放電加工原理和應(yīng)用線切割放電加工ppt課件

1、放電加工原理和應(yīng)用-線切割放電加工 班級：四技自控四甲 姓名：謝宗育 學(xué)號：49512067 指導(dǎo)老師：蕭瑞陽 老師雕模放電加工根本原理放電加工法(Electric Discharge Machining；簡稱EDM)，也稱火花腐蝕加工(Spark Erosion Machining)，為非傳統(tǒng)加工法的一種，係利用電極(Electrode)和工件(Workpiece)之間所發(fā)生的放電作用，使被加工物外表部分熔化、蒸發(fā)，達(dá)到加工的目的主要將具有導(dǎo)電性的刀具電極與工件浸置於絕緣加工液中加工液通常為煤油或去離子水，使其流移於兩者之間再以電極與工件為兩極，通以數(shù)十伏特至數(shù)百伏特的電壓，同時藉由伺服系統(tǒng)

2、將電極與工件緩緩接近，當(dāng)兩者間隙小到數(shù)m 至數(shù)10m 時由於極間電場強(qiáng)度超越了絕緣液所能接受的程度，因此產(chǎn)生絕緣破壞，構(gòu)成電漿通道，故電極與工件間發(fā)生了放電現(xiàn)象在放電產(chǎn)生的微小面積上，放電所呵斥的高溫可達(dá) 8000至12000 ，因此能將工件熔化甚至汽化，而加工液因受高溫影響而汽化、膨脹所產(chǎn)生的極大爆壓力，則能將熔融的資料予以沖除，達(dá)到去除資料的效果。當(dāng)一次脈衝放電結(jié)束後，放電柱消逝，兩極間即恢復(fù)絕緣，等待下一次脈衝放電的來臨。如此反覆的脈衝放電，進(jìn)而達(dá)到加工目的。電極資料電極資料電極資料的選擇對放電加工的特性發(fā)揮具電極資料的選擇對放電加工的特性發(fā)揮具有相當(dāng)深的影響有相當(dāng)深的影響，通常選擇電極

3、資料應(yīng)具備以下各項條件，通常選擇電極資料應(yīng)具備以下各項條件: :(1) (1) 加工速度高。加工速度高。(2) (2) 電極耗費量小。電極耗費量小。(3) (3) 放電加工安定性好。放電加工安定性好。(4) (4) 電極的加工性能良好。電極的加工性能良好。(5) (5) 導(dǎo)電性良好。導(dǎo)電性良好。(6) (6) 機(jī)械強(qiáng)度高。機(jī)械強(qiáng)度高。(7) (7) 價格廉價。價格廉價。加工液加工液放電加工法多在加工液中進(jìn)行放電去除，放電加工法多在加工液中進(jìn)行放電去除，而加工液需同時而加工液需同時兼具電極間絕緣、衝擊壓力的產(chǎn)生、加熱兼具電極間絕緣、衝擊壓力的產(chǎn)生、加熱部份的冷卻、加部份的冷卻、加工粉屑的排除等功

4、能工粉屑的排除等功能 運用加工液的目的運用加工液的目的有有: :(1) (1) 促使放電加工時所產(chǎn)生的熔融金屬飛促使放電加工時所產(chǎn)生的熔融金屬飛散。散。(2) (2) 將飛散的加工粉屑排除於電極間隙之將飛散的加工粉屑排除於電極間隙之外。外。(3) (3) 放電加工時的加熱部份冷卻。放電加工時的加熱部份冷卻。(4) (4) 促始電極間的絕緣恢復(fù)。促始電極間的絕緣恢復(fù)。線切割放電加工根本原理線切割放電加工法Wire Electrical Discharge Machining；簡稱WEDM，加工原理與雕模放電加工法大致一樣，不同的是運用細(xì)線為電極。通常線材為銅、黃銅、鎢等，以線鋸式加工工件因此線切

5、割機(jī)可給予如下之定義：係利用連續(xù)送出之細(xì)線為電極，而將工件置於CNC 控制之XY 任務(wù)臺上，以放電法高精度加工成恣意輪廓形狀之?dāng)?shù)控工具機(jī)，至於加工速度主要因工件材質(zhì)，厚度及銅線直徑而有變化，以工件厚度而言，工件越薄則加工速度越快，反之則越慢，而加工速度之計算係以每分鐘所能切割之最大工件截面積為基準(zhǔn)。加工過程中施以拉力於線電極上，使線電極一邊輸送，一邊在保有張力的情形下，逐漸移向工件以致發(fā)生放電現(xiàn)象。由於線供給裝置是利用送線滾輪將線不斷送出以補(bǔ)償電極耗費的問題，故普通線切割加工特性通常不考量電極耗費。線切割加工所運用的加工液普通為低導(dǎo)電度的去離子純水，而運用純水主因取決於純水優(yōu)良的流動性及冷卻效

6、果；因為放電加工所產(chǎn)生的電流焦耳熱容易導(dǎo)致斷線，同時排屑效果差會導(dǎo)致放電次數(shù)減少，添加放電集中現(xiàn)象，降低加工速度，同時有斷線的危險，故運用純水改善斷線的次數(shù)線電極張力也是重要參數(shù)。線張力愈強(qiáng)時，加工速度愈快；因為線震動的震幅減小、加工擴(kuò)槽量減??；但當(dāng)張力過大時，由於線本身的抗拉強(qiáng)度有限，加上放電所產(chǎn)生的高熱會使線過大電極軟化，反而容易呵斥斷線。線張力大小也影響著加工的尺寸精度，因為線震動會使加工槽截面呈現(xiàn)鼓形狀，所以擁有適當(dāng)?shù)木€張力值，也是線切割加工的重要課題。線震動導(dǎo)致鼓形狀截面之表示圖1.放電的產(chǎn)生當(dāng)電極與工件逐漸接近時，兩極間的電場強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，加工液中導(dǎo)電性游離粒子開始向電場聚集，同時

7、帶負(fù)電荷的電子亦突破絕緣從陰極外表射出，並朝陽極加速前進(jìn)，此時極間構(gòu)成一強(qiáng)大電場。放電加工之資料去除機(jī)構(gòu)2. 電離作用與絕緣破壞當(dāng)自在電子朝陽極前進(jìn)，途中會碰電子，此種現(xiàn)象稱電離作用。電離之後的陽離子與陰離子分別朝向陰極與陽極撞擊，離子在電場的作用下速度加快，而有很高的動能。當(dāng)離子撞擊兩極時，瞬間動能轉(zhuǎn)換成大量熱能。當(dāng)電極繼續(xù)向工件接近時，大量電子加速撞擊陽極，在極間距離最短處構(gòu)成細(xì)小電弧柱，迸出火花，稱為放電柱。此時極間的絕緣狀態(tài)已完全破壞。撞加工液中的中性粒子，部份粒子獲得電子，部份粒子失去 由於電離作用，促使離子撞擊兩極，並瞬間將動能轉(zhuǎn)換成大量熱能，使得放電點周圍的金屬外表資料，因高溫、

8、高熱而熔融，部份資料則被蒸發(fā)。3. 熔融蒸發(fā)4. 爆壓力產(chǎn)生與資料去除由於放電柱是一種電漿狀態(tài)，溫度非常高，因此在這高溫、高熱的作用下，使得放電柱周圍的絕緣液氣化膨脹而產(chǎn)生強(qiáng)大的爆壓力，導(dǎo)致工件上熔融的資料得以沖除5. 加工完成與絕緣回復(fù)一個脈衝供給終了後，放電柱消逝，極間回復(fù)絕緣狀態(tài)，壓力與溫度急速下降。被沖離的熔融金屬受絕緣液的冷卻而凝固成圓形的加工屑；沒有被沖除的資料也因加工液的冷卻而再凝固，殘留在工件外表構(gòu)成再鑄層，放電後的工件外表則為類似火山口形狀的放電坑所組成，放電坑周圍隆起的部份將成為後續(xù)的放電點。線切割放電加工參數(shù)及其影響線切割加工時，由於加工機(jī)特性及工件資料不同，所展現(xiàn)出來的

9、放電加工特性也不同。為求擁有良好的放電加工特性，則須仰賴放電參數(shù)的改變，以達(dá)成尺寸精度的要求及穩(wěn)定良好的加工效果。在此將放電參數(shù)分成兩類：電能參數(shù)及機(jī)械參數(shù)放電加工波形表示圖a脈衝時間Pulse Duration，on為實際加工時，單發(fā)放電的電流持續(xù)時間。普通的放電加工中，當(dāng)脈衝時間添加時，放電能量加大，資料去除率會添加，且外表粗度亦會添加，同時電極耗費也會添加線切割不考慮電極耗費率。b休止時間Pulse Off Time，off為在一脈衝期間內(nèi)，單發(fā)放電後無電流供應(yīng)之休止時間，此時間主要意義為促使極間加工液絕緣回復(fù)與加工屑的有效排除。本實驗將以控制效率因子 Duty Factor來替代休止時

10、間。電能參數(shù)c峰值電流Peak Current，Ip為實際放電電流的最高值，普通脈衝電流愈大，放電能量愈高，資料去除率會添加，且外表粗度亦會添加。d無負(fù)荷電壓No Load Voltage，Vo又稱開路電壓，為電源系統(tǒng)所提供的電壓。e極間電壓Gap Voltage，Vg極間電壓又稱任務(wù)電壓或間隙電壓，當(dāng)任務(wù)電壓減少時，極間間隙會跟著減小，也較容易突破絕緣產(chǎn)生放電。f極性Polarity，P放電加工分為正極性及負(fù)極性加工，主要以工件極性作區(qū)分，工件接正者為正極性加工，工件接負(fù)者為負(fù)極性加工；普通線切割加工為正極性加工。g效率因子Duty Factor，DF效率因子是指真正放電時間在一個放電週期中

11、所佔的比例。其公式為DFp/npoff假設(shè)設(shè)峰值電流為Ip、放電脈衝電壓為on、極間電壓為Vg，則單發(fā)放電能量W為：a a 送線速度送線速度Wire SpeedWire Speed，F(xiàn)wFw指線電極供應(yīng)的速度。線切割加工後的銅線普通都捨棄不指線電極供應(yīng)的速度。線切割加工後的銅線普通都捨棄不用，故不考慮電極耗費。送線速度小能使放電穩(wěn)定，但卻用，故不考慮電極耗費。送線速度小能使放電穩(wěn)定，但卻易使放電點集中而斷線，送線速度大則不易斷線，但加工易使放電點集中而斷線，送線速度大則不易斷線，但加工本錢將提高。本錢將提高。b b線張力線張力Wire TensionWire Tension，T T指加工時給予

12、線電極的張力。提高線張力能減少爆壓力指加工時給予線電極的張力。提高線張力能減少爆壓力對線電極所產(chǎn)生的振幅，進(jìn)而提高加工速度與尺寸精度，對線電極所產(chǎn)生的振幅，進(jìn)而提高加工速度與尺寸精度，但當(dāng)張力過大時，由於線本身的抗拉強(qiáng)度有限，加上放電但當(dāng)張力過大時，由於線本身的抗拉強(qiáng)度有限，加上放電所產(chǎn)生的高熱會使線電極軟化，反而容易呵斥斷線。所產(chǎn)生的高熱會使線電極軟化，反而容易呵斥斷線。c c線電極旋轉(zhuǎn)速度線電極旋轉(zhuǎn)速度Wire Rotational SpeedWire Rotational Speed，WRSWRS此為本實驗新增之參數(shù)，是指以送線方向為主軸旋轉(zhuǎn)的此為本實驗新增之參數(shù)，是指以送線方向為主軸旋

13、轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)速，單位為RPMRPM。機(jī)械參數(shù)線切割加工特性線切割加工特性通常以資料去除率、工件外表粗糙度及加工擴(kuò)槽量為評估基準(zhǔn)，在電極耗費部份，由於線電極加工後即捨棄不用，故不考慮電極耗費問題。A資料去除率普通放電加工衡量加工速度快慢的指標(biāo)為資料去除率，單位為g/min 或mm3/min，而線切割加工為溝槽寬本身的加工，所以加工速度通常定義為單位時間下加工工件的截面積，亦即：加工速度mm2/min加工進(jìn)給速度mm/min被加工物厚度mm通常影響加工速度的要素有以下幾點1工件材質(zhì)差異：工件的資料性質(zhì)如導(dǎo)電度、熱傳導(dǎo)性均會影響加工速度。普通業(yè)界常用的資料加工速度快慢依序為鋁、銅、SKD11、

14、SKD3、碳化鎢。2線電極直徑及材質(zhì)的不同：線電極直徑愈大，電流容量增大，加工速度就會添加。線材質(zhì)的不同也影響著加工速度，例如黃銅線加工速度較電解銅來的大。3工件資料厚度的影響：工件厚度愈厚，放電面積增大，加工屑添加而不易排除，就會導(dǎo)致加工速度降低。4線張力的影響：線張力愈強(qiáng)時，加工速度愈快；因為線震動的震幅減小、加工擴(kuò)槽減小，往前進(jìn)方向的移動方向相對添加，因此提高加工速度。5其他如加工液之比電阻、加工液種類及加工液循環(huán)方式，皆會影響到加工速度。B B工件外表粗糙度工件外表粗糙度外表粗糙度是指加工後，工件外表凹凸不平外表粗糙度是指加工後，工件外表凹凸不平的程度。外表粗糙度值愈小，表示加工面愈的

15、程度。外表粗糙度值愈小，表示加工面愈好，通常影響外表粗糙度的要素是放電能量好，通常影響外表粗糙度的要素是放電能量的大小、工件與電極資料的特性、加工液的的大小、工件與電極資料的特性、加工液的物理性質(zhì)、加工屑排除的才干等，而通常表物理性質(zhì)、加工屑排除的才干等，而通常表面粗糙度的表示方式有以下二種：面粗糙度的表示方式有以下二種：1 最大外表粗糙度Rmax：最大外表粗糙度是由加工截面的輪廓曲線中，取一段基準(zhǔn)長度L，而此段曲線中最高與最低處的差異，即為最大表面粗糙度值，單位以m表示。2 中心線平均粗糙度Ra中心線平均粗糙度是將量測所得的粗糙度曲線 fx，依 X軸分割成上下兩部份，並使這兩部份所圍成的面積

16、相等，以X 軸成上下所圍成的總面積，除以基準(zhǔn)長度L，即為中心線平均粗糙度Ra。加工擴(kuò)槽量表示圖C C加工擴(kuò)槽量加工擴(kuò)槽量線切割加工時，不僅線電極前線切割加工時，不僅線電極前緣須與工件間維持適當(dāng)?shù)姆烹娋夗毰c工件間維持適當(dāng)?shù)姆烹婇g隙，線電極側(cè)面亦因放電作間隙，線電極側(cè)面亦因放電作用在加工後產(chǎn)生一定的溝槽寬用在加工後產(chǎn)生一定的溝槽寬度，此加工溝槽寬度為線電極度，此加工溝槽寬度為線電極直徑加上兩側(cè)放電間隙寬度直徑加上兩側(cè)放電間隙寬度為單邊加工擴(kuò)槽量的兩倍為單邊加工擴(kuò)槽量的兩倍加工擴(kuò)槽量會影響到加工精度加工擴(kuò)槽量會影響到加工精度值、加工屑的衝除與加工液的值、加工屑的衝除與加工液的冷卻等，故為線切割加工的

17、一冷卻等，故為線切割加工的一項重要加工特性。通常影響加項重要加工特性。通常影響加工擴(kuò)槽量較大的要素有：放電工擴(kuò)槽量較大的要素有：放電能量的大小、工件資料的特性、能量的大小、工件資料的特性、加工液的比電阻、加工進(jìn)給速加工液的比電阻、加工進(jìn)給速度、線張力大小等要素。度、線張力大小等要素。加工條件的決定方法1.電氣條件的決定方法普通可選定的電氣條件有無負(fù)荷電壓，尖峰電流，脈波寬，休止寬，電容器容量等五項1.1欲重視加工速度時 應(yīng)加大尖峰電流，脈波寬，電容量，減少休止寬且在不會發(fā)生斷線的範(fàn)圍內(nèi)，需將無負(fù)荷電壓提高。1.2欲重視加工面粗糙度時 應(yīng)特別設(shè)定小的電容器容量。並且同時亦應(yīng)隨著小的電容量 減少脈

18、波寬 2.加工液電阻係數(shù)的考量普通在同一電氣條件下，電阻係數(shù)愈低，愈可提高其加工速度。然而一但將電阻係數(shù)降低，則顯著出現(xiàn)電解作用，加工面變色，發(fā)生一如電蝕的巢孔。尤其在加工銀鎢合金或超硬合金鋼時，其電阻係數(shù)最少也要設(shè)定在20萬歐姆 cm 以上。至於鋁材加工，會由於降低電阻係數(shù)，導(dǎo)致產(chǎn)生氧化被膜，有時不會放電。3.欲求高精度加工時假設(shè)重視加工精度，不但同時亦應(yīng)重視其加工面粗糙度，採用0.1 mm 以下的鎢鋼線，調(diào)整其拉力為最大，並將無負(fù)荷電壓降低，加工槽寬調(diào)小，同時亦應(yīng)儘量減小導(dǎo)件的誇距。加工條件與加工結(jié)果1.線性(1)只需垂直度良好 則可提高真直度(2)假設(shè)加強(qiáng)拉力 則可提高加工速度，尺寸精度

19、，但易發(fā)生斷線(3)假設(shè)加快捲取速度 可減少斷線(4)導(dǎo)件之支點間距在上下發(fā)生不平衡時 真直精度不良(5)運用不良線材 斷線頻發(fā)，加工面會殘留線痕2.被加工物(1)材質(zhì)熔點愈低 加工速度快(2)板厚愈厚 加工速度降低，尺寸精度降低(3)熱處理假設(shè)不適當(dāng) 裂模，加工應(yīng)變之發(fā)生(4)假設(shè)有殘留磁氣 發(fā)生二次放電，加工速度降低，加工 面粗糙，尺寸精度差3.加工液(1)供給壓力高 則加工速度提高，發(fā)生震動，由於氣泡 發(fā)生斷線。(2)假設(shè)由上、下單方向淋加工液 發(fā)生斷線，真質(zhì)精度不良 (3)液溫假設(shè)有變化 被加工物伸縮，導(dǎo)致精度不良，電阻係 數(shù)發(fā)生變化(4)電阻係數(shù)假設(shè)發(fā)生變化 放電間隙隨之發(fā)生變化，導(dǎo)

20、致精 度不良4.設(shè)置環(huán)境(1)溫度假設(shè)有變化 機(jī)械本身發(fā)生伸縮，導(dǎo)致精度不良。影響加工速度之要因1.電氣條件:2.加工液電阻係數(shù)3.加工液壓4.線的總類5.線的拉力與速度6.導(dǎo)線具間之距離7.對線電極的給電方法無負(fù)荷電壓電源電壓充電電流脈波寬休止時間電容器容量怎樣提高加工速度1.電氣條件欲提高加工速度，必須要有適合於加工速度的放電能。一般可由加大負(fù)荷電壓與電容器容量來添加放電能，這對提高加工速度有很大影響。2.加工液電阻係數(shù)欲加工 SKD-11 ，SKS 等工具鋼時，將電阻係數(shù)設(shè)定較低易通電放電較易，進(jìn)而可提高加工速度.加工液壓噴在極間的加工液之液壓愈高，流速愈快，發(fā)生於線與被加工物的微細(xì)間隙

21、之加工粉排出容易，加工進(jìn)行方向的放電效率也隨之上昇。然而，液壓一但提高，亦會成為線震動的要因。且會產(chǎn)生氣泡的亂流，也會成為斷線之緣由，必須維持層流狀態(tài)。.線的種類線電極因為運用過一次則棄而不再運用，所以其經(jīng)濟(jì)性非常重要，且根據(jù)種種緣由，雖然普遍採用銅線與黃銅線，但亦應(yīng)依所加工的被加工物材質(zhì)，選擇適當(dāng)之線材。例被加工物資料為Ag-W時，應(yīng)選用鎢鋼線。5.線的拉力與速度雖與線的種類亦相互關(guān)聯(lián)， 但線的拉力愈強(qiáng)， 對加工速度的提高幫助愈大。線的拉力假設(shè)強(qiáng)，由於放電反撥力所產(chǎn)生的線震動減少，且加工進(jìn)行方向的放電率也相對提高，直接影響加工速度之提昇。線的進(jìn)給速度愈快，斷線或短路的機(jī)會也減少，對提高加工速

22、度亦為不可缺之緣由。6.其他導(dǎo)線具間之距離，給電方法等隨機(jī)械經(jīng)已決定，操作者要做調(diào)整雖有困難，但導(dǎo)線具間的距離愈短，線的振幅愈小，對提高加工速度很有幫助。且給電於線的給電接頭，應(yīng)採用設(shè)在被加工物資料之上下2處方式，較1處方式上下任何1處，可提高加工速度。提高加工精度的方法線切割放電加工機(jī)的加工精度普通可分為形狀精度 和 定位精度 兩種提高形狀精度的方法形狀精度可分為二次元平面上的1尺寸精度，加工後的被加工物剖面2真直度【俗稱：鼓腹?fàn)睢?隅角部分的尺寸精度【俗稱：隅角部的彎曲】等來考慮1.尺寸精度上的問題與對策假設(shè)能忽視線切割放電加工機(jī)本身任務(wù)臺的進(jìn)給精度，或由生熱所引起機(jī)械系統(tǒng)的變形，則影響尺

23、寸精度之主要緣由為被加工物資料本身的應(yīng)變。被加工物資料的應(yīng)變有資料本身由內(nèi)部應(yīng)力所引起，與由於放電加工熱所引起的應(yīng)變兩種。且液溫或室溫所引起的應(yīng)變亦必須加以考慮。資料應(yīng)變之對策1.實施預(yù)先事前加工：為使熱處理能夠均一應(yīng)實行預(yù)先加工孔加工或細(xì)縫加工?；蛟跓崽幚磲徇\用線切割放電加工機(jī)實行預(yù)先加工細(xì)縫加工。2.留意熱處理：實施真空熱處理，深冷處理。如SKD-11等之合金工具鋼，應(yīng)實施二次以上的回火處理。鋼材亦應(yīng)實施回火處理。3.實施額外加工：於熱處理後，依製品加工形狀大約預(yù)留23 mm 左右預(yù)做額外的加工，先除去內(nèi)部應(yīng)力後，再進(jìn)行製品的正式尺寸之加工。4.留意截取資料：一定要設(shè)置加工開始孔，從被加工物資料之內(nèi)側(cè)開始加工。又被加工物資料的殘留裕量，最少要留5mm以上。5.減弱放電能：普通為防止由於放電所引起的熱應(yīng)變時，均採用小徑的細(xì)線0.1mm以下並將與放電能有關(guān)的電容器容量以及無負(fù)荷電壓降低進(jìn)行加工。此時加工槽寬變?yōu)楠M窄，並可相對地減少誤差量。6.實施二次加工2.真直度上的問