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第一章 概论
▉传统加工为用机械能量和切削力来除去多余金属。
★随着生产的发展和科学实验的需要对机械制造部门提出了新的要求:(出现背景)
1、解决了各种难切削材料的加工问题 2、解决各种特殊复杂表面的加工问题
3、解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题 ★切削加工的本质特点:
1、靠刀具材料比工件更硬;
2、靠机械能把工件上多余的材料切除
★特种加工与切削加工的不同本质和特点是:
1、不是主要依靠机械能,而是主要用其他能量(如电、化学、光、声、热等)去除金属材料
2、工具硬度可以低于被加工材料的硬度
3、加工过程中工具和工件之间不存在显著地机械切削力
▉1979年我国成立了全国性的电加工学会,1981年我国高校成立了特种加工教学研究会,这对特种加工的普及和提高起了很大的促进作用。 ★常用特种加工方法和分类:
1、电火花加工 2、电化学加工 3、激光加工 4、电子束加工 5、离子束加工 6、等离子束加工 7、超声加工 8、化学加工 9、快速成形 ▉超声加工:
可加工材料:任何脆性材料 工具损耗:0.1/10(%)
材料去除率:1/50(mm3/min)
可达到尺寸:0.03/0.005(精度/mm) 可达到表面粗糙度:0.63/0.16(Ra/μm)
主要适用范围:加工、切割硬脆材料。如玻璃、石英、宝石、金刚石、半导体单晶锗硅等。可加工型孔、型腔、小孔、深孔以及切割等 ▉激光加工:
可加工材料:任何材料 工具损耗:不损耗
材料去除率:瞬时去除率很高,受功率限制,平均去除率不高
可达到尺寸:0.01/0.001(精度/mm) 可达到表面粗糙度:10/1.25(Ra/μm)
主要适用范围:精密加工小孔、窄缝及成形切割、刻蚀。如金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、化纤喷丝孔、镍、不锈钢板上打小孔,切割钢板、石棉、纺织品、纸张,还可焊接、热处理
★特种加工对材料可加工性和结构公益性等的影响:
1、提高了材料的可加工性 2、改变了零件的典型工艺路线
3、特种加工改变了试制新产品的模式
4、特种加工对产品零件的结构设计带来很大的变化 5、对传统的结构公益性的好与坏,需要重新衡量
6、特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段 第二章电火花加工
●电火花加工的原理:电火花加工的原理是基于工具和工件(正、负电极)之间的脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属,已达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。
●电火花腐蚀的主要原因:电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热,达到很高的温度,足以使任何金属材料局部熔化、气化而被腐蚀掉,形成放电凹坑。 ★防止电火花腐蚀应满足的条件:(电火花加工满足的三个条件)
1、必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙,这一间隙随加工条件而定,通常约为0.02~0.1mm
2、火花放电必须是瞬时的脉冲性放电
3、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行,例如煤油、皂化液或去离子水等
★电火花加工的特点及其应用:
主要优点:1、适合于任何难切削导电材料的加工 2、可以加工特殊及复杂形状的表面和零件
电火花加工的局限性:1、主要用于加工金属等导电材料 2、一般加工速度较慢 3、存在电极损耗 ★电火花加工工艺方法分类:
1、 电火花穿孔成型加工 2、 电火花线切割加工
3、 电火花内孔、外圆和成形磨削 4、 电火花同步共轭回转加工 5、 电火花高速小孔加工 6、 电火花表面强化、刻字 ☆电火花加工机理
1、 极间介质的电离、击穿,形成放电通道
当约80~100V的脉冲电压施加于工具电极与工件之间时,两极之间立即形成一个电场。当阴极表面某处的电场强度增加到105V/mm左右时,就会使介质击穿而形成放电通道。间隙电压则由击穿电压迅速下降到火花维持电压(一般为25V)
2、 介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀
煤油等碳氢化合物工作液,高温裂解产物:H2(约40%)、C2H2(约30%)、CH4(约15%)、 C2H4(约10%)成小气泡和游离碳等。水基工作液则分解为H2、O2的气态分子甚至原子等。这些气化后的工作液和金属蒸汽,瞬时间体积猛增,迅速热膨胀,就像火药、爆竹点燃后那样具有爆炸的特性。
3、 电极材料的抛出
通道和正负极表面放电瞬时高温使工作液气化和金属材料熔化、气化,热膨胀产生很高的瞬时压力。压力高处的熔融金属液体和蒸汽就被排挤、抛出而进入工作液中。
4、 极间介质的的消电离
●极性效应:在电火花加工过程中,无论是正极还是负极,都会受到不同程度的电蚀。这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。 ▉电火花加工一般都采用单向脉冲直流电源,而不能用交流电源。 ▉电参数主要是指电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te、脉冲间隔to、脉冲频率f、峰值电流ie、峰值电压u和极性等。
●热学常数:所谓热血常数,是指熔点、沸点(气化点)、导热率、比热容、熔化热、气化热等。
●热学常数影响:熔点、沸点(气化点)、比热容、熔化热、气化热逾高,电蚀量将愈小,愈难加工;另一方面,导热率愈大的金属,由于较多的把瞬时产生的热量传导散失到其他部位,因而降低了本身的蚀除量。
▉显然,当脉冲放电能量相同时,金属的熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热愈高,电蚀量将愈少,愈难加工;另一方面,热导率愈大的金属,由于较多地把瞬时产生的热量传导散失到其他部位,因而降低了本身的蚀除量。 ★工作液的作用是
1、形成火花击穿放电通道,并在放电结束后迅速回复间隙的绝缘状态 2、对放电通道产生压缩作用 3、帮助电蚀产物抛出和排除 4、对工具、工件产生冷却作用
▉工作液:粗加工时用油(即机油);精加工时用煤油。 ▉为了改善排屑条件,提高加工速度和防止拉弧,常采用强迫冲油和工具电极定时抬刀等措施。
★提高加工速度的途径在于
1、 提高脉冲频率f
2、 增加单个脉冲能量Wm 3、 设法提高工艺系数K
▉为了降低工具电极的相对损耗,必须很好的利用电火花加工过程中的各种效应包括:
1、 极性效应 2、 吸附效应 3、 传热效应
★如何降低工具电极的相对损耗
1、正确选择极性和脉宽(极性效应)
在短脉冲精加工时采用正极性加工(工件接电源正极),在长脉冲粗加工时采用负
极性加工
2、利用吸附效应
碳黑膜只能在正极表面形成,要利用碳黑膜的补偿作用来实现电极的低损耗,必须
采用负极性加工。
3、利用传热效应
4、减少工具电极损耗,选用合适的电极工具材料 电极材料:铜;石墨;铜碳、铜钨、银钨合金。
★影响电火花加工精度的主要因素:
1、放电间隙的大小和一致性
2、工具电极的损耗和对尺寸精度和形状
3、影响电火花加工形状精度的因素还有“二次放电” ●二次放电:二次放电是指侧面已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电,集中反映在加工深度方向产生斜度和加工棱角棱边变钝方向。
▉电火花加工的表面质量包括:表面粗糙度、表面变质层、表面力学性能(显微裂纹) ▉近年来国内外出现了“混粉加工”新工艺,其方法是在煤油工作液中混入硅或铝等导电微粉,使工作液的电阻率降低,放电间隙成倍扩大,潜布、寄生电容成倍减小,故可以稳定获得大面积的光亮表面。
●电火花加工用的脉冲电源作用:把工频交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流,以供给电极放电间隙所需要的能量来蚀除金属。
▉主回路中主要的原件种类分类电火花加工用脉冲电源:
RC线路张弛式、晶体管式、大功率集成器件式。
▉放电间隙S一般小于等于0.1~0.01mm时,才能击穿和火花放电。
●自动进给调节系统的任务:维持一定的“平均”放电间隙S,保证电火花加工正常而稳定的进行,以获得较好的加工效果。 ★对自动进给调节系统的一般要求:
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
★自动进给调节系统的基本组成部分:
1、测量环节 2、比较环节 3、放大驱动环节
4、执行环节(私服电动机)
5、调节对象(工具和工件间的放电间隙)。 ★电火花穿孔成形加工机床组成:
1、主机 2、脉冲电源
3、自动进给调节系统
4、工作液净化及循环系统几部分组成。
▉净化工作液的方法:(1)自然沉淀法;(2)介质过滤法(过滤纸、活性炭、木屑、棉纱头)
▉工作液介质过滤法中(过滤纸)的效率较高,效果较好
●电规准:所谓电规准是指电火花加工过程中一组电参数,如电压、电流、脉宽、脉间极性等。
★电规准的选择:
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