电场强度分布更加不均匀,棱角处损耗严重,放电间隙变化量增大相应措施：缩小放电间隙（由公式知：采用较小的加工归准）精加工的放电间隙（单面）一般只有0.01mm,而粗加工时则可达0.5mm以上。第5页，共55页，2023年，2月20日，星期六工具电极的损耗对尺寸精度及形状精度都有影响:对策：穿孔加工时：让电极贯穿型孔来补偿电极的损耗。型腔加工时：采用更换电极的方法第6页，共55页，2023年，2月20日，星期六电火花加工中“二次放电”对形状精度有影响：集中反映在在加工深度方向产生斜度，加工棱角棱边变钝方面。第7页，共55页，2023年，2月20日，星期六结论:电参数对放电间隙影响明显工作液的状况会影响放电间隙减小放电间隙可提高加工精度减少电极损耗可提高加工精度电火花加工时工具的尖角和凹角很难精确地复制到工件上。对策：采用高频窄脉宽精加工，减小放电间隙，圆弧半径可明显减小从而提高加工精度第8页，共55页，2023年，2月20日，星期六四、电火花加工的表面质量电火花加工的表面质量包括：表面粗糙度、表面变质层、表面力学性能。1、表面粗糙度表示方法：电火花加工表面粗糙度通常用微观平面度的平均算术偏差Ra表示，也有用平面度的最大高度值Rmax表示的第9页，共55页，2023年，2月20日，星期六电火花加工中影响表面粗糙度的因素：1）单个脉冲能量实验得：Rmax=KR*te0.3*ie0.4Rmax实测的表面粗糙度KR常数te脉冲放电时间ie峰值电流第10页，共55页，2023年，2月20日，星期六注意：在电极面积较大时，即使单个脉冲能量很小Rmax很难小于2μm(约Ra0.32μm),而且加工面积越大，可达到的最佳表面粗糙度愈差。（煤油工作液中的工具和工件具有潜布电容，相当于在放电间隙上并联了一个电容）第11页，共55页，2023年，2月20日，星期六研究成果：采用“混粉加工”新工艺，可较大面积地加工出质量很高的光亮面。具体方法：在煤油工作液中加入硅或铝等导电微粉。原因：这样可使工作液的电阻率降低、放电间隙成倍增大，潜布寄生电容成倍减小，放电通道被分割成多个小的火花放电通道，到达工件表面的脉冲能量被分散，相应的电痕就较小，表面较光整。第12页，共55页，2023年，2月20日，星期六第13页，共55页，2023年，2月20日，星期六第14页，共55页，2023年，2月20日，星期六第15页，共55页，2023年，2月20日，星期六第16页，共55页，2023年，2月20日，星期六第17页，共55页，2023年，2月20日，星期六2）加工速度对表面粗糙度的影响加工速度愈大，表面粗糙度愈差。（数据书）对策：采用平动或摇动(工作台按一定轨迹做微量移动)加工工艺可大为改善。（慢）提示：一般电火花加工到Ra2.5~0.63之后采用其它研磨方法改善其表面粗糙度比较经济3）工件材料对加工表面粗糙度的影响熔点高的材料容易得到好的表面粗糙度（加工速度应适当下降）第18页，共55页，2023年，2月20日，星期六4）精加工时，工具电极的表面粗糙度也会影响加工表面粗糙度。精加工时不要采用石墨电极。第19页，共55页，2023年，2月20日，星期六2、表面变质层电火花加工中，在火花放电的瞬时高温和工作液的快速冷却下，材料的表面层发生了很大变化，大致可分为：熔化凝固层热影响层第20页，共55页，2023年，2月20日，星期六第21页，共55页，2023年，2月20日，星期六1）熔化凝固层位于工件表面最上层，它被放电时瞬时高温熔化而又滞留下来，受工作液快速冷却而凝固。对于碳钢来说，熔化层在金相照片上呈白色，谷又称之为白层。它与基体完全不同，是一种树枝状的淬火铸造组织，与内层的结合也不牢固。熔化层的厚度随脉冲能量的增大而增厚，一般不超过0.1mm第22页，共55页，2023年，2月20日，星期六2)热影响层它位于熔化层和基体之间.热影响层的金属材料并没有变化,只是受到高温的影响,使材料的金相组织发生了变化,它与基体材料之间没有明显的界限。对淬火钢：热影响层包括再淬火区、高温回火区和低温回火区。对未淬火钢：热影响层主要为淬火区因此，淬火钢的热影响层厚度比未淬火钢大。第23页，共55页，2023年，2月20日，星期六热影响层分布：靠近熔化凝固层部分由于受到高温作用并迅速冷却，形成为淬火区，其厚度与条件有关，一般为最大微观平面度的2-3倍。与淬火层相邻的部分受到温度的影响而形成高温、低温回火区，回火区的厚度约为最大微观平面度的3-4倍。第24页，共55页，2023年，2月20日，星期六不同金属材料的热影响层金相组织结构是不同的，耐热合金的热影响层与基体差异不大。第25页，共55页，2023年，2月20日，星期六3）显微裂纹电火花加工表面由于受到瞬时高温并迅速冷却而产生拉应力，往往出现显微裂纹实验表明：一般裂纹仅在熔化层出现，只有在脉冲能量很大的情况下才有可能扩展到热影响层。第26页，共55页，2023年，2月20日，星期六影响显微裂纹的因素：1、脉冲能量：能量越大，显微裂纹越宽越深，脉冲能量很小，一般不出现微裂纹。2、工件材料：脆硬材料容易产生微裂纹3、工件预先的热处理情况：淬火材料比未淬火材料容易产生微裂纹（因为淬火材料脆硬，原始内应力较大）第27页，共55页，2023年，2月20日，星期六3、表面力学性能（1）显微硬度及耐磨性一般来说，电火花加工表面最外层的硬度比较高，耐磨性好。但对于滚动摩擦，由于是交变载荷，尤其是干摩擦，则因其熔化凝固层和基体结合不牢，容易剥落而磨损。因此，有些要求高的模具需把电火花加工后的表面变质层事先磨掉。第28页，共55页，2023年，2月20日，星期六（2）残余应力电火花加工表面存在残余应力，大部分表现为拉应力。影响残余应力的大小及其分布的因素：材料在加工前的热处理状态脉冲能量结论；对表面层要求高的零件，应尽量避免使用较大的加工规准。第29页，共55页，2023年，2月20日，星期六（3）耐疲劳性电火花加工的耐疲劳性比机械加工表面低许多倍因为表面有残余拉应力，和显微裂纹。对策：可采取回火、喷丸处理等。使用很小的电规准加工。（即电火花精微加工）第30页，共55页，2023年，2月20日，星期六

第四节电火花加工用脉冲电源电火花加工用脉冲电源的作用：把工频交流电转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给电极放电间隙所需要的能量来蚀除金属。电火花加工用脉冲电源对生产效率、表面质量、加工精度、加工稳定性、电极损耗等都有很大影响。第31页，共55页，2023年，2月20日，星期六一、对脉冲电源的要求及其分类总的要求：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32页，共55页，2023年，2月20日，星期六为满足上述具体要求对电火花加工脉冲电源的具体要求：1）所产生的脉冲应是单向的，没有负半波，或负半波很小，最大限度的利用极性效应。2）脉冲电压的前后沿应该较陡，一般采用矩形波脉冲电源。使加工过程稳定，放电宽度和能量比较稳定。第33页，共55页，2023年，2月20日，星期六3）脉冲的主要参数在很宽的范围内可以调节。4）脉冲电源要工作稳定、可靠、成本低、寿命长、操作维修方便、体积小、节省电能。表2-3电火花用脉冲电源分类第34页，共55页，2023年，2月20日，星期六二、RC线路脉冲电源（驰张式脉冲电源）工作原理：利用电容器充电储存电能，然后瞬时放出，形成火花放电来蚀除金属。图2-11、2-12第35页，共55页，2023年，2月20日，星期六RC线路脉冲电源的最大优点：1）结构简单，工作可靠、成本低。2）在小功率时可获得很窄的脉宽和很小的单个脉冲能量，可用于光整加工和精微加工。RC线路脉冲电源的缺点：1）电能利用率低。最大不超过36%。2）生产效率低。由图2-12知，脉间大。3）工艺参数不稳定。受放电间隙及介质的影响。(电源本身不能独立产生脉冲,放电间隙与直流电源直接连通,随时都有放电的可能,并容易转为电弧放电)第36页，共55页，2023年，2月20日，星期六改进：第37页，共55页，2023年，2月20日，星期六适用范围：小功率的精微加工简式电火花加工机床第38页，共55页，2023年，2月20日，星期六三、晶体管式脉冲电源晶体管式脉冲电源是利用功率晶体管作为开关元件而获得单向脉冲的。它具有脉冲频率高，脉冲参数容易调节、脉冲波形好、易实现多回路加工和自适应控制等自动化要求的优点。第39页，共55页，2023年，2月20日，星期六在中小型脉冲电源中，都采用晶体管式脉冲电源以前，晶体管的功率都比较小，每管导通时的电流常选在5A左右，因此，在晶体管脉冲电源中，都采用多管分组并联输出的方法来提高输出功率。图2-13为自振式晶体管脉冲电源原理图第40页，共55页，2023年，2月20日，星期六第41页，共55页，2023年，2月20日，星期六为了加大功率,和可调节粗、中、精加工归准，整个功率级由几十个大功率高频晶体管分为若干路并联，精加工只用其中一路或两路。为了在放电间隙短路时不致损坏晶体管，每只晶体管都串有限流电阻，并可以在各管之间起均流作用。第42页，共55页，2023年，2月20日，星期六五、各种派生脉冲电源1、高低压复合脉冲电源图2-14复合回路脉冲电源示意图第43页，共55页，2023年，2月20日，星期六2、多回路脉冲电源所谓多回路脉冲电源是在加工电源的功率级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。可提高生产效率，在大面积、多工具、多孔加工时很有必要。第44页，共55页，2023年，2月20日，星期六第45页，共55页，2023年，2月20日，星期六但是，多回路电源的总生产效率并不与回路数目完全成正比。因为多回路加工时，电极进给调节系统的工作状态变坏。当某一回路放电间隙短路时，电极回升，全部电路都得停止工作。回路数愈多，这种相互牵制干扰损失也愈大。一般常采用2~4个回路第46页，共55页，2023年，2月20日，星期六

3、等脉冲电源所谓等脉冲电源是指每个脉冲在击穿介质后所释放的单个脉冲能量相等。对于矩形波脉冲电流来说，每次放电过程的电流幅值相等，就意味着每个脉冲放电电流持续时间相等。放电凹坑大小均匀。第47页，共55页，2023年，2月20日，星期六第48页，共55页，2023年，2月20日，星期六4、高频分组和梳形波脉冲电源这两种波形在一定程度上