特种加工第二讲.ppt

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1、第二章 电火花加工,第一节 电火花加工的基本原理及分类,上讲复习,1、特种加工的产生及发展,2、特种加工的分类,（1）加工难以切削材料的加工问题（2）加工各种特殊复杂表面的加工问题（3）解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件加 工问题,特种加工的分类还没有明确的规定，一般按能量来源和作用形式以及加工原理可分为：电火花加工、电化学加工、高能束加工、物料的切蚀加工、化学加工、复合加工与快速成形加工等,4、特种加工对材料可加工性的结构工艺等的影响,3、特种加工与常规切削加工的区别：,(1)不是主要依靠机械能(2)加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力（3）加工后的表面边缘无毛刺残留。(4)工

2、具硬度可以低于被加工材料的硬度（5）主运动的速度一般都较低,1）提高了材料的可加工性；2）改变了零件的工艺路线,3）缩短了新产品的试制周期4）对产品和零件的结构设计产生较大影响5）需重新评估传统结构工艺性,2.1 电火花加工的基本原理及分类,2.1.1 电火花加工的原理和设备组成,电火花 加工,短 路电 流,峰 值电 流,加工电压间隙平均电压,开路电压峰值电压,电规准,下一页,因在放电过程中见到火花,它利用电、热能对零件进行加工,返回,2.1 电火花加工的基本原理及分类,脉冲间隔,加工电流,Text in here,脉冲宽度,返回,2.1 电火花加工的基本原理及分类,是基于工具与工件之间，利用

3、脉冲放电对导电材料进行蚀除，以获得一定形状和尺寸的加工方法。,2.电火花加工的原理,1）、1940年前苏联科学家拉扎连柯夫妇研究电火花腐蚀。1943年研制出利用电容器反复充电放电原理的世界上第一台实用化的电火花加工装置。,2）、插头或电器开关触点开、闭时，往往产生火花。,3）、夏天的雷电现象,2.1 电火花加工的基本原理及分类,条件,要把有害的火花放电转化为有用的加工技术，必须创造条件。,1、使火花放电在具有较高的绝缘强度(103107cm)，以有利于产生脉冲性的火花放电。2、排除；3、冷却作用,使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定，,使火花放电为瞬时的

4、脉冲性放电，(放电延续时间一般为10-710-3s)。这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，,在脉冲放电点必须有足够的火花放电强度，即局部集中的电流密度须高达105106A/cm2,使局部金属熔化和气化。,2.1 电火花加工的基本原理及分类,1工具电极 2工作液箱 3工件电极 4工作液 5绝缘垫 6伺服电机,要解决以上的四方面问题，是通过下图的电火花加工系统来实现,2.1 电火花加工的基本原理及分类,轴有伺服系统控制,加 工 原 理,工具电极 向工件电极进给,保持一定程度的距离,脉冲电压的作用,两极间最近点处的工作液(绝缘介质)被击穿,形成瞬时放电通道,高温,使金属局部熔化甚至汽

5、化,形成电蚀凹坑,不断重复放电、电极不断进给,电极形状反拷到工件上,加工出需要的型面来,2.1 电火花加工的基本原理及分类,2.1 电火花加工的基本原理及分类,2.1 电火花加工的基本原理及分类,2.1.2 电火花加工的特点和应用,2.1 电火花加工的基本原理及分类,电火花加工的局限性,2.1 电火花加工的基本原理及分类,由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域日益扩大，目前已经应用于机械（特别是模具制造）、宇航、航空、电子、电机电器、精密机械、仪表仪器、汽车、轻工等行业，以解决难以加工材料及复杂形状零件的加工问题。目前，加工范围已经达到了几微米的小轴、小孔、小缝。大

6、到几米的超大型模具与零件,2.1 电火花加工的基本原理及分类,2.1.3 电火花加工工艺方法的分类,按用途的不同,电火花穿孔成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工。,改变零件形状或尺寸,改善或改变零件表面性质,电火花表面强化、刻字,2.1 电火花加工的基本原理及分类,电火花穿孔成型加工,2.1 电火花加工的基本原理及分类,电火花线切割加工,特点,1、工具电极为顺电极线轴线方向移动着的线状电极。2、工具与工件在两个水平方向同时有相对伺服进给运动。,1、切割各种冲模和具有直纹面的零件2、下料、裁割和窄缝加工,约占电火花机床总数的60%，典型的机床有DK

7、7725、DK7740等数控电火花切割机床,2.1 电火花加工的基本原理及分类,2.2 电火花加工的机理,了解这一微观过程，有助于掌握电火花加工工艺的基本规律和效果。实际上，它的物理过程的时间是非常短暂而又复杂的。每次电火花腐蚀的微观过程是电场力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。,火花放电时，电极表面的金属材料究竟是怎样被蚀除下来的，这一微观的物理过程也就是电火花加工的物理本质，或称机理。,1 极间介质的电离、击穿，形成放电通道,这一过程大致可分为以下四个连续阶段：,1）当脉冲电压施加于工具电极与工件之间时(图13中01段和12段)，两极之间立即形成一个电场。,2）电场

8、强度与电压成正比，与距离成反比，随着极间电压的升高或是极间距离的减小，极间电场强度也将随着增大,3）表面是凸凹不平的，因而极间电场强度是很不均匀的，两极间离得最近的突出点或尖端处的电场强度一般为最大。,2.2 电火花加工的机理,4）液体介质中不可避免地含有某种杂质。在电场作用下，这些杂质将使极间电场更不均匀；,5）当阴极表面某处的电场强度增加到105Vmm(100Vm)左右时，就会产生场致电子发射，由阴极表面向阳极逸出电子。在电场作用下电子高速向阳极运动；,6）产生碰撞电离；把最外层轨道上的负电子撞离出去，形成带负电的粒子(主要是电子)和带正电的粒子(原子核和轨道上剩余的电子构成的正离子)，导

9、致带电粒子雪崩式增多，使介质击穿而电阻率迅速降低，形成放电通道。,2.2 电火花加工的机理,7、从雪崩电离开始到建立放电通道的过程非常迅速，理论上仅需(01001s)，间隙电阻从绝缘状态迅速降低到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大值(几安到几百安)。间隙电压则由击穿电压迅速下降到火花维持电压(一般约为2030 V)，,8、正、负带电粒子相反方向高速运动相互碰撞，产生大量的热，使通道温度相当高，但分布是不均匀的，从通道中心向边缘逐渐降低，通道中心温度可高达10000以上。,2.2 电火花加工的机理,10）磁场又反过来对电子流产生向心的磁压缩效应，使通道瞬间扩展受到很大阻力，故放电开始阶段通道截

10、面很小，而通道内由高温热膨胀形成的初始压力可达数十兆帕。高压高温的放电通道以及随后瞬时金属气化形成的气体(以后发展成气泡)急速扩展，在放电过程中，同时还伴随着一系列派生现象，其中有热效应、电磁效应、光效应、声效应及频率范围很宽的电磁辐射和爆炸冲击波等。,二、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀,1）极间形成放电通道后，脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极，正离子奔向负极。电能变成动能，动能通过碰撞又转变为热能。,2.2 电火花加工的机理,2）通道高温将工作液介质气化，进而热裂分解气化，也使金属材料熔化甚至沸腾气化。,3）气化后的工作液和金属蒸气，瞬间体积猛增，在放电间隙内成为气泡，迅速热膨胀，就

11、像火药、爆竹点燃后那样具有爆炸的特性。电火花加工主要靠热膨胀和局部微爆炸，使熔化、气化了的电极材料抛出蚀除，,三、电极材料的抛出,1）瞬时高温产生很高的瞬时压力。通道中心的压力最高，使气化了的气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的“气泡”。,2.2 电火花加工的机理,气泡上下、内外的瞬时压力并不相等，压力高处的熔融金属液体和蒸气，就被排挤、抛出而进入工作液中，,2）实际上熔化和气化了的金属在抛离电极表面时，除绝大部分抛人工作液中 还有一个小部分飞溅、镀覆、吸附在对面的电极表面上。这种互相飞溅、镀覆以及吸附的现象，可以用来减少或补偿工具电极在加工过程中的损耗。,四、极间介质的消电离,2.2 电火花

12、加工的机理,随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速降为零，图13中45段标志着一次脉冲放电结束，但此后仍应有一段间隔时间，使间隙介质消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度，,原因：在加工过程中产生的电蚀产物(如金属微粒、碳粒子、气泡等)、就会降低绝缘强度。导致消电离过程不充分，结果将使下一个脉冲放电通道始终集中在某一部位，这样脉冲火花放电将恶性循环，转变为有害的稳定电弧放电。,2.2 电火花加工的机理,措施：1）在两次脉冲放电之间一般要有足够的脉冲间隔时间t。2）还要考虑电蚀产物排离放电区域的难易程度(与脉冲爆炸力大小、放电间隙大小、抬刀及加工面积有关)

13、。,2.2 电火花加工的机理,小结,2.1.1 电火花加工的原理和设备组成,2.1.2 电火花加工的特点和应用,2.1.3 电火花加工工艺方法的分类束,2.2 电火花加工的机理,2.2 电火花加工的机理,Thank You!,1、何谓电火花加工：2、电火花加工是如何分类的？3、要使利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工，应该保证哪些条件？4、电火花加工机理可分为四个阶段，哪四个阶段？5、电规准主要是有哪几部分组成？请说出这组成部分的含义。,作 业：,2.2 电火花加工的机理,1、答：是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。由于放电过程中可见到火花，故称之为电火花加工。,2.2 电火花加工的机理,