擴(kuò)散管電火花加工電極部分脫落原因分析及改良措施

擴(kuò)散管電火花加工電極部分脫落原因分析及改良措施（新版）Securitytechnologyisanindustrythatusessecuritytechnologytoprovidesecurityservicestosociety.Systematicdesign,serviceandmanagement.（安全管理）單位：姓名：日期：編號(hào)：AQ-SN-0101

機(jī)械安全技術(shù)IMachinerySafetyTechnology機(jī)械安全擴(kuò)散管電火花加工電極部分脫落原因分析

及改良措施（新版）說(shuō)明：安全技術(shù)防范就是利用安全防范技術(shù)為社會(huì)公眾提供一種安全服務(wù)的產(chǎn)業(yè)。既然是一種產(chǎn)業(yè)，就要有產(chǎn)品的研制與開(kāi)發(fā)，就要有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工程的施工、服務(wù)和管理?？梢韵螺d修改后或直接打印使用。射流泵工作的過(guò)程中，擴(kuò)散管段的光潔度對(duì)射流效果作用十份明顯，在本次對(duì)射流泵擴(kuò)散管加工中，采用電火花加工過(guò)程中電火花電極端出現(xiàn)部分不均勻脫落。采用基于Ansys-workbench熱耦合分析，對(duì)電火花加工中電極損耗進(jìn)行分析。確定電極損耗原因及其理論損耗程度后，尋找電火花加工中的電極端損耗過(guò)多解決辦法，并最終將擴(kuò)散管段加工成型，符合預(yù)設(shè)流道形狀并滿足管道粗糙度要求。射流泵是一種依靠一定壓力的工作流體通過(guò)噴嘴高速噴出帶走被輸送流體的泵，其關(guān)鍵工作元件為噴嘴、喉管、擴(kuò)散管。這幾個(gè)部件每一個(gè)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)都有嚴(yán)格的要求。為了保證射流器具有良好的水力性能，防止出現(xiàn)折沖水流和漏水現(xiàn)象，必須保證噴嘴、喉管、機(jī)械安全技術(shù)IMachinerySafetyTechnology機(jī)械安全擴(kuò)散管三者在組裝或加工時(shí)必須同心，同軸（心）度應(yīng)達(dá)到精度等級(jí)的9?10級(jí)，或控制在0.05?0.40mm之內(nèi)，射流器越小，精度要求越高，射流器越大，精度可適當(dāng)降低，但也必須滿足基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。對(duì)于噴嘴和喉管這兩個(gè)主要部件，為了減少摩擦阻力損失，提高射流器效率，內(nèi)壁加工光潔度應(yīng)達(dá)到Ra3.2?1.6以上。其中，擴(kuò)散管段加工兩股流體匯合后整流作用很大。在氣體和流體中分別進(jìn)行過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果均表明當(dāng)擴(kuò)散角為4?10°時(shí)，阻力系數(shù)最小,因此擴(kuò)散管的擴(kuò)散角0在4?10°之間比較好。為了進(jìn)一步減小擴(kuò)散損失，當(dāng)面積比mV4時(shí)，可采用分段擴(kuò)散的方法，擴(kuò)散角分別由小到大。本次所需加工的擴(kuò)散管采用這種結(jié)構(gòu)，所以因其深長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和分段結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且表面粗糙度要求很高，在加工制造上有相當(dāng)難度,加工擴(kuò)散管一般采用定制刀具做深加工。但本次加工的射流泵，屬于小批量定制產(chǎn)品，由于專用的定制刀具設(shè)計(jì)制造費(fèi)用較高，為節(jié)約成本，考慮使用電火花加工擴(kuò)散管段。電火花是通過(guò)自激放電，放電的兩個(gè)電極間在放電前具較高的電壓，當(dāng)兩電極接近時(shí)，其間介質(zhì)被擊穿后，隨即發(fā)生火花放電。機(jī)械安全技術(shù)IMachinerySafetyTechnology機(jī)械安全伴隨擊穿過(guò)程，兩電極間的電阻急劇變小，兩極之間的電壓也隨之急劇變低?；鸹ㄍǖ辣仨氃诰S持短暫的時(shí)間后及時(shí)熄滅，才可保持火花放電的“冷極”特性（即通道能量轉(zhuǎn)換的熱能來(lái)不及傳至電極縱深），使通道能量作用于極小范圍。這些通道能量的作用，可使電極局部被腐蝕。這是利用火花放電時(shí)產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象對(duì)材料進(jìn)行尺寸加工來(lái)達(dá)到需要的尺寸。首次加工擴(kuò)散管狀況本次加工擴(kuò)散管所使用電極為黃銅電極，在車床上加工成型，使用電火花放電加工機(jī)進(jìn)行加工，采用煤油作為加工介質(zhì)。為減少加工難度，節(jié)約加工時(shí)間，再電火花加工之前，使用鉆床對(duì)擴(kuò)散管初始棒料進(jìn)行多層遞進(jìn)鉆孔，加工到圓錐形狀。再使用電火花機(jī)床進(jìn)行深度加工。射流泵用于流體流動(dòng)，對(duì)流場(chǎng)所過(guò)表面有要求較高，為保證表面精度，對(duì)擴(kuò)散管段加工分為以去除多余材料為主的粗加工和以保證表面精度為主的精加工。經(jīng)過(guò)了鉆孔過(guò)程,在粗加工后，擴(kuò)散管段加工情況良好，但電極尖端出現(xiàn)大量斑狀脫落，如圖1所示，脫落情況與常規(guī)經(jīng)驗(yàn)情況完全不同。導(dǎo)致擴(kuò)散管機(jī)械安全技術(shù)IMachinerySafetyTechnology機(jī)械安全初始段加工情況與原計(jì)劃相差甚遠(yuǎn)，加工已經(jīng)無(wú)法按照原計(jì)劃進(jìn)行,因此，對(duì)電極尖端脫落情況進(jìn)行深度調(diào)研分析。電極損耗分析影響電火花加工中電機(jī)損耗的主要因素為：電極對(duì)材料、加工過(guò)程的各種效應(yīng)（如極性效應(yīng)、吸附效應(yīng)、電化學(xué)效應(yīng)等）、脈沖放電波形、電參數(shù)、工作介質(zhì)性質(zhì)、被加工對(duì)象的形狀尺寸和供給方式等［1］其中影響較大的是電極材料、極性、電脈沖參數(shù)與波形的影響及極間介質(zhì)及其對(duì)供給方式。根據(jù)常識(shí)，電極材料被熔化和氣化主要考慮導(dǎo)熱率和熔點(diǎn)，兩者直接影響到其熔化氣化所需最低能量密度。電脈沖參數(shù)和波形對(duì)電極材料的影響主要是電流峰值會(huì)蝕除過(guò)多正極材料，尤其是初始階段電流對(duì)正極沖擊作用較強(qiáng)，為減少電極腐蝕應(yīng)采取初始階段控制電流上升速度。本次加工參數(shù)如下：工作電極：銅電極工件電極：30CrMo鋼機(jī)械安全技術(shù)IMachinerySafetyTechnology機(jī)械安全工作液：煤油初始間隙：511m電火花加工中電極材料蝕除過(guò)程仿真.材料屬性設(shè)定由于本次分析只針對(duì)溫度場(chǎng)，不涉及力學(xué)性能，30CrMo鋼在溫度屬性上和45鋼相似，因此各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)按照45鋼設(shè)定。.溫度條件設(shè)定電火花放電加工的過(guò)程中由于放電時(shí)間短暫，放電點(diǎn)面積小，工作液吸收傳導(dǎo)熱量等原因，只有放電點(diǎn)附近區(qū)域受到熱力影響。所以可設(shè)置為放電點(diǎn)高溫（約10000C）,其他部分設(shè)置為加工期間平均溫度狀態(tài)（20℃）。電極前端一直處于高溫狀態(tài)，其他部分溫度正常，因此，在長(zhǎng)時(shí)間加工的過(guò)程中，電極前端損耗會(huì)很大。由于電極前端本身加工工藝和材料的微小差異等因素，其腐蝕脫落也顯得不均勻。.解決方案射流泵屬于流場(chǎng)要求極高設(shè)備，如果電極前端腐蝕情況不能得機(jī)械安全技術(shù)IMachinerySafetyTechnology機(jī)械安全到有效改善，所加工出擴(kuò)散管流道也不能滿足射流需求。但電極前端加工沒(méi)有更好的辦法來(lái)保證腐蝕脫落情況滿足要求，因此采用一個(gè)尺寸與原電極尺寸一致的電極進(jìn)行補(bǔ)償加工，之前電極脫落過(guò)多導(dǎo)致未加工到的殘余加工量較小，可通過(guò)二次補(bǔ)償加工實(shí)現(xiàn)完成，因?yàn)闀r(shí)間短暫，不會(huì)形成過(guò)多破損。于是采用此種方法加工，第二次經(jīng)過(guò)一小時(shí)加工時(shí)間，加工成型，無(wú)需再次精細(xì)電火花加工。所加工產(chǎn)品粗糙度達(dá)到Rai.6,能滿足射流泵擴(kuò)散管的需求。結(jié)論與展望電火花加工中，電極端長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，只要有一點(diǎn)物質(zhì)不均勻的情況，就容易發(fā)生電極腐蝕脫落不均勻，影響加工工件成型。電極材料在使用前，應(yīng)加大檢驗(yàn)力度，杜