电火花加工特种加工课件

1、2 电火花加工,2 电火花加工,2.1 电火花加工原理基础 2.2 电火花加工设备 2.3 电火花加工工艺规律 2.4 电火花加工工艺 2.5 电火花加工操作实例 2.6 特殊材料的电火花加工 2.7 电火花加工中应该注意的一些问题,2.1电火花加工原理基础,电火花加工（Electrical Discharge Machining: EDM） 原理：在一定介质中，利用两极（工具电极与工件电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象对侵蚀多余的金属，以使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定要求的加工方法。,电火花腐蚀 电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、气化而被腐蚀掉，形成放电凹坑。,2.1电火花加工原理基础,电火花加工原理,单个脉冲放电后的电蚀坑 (b) 多次脉冲放电后形成的电极表面,2.1电火花加工原理基础,实验结果表明，电火花加工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结果。这一过程大致可分为以下几个连续的阶段: 极间介质的电离、击穿，形成放电通道 介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀 电极材料的抛出 极间介质的

2、消电离,2.1电火花加工原理基础,1 极间介质的电离、击穿形成放电通道,极间电压升高或极间距离减小极间电场强度增大105V/mm即100V/m左右时产生场致电子发射雪崩电离小于0.1s建立放电通道（电流密度达105106A/cm2（103104A/mm2）,2.1电火花加工原理基础,2 介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀,放电通道形成后电子、正离子运动动能转热能电极表面高温工作液气化、热分解电极材料熔化、气化迅速热膨胀,2.1电火花加工原理基础,3 电极材料的抛出,热膨胀产生微爆炸电极材料抛出大部分抛入工作液中收缩成小颗粒，一小部分飞溅、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，在某些条件下可以用来减少或补偿工具电极在加工过程中的损耗 ）,2.1电火花加工原理基础,4 极间介质的消电离,随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速降为零，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，以免总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，这样可以保证按两极相对最近处或电阻率最小处形成下一

3、击穿放电通道（放电点转移原则）。另外，在加工过程中形成的电蚀产物以及热量等都需要在此阶段排出。由此，为了保证电火花加工过程正常地进行，在两次脉冲放电之间一般都应有足够的脉冲间隔时间t0。,2.1电火花加工原理基础,2.1. 电火花成形,动画演示,2.1. 电火花成形,利用电腐蚀技术对材料进行尺寸加工的必要条件 火花放电必须是瞬时性的脉冲放电,ti为脉冲宽度 to为脉冲间隔 tp为脉冲周期 ui为空载电压或脉冲幅值电压,脉冲电源电压波形,2.1电火花加工原理基础,利用电腐蚀进行尺寸加工的必要条件（续） 火花放电必须在有较高绝缘强度的液体介质中进行（利于脉冲放电、利于电蚀产物从电极间隙中悬浮排出、冷却电极和工件表面） 工具电极和工件表面间必须保持一定的放电间隙（几微米到几百微米）,2.1电火花加工原理基础,电火花加工的特点 优点 适合于任何难切削材料的加工 可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 局限性 主要用于加工金属等导电材料 加工速度较慢 存在电极损耗,2.1电火花加工原理基础,2 电火花加工,2.1 电火花加工原理基础 2.2 电火花加工设备 2.3 电火花加工工艺规律 2.4 电火花

4、加工工艺 2.5 电火花加工操作实例 2.6 特殊材料的电火花加工 2.7 电火花加工中应该注意的一些问题,名称：机电一体电火 花成型机床 型号：D7125ND、32ND,名称：数控屏显成型机床 型号：DK7132D、40D、 50D、63D,2.2 电火花加工设备,电火花穿加工机床主要由主体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液净化及循环系统、数控系统几部分组成。,机床总体部分,2.2 电火花加工设备,机床主体： 主轴头：关键部件，要求较高的精度和刚度，较好的运动特性 床身 立柱 工作台 工作液槽,2.2 电火花加工设备,平动头扩大间隙原理图,2.2 电火花加工设备,(a) 机械式平动头 (b) 数控平动头 图2-8 平动头外形,工作液循环过滤系统由工作液箱、电动机、泵、过滤装置、工作液槽、油杯、管道、阀门、测量仪表等部分组成。,2.2 电火花加工设备,2.工作介质循环过滤系统,图2-9 工作液循环系统油路图,工作液的过滤方法 自然沉淀法 介质过滤法 使用黄沙、木屑、棉纱头、过滤纸、活性炭等过滤介质去除金属粉屑和高温分解碳黑等电蚀产物。具有结构简单、造价低等优点。,2.2 电火花加工设

5、备,3.电火花加工用的脉冲电源,电火花加工用脉冲电源需要满足的条件： 有较高的加工速度 工具电极损耗低 加工过程稳定 工艺范围广,对电火花加工用脉冲电源的具体要求 单向脉冲 脉冲电压前后沿较陡（一般采用矩形波脉冲电源） 脉冲主要参数具有很宽的调节范围 综合性能（工作稳定可靠、成本低、寿命长、体积小、维修方便、节能）,电火花加工过程中的间隙调整 自动进给调节系统的作用是维持一定的“平均”放电间隙S，保证火花加工正常稳定进行。,S过大，调节系统使工具电极向下进给； S减小到某一值，开始火花放电； 若工件蚀除速度vw工具电极进给速度vd，则S减小，需要减小vd； 若出现短路（S0），则工具电极需要以较大速度回退。,4.自动进给调节系统,对自动进给系统的一般要求 较广的速度调节跟踪范围； 足够的灵敏度和快速性； 必要的稳定性，避免低速爬行； 体积小、结构简单、维修方便。,自动进给调节系统按照执行元件分类如下： 电液压式 步进电机式 宽调速力矩电动机 直流伺服电动机 交流伺服电动机 直线电机,电液自动进给调节系统 通过电机械转换器将反映放电间隙大小的电流信号转变为液压缸挡板的机械信号，从而调节液

6、压缸上下油腔压力的大小，带动主轴移动，实现进给的自动调节。,自动进给调节系统包括测量环节、比较环节、放大驱动环节、执行环节和调节对象几个主要环节。,测量环节 一般情况下，采用测量与放电间隙成比例关系的电参量（平均间隙电压或峰值电压），实现间接测量放电间隙。 检测放电状态作为自动进给调节系统的测量环节更加合理。,比较环节 把测量环节得到的信号与“给定值”的信号进行比较，再按此差值控制加工过程。 放大驱动器 由于测量环节得到的信号一般都很小，难以驱动执行元件，必须通过放大环节进行放大。,执行环节 采用不同的伺服电动机，根据控制信号的大小及时调节工具电极的进给速度，保持合适的放电间隙。 调节对象 工具电极和工件之间的间隙。,5. 数控系统,半径补偿：,G92G54X0Y0； G00 X20. Y30.； G92G55X0Y0；,G80: 含义：接触感知。 格式：G80 轴方向 如：G80 X； /电极将沿X轴的负方向前进，直到接触到工件，然后停在那里,M05含义：忽略接触感知，只在本段程序起作用。 具体用法是：当电极与工件接触感知并停在此处后，若要移走电极，请用此代码。 如：G80 X； /

7、X轴负方向接触感知 G90 G92 X0 Y0； /设置当前点坐标为(0，0) M05 G00 X10.； /忽略接触感知且把电极向X轴正方向移动10 mm 若去掉上面代码中的M05，则电极往往不动作，G00不执行。,图2-15 工件找正图,如图2-15所示，ABCD为矩形工件，AB、BC边为设计基准，现欲用电火花加工一圆形图案，图案的中心为O点，O到AB边、BC边的距离如图中所标。已知圆形电极的直径为20 mm，请写出电极定位于O点的具体过程。,G80 X+; G90 G92 X0; M05 G00 X-10.； G91 G00 Y-38.； /38.为一估计值，主要目的是保证电极在BC边下方 G90 G00 X50.； G80 Y+； G92 Y0； M05 G00 Y-2.； /电极与工件分开，2 mm表示为一小段距离 G91 G00 Z10.； /将电极底面移到工件上面 G90 G00 X50. Y28.；,2 电火花加工,2.1 电火花加工原理基础 2.2 电火花加工设备 2.3 电火花加工工艺规律 2.4 电火花加工工艺 2.5 电火花加工操作实例 2.6 特殊材料的电火花

8、加工 2.7 电火花加工中应该注意的一些问题,2.3 电火花加工工艺规律,2.3.1 影响材料电蚀量的因素 2.3.2 影响加工速度与工具损耗速度的因素 2.3.3 影响加工精度的主要因素 2.3.4 电火花加工的表面质量,2.3.1 影响材料电蚀量的因素,影响材料电蚀量的主要因素： 极性效应 电参数 金属材料热学常数 工作液 其他因素,极性效应 在电火花加工过程中，正极和负极都会受到不同程度的电腐蚀，即使相同材料，正、负极的电蚀量也不相同，这种单纯由极性不同而电蚀量不同的现象称为“极性效应”。 “正极性”加工工件接脉冲电源的正极 “负极性”加工工件接脉冲电源的负极,2.3.1 影响材料电蚀量的因素,产生极性效应的原因 火花放电过程中，正、负电极表面分别受到负电子和正离子的轰击和瞬时热源作用，正、负极表面分配到的能量不一样是极性效应的根本原因。,2.3.1 影响材料电蚀量的因素,引起极性效应的因素 电子的质量和惯性均小，容易获得很高的加速度和速度，在击穿放电的初始阶段就有大量的电子奔向正极，把能量传递给正极表面，使得电极材料迅速熔化和气化。 正离子质量和惯性较大，起动和加速较慢，在击穿

9、放电的初始阶段，大量的正离子来不及到达负极表面，只有小部分正离子能够到达负极表面并传递能量。,2.3.1 影响材料电蚀量的因素,窄（短）脉冲加工（即放电持续时间较短）时，电子轰击作用强于正离子，工件接正极，是正极性加工； 宽（长）脉冲加工（即放电持续时间较长）时，正离子轰击作用强于电子，工件接负极，是负极性加工。,2.3.1 影响材料电蚀量的因素,正极性加工接线,负极性加工接线,2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素,碳黑膜现象 碳氢化合物类的工作液在放电过程发生热分解，形成带负电的碳胶粒，吸附在正极表面，如果电极表面的瞬时温度为400度左右，且保持一定时间，则形成一定强度和厚度的化学吸附层，称为“碳黑膜”，由于碳的熔点和气化点很高，从而减小电极蚀除量。,电参数 电压脉冲宽度、电流脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲频率、峰值电流、峰值电压和极性 电参数对电蚀量的影响 在连续的电火花加工过程中，一定范围内，工件或工具的单个脉冲蚀除量与单个脉冲能量成正比。正、负极的蚀除速度与单个脉冲能量、脉冲频率成正比：,2.3.1 影响材料电蚀量的因素,提高电蚀量和生产率的途径 提高脉冲频率f 增加单个脉冲能量WM 减小脉冲间隙to 提高工艺系数K,几个因素之间相互制约,2.3.1 影响材料电蚀量的因素,金属材料热学常数 熔点、沸点（气化点）、热导率、比热容、熔化热、气化热,2.3.1 影响材料电蚀量的因素,金属材料热学常数对电蚀量的影响 脉冲放电能量相同时，熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热越高，电蚀量越少； 热传导率越大，电蚀量越少； 单个脉冲能量一定时，脉冲电流幅值越小，则脉宽越长，散失的热量越多。电蚀量越少,2.3.1 影响材料电蚀量的因素,工作液对电蚀量的影响 粘度大的工作液有利于压缩放电通道，提高放电能量密度，强化电蚀产物的抛出效应；但不利于电蚀产物的排出，影响正常放电。 工作液的选择 粗加工机油：粘度大、介电性能好 精加工煤油：粘度小、流动性好,2.3.1 影响材料电蚀量的因素,2.3 电火花加工工艺规律,2.3.1 影响材料电蚀量的因素 2.3.2

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