電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)課件

1、電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)第二章電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)第一節(jié) 放電的伏安特性和電火花加工的基本原理 一、放電的伏安特性二、電火花加工原理 三、條件 四、特點(diǎn) 五、分類 電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)一、放電的伏安特性1.放電現(xiàn)象與電加工方法放電現(xiàn)象的基礎(chǔ)和放電的伏安特性電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)1.放電現(xiàn)象與電加工方法放電加工是通過人工設(shè)定的放電現(xiàn)象，利用其能量進(jìn)行加工的方法。19世紀(jì)末期，在美國發(fā)明了電筆，它是在電極與被加工工件金屬之間，通過低電壓、大電流時(shí)進(jìn)行刻印或?qū)懽值模?進(jìn)入20世紀(jì)后，通過在介電液

2、體中放電，能夠制作金屬粉末等 ； 蘇聯(lián)學(xué)者拉扎連柯夫婦 1943年在金屬上打孔獲得成功 發(fā)明電火花加工日本把電火花加工作為精密加工，用于金屬模具加工來研究。電火花加工已經(jīng)成為金屬模具加工的主要手段 電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)放電現(xiàn)象的基礎(chǔ)和放電的伏安特性把在固體、液體、氣體的絕緣體內(nèi)通過電流時(shí)的現(xiàn)象稱為放電。使其產(chǎn)生絕緣破壞，就會(huì)從電暈放電(corona)開始，經(jīng)過火花放電(spark)、電弧放電(arc)的形式，完成絕緣的破壞。 暗流 ： a-b段電暈放電(b) 火花放電(b-c段) 電弧放電(d-e段以后) 電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)氣體中放電類

3、型電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)起始放電間隙與放電電壓電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)二、電火花加工原理電火花加工原理： 工件和工具之間脈沖性放電的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余金屬，以達(dá)到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)二、條件經(jīng)常保持一定的間隙 幾微米到幾百微米 脈沖放電 1s1000s 絕緣介質(zhì) 103107 電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)三、電火花加工的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：難切削材料特殊、復(fù)雜零件 無明顯作用力缺點(diǎn)：導(dǎo)電材料加工速度慢電極損耗角半徑有限制 電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花

4、加工新技術(shù)四、電火花加工的分類： 穿孔成型加工線切割加工電火花磨、鏜削同步共軛回轉(zhuǎn)加工高速小孔加工表面強(qiáng)化、刻字電火花銑削加工微細(xì)電火花加工電火花表面沉積加工電火花表面著色電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)第二節(jié)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程 電火花加工過程中，包含著加工間隙中的電蝕產(chǎn)物產(chǎn)物從工件電極和工具電極上蝕除、間隙中電蝕產(chǎn)物從間隙中排出、間隙尺寸增大、電極跟進(jìn)等過程。 從微觀上看，加工間隙中的電蝕產(chǎn)物產(chǎn)物是如何（怎樣）從工件電極和工具電極上蝕除下來的？電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程。電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)第二節(jié)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程 一、

5、極間介質(zhì)的電離、擊穿、形成放電通道二、介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹三、電極材料的拋出四、極間介質(zhì)的消電離電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)第二節(jié)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)第二節(jié)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程一、極間介質(zhì)的電離、擊穿、形成放電通道 場強(qiáng)： 105Vmm（100 Vm）時(shí)間： 0.10.01s電阻： 絕緣幾分之一歐姆電流密度： 105106 Acm2（103104 Amm2） 2025 V溫度： 10000初始?jí)毫Γ?數(shù)至數(shù)十Mpa二、介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹電子正極正離子負(fù)極電能動(dòng)能熱能通道高溫

6、工作液熱分解表面瞬時(shí)熱源熱膨脹小氣泡 爆炸聲 電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)第二節(jié)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程三、電極材料的拋出向外膨脹氣泡內(nèi)外各處壓力不等排擠、拋出，進(jìn)入工作液飛濺鍍覆吸附拋出作用：熱爆炸力電動(dòng)力流體動(dòng)力四、極間介質(zhì)的消電離恢復(fù)絕緣消電離時(shí)間電蝕產(chǎn)物排除電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)第三節(jié) 電火花加工方法和新技術(shù)一、電火花加工方法二、電火花加工新技術(shù)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)一、電火花加工方法 沖模的電火花加工 型腔模的電火花加工 小孔加工 異形小孔的電火花加工 電火花小孔磨削 電火花鏟磨硬質(zhì)合金小模數(shù)齒輪滾刀 電火

7、花共軛同步回轉(zhuǎn)加工螺紋 金屬電火花表面強(qiáng)化和刻字 電火花雙軸回轉(zhuǎn)展成法磨削凹凸球面球頭電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)一、電火花加工方法電火花穿孔成型加工電火花穿孔加工電火花成型加工 沖模（凸凹模、卸料板 、固定板） 粉末冶金模 擠壓模（型腔） 型孔零件 小孔（0.013mm小圓 孔、異形孔） 型腔零件 型腔模（鍛模、壓鑄模、塑 料模、膠木模）電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 沖模的電火花加工一、沖模的電火花加工沖模的電火花加工工藝工具電極優(yōu)點(diǎn)： 在工件淬火后進(jìn)行加工，避免熱處理變形。 配合間隙均勻，刃口耐磨。 不受材料硬度限制，擴(kuò)大了模具材料的選用范圍。 中、

8、小型復(fù)雜凹模、整體式、簡化結(jié)構(gòu)、提高強(qiáng)度。電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 沖模的電火花加工沖模的電火花加工工藝 凹模的尺寸精度：主要靠電極來保證。 L2=L12SL L2：凹模的尺寸 L1：工具電極的尺寸 SL：單面火花間隙值 直接配合法： 直接用加長的鋼凸模作為電極加工凹模，反向加工，加工后把損耗部分切除或低熔點(diǎn)合金澆固。 鋼打鋼：磁性，300V高低壓復(fù)合回路。 絕大多數(shù)沖模采用線切割加工電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 沖模的電火花加工工具電極 電極材料： T8A，T10A Cr12，GCr15 硬質(zhì)合金 電極的設(shè)計(jì)電極結(jié)構(gòu)： 整體式 鑲拼式 組合式：多孔

9、落料模、級(jí)進(jìn)模電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 沖模的電火花加工 硬質(zhì)合金：電極適當(dāng)加長。 工具電極的截面輪廓尺寸比預(yù)定加工的型孔尺寸均勻地縮小一個(gè)加工間隙。 重心位于主軸中心線上。 電極減重：開減輕孔（不能是通孔）電極的制造 機(jī)加成型磨 鉗工精修 線切割加工 酸洗 鍍銅、鍍鋅電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 型腔模的電火花加工型腔模電火花加工的工藝方法 鍛模、壓鑄模、膠木模、塑料模、擠壓模。 特點(diǎn)： 盲孔加工，循環(huán)、排除差，無法靠進(jìn)給補(bǔ)償精度，加工面積大，損耗不均勻，精度。加工方法: 單電極平動(dòng)法 多電極更換法 分解電極法電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花

10、加工新技術(shù) 型腔模的電火花加工單電極平動(dòng)法一個(gè)電極：粗、中、精主軸頭上數(shù)控：搖動(dòng)加工： 工作臺(tái)按一定軌跡做微量移動(dòng)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 型腔模的電火花加工多電極更換法 多電極依次更換加工同一型腔 電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 型腔模的電火花加工分解電極法 單電極平動(dòng)加工法和多電極更換加工法的綜合應(yīng)用。 主型腔和副型腔電極 先主后副電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 型腔模的電火花加工電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 型腔模的電火花加工電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)型腔模加工用工具電極電極材料的選擇銅

11、鎢合金、銀鎢合金、石墨常用：紫銅、石墨電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)型腔模加工用工具電極電極的設(shè)計(jì)截面尺寸：a=AKba電極水平方向的尺寸A型腔圖紙上名義尺寸K與型腔尺寸注法有關(guān)的系數(shù)直徑方向（雙邊）：K=2半徑方向（單邊）：K=1b電極半徑縮放量（或平動(dòng)頭偏心量0.70.9）b=SLHmaxhmaxSL單面加工間隙Hmax前一規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)表面微觀不平度最大值hmax本規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)表面微觀不平度最大值：縮： 放：電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)型腔模加工用工具電極電極高度：H=LlH總高度l有效長度L增加長度排氣孔和沖油孔設(shè)計(jì) 直徑：12mm 孔距：2040mm

12、拐角、窄縫、凹入電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 小孔加工特點(diǎn)： 加工面積小、深度大，直徑一般為0.052，深徑比達(dá)20以上。 盲孔加工，排屑困難。 電極截面積小，容易變形，不易散熱，排屑困難，電極損耗大，電極： 銅鎢合金絲、鎢絲、鉬絲、黃銅絲 導(dǎo)向裝置 電磁振動(dòng)頭 超聲波振動(dòng)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 小孔加工電火花高速小孔加工 管狀電極：回轉(zhuǎn)、軸向進(jìn)給 15Mpa高壓工作液 去離子水、蒸溜水、乳化液、煤油 加工速度：可達(dá)60/min左右 0.3mm3mm，深徑比超過100 3mm深330 預(yù)穿絲孔 噴嘴電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)

13、異形小孔的電火花加工噴絲板電極制造： 冷拔整體電極 線切割加工整體電極 電火花反拷加工整體電極電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 電火花小孔磨削 電火花小孔磨削 電火花鏜磨與磨削不同點(diǎn)是： 只有工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電極的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而電極工具沒有轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 鏜： 錐度、橢圓度達(dá)0.0030.005， 表面粗糙度優(yōu)于Ra0.32m。 電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 電火花小孔磨削電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 電火花鏟磨硬質(zhì)合金小模數(shù)齒輪滾刀 電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工螺紋電火花鏟磨硬質(zhì)合金小模數(shù)齒輪滾刀電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工螺紋 優(yōu)點(diǎn)： 沒有喇

14、叭口 好的幾何精度，表面粗糙度、高的穩(wěn)定性 降低對電極設(shè)計(jì)和制造的要求 材料：紫銅、黃銅。 應(yīng)用： 各類螺紋環(huán)規(guī)、塞規(guī)。 精密內(nèi)、外齒輪加工。 精密旋轉(zhuǎn)圓弧面、錐面加工。 靜壓軸承油腔、回轉(zhuǎn)泵體。 梳刀、滾刀電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工螺紋各類螺紋環(huán)規(guī)、塞規(guī)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 金屬電火花表面強(qiáng)化和刻字電火花表面強(qiáng)化特性：當(dāng)采用硬質(zhì)合金作電極時(shí)，硬度可達(dá)11001400HV（約70HRC以上）或更高。當(dāng)使用鉻錳、鎢鉻鈷合金、硬質(zhì)合金作工具電極強(qiáng)化45鋼時(shí)，其耐磨性比原表層提高22.5倍。用石墨作電極材料強(qiáng)化45鋼，用食鹽水

15、作腐蝕性試驗(yàn)時(shí)，其耐腐蝕性提高90。用WC、CrMn作電極強(qiáng)化不銹鋼時(shí)，耐蝕性提高35倍。耐熱性大大提高，提高了工件使用壽命。疲勞強(qiáng)度提高2倍左右。硬化層厚度約為0.010.08。電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 金屬電火花表面強(qiáng)化和刻字電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 金屬電火花表面強(qiáng)化和刻字 電火花刻字工藝及裝置電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù) 電火花雙軸回轉(zhuǎn)展成法磨削凹凸球面球頭電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)二、電火花加工新技術(shù)微小孔加工：區(qū)別在于制造電極反拷電極：用電火花加工方法加工電極 塊規(guī)法WEDG法單次放電掃描創(chuàng)成（電火花銑削）氣體放電銑削多次反拷加工法 混粉電火花加工氣體電火花加工 電火花掃描創(chuàng)成（電火花銑削）液中電火花放電表面改性電火花放電沉積電火花表面著色電火花彎曲孔加工電火花鏜削加工絕緣材料電火花加工 電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)WEDG法圖19氣中WEDG加工的微細(xì)軸直徑25m,長1mm電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)單次放電電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)多次反拷加工法電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)掃描創(chuàng)成（電火花銑削）電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花