特种加工2学生版.ppt

*,第一节 电火花加工的基本原理及其分类,第二节 电火花加工的机理,第三节 电火花加工中的一些基本规律,第四节 电火花加工用脉冲电源,第五节 电火花加工的自动进给调节系统,第六节 电火花加工机床,第七节 电火花穿孔成形加工,第八节 其他电火花加工,第二章 电火花加工（,Electrical Discharge Machining,，,简称,EDM,）,1,第一节 电火花加工的基本原理及其分类,一、电火花加工原理与设备组成,2,1.,工具电极与工件经常保持,一定的放电间隙,（几个微米至数百微米）；,2.,火花放电必须是瞬时的,脉冲性,放电，放电的持续时间一般为,10,-7,-10,-3,秒。局部区域放电的功率密度要足够大；,3.,火花放电必须在有一定,绝缘性能的液体介质,中进行。,实现电火花加工的必要条件：,3,设备与组成,工具,工件,过滤器,泵,工作液,自动进给,调节装置,4,放电坑形成,电火花腐蚀：火花放电时，火花通道瞬时产生大量的热，以致使电极表面的金属局部熔化甚至气化而被蚀除下来，形成放电凹坑。,5,1,）,可用硬度低的紫铜或石墨作为工具电极对任何硬、脆、高熔点的导电材料进行加工，具有以柔克刚的功能；,2,）,适合于加工难切削材料,材料的可加工性主要取决于导电性及热学特性。,3,）,适合于加工特殊及复杂形状的工件,无宏观作用切削力，适宜加工低刚度工件及进行微细加工。,4,）,由于脉冲电源的输出脉冲参数可任意调节，因而能在同一台床子上连续进行粗加工、半精加工和精加工。,二、电火花加工的特点,1,优点,6,1,）,主要限于加工金属类导电材料；,2,）,去除速度一般比较慢，影响到生产率；,3,）,存在电极损耗，影响到成形精度；,4,）,最小角部半径受到限制（目前有相当改善）。,2,局限性,7,电火花成形,(,包括电火花穿孔和型腔加工,),电火花线切割,电火花磨削,电火花展成加工,电火花表面强化,非金属电火花加工以及其它电火花加工,三、电火花加工工艺方法分类,8,电火花磨削加工,这种加工方法实质上是应用机械磨削的成形运动进行电火花加工。它的工具电极与工件电极之间作相对运动，其中之一或二者作旋转运动。在加工过程中，不需要电火花成形那样的伺服进给运动。电火花磨削主要用于磨平面和内外圆、小孔、深孔，以及成形镗磨和铲磨等。,9,电火花展成加工,这种加工方法是利用成形工具电极与工件电极作相对应的展成运动、,(,回转、回摆或往复运动等,),，使二者相对应的点保持固定重合的关系，逐点进行电火花加工。它的特点是工具与工件相互接近的部位切向相对运动线速度甚小，有时几乎等于零。目前应用较广的是共扼回转加工，如螺纹环规、丝规、小模数齿轮、内螺旋齿轮等回转体零件加工。此外，还有棱面展成、锥面展成、螺旋面展成加工等。,10,电火花表面强化,这种加工方法一般是以空气为极间介质，工具电极相对于工件作小振幅的振动，二者时而短接，时而离开。在这过程中产生脉冲式的火花放电，使空气中的氮或工具材料渗透到工件表层内部，以改善工件表面的机械性能。目前主要用于金属表面渗氮、渗碳或涂覆特殊材料，也可用于金属表面高速淬火。,11,第二节 电火花加工的机理,实验结果表明，电火花加工的微观过程是电力、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,:,极间介质的击穿与放电,；,(Discharge Breakdown),能量的转换、分布与传递,；,(Electrical power distribution),电极材料的抛出,；,(Material Ejection),极间介质的消电离,。,(Deionization),12,电场强度畸变最大、介电强度最薄弱处产生雪崩式电离过程，导致介质击穿。,放电通道建立，高电流密度、带电粒子高速运动，通道中心高温、高压产生。,一、极间介质的电离、击穿，形成放电通道,13,矩形波脉冲放电时的,电压和电流波形,o,t,i,u,14,电子流与离子流，电能动能热能。,二、介质热分解，电极材料熔化、汽化、热膨胀,材料的抛出是热爆炸力、电动力、流体动力综合作用的结果。,三、电极材料的抛出,15,消电离过程破坏极间稳定电弧放电，促使放电通道转移。,四、极间介质的消电离,16,第三节 电火花加工若干基本规律,极性：工件或电极接入电源回路的极性。,极性效应：由极性引起的电蚀量不同。,我国对极性的规定：以工件所接为准。,电子流、离子流；长脉宽与短脉宽。,矩形电流波形,极性单个放电脉冲能量主要由放电峰值电流和放电时间决定。,一、影响材料放电腐蚀的主要因素,1,极性效应,2,电参数对电蚀量的影响,17,一、影响材料放电腐蚀的主要因素,3,金属材料热学常数对电蚀量的影响,热学常数：,熔点、汽化点、导热系数、比热容、熔化潜热、汽化潜热等。见表,22,。,物理意义为：,金属材料温度由室温升至熔点熔化金属液体温度升至沸点熔融金属汽化金属蒸汽加热成过热蒸汽。,第三节 电火花加工若干基本规律,18,一、影响材料放电腐蚀的主要因素,加工稳定性；,面积效应；,电极（材料）对；,黑膜与镀复。,4,工作液对电蚀量的影响,工作液的主要作用：,形成火花击穿通道，放电结束后恢复间隙绝缘；,压缩放电通道；,参与电蚀产物的抛出及排除；,对工件、电极冷却。,第三节 电火花加工若干基本规律,5,其他影响因素,19,二、电火花加工的加工速度和工具电极的损耗速度,（,1,）,正确选择极性；,（,2,）,利用吸附效应；,（,3,）,利用传热效应；,（,4,）,选择恰当的电极材料。,1,加工速度,体积加工速度，,mm,3,/min,；,质量加工速度，,g/min,。,2,电极相对损耗,降低电极损耗的措施,工具损耗速度，；,加工速度，；,电极相对损耗 ，。,第三节 电火花加工若干基本规律,20,三、影响加工精度的主要因素,放电间隙的大小及一致性；,工具电极的损耗及稳定程度；,二次放电、边角损耗。,第三节 电火花加工若干基本规律,21,四、电火花加工的表面质量,加工表面；,熔化层；,热影响层；,基体金属。,表面层的显微裂纹。,1,表面粗糙度,2,表面变质层,表面放电凹坑 ，式中 常数，铜加工钢时 取,2.3,，表面粗糙度比较样板。,第三节 电火花加工若干基本规律,22,四、电火花加工的表面质量,（,1,）,显微硬度及耐磨性；,（,2,）,残余应力；,（,3,）,耐疲劳性能。,常用的后置处理手段：,手工抛磨；电抛磨；超声抛光；磨料喷射加工；磨料流动加工；化学抛光。,第三节 电火花加工若干基本规律,3,表面机械性能,23,一、电火花加工用脉冲电源的要求,（,1,）,对于各种电规准，有较高的加工速度；,（,2,）,电极损耗小；,（,3,）,过程稳定性好；,（,4,）,适应工艺范围广。,具体技术要求：,1,）,脉冲电压波形前后沿较陡；,2,）,脉冲为单向的，可最大限度地利用极性效应；,3,）,主要参数可在较宽范围内调节；,4,）,可靠性好，成本低，寿命长，便于维护。,第四节,电火花加工用脉冲电源,24,二、,RC,、,RLC,回路脉冲电源,三、电子管脉冲电源,第四节,电火花加工用脉冲电源,25,四、晶体管脉冲电源,第四节 电火花加工用脉冲电源,26,五、各种派生脉冲电源,高、低压复合脉冲电源,第四节 电火花加工用脉冲电源,27,五、各种派生脉冲电源,放电加工的波形分类,第四节 电火花加工用脉冲电源,28,五、各种派生脉冲电源,自,适应控制脉冲电源,第四节 电火花加工用脉冲电源,干扰量,主振,放大,加工间隙,加工结果,检测,计算处理,最佳模型,29,一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类,（,1,）,有较广的速度调节跟踪范围；,（,2,）,有足够的灵敏度和快速性；,（,3,）,有必要的稳定性。,第五节 电火花加工自动进给调节系统,作用,对自动进给调节系统的一般要求,维持一定的放电间隙，保证电火花加工正常而稳定地进行，获取较好的加工工艺指标。,30,一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类,间隙蚀除特性与调节特性曲线,第五节 电火花加工自动进给调节系统,31,二、自动进给调节系统的组成,（,4,）执行环节,第五节 电火花加工自动进给调节系统,（,1,）测量环节,加工间隙（及变化）的不可测,间隙间接测量方法：,平均值测量法；,峰值信号测量法（击穿电压；击穿延时；放电波形）；,放电状态检测法（开路、正常放电、异常放电，常称拉弧放电、短路。由电压、电流波形可以加以区分）。,（,2,）比较环节,（,3,）讯号放大环节,32,三、自动进给调节系统,喷嘴,挡板式；,电,机械式（由功率电机为主拖动元件）,第五节 电火花加工自动进给调节系统,33,国产汉川电火花成形机床,34,电火花成形加工机,机床本体、主轴头、电极夹具、供液及循环、过滤、冷却系统,机床主轴,机床控制及加工电源,机床供液及循环、过滤、冷却系统,电极夹具,机床本体,电极库,第六节 电火花加工机床,35,一、电极材料,紫铜；石墨；铜,钨合金；钢。,二、工作液,第七章 电火花成形加工工艺简介,煤油；去离子水；电火花加工专用液。,36,三、电极设计,1,放电间隙,2,放电间隙与电规准的关系,3,平动法加工工艺,平动：补偿前后加工规准之间型腔侧面放电间隙差和表面微观不平度差，实现侧面仿形修光。,机械加工；钳工修整；电火花线切割；电铸成形。,第七章 电火花成形加工工艺简介,四、电极的制造,37,五、电规准的选择与转换,第七章 电火花成形加工工艺简介,38,一、数控电火花成形机,以计算机为中心，,配备数控加工电源、高精度运动轴系统（包括驱动及位置检测），,程序编制与加工控制，,工件测量，,电极自动交换系统，,轮廓生成（展成）加工方式，,供液系统全数控（恒温、脉动供液），,安全保护（液位、液温、自动灭火），,自诊断功能，,加工专家指导系统，,维护及远程检修辅助功能。,第八节 电火花成形加工的新技术进展,39,工件的测量功能,第八节 电火花成形加工的新技术进展,40,数控功能,第八节 电火花成形加工的新技术进展,41,加工条件的专家系统,第八节 电火花成形加工的新技术进展,42,聚晶金刚石工程陶瓷,第八节 电火花成形加工的新技术进展,二、电火花展成加工,三、电火花高速小孔加工,四、电火花磨削,五、高阻抗材料加工,六、电火花表面强化,43,