[理学]第2章1328.ppt

第二章 电火花加工 2.1电火花加工的基本原理及分类 三.电火花加工工艺方法分类 按工具电极的形状、工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致分为电火花穿孔成形加工、电火花线切割加工、电火花磨削和镗磨、电火花展成加工、电火花表面强化与刻字。前四类属电火花成形、尺寸加工，是用于改变零件形状或尺寸的加工方法；最后一类属表面加工方法，用于改善或改变零件表面性质。电火花穿孔加工和电火花线切割应用最为广泛。 2.2 电火花加工的物理本质 电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下来。那么两电极表面的金属材料是如何被蚀除下来的呢？这一过程大致分为以下几个阶段(如图2-4所示)： (1) 极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图2-4(a)所示)。工具电极与工件电极缓缓靠近，极间的电场强度增大，由于两电极的微观表面是凹凸不平的，因此在两极间距离最近的A、B处电场强度最大。 工具电极与工件电极之间充满着液体介质，液体介质中不可避免地含有杂质及自由电子，它们在强大的电场作用下，形成了带负电的粒子和带正电的粒子，电场强度越大，带电粒子就越多，最终导致液体介质电离、击穿，形成放电通道。 (2) 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图2-4(b)、(c)所示)。 液体介质被电离、击穿，形成放电通道后，通道间带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子奔向负极，粒子间相互撞击，产生大量的热能，使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使工作液汽化，进而气化，然后高温向四周扩散，使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增，形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时，可以看到工件与工具电极间有冒烟现象，并听到轻微的爆炸声。 (3) 电极材料的抛出(如图2-4(d)所示)。 正负电极间产生的电火花现象，使放电通道产生高温高压。通道中心的压力最高，工作液和金属气化后不断向外膨胀，形成内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排挤，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，可以看到桔红色的火花四溅，这就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。 (4) 极间介质的消电离(如图2-4(e)所示)。 加工液流入放电间隙，将电蚀产物及残余的热量带走，并恢复绝缘状态。若电火花放电过程中产生的电蚀产物来不及排除和扩散，产生的热量将不能及时传出，使该处介质局部过热，局部过热的工作液高温分解、积炭，使加工无法继续进行，并烧坏电极。因此，为了保证电火花加工过程的正常进行，在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排出，恢复放电通道的绝缘性，使工作液介质消电离。 上述步骤(1)～(4)在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行，即单个脉冲放电结束，经过一段时间间隔(即脉冲间隔)使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲又作用到工具电极和工件上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，蚀出另一个小凹坑。这样以相当高的频率连续不断地放电，工件不断地被蚀除，故工件加工表面将由无数个相互重叠的小凹坑组成(如图2-3所示)。所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。 2.3 电火花加工中的基本工艺规律 1.极性效应（概念、极性系数、解释） 在电火花放电加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。 2.覆盖效应 在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形成一定厚度的覆盖层，这种现象叫覆盖效应。合理利用覆盖效应，有利于降低电极损耗。 在油类介质中加工时，覆盖层主要是石墨化的碳素层，其次是粘附在电极表面的金属微粒粘结层。碳素层具有很高的耐电腐蚀性，对电极表面有一定保护作用。其生成条件有： 1）要有足够的温度。 2）要有足够多的电蚀产物。 3）要有足够的时间。 4）一般采用负极性加工。 5）必须在油类介质中进行加工。 3.电参数 电火花加工脉冲电源的可控参数有：脉宽、脉间、峰值电流、开路电压、脉冲的前沿上升率和后沿下降率。对蚀除量影响的综合作用规律可以用脉冲能量的大小和变化率来描述。 无论正极或负极，都存在单个脉冲的蚀除量 与单个脉冲能量 在一定范围内成正比的关系。某一段时间内的总蚀除量 约等于这段时间内各单个有效脉冲蚀除量的总和。 脉冲前后沿变化率相对于脉冲宽度较小时，影响蚀除量的单个脉冲能量即为单脉冲放电能