第2章 电切削加工技术基础
第2章 电切削加工技术基础
2.1 电切削加工原理
2.2 电切削加工工艺与设备
2.3 高频脉冲电源
2.4 电切削加工的进给控制
2.1 电切削加工原理
2.1.1 电切削加工的物理过程
电切削加工是在工件和工具电极之间的极小间隙上施加脉冲电压, 使这个区域的介质电离, 引发火花放电, 从而将该局部区域的金属工件熔融蚀除掉, 反复不断地推进这个过程, 逐步地按要求去除多余的金属材料而达到加工尺寸的目的的, 如图2-1所示.
图2-1 电切削加工原理示意图
1. 电离—击穿—形成火花放电通道
进行火花放电的工件和工具电极称为"电极对". 当脉冲电压施加于"电极对"时, 两极间立即形成一个电场. 随着极间电压的升高或是极间距离的减小, 极间电场强度增大.
图2-2 电火花放电机理示意图
2. 火花放电—热膨胀—蚀除工件和工具电极
由于火花放电通道受到放电时磁场力和周围液体介质的压缩等作用, 使放电通道的横断面缩小, 通道中电流密度很大(可达105～108 A/cm2). 电子, 离子在电场作用下高速运动时相互碰撞, 在电极间隙火花通道区产生大量的热量; 同时,
3. 电蚀产物抛出放电间隙—消电离
放电时, 由于热爆炸力的作用, 将熔化和气化了的金属抛离"电极对"表面, 向四处飞溅, 其中绝大部分被抛入工作液中, 并被迅速冷却凝固成球状小颗粒随工作液流走, 还有一小部分可能飞溅, 镀覆, 粘附在相对的电极表面上, 这在一定意义上可以用来减少或补偿工具电极在加工过程中的损耗.
2.1.2 工作液介质的作用
从上述电切削的物理过程中可知, 工作液介质有如下作用:
(1) 绝缘作用: "电极对"之间必须有绝缘介质(至少应具有一定的绝缘电阻), 才能产生火花击穿和脉冲放电, 而工作液应容易在较小的电极间隙下击穿.
(2) 压缩放电通道的作用: 工作液有助于压缩放电通道, 使通道能量更加集中, 不仅能提高加工精度, 而且也能提高电蚀能力.
(3) 高压作用: 在脉冲放电作用下, 由于工作液的急剧蒸发和惯性作用, 因而产生局部高压, 既有利于把熔化的金属微粒从加工区域中排除, 并防止两个电极金属相互迁移, 还可强迫把溶解在液体金属中的气态电蚀产物重新分解出来, 进而使一部分熔化态的金属额外地被抛离出来.
(4) 冷却作用: 工作液可以冷却受热的电极, 防止放电产生的热扩散到不必要的地方去, 有助于保证表面质量和提高电蚀能力.
(5) 消电离作用: 工作液有助于减少放电后所残留的离子和避免因弧光放电而烧蚀工具电极.
2.1.3 极性效应和电极损耗
电火花切削加工时, 一般将工件接脉冲电源的正极(阳极), 工具电极接脉冲电源的负极(阴极), 这种接法称之为正极性加工. 反之, 工件接负极的加工称为负极性加工.
工具电极的损耗通常以相对损耗Δγ来表示, 即单位加工时间(或一定时间)内工具电极损耗量γ1与工件蚀除量γ2的比值:
γ1, γ2的单位如分别采用mm, mm3或g, 则Δγ分别表示为工具电极的长度相对损耗Δγl, 体积相对损耗ΔγV或质量相对损耗Δγm.
作为工具电极的材料, 应满足以下基本要求:
(1) 具有良好的电火花加工工艺性能.
(2) 制造工艺性好, 易于保证精度和表面质量.
(3) 价格便宜, 来源丰富.
2.1.4 电切削加工的工艺特点和生产效率指标
电切削加工工艺具有如下特点:
(1) 脉冲放电产生的高温火花通道足以熔化和气化任何材料, 所以能加工任何硬, 脆, 韧, 软, 高熔点的导电材料.
(2) 加工时"电极对"所受的宏观作用力很小, 因此可不受或少受材质与几何形状的限制, 可以选用多种工具电极材料; 也有利于加工通常机械切削方法难于或无法加工的复杂形状和具有特殊工艺要求的工件, 如薄壁, 窄槽, 曲线孔型等.
(3) 对整个工件来说, 可以少受或几乎不受热的影响, 故可减少热影响层, 提高加工后的表面质量; 也适合加工热敏感材料, 如硬质合金等.
(4) 脉冲参数可以任意调节, 在同一台机床上能连续进行粗, 中, 精加工.
(5) 直接利用电能加工, 便于实现自动控制和自动化.

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