电火花加工机床都是火花放电么电火花形成加工机床的工作原理电火花机床加工的三个必备条件


Time:2024-06-06 05:08:15

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电火花加工机床都是火花放电么


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一、什么是电火花加工

电火花是一种自激放电,其特点如下:火花放电的两个电极间在放电前具较高的电压,当两电极接近时,其间介质被击穿后,随即发生火花放

电。伴随击穿过程,两电极间的电阻急剧变小,两极之间的电压也随之急剧变低。火花通道必须在维持暂短的时间(通常为10-7-10-3s)后及

时熄灭,才可保持火花放电的“冷极”特性(即通道能量转换的热能来不及传至电极纵深),使通道能量作用于极小范围。通道能量的作用,

可使电极局部被腐蚀。利用火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行尺寸加工的方法,叫电火花加工。 电火花加工是在较低的电压范围内,在液

体介质中的火花放电。

二、电火花加工的特点

电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步,具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性,高粘性和

高纯度等性能的新材料不断出现。具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多,这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因

此,人们除了进一步发展和完善机械加工法之外,还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要,并在应用中显示出很多

优异性能,因此,得到了迅速发展和日益广泛的应用。

电火花加工的特点如下:

1.脉冲放电的能量密度高,便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响,不受热处

理状况影响。

2.脉冲放电持续时间极短,放电时产生的热量传导扩散范围小,材料受热影响范围小。

3.加工时,工具电极与工件材料不接触,两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬,因此,工具电极制造容易。

4.可以改革工件结构,简化加工工艺,提高工件使用寿命,降低工人劳动强度。

基于上述特点,电火花加工的主要用途有以下几项:

1) 制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。 2) 加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。 3) 在金属板材上切割出零件。 4) 加工窄缝。 5) 磨削平面和圆面。 6) 其它(如强化金属表面,取出折断的工具,在淬火件上穿孔,直接加工型面复杂的零件等)。

三、电火花加工机床的组成及作用

从上面所谈的情况可以看到,要实现电火花加工过程,机床必须具备三个要素,即:脉冲电源,机械部分和自动控制系统,工作液过滤与循环

系统。下面对这三要素的作用逐一加以简单讨论。

1.脉冲电源

加在放电间隙上的电压必须是脉冲的,否则,放电将成为连续的电弧。所谓脉冲电源,实际就是一种电气线路或装置,它们能发出具有足够能

量的脉冲电压来。

2.机械部分和自动控制系统

其作用是维持工具电极和工件之间有一适当的放电间隙,并在线调整。

3.工作液净化与循环系统

工作液的作用是使能量集中,强化加工过程,带走放电时所产生的热量和电蚀产物。工作液系统包括工作液的储存冷却、循环及其调节与保护

、过滤以及利用工作液强迫循环系统。

上述三要素,有时也称为电火花加工机床的三大件,它们组成了电火花加工机床这一统一体,以满足加工工艺的要求。

四、实现电火花加工的条件

实现电火花加工,应具备如下条件:

1.工具电极和工件电极之间必须维持合理的距离。在该距离范围内,既可以满足脉冲电压不断击穿介质,产生火花放电,又可以适应在火花通

道熄灭后介质消电离以及排出蚀除产物的要求。若两电极距离过大,则脉冲电压不能击穿介质、不能产生火花放电,若两电极短路,则在两电

极间没有脉冲能量消耗,也不可能实现电腐蚀加工。

2.两电极之间必须充入介质。在进行材料电火花尺寸加工时,两极间为液体介质(专用工作液或工业煤油);在进行材料电火花表面强化时,

两极间为气体介质。

3.输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大。在火花通道形成后,脉冲电压变化不大,因此,通道的电流密度可以表征通道的能量密度。能量

密度足够大,才可以使被加工材料局部熔化或汽化,从而在被加工材料表面形成一个腐蚀痕(凹坑),实现电火花加工。因而,通道一般必须

有105-106A/cm2电流密度。放电通道必须具有足够大的峰值电流,通道才可以在脉冲期间得到维持。一般情况下,维持通道的峰值电流不小于

2A。

4.放电必须是短时间的脉冲放电。放电持续时间一般为10-7-10-3s。由于放电时间短,使放电时产生的热能来不及在被加工材料内部扩散,从

而把能量作用局限在很小范围内,保持火花放电的冷极特性。

5.脉冲放电需重复多次进行,并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的。这里包含两个方面的意义:其一时间上相邻的两个脉冲不在同一

点上形成通道;其二,若在一定时间范围内脉冲放电集中发生在某一区域,则在另一段时间内,脉冲放电应转移到另一区域。只有如此,才能

避免积炭现象,进而避免发生电弧和局部烧伤。

6.脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外,使重复性放电顺利进行。

在电火花加工的生产实际中,上述过程通过两个途径完成。一方面,火花放电以及电腐蚀过程本身具备将蚀除产物排离的固有特性;蚀除物以

外的其余放电产物(如介质的汽化物)亦可以促进上述过程;另一方面,还必须利用一些人为的辅助工艺措施,例如工作液的循环过滤,加工

中采用的冲、抽油措施等等。

五、极性效应

电火花加工时,相同材料两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大,这种现象叫做极性效应。如果两电极材料不同

,则极性效应更加明显。

六、覆盖效应

在油类介质中放电加工会分解出负极性的游离碳微粒,在合适的脉宽、脉间条件下将在放电的正极上覆盖碳微粒,叫覆盖效应。利用覆盖效应

可以降低电极损耗。注意负极性加工才有利做覆盖效应。

七、加工速度

对于电火花成形机来说加工速度是指在单位时间内,工件被蚀除的体积或重量。一般用体积表示。若在时间T内,工件被蚀除的体积为V,则加

工速度Vw为: Vw=V/t(mm3/min) 对于线切割机来说,加工速度是指在单位时间内,工件被切面积。即用mm2/min来表示。在规定表面粗糙度

(如Ra=2.5μm),相对电极损耗(如1%)时的最大加工速度,是衡量电加工机床工艺性能的重要指标。一般情况下,生产厂给出的是最大加工

电流,在最佳加工状态下所能达到的最高加工速度。因此,在实际加工时,由于被加工件尺寸与形状的千变万化,加工条件,排屑条件等与理

想状态相差甚远,即使在粗加工时,加工速度也往往大大低于机床的最大加工速度指标。

八、工具电极损耗

在电火花成形加工中,工具电极损耗直接影响仿形精度,特别对于型腔加工,电极损耗这一工艺指标较加工速度更为重要。

电极损耗分为绝对损耗和相对损耗。

绝对损耗最常用的是体积损耗Ve和长度损耗Veh二种方式,它们分别表示在单位时间内,工具电极被蚀除的体积和长度。即

Ve=V/t(mm3/min) Veh=H/t(mm/min)

相对损耗——工具电极绝对损耗与工件加工速度的百分比。通常采用长度相对损耗比较直观,测量也比较方便。在线切割加工中,电极丝的损

耗对工件质量的影响不大,故一般不加以讨论。但快走丝机床使用钼作为电极丝,是重复放电,所以丝的损耗影响到电极丝的使用寿命,在实

际加工中应予适当考虑。

在电火花成形加工中,工具电极的不同部位,其损耗速度也不相同。

在精加工时,一般电规准选取较小,放电间隙太小,通道太窄,蚀除物在爆炸与工作液作用下,对电极表面不断撞击,加速了电极损耗,因此

,如能适当增大电间隙,改善通道状况,即可降低电极损耗。

九、表面粗糙度

表面粗糙度是指加工表面上的微观几何形状误差。对电加工表面来讲,即是加工表面放电痕——坑穴的聚集,由于坑穴表面会形成一个加工硬

化层,而且能存润滑油,其耐磨性比同样粗糙度的机加表面要好,所以加工表面允许比要求的粗糙度大些。而且在相同粗糙度的情况下,电加

工表面比机加工表面亮度低。

国家标准规定:加工表面粗糙度用Ra(轮廓的平均算术偏差)和Rz(不平度平均高度)之一来评定。

工件的电火花加工表面粗糙度直接影响其使用性能,如耐磨性,配合性质,接触刚度,疲劳强度和抗腐蚀性等。尤其对于高速高洁,高压条件

下工作的模具和零件,其表面粗糙度往往是决定其使用性能和使用寿命的关键。

十、放电间隙

放电间隙,亦称过切量,加工中是指脉冲放电两极间距,实际效果反映在加工后工件尺寸的单边扩大量。对电火花成形加工放电间隙的定量认

识是确定加工方案的基础。其中包括工具电极形状,尺寸设计,加工工艺步骤设计,加工规准的切换以及相应工艺措施的设计。

十一、两电极蚀除量之间的矛盾

本篇中,已经明确阐述了脉冲放电时间越长,越有利于降低工具电极相对损耗。在电火花加工的实用过程中,粗加工采用长脉冲时间和高放电

电流,既体现了速度高,又体现了损耗小,反映了加工速度和工具电极损耗这一矛盾的缓解。

但是,在精加工时,矛盾激化了。为了实现小能量加工,必须大大压缩脉冲放电时间。为达到脉冲放电电流与脉冲放电时间参数组合合理,亦

必须大大压缩脉冲放电电流。这样,不仅加大了工具电极相对损耗,又大幅度降低了加工速度。

十二、加工速度与加工表面粗糙度之间的矛盾

为了解决电火花加工工艺的这一基本矛盾,人们试图将一个脉冲能量分散为若干个通道同时在多点放电。用这种方法既改善了加工表面粗糙度

,又维持了原有的加工速度。

到目前为止,实现人为控制的多点同时放电的有效方法只有一种,即分离工具电极多回路加工。

为了实现整体电极的多通道加工,人们设想了各种方法,并进行了多年的实验摸索。但是迄今为止,尚没有彻底解决。 在实用过程中,型腔模具的加工采用粗、中、精逐档过渡式加工方法。加工速度的矛盾是通过大功率、低损耗的粗加工规准解决的;而中、精

加工虽然工具电极相对损耗大,但在一般情况下,中、精加工余量仅占全部加工量的极小部分,故工具电极的绝对损耗极小,可以通过加工尺

寸控制进行补偿,或在不影响精度要求时予以忽略。


电火花机床加工的三个必备条件


电火花机床加工的三个必备条件

微细电火花脉冲电源、微细工具电极的制造和安装、伺服控制系统、精密的机械系统、特殊的冷却液等方面是实现微细电火花加工的基本条件!
为微细加工技术的其中之一的微细电火花加工,可用于加工所有导电材料,而不考虑材料的硬度等机械性能。由于加工过程中不存在工具与工件的机械接触,因此可采用硬度较低的导电材料作为工具材料。电火花加工技术广泛应用于微孔、微小零部件和微型模具的加工。
  微细电火花加工条件
  (1).工具电极和工件电极之间必须维持合理的距离在该距离范围内,既可以满足脉冲
  电压不断击穿介质,产生火花放电,又可以适应在火花通道熄灭后介质消电离以及排出蚀除产物的要求。若两电极距离过大,则脉冲电压不能击穿介质、不能产生火花放电,若两电极短路,则在两电极间没有脉冲能量消耗,也不可能实现电腐蚀加工。
  (2).两电极之间必须充入介质在进行材料电火花尺寸加工时,两极间为液体介质(专用工作液或工业煤油);在进行材料电火花表面强化时,两极间为气体介质。
  (3).输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大在火花通道形成后,脉冲电压变化不大,因此,通道的电流密度可以表征通道的能量密度。能量密度足够大,才可以使被加工材料局部熔化或气化,从而在被加工材料表面形成一个腐蚀痕(凹坑),实现电火花加工。因而,通道一般必须有105-106A1em}电流密度。放电通道必须具有足够大的峰值电流,通道才可以在脉冲期间得到维持。一般情况下,维持通道的峰值电流不小于2A。
  (4).放电必须是短时间的脉冲放电脉冲。放电持续时间一般为10-1^-10-3s。由于放电时间短,使放电时产生的热能来不及在被加工材料内部扩散,从而把能量作用局限在很小范围内,保持火花放电的冷极特性。
  (5).脉冲放电需重复多次进行,并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的这里包含两个方面的意义:其一时间上相邻的两个脉冲不在同一点上形成通道;其二,若在一定时间范围内脉冲放电集中发生在某一区域,则在另一段时间内,脉冲放电应转移到另一区域。只有如此,才能避免积碳现象,进而避免发生电弧和局部烧伤。
  (6).脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外,使重复性放电顺利进行在电火花加工的生产实际中,上述过程通过两个途径完成。一方面,火花放电以及电腐蚀过程本身具备将蚀除产物排离的固有特性;蚀除物以外的其余放电产物〔如介质的气化物)亦可以促进上述过程;另一方面,还必须利用一些人为的辅助工艺措施,例如工作液的循环过滤,加工中采用的冲、抽油措施等等。
微细电火花加工的原理与普通电火花加工并无本质区别。其加工的表面质量主要取决于电蚀凹坑的大小和深度,即单个放电脉冲的能量;而其加工精度则与放电间隙、工艺系统稳定性、电极损耗等因素密切相关。

微细电火花加工也是利用脉冲电源,将高频放电能量输向放电间隙,靠产生的高温热效应等综合效应实现对材料的去除,从而达到对工件加工的目的。但由于被加工的孔径细微,一般在<5~100μm之间,因此要达到加工的尺寸精度和表面质量要求,还有一些特殊的要求。微细电火花加工具有以下一些特点:

(1) 放电面积很小

微细电火花加工的电极一般在<5~100μm 之间,对于一个<5 μm 的电极来说,放电面积不到20μm2 ,在这样小的面积上放电,放电点的分布范围十分有限,极易造成放电位置和时间上的集中,增大了放电过程的不稳定,使微细电火花加工变得困难。

(2) 单个脉冲放电能量很小

为适应放电面积极小的电火花放电状况要求,保证加工的尺寸精度和表面质量,每个脉冲的去除量应控制在0. 10~0. 01μm 的范围内,因此必须将每个放电脉冲的能量控制在10 - 6~10 - 7 j 之间,甚至更小。

(3) 放电间隙很小

由于电火花加工是非接触加工,工具与工件之间有一定的加工间隙。该放电间隙的大小随加工条件的变化而变化,数值从数微米到数百微米不等。放电间隙的控制与变化规律直接影响加工质量、加工稳定性和加工效率。特别是微细电火花加工中,微孔的加工占大部分,放电间隙的大小与稳定程度更是微孔加工得以成功的关键。

(4) 工具电极制备困难

要加工出尺寸很小的微小孔和微细型腔,必须先获得比其更小的微细工具电极。在以往的微细电火花加工中,微细工具电极一般采用专门加工后,二次安装到机床主轴头上的方法,此时明显存在着微细电极的安装误差及变形误差等,难以保证工具电极与工作台面的垂直度以及电极与回转主轴的同轴度等。线电极电火花磨削 (wedg) 出现以前,微细电极的制造与安装一直是制约微细电火花加工技术发展的瓶颈问题。由于微细电极安装过程中存在的问题,采用离线方式进行电极的检测显然是不可取的。从目前的应用情况来看,采用wedg技术能很好地解决微细工具电极的制备问题。为了获得极细的工具电极,要求具有高精度的wedg系统,同时还要求电火花加工系统的主轴回转精度达到极高的水准,一般应控制在1μm 以内。

(5) 排屑困难,不易获得稳定火花放电状态

由于微孔加工时放电面积、放电间隙很小,极易造成短路,因此欲获得稳定的火花放电状态,其进给伺服控制系统必须有足够的灵敏度,在非正常放电时能快速地回退,消除间隙的异常状态,提高脉冲利用率,保护电极不受损坏。
1 电极和工件之间的距离;2 电介液的绝缘能力 ( 水质比电阻 )3 间隙的污染状况 ( 腐蚀废物 )这是个复杂的过程;自由正离子和电子在场中积累,很快形成一个被电离的导电通道;这个阶段,两板间形成电流。导致粒子间发生无数次碰撞,形成一个等离子区,并很快升高到 8000 12000 度的高温,两导体外表瞬间熔化一些材料,同时,由于电极和电介液的汽化,形成一个气泡,并且它压力规则上升直到非常高;然后电流中断,温度突然降低,引起气泡内向爆炸,发生的动力把溶化的物质抛出弹坑,然后被腐蚀的资料在电介液中重新凝结成小的球体,并被电介液排走;对于电极及工件腐蚀对不对称的问题,主要取决于电极热传导性,资料的熔点 , 放电首先在电场最强的点发生。继续时间以及放电密度,发生在电极上称作损耗,发生在工件上称作去除资料电火花线切割加工(Wire cut Electrical Discharge Machining,简称WEDM),有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件,例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等,成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极,各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等,具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点,已在生产中获得广泛的应用,目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60%以上。
精度够高的机床和电路
要有耐心,有足够时间
电极的材料要够好
还有最重要的是客户给的价格要好^-^
在加工机理上微细电火花加工同传统的电火花加工并无本质不同,理论上只须使用能产生极微能量并且可控性良好的脉冲电源,再配以高分辨率的伺服进给系统和高精度的机床本体即可实现微细电火花加工。但由于加工对象及所用工具尺寸的微型化,以及加工中的微能放电等问题,要达到极小加工单位和微细加工尺寸精度的要求,微细电火花加工过程还是有其特殊性所在。
(1) 放电面积。微细加工的尺寸范围被定为在1~999μm之间,那么为能达成加工之目的,微细电火花加工的电极也必须相应的限定在数微米至百微米之间,放电面积很小。为高效稳定进行放电加工,电极相对表面内会分布有许多突出点,这些突出点的电场强度几乎相等且一般为最大,是建立放电通道的放电加工点。由于放电面积太小,放电点的分布范围也就十分有限,极易造成放电空间和时间上的集中,出现电弧放电,增大了放电过程的不稳定,使微细电火花加工变得困难。这就是微细加工中所谓的面积效应。
另外电火花加工中,电极和工件在煤油工作液之间会形成一个寄生电容,相当于在放电间隙上并联了一个电容器,起到一个充放电的效果。效果在微细电火花加工中表现得更为明显。当放电能量极小的单个脉冲到达工具电极和工件时,电能被电容“吸收",没有立即产生火花放电,多次脉冲充电积累了较多的电能后,才能引起击穿放电。形成较大的放电凹坑,致使表面粗糙度恶化,电极面积越大该现象越显著。这就要求在微细加工中选用极微细电极减少寄生电容的影响。
(2)脉冲电源。由于被加工对象极小,要实现良好的表面质量及实现亚微米级尺寸精度,就要求限制电蚀凹坑的大小和深度,使单个放电脉冲的能量控制在10-6~10-7J之间乃至更小,放电持续时间最好在0.3μs~1μs范围内,相应的材料去除量则控制在0.1μm~0.01μm内。为克服面积效应的影响,必须使每一个脉冲的放电痕迹都控制在很小的尺寸范围内,这样,在有限的面积上才可能将各放电点的位置从空间和时间上充分展开,使放电点均匀分布,又有利于提高放电频率[20]。电火花加工作为非接触式加工,在工具电极与工件之间存有放电间隙,微细加工中极间间隙只有数微米,单个放电脉冲的能量在决定每个电蚀凹坑大小的同时,也很大程度上决定了蚀除残屑的大小,只有蚀除残屑颗粒小到一定程度时才能在很小的极间间隙内得到有效地排出,减少短路,增加放电稳定性。为此必须研制具有微能量的微能脉冲电源。
(3) 微细工具电极。在电火花微细加工中,由于工具电极本身尺寸十分微小,所以其哪怕是很微小的绝对损耗也会使得相对损耗变得很可观,沿电极轴向的损耗还可以靠适当加大进给量补偿,但是电极侧向的损耗将直接有损电极的形状,对加工工件最终的形状、尺寸精度和表面质量都会产生十分巨大的影响。
过去工具电极多采用离线制作的方法,即通过冷拔或微细磨削等获得所要求外径的电极,受工艺限制,电极外径大小也受到很大的限制。电极制作后再安装到电火花机床上,而二次安装势必产生安装误差的问题。即便利用较为传统的块电极反拷法,即以块电极作为工具电极安放在工作台上,轴类毛坯工件安装在主轴上进行反拷加工,也因为反拷块平面自身存在平面度误差,加之安装反拷块时无可避免地垂直度误差,被加微细电极必然存在一定的锥度。微细电极的制造与安装一直是制约微细电火花加工技术发展的瓶颈问题。直到线电极电火花磨削出现,才较好地解决了微细工具电极的制备问题。
(4) 机床伺服进给系统。由于微细电火花加工中单个脉冲的放电能量很小,每次脉冲放电蚀除的材料很少,从而导致在电极方向上的放电间隙很小,一般只有数微米,电屑排除困难,易造成短路,造成脉冲利用率较低。因此想要微细放电间隙基本恒定获得稳定的火花放电状态,微细电火花加工伺服系统和执行机构要有很高的响应速度和控制灵敏度,伺服进给系统的进给量必须在微米级的范围内:在正常放电时能以微步距跟踪材料蚀除速度,遇到异常放电时,又能以很快的速度回退以消除间隙的异常,提高脉冲利用率,最终达到提高加工速度的目的。
在微进给方面,日本学者利用压电陶瓷的逆压电效应,研制出了蠕动式、冲击式和椭圆驱动式三种小型微进给电火花加工机构;国内学者也研制了电磁冲击式、超声直接驱动式等微型电火花加工机构,还提出了基于线性马达原理的微小电极直接驱动。

电火花形成加工机床的工作原理


电火花形成加工机床的工作原理

电火花加工的工作稳当裂滑办围模太厂供成原理是:主要用于模具生产中的型孔、型腔加工,已成为模具制造业的主导加工方法,推动了模具行业的技术进步。

电火花加工具有如下特点:可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料;加工时无明显机械力,适用于低刚度工件和微细结构的加工。

脉冲参数可依据需要调节,可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工;电火花加工后的表面呈现的凹坑,有利于贮油和降低噪声;生产效率低于切削加工;放电过程有部分能量消耗在工具电极上,导致电极损耗,影响成形精度。



电火花加工的使用说明:

电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件握小茶与;加工时无切削力;不产生毛刺和乎冲输策尽影业么刀痕沟纹等缺陷;工具电极材料无须比工件材料硬;直接使用电能加工,便于实现自动化;加工后表面产生烈变质层,在某些应用中须进一步去除;工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。

电火花加工的主要用解于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件;加工各种硬、脆材料,如硬质合金和淬火钢等;加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等;加工各城方鸡由种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。


本文拓展问题:

电火花加工机床主要优点和加工局限性电火花加工机床主要由什么组成电火花加工机床都是火花放电么