《电火花成形加工》PPT课件.ppt
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1、2.1 2.1 电火花成形加工电火花成形加工2.1.1 2.1.1 电火花加工的机理、特点及分类电火花加工的机理、特点及分类一一 电火花加工的机理电火花加工的机理电电火火花花加加工工基基于于电电火火花花腐腐蚀蚀原原理理,是是在在工工具具电电极极与与工工件件电电极极相相互互靠靠近近时时,极极间间形形成成脉脉冲冲性性火火花花放放电电,在在电电火火花花通通道道中中产产生生瞬瞬时时高高温温,使使金金属属局局部部熔熔化化,甚甚至至气气化化,从而将金属蚀除下来。从而将金属蚀除下来。名称:普通电火花名称:普通电火花 成型机床成型机床 型号:D7132N、40N、50N、60N 名称:机电一体电火名称:机电一
2、体电火 花成型机床花成型机床 型号:型号:D7125ND、32ND 名称:电火花高速穿孔机名称:电火花高速穿孔机 “负极性负极性”接线法“正极性正极性”接线法图 电火花加工原理示意图电火花加工原理示意图工具负极工具负极工具正极工具正极电火花加工需解决的问题电火花加工需解决的问题u电极之间始终电极之间始终保持确定的距离保持确定的距离;u达到达到足够高的电流密度足够高的电流密度;u脉冲性放电脉冲性放电;u及时及时排除电蚀产物排除电蚀产物 电火花加工表面局部放大图电火花加工表面局部放大图通过通过电力、磁力、热力、流体动力电力、磁力、热力、流体动力等综合作用,分四个等综合作用,分四个阶段完成加工:阶段
3、完成加工:极间介质的极间介质的击穿形成放电击穿形成放电;介质的;介质的热分热分解解、电极材料的、电极材料的融化、气化热膨胀融化、气化热膨胀;蚀除产物的抛出蚀除产物的抛出;间隙间隙介质消电离介质消电离。n (1)(1)极极间间介介质质的的电电离离、击击穿穿,形形成成放放电电通通道道。工工具具电电极极与与工工件件电电极极缓缓缓缓靠靠近近,极极间间的的电电场场强强度度增增大大,由由于于两两电电极极的的微微观观表表面面是是凹凹凸凸不不平平的的,因因此此在在两极间距离最近处电场强度最大两极间距离最近处电场强度最大。n 工工具具电电极极与与工工件件电电极极之之间间充充满满着着液液体体介介质质,液液体体介介
4、质质中中不不可可避避免免地地含含有有杂杂质质及及自自由由电电子子,它它们们在在强强大大的的电电场场作作用用下下,形形成成了了带带负负电电的的粒粒子子和和带带正正电电的的粒粒子子,电电场场强强度度越越大大,带带电电粒粒子子就就越越多多,最最终终导致导致液体介质电离、击穿,形成放电通道。液体介质电离、击穿,形成放电通道。电火花腐蚀加工的四个阶段:电火花腐蚀加工的四个阶段:(2)电极材料的熔化、气化热膨胀电极材料的熔化、气化热膨胀 液液体体介介质质被被电电离离、击击穿穿,形形成成放放电电通通道道后后,通通道道间间带带负负电电的的粒粒子子奔奔向向正正极极,带带正正电电的的粒粒子子奔奔向向负负极极,粒粒
5、子子间间相相互互撞撞击击,产产生生大大量量的的热热能能,使使通通道道瞬瞬间间达达到到很很高高的的温温度度。通通道道高高温温首首先先使使工工作作液液汽汽化化,进进而而气气化化,然然后后高高温温向向四四周周扩扩散散,使使两两电电极极表表面面的的金金属属材材料料开开始始熔熔化化直直至至沸沸腾腾气气化化。气气化化后后的的工工作作液液和和金金属属蒸蒸气气瞬瞬间间体体积积猛猛增增,形形成成了了爆爆炸炸的的特特性性。所所以以在在观观察察电电火火花花加加工工时时,可可以以看看到到工工件件与与工工具电极间有冒烟现象,具电极间有冒烟现象,并听到并听到轻微的爆炸声轻微的爆炸声。n(3)(3)蚀除材料的抛出蚀除材料的
6、抛出 正负电极间产生的电火花现象,使放电通正负电极间产生的电火花现象,使放电通道产道产生高温高压生高温高压。通道中心的压力最高,通道中心的压力最高,工作液和金属气化后不断向外膨胀,形成工作液和金属气化后不断向外膨胀,形成内外瞬间压力差,高压力处的内外瞬间压力差,高压力处的熔融金属液熔融金属液体和蒸汽被排挤体和蒸汽被排挤,抛出放电通道,大部分,抛出放电通道,大部分被抛入到工作液中。仔细观察电火花加工,被抛入到工作液中。仔细观察电火花加工,可以看到可以看到桔红色的火花四溅桔红色的火花四溅,这就是被抛,这就是被抛出的高温金属出的高温金属熔滴和碎屑熔滴和碎屑。(4)(4)极极间间介介质质的的消消电电离
7、离。加加工工液液体体流流入入放放电电间间隙隙,将将电电蚀蚀产产物物及及残残余余的的热热量量带带走走,并并恢恢复复绝绝缘缘状状态态。若若电电火火花花放放电电过过程程中中产产生生的的电电蚀蚀产产物物来来不不及及排排除除和和扩扩散散,产产生生的的热热量量将将不不能能及及时时传传出出,使使该该处处介介质质局局部部过过热热,局局部部过过热热的的工工作作液液高高温温分分解解、积积炭炭,使使加加工工无无法法继继续续进进行行,并并烧烧坏坏电电极极。因因此此,为为了了保保证证电电火火花花加加工工过过程程的的正正常常进进行行,在在两两次次放放电电之之间间必必须须有有足足够够的的时时间间间间隔隔让让电电蚀蚀产产物物
8、充充分分排排出出,恢恢复复放放电电通通道道的的绝绝缘缘性性,使使工工作作液液介介质质消消电电离。离。消除上次放电对下次电蚀影响消除上次放电对下次电蚀影响n 上上述述步步骤骤(1)(1)(4)(4)在在一一秒秒内内约约数数千千次次甚甚至至数数万万次次地地往往复复式式进进行行,即即单单个个脉脉冲冲放放电电结结束束,经经过过一一段段时时间间间间隔隔(即即脉脉冲冲间间隔隔)使使工工作作液液恢恢复复绝绝缘缘后后,第第二二个个脉脉冲冲又又作作用用到到工工具具电电极极和和工工件件上上,又又会会在在当当时时极极间间距距离离相相对对最最近近或或绝绝缘缘强强度度最最弱弱处处击击穿穿放放电电,蚀蚀出出另另一一个个小
9、小凹凹坑坑。这这样样以以相相当当高高的的频频率率连连续续不不断断地地放放电电,工工件件不不断断地地被被蚀蚀除除,故故工工件件加加工工表表面面将将由由无无数数个个相相互互重重叠叠的的小小凹凹坑坑组组成成(如如图图所所示示)。所所以以电电火火花花加加工工是是大大量量的的微微小小放放电电痕痕迹迹逐逐渐渐累累积积而而成成的的去去除除金金属的加工方式。属的加工方式。二二 电火花加工的特点及分类电火花加工的特点及分类1 1 电火花加工的特点电火花加工的特点p适用的适用的材料范围广材料范围广;p适于加工适于加工特殊及复杂形状的零件特殊及复杂形状的零件;p可以在同一台机可以在同一台机床连续进行粗、半精及精加工
10、床连续进行粗、半精及精加工;p直接利用电能直接利用电能进行加工,便于实现自动化进行加工,便于实现自动化.电火花加工的实例电火花加工的实例电火花加工的事例电火花加工的事例电电火火花花加加工工方方法法分分类类电火花加工方法分类电火花加工方法分类成形成形三 电火花加工工艺规律1 1 影响影响加工速度加工速度的因素的因素1 1 极性效应极性效应(电极的接法、电极材料电极的接法、电极材料););2 2 电参数的选择(脉冲宽度、脉冲间隙、峰值电流等)电参数的选择(脉冲宽度、脉冲间隙、峰值电流等);3 3 加工件材料热学常数(导热系数、比热、密度等)。加工件材料热学常数(导热系数、比热、密度等)。加工速度加
11、工速度的定义:的定义:单位时间蚀除工件的体积。单位时间蚀除工件的体积。工具电极工具电极损耗速度损耗速度:单位时间电极损耗的体积。单位时间电极损耗的体积。损耗比:损耗比:工具电极损耗速度工具电极损耗速度/加工速度。加工速度。2 2 影响影响加工精度加工精度的因素的因素主要由主要由机身的精度、工件的安装定位精度、加工工艺等机身的精度、工件的安装定位精度、加工工艺等。这。这里主要里主要讲放讲放电间隙电间隙、工具电极的损耗工具电极的损耗、及、及二次放电二次放电对加工精对加工精度的影响。度的影响。如果放电间隙稳定可靠,则加工精度可用修正电极来补偿。如果放电间隙稳定可靠,则加工精度可用修正电极来补偿。否则
12、会影响加工精度,特别是圆角和尖角处。否则会影响加工精度,特别是圆角和尖角处。电火花加工的实质:电火花加工的实质:就是将工具电极的部分或全部形状复制到就是将工具电极的部分或全部形状复制到工件上。工件上。工具电极的损耗工具电极的损耗是要影响形状和几何精度复制。一般是要影响形状和几何精度复制。一般精度精度0.010.05mm二次放电二次放电:是一种异常放电,主要是是一种异常放电,主要是由于蚀除产物由于蚀除产物等作用再次进等作用再次进行的行的非正常放电非正常放电。电间隙、工具电极的损耗、及二次放电对加工精度的影响电间隙、工具电极的损耗、及二次放电对加工精度的影响3 3 影响加工表面质量的因素影响加工表
13、面质量的因素表面光洁度:处理好表面光洁度:处理好加工速度与表面光洁度加工速度与表面光洁度的矛盾。的矛盾。工件材料对加工表面粗糙度也有影响工件材料对加工表面粗糙度也有影响:在相同条件下,比热、在相同条件下,比热、密度、熔点高的材料加工出的光洁度更高密度、熔点高的材料加工出的光洁度更高。电参数电参数表面力学性能的影响:工件表面的表面力学性能的影响:工件表面的组织和表面的残余应力组织和表面的残余应力等等.脉冲宽度、脉冲间隙、脉冲能量和电极间的间隙脉冲宽度、脉冲间隙、脉冲能量和电极间的间隙对对加工表面加工表面质量有较大影响。质量有较大影响。加工材料的物理性能加工材料的物理性能(熔点密度)(熔点密度)表
14、面质量表面质量:表面光洁度和表面力学性能表面光洁度和表面力学性能2.1.2 2.1.2 电火花加工机床和工作液电火花加工机床和工作液一、一、机床型号、规格、分类机床型号、规格、分类n我我国国国国标标规规定定,电电火火花花成成型型机机床床均均用用D71D71加加上上机机床床工工作作台台面面宽宽度度的的1/101/10表表示示。例例如如D7132D7132中中,D D表表示示电电加加工工成成型型机机床床(若若该该机机床床为为数数控控电电加加工工机机床床,则则在在D D后后加加K K,即即DK)DK);7171表表示示电电火火花花成成型型机机床床;3232表表示示机机床工作台的宽度为床工作台的宽度为
15、320 mm320 mm。n在在中中国国大大陆陆外外,电电火火花花加加工工机机床床的的型型号号没没有有采采用用统统一一标标准准,由由各各个个生生产产企企业业自自行行确确定定,如如日日本本沙沙迪迪克克(SodickSodick)公公司司生生产产的的A3RA3R、A10RA10R,瑞瑞士士夏夏米米尔尔(CharmillesCharmilles)技技术术公公司司的的ROBOFORM20/30/35ROBOFORM20/30/35,台台湾湾乔乔懋懋机机电电工工业业股股份份有有限限公公司司的的JM322/430JM322/430,北北京京阿阿奇奇工业电子有限公司的工业电子有限公司的SF100SF100等
16、。等。n电电火火花花加加工工机机床床按按其其大大小小可可分分为为小小型型(D7125(D7125以以下下)、中中型型(D7125(D7125D7163)D7163)和和大大型型(D7163(D7163以以上上);按按数数控控程程度度分分为为非非数数控控、单单轴轴数数控控和和三三轴轴数数控控。随随着着科科学学技技术术的的进进步步,国国外外已已经经大大批批生生产产三三坐坐标标数数控控电电火火花花机机床床,以以及及带带有有工工具具电电极极库库、能能按按程程序序自自动动更更换换电电极极的的电电火火花花加加工工中中心心,我我国国的的大大部部分分电电加加工工机机床床厂厂现现在在也也正正开开始始研研制制生生
17、产产三三坐坐标标数数控控电电火火花花加加工机床工机床。二、电火花加工机床结构二、电火花加工机床结构 电电火火花花加加工工机机床床主主要要由由机机床床本本体体、脉脉冲冲电电源源、自自动动进进给给调调节节系系统统、工工作作液液过过滤滤和和循循环环系系统统、数数控控系系统统等部分组成,如图等部分组成,如图 所示。所示。电火花机床电火花机床间 隙参考值增益设定控制装置进给系统自动进给调节系统比较器放大器间 隙传感器脉冲电源床 身工作液循环过 滤 系 统(a)原理图(b)实物工件1.1.机床本体机床本体 机机床床本本体体主主要要由由床床身身、立立柱柱、主主轴轴头头及及附附件件、工工作作台台等等部部分分组
18、组成成,是是用用以以实实现现工工件件和和工工具具电电极极的的装装夹夹固固定定和和运运动动的的机机械械系系统统。床床身身、支支柱柱、坐坐标标工工作作台台是是电电火火花花机机床床的的骨骨架架,起起着着支支承承、定定位位和和便便于于操操作作的的作作用用。主主轴轴头头下下面面装装夹夹的的电电极极是是自自动动调调节节系系统统的的执执行行机机构构,其其质质量量的的好好坏坏将将影影响响到到进进给给系系统统的的灵灵敏敏度度及及加加工工过过程程的的稳稳定定性性,进进而而影影响响工工件件的的加加工工精度。精度。机机床床主主轴轴头头和和工工作作台台常常有有一一些些附附件件,如如可可调调节工具电极角度的夹头、平动头节
19、工具电极角度的夹头、平动头等等。2、脉冲电源、脉冲电源 在在电电火火花花加加工工过过程程中中,脉脉冲冲电电源源的的作作用用是是把把工工频频正正弦弦交交流流电电流流转转变变成成频频率率较较高高的的单单向向脉脉冲冲电电流流,向向工工件件和和工工具具电电极极间间的的加加工工间间隙隙提提供供所所需需要要的的放放电电能能量量以以蚀蚀除除金金属属。脉脉冲冲电电源源的的性性能能直直接接关关系系到到电电火火花花加加工工的的加加工工速速度度、表表面面质质量量、加加工工精精度度、工具电极损耗等工具电极损耗等工艺指标。工艺指标。脉脉冲冲电电源源输输入入为为380 380 V V、50 50 HzHz的的交交流流电电
20、,其输出应满足如下要求:其输出应满足如下要求:(1)(1)要要有有一一定定的的脉脉冲冲放放电电能能量量,否否则则不不能能使使工工件件金属气化。金属气化。(2)(2)火火花花放放电电必必须须是是短短时时间间的的脉脉冲冲性性放放电电,这这样样才才能能使使放放电电产产生生的的热热量量来来不不及及扩扩散散到到其其他他部部分分,从从而而有有效地蚀除金属效地蚀除金属,提高成型性和加工精度提高成型性和加工精度。(3)(3)脉脉冲冲波波形形是是单单向向的的,以以便便充充分分利利用用极极性性效效应应,提高加工速度和提高加工速度和降低工具电极损耗降低工具电极损耗。(4)(4)脉脉冲冲波波形形的的主主要要参参数数(
21、峰峰值值电电流流、脉脉冲冲宽宽度度、脉脉冲冲间间歇歇等等)有有较较宽宽的的调调节节范范围围,以以满满足足粗粗、中中、精精加加工的要求。工的要求。(5)(5)有有适适当当的的脉脉冲冲间间隔隔时时间间,使使放放电电介介质质有有足足够够时时间间消消除除电电离离并并冲冲去去金金属属颗颗粒粒,以以免免引引起起电电弧弧而而烧烧伤伤工件。工件。3、常用的脉冲电源、常用的脉冲电源RCRC和和 RLCRLC电源电源闸流管式和电子管式电源闸流管式和电子管式电源晶闸管式、晶体管式和晶闸管式、晶体管式和MOSMOS管式电源管式电源4 4 各种派生电源:如等脉冲各种派生电源:如等脉冲电源电源、自适应控制电源、自适应控制
22、电源等等电路简单、可靠、成本低、电路简单、可靠、成本低、单脉冲功率小、适应于精单脉冲功率小、适应于精密加工密加工效率低,有反冲效率低,有反冲将电阻阻抗值一分为二将电阻阻抗值一分为二RLCL脉冲电源MOSFET脉冲电源提高能量效率提高能量效率提高充放电频率提高充放电频率减少反冲减少反冲4、自动进给调节系统、自动进给调节系统 在在电电火火花花成成型型加加工工设设备备中中,自自动动进进给给调调节节系系统统占占有有很很重重要要的的位位置置,它它的的性性能能直直接接影影响加工稳定性和加工效果。响加工稳定性和加工效果。电电火火花花成成型型加加工工的的自自动动进进给给调调节节系系统统,主主要要包包含含伺伺服
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