電火花加工原理

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1、 電 火 花 是 一 種 加 工 工 藝 ， 主 要 是 利 用 具 有 特 定 幾 何 形 狀 的 放 電電 極 （ EDM 電 極 ） 在 金 屬 （ 導(dǎo) 電 ） 部 件 上 燒 灼 出 電 極 的 幾 何 形 狀 。 電 火 花 加 工 是 在 一 定 的 介 質(zhì) 中 ， 通 過(guò) 工 具 電 極 和 工 件 電 極 之 間的 脈 沖 放 電 的 電 蝕 作 用 ， 對(duì) 工 件 進(jìn) 行 加 工 的 方 法 。 了 解 電 火 花 和 電 火 花 加 工 的 不 同 ： 電 火 花 加 工 是 電 火 花 中 的一 種 。 在 絕 緣 工 作 液 中 ， 工 具 與 工 件 （ 正 負(fù) 極

2、） 間 產(chǎn) 生 脈 沖 性火 花 放 電 ， 產(chǎn) 生 局 部 、 瞬 時(shí) 高 溫 ， 使 工 件 溶 化 （ 氣 化 ） 而 拋離 工 件 表 面 ， 達(dá) 到 金 屬 表 面 被 加 工 的 目 的 。 條 件 ： （ 1） 一 定 間 隙 （ 工 具 與 工 件 間 ， 幾 微 米 數(shù) 百 位米 ） （ 2） 介 質(zhì) 為 絕 緣 工 作 液 （ 3） 工 具 與 工 件 間 產(chǎn) 生 脈 沖 性 火 花 放 電 脈 沖 發(fā) 電 器 1是 利 用 電 容 器 C的 充 電 放 電 ， 把 直 流 轉(zhuǎn) 變 為 脈沖 電 流 ， 電 流 經(jīng) 過(guò) 限 流 電 阻 R逐 漸 充 集 儲(chǔ) 存 在 電 容

3、器 C上 。 電容 器 上 的 電 壓 逐 漸 升 高 ， 當(dāng) 它 升 高 到 足 以 使 工 具 電 極 3和 工 件4之 間 的 電 極 間 隙 火 花 放 電 擊 穿 時(shí) ， 電 容 器 上 儲(chǔ) 存 的 絕 大 部 分能 量 在 電 極 間 隙 內(nèi) 瞬 時(shí) 放 出 ， 達(dá) 到 很 高 的 電 流 密 度 ， 產(chǎn) 生 極高 的 溫 度 （ 10000攝 氏 度 左 右 ） ， 足 以 使 局 部 表 面 熔 化 或 氣 化 ，形 成 凸 坑 。 電 容 器 上 的 電 能 順 勢(shì) 放 完 之 后 ， 工 具 電 極 和 工 具 電極和工件間的絕緣介質(zhì)立刻恢復(fù)絕緣狀態(tài)，從而把放點(diǎn)電路切斷，這

4、時(shí)又經(jīng)過(guò)電阻重新充電，如此循環(huán)不已。 1.脈 沖 發(fā) 射 器 2.自 動(dòng) 進(jìn) 給 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 3.工 具 電 極 4.工 件 5.工 作 液 6.工 作 液 泵 電火花加工基于電火花腐蝕原理,是在工具電極與工件電極相互靠近時(shí),極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產(chǎn)生瞬時(shí)高溫,使局部金屬融化,甚至汽化,從而將金屬蝕除下來(lái)。這一過(guò)程大致分為以下幾個(gè)階段： (1 )極間介質(zhì)的電離、擊穿,形成放電通道 放電通道是有大量帶正電和負(fù)電的粒子以及中型粒子組成,帶電粒子高速運(yùn)動(dòng),相互碰撞,產(chǎn)生大量熱能,使通道溫度升高,通道中心溫度可達(dá)到1 0 0 0 0攝氏度以上。由于放電開(kāi)始階段通道截面很小,而通道內(nèi)

5、有高溫?zé)崤蛎浶纬傻膲毫Ω哌_(dá)幾萬(wàn)帕,高溫高壓的放電通道急速擴(kuò)展,產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波向四周傳播。在放電的同時(shí)還伴隨著光效應(yīng)和聲效應(yīng),這就形成了肉眼所能看到的電火花。 (2 )電極材料的融化,汽化熱膨脹 液體介質(zhì)被電離、擊穿,形成放電通道后,通道間帶負(fù)電的粒子奔向正極,帶正電的粒子奔向負(fù)極,粒子間相互撞擊,產(chǎn)生大量的熱能,使通道瞬間達(dá)到很高的溫度。通道高溫首先使工作液汽化,進(jìn)而氣化,然后高溫向四周擴(kuò)散,使兩電極表面的金屬材料開(kāi)始融化直至沸騰氣化。氣化后的工作液和金屬蒸汽瞬間體積猛增,形成了爆炸的特性。所以在觀察電火花加工時(shí),可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象并聽(tīng)到輕微的爆炸聲。 (3 )電極材料的

6、拋出 正負(fù)電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象,使放電通道產(chǎn)生高溫高壓。通道中心的壓力最高,工作液和金屬汽化后不斷向外膨脹,形成內(nèi)外瞬間壓力差,高壓力處 的熔融金屬液體和蒸汽被排擠,拋出放電通道,大部分被拋入到工作液中。加工中看到的桔紅色火花就是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。(4 )極間介質(zhì)的消電離在電火花放電加工過(guò)程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物如果來(lái)不及排除和擴(kuò)散,那么產(chǎn)生的熱量將不能及時(shí)傳出,使該處介質(zhì)局部過(guò)熱,局部過(guò)熱的工作液高溫分解,結(jié)碳,使加工無(wú)法進(jìn)行,并燒壞電極。因此為了保證電火花加工過(guò)程的正常進(jìn)行,在兩次放電之間必須有足夠的時(shí)間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排除,恢復(fù)放電通道的絕緣性,使工作液介質(zhì)消電離。實(shí)際上,電火花

7、加工的過(guò)程遠(yuǎn)比上述復(fù)雜,它是電力、磁力、熱力、流體動(dòng)力、電化學(xué)和膠體化學(xué)等綜合作用的過(guò)程。到目前為止,人們對(duì)電火花加工過(guò)程的了解還有限,需要進(jìn)一步研究。 1極性效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響在電火花加工時(shí)，相同材料(如用鋼電極加工鋼)兩電極的被腐蝕量是不同的。其中一個(gè)電極比另一個(gè)電極的蝕除量大，這種現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。如果兩電極材料不同，則極性效應(yīng)更加明顯。在生產(chǎn)中，將工件接脈沖電源正極(工具電極接脈沖電源負(fù)極)的加工稱為正極性加工(如圖3 -3所示)，反之稱為負(fù)極性加工(如圖3 -4所示)。 極性效應(yīng)受到電極及電極材料、加工介質(zhì)、電源種類、單個(gè)脈沖能量等多種因素的影響，主要原因是脈沖寬度。在電場(chǎng)的作用下，

8、放電通道中的電子奔向正極，正離子奔向負(fù)極。在窄脈寬度加工時(shí)，采用正極性加工；在寬脈沖寬度加工時(shí)，采用負(fù)極性加工。在實(shí)際加工中，要充分利用極性效應(yīng)，正確選擇極性，最大限度地提高工件的蝕除量，降低工具電極的損耗。2覆蓋效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響在材料放電腐蝕過(guò)程中，一個(gè)電極的電蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極表面上，形成一定厚度的覆蓋層，這種現(xiàn)象叫做覆蓋效應(yīng)。在油類介質(zhì)中加工時(shí)，覆蓋層主要是石墨化的碳素層，其次是粘附在電極表面的金屬微粒粘結(jié)層。 （1）碳素層的生成條件：要有足夠高的溫度。要有足夠多的電蝕產(chǎn)物，尤其是碳粒子。要有足夠的時(shí)間，以便在形成一定厚度的碳素層。一般采用負(fù)極性加工，因?yàn)樘妓貙右自陉?yáng)極表面生成。必

9、須在油類介質(zhì)中加工。（2）影響覆蓋效應(yīng)的主要因素：1 ) 脈沖參數(shù)的影響。增大脈沖放電能量有助于覆蓋層的生長(zhǎng)。2 ) 電極對(duì)材料的影響。銅加工鋼時(shí)覆蓋效應(yīng)較明顯。3 ) 工作液的影響。油類工作液有助于碳素層的生成。4 ) 工藝條件的影響。在電火花加工中，覆蓋層不斷形成，又不斷被破壞。為了實(shí)現(xiàn)電極低損耗，達(dá)到提高加工精度的目的，最好使覆蓋層形成與破壞的程度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 3電參數(shù)對(duì)電蝕量的影響電火花加工過(guò)程中的電蝕量與單個(gè)脈沖能量、脈沖效率等電參數(shù)密切相關(guān)。單個(gè)脈沖能量與平均放電電壓、平均放電電流和脈沖寬度成正比。在實(shí)際加工中，對(duì)單個(gè)脈沖能量的大小主要取決于平均放電電流和脈沖寬度的大小。要提高電

10、蝕量，應(yīng)增加平均放電電流、脈沖寬度及提高脈沖頻率。但在實(shí)際生產(chǎn)中，這些因素往往是相互制約的，并影響到其它工藝指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)具體情況綜合考慮。例如，增加平均放電電流，加工表面粗糙度值也隨之增大。 4金屬材料對(duì)電蝕量的影響正負(fù)電極表面電蝕量分配不均除了與電極極性有關(guān)外，還與電極的材料有很大關(guān)系。 當(dāng)脈沖放電能量相同時(shí)，工件的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、氣化熱等愈高，電蝕量將愈少，愈難加工。 導(dǎo)熱系數(shù)愈大的金屬，因能把較多的熱量傳導(dǎo)、散失到其它部位，故降低了本身的蝕除量。 一般來(lái)說(shuō)，工件 電極即被加工材料往往在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)確定好，可選擇的余地較小，所以，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)工件 電極的材料全理選擇合理工

11、具電極的材料。5工作液對(duì)電蝕量的影響 電火花加工一般在液體介質(zhì)中進(jìn)行。液體介質(zhì)通常叫做工作液，工作液作用： (1 )壓縮放電通道，使放電能量高度集中在極小的區(qū)域內(nèi)，既加強(qiáng)蝕除的效果，又提高放電仿型的精確性。(2 ) 加速電極間隙的冷卻和消電離過(guò)程，有助于防止出現(xiàn)破壞性電弧放電。(3 ) 加速電蝕產(chǎn)物的排除。(4 ) 加劇放電的流體動(dòng)力過(guò)程，有助于金屬的拋出。電火花成形加工多采用油類做工作液。機(jī)油粘度大、燃點(diǎn)高，有利于壓縮放電通道，但粘度大，不利于電蝕產(chǎn)物的排出，影響正常放電；煤油粘度低，流動(dòng)性好，排屑條件較好。在粗加工時(shí)，要求速度快，放電能量大，放電間隙大，故常選用機(jī)油等粘度大的工作液。在中、

12、精加工時(shí)，放電間隙小，往往采用煤油等粘度小的工作液。采用水做工作液可減少碳黑的生成量，提高加工速度，此外，水還具有流動(dòng)性好、散熱性好、不易起弧、不燃、無(wú)味、價(jià)廉等特點(diǎn)。但普通水是弱導(dǎo)電液，會(huì)產(chǎn)生離子導(dǎo)電的電解過(guò)程，這是很不利的， 目前還只在某些大能量粗加工中采用。在精密加工中，可采用比較純的蒸餾水、去離子水或乙醇水溶液來(lái)做工作液，其絕緣強(qiáng)度比普通水高。 6 .其他因素影響電蝕量的還有一些其他因素，首先是加工過(guò)程的穩(wěn)定性，加工過(guò)程不穩(wěn)定將干擾以致破壞正常的火花放電，使有效脈沖利用率降低。隨著加工深度、加工面積的增加或加工型面復(fù)雜程度的增加，都不利于電蝕產(chǎn)物的排除，影響加工穩(wěn)定性，降低加工速度，嚴(yán)

13、重時(shí)將造成結(jié)炭拉弧，使加工難以進(jìn)行。為了改善排屑條件，提高加工速度和防止拉弧，常采用強(qiáng)迫沖油和工具電極定時(shí)抬刀等措施。如果加工面積較小，采用的加工電流較大，也會(huì)使局部電蝕產(chǎn)物濃度過(guò)高，放電點(diǎn)不能分散轉(zhuǎn)移，放電后的余熱來(lái)不及傳播擴(kuò)散而積累起來(lái)，造成過(guò)熱，形成電弧，破壞加工的穩(wěn)定性。電極材料對(duì)加工穩(wěn)定性也有影響，鋼電極加工鋼時(shí)電極間隙容易磁化，吸附鐵屑，加工不易穩(wěn)定，純銅、黃銅加工鋼時(shí)則比較穩(wěn)定。脈沖電源的波形影響著輸入能量的集中或分散程度，對(duì)電蝕量也有很大影響。電火花加工過(guò)程中電極材料瞬時(shí)熔化或汽化而拋出，如果拋出速度很高，就會(huì)沖擊另一電極表面使其蝕除量增大；如果拋出速度較低，則當(dāng)噴射到另一電極表面時(shí)，會(huì)反粘和涂覆在電極表面，減少其蝕除量。此外， 炭黑膜的形成也將影響到電極的蝕除量。如果工作液是以水溶液為基礎(chǔ)的（去離子水、乳化液等），還會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)陽(yáng)極溶解和陰極電鍍沉積現(xiàn)象，影響電極的蝕除量。