擴散管電火花加工電極部分脫落原因分析及改良措施

擴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：AQ-SN-0101

機械安全技術IMachinerySafetyTechnology機械安全擴散管電火花加工電極部分脫落原因分析

及改良措施（新版）說明：安全技術防范就是利用安全防范技術為社會公眾提供一種安全服務的產業(yè)。既然是一種產業(yè)，就要有產品的研制與開發(fā)，就要有系統(tǒng)的設計、工程的施工、服務和管理?？梢韵螺d修改后或直接打印使用。射流泵工作的過程中，擴散管段的光潔度對射流效果作用十份明顯，在本次對射流泵擴散管加工中，采用電火花加工過程中電火花電極端出現部分不均勻脫落。采用基于Ansys-workbench熱耦合分析，對電火花加工中電極損耗進行分析。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多解決辦法，并最終將擴散管段加工成型，符合預設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噴嘴高速噴出帶走被輸送流體的泵，其關鍵工作元件為噴嘴、喉管、擴散管。這幾個部件每一個細節(jié)的設計都有嚴格的要求。為了保證射流器具有良好的水力性能，防止出現折沖水流和漏水現象，必須保證噴嘴、喉管、機械安全技術IMachinerySafetyTechnology機械安全擴散管三者在組裝或加工時必須同心，同軸（心）度應達到精度等級的9?10級，或控制在0.05?0.40mm之內，射流器越小，精度要求越高，射流器越大，精度可適當降低，但也必須滿足基本的設計準則。對于噴嘴和喉管這兩個主要部件，為了減少摩擦阻力損失，提高射流器效率，內壁加工光潔度應達到Ra3.2?1.6以上。其中，擴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行過大量實驗，其結果均表明當擴散角為4?10°時，阻力系數最小,因此擴散管的擴散角0在4?10°之間比較好。為了進一步減小擴散損失，當面積比mV4時，可采用分段擴散的方法，擴散角分別由小到大。本次所需加工的擴散管采用這種結構，所以因其深長結構和分段結構復雜，且表面粗糙度要求很高，在加工制造上有相當難度,加工擴散管一般采用定制刀具做深加工。但本次加工的射流泵，屬于小批量定制產品，由于專用的定制刀具設計制造費用較高，為節(jié)約成本，考慮使用電火花加工擴散管段。電火花是通過自激放電，放電的兩個電極間在放電前具較高的電壓，當兩電極接近時，其間介質被擊穿后，隨即發(fā)生火花放電。機械安全技術IMachinerySafetyTechnology機械安全伴隨擊穿過程，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持短暫的時間后及時熄滅，才可保持火花放電的“冷極”特性（即通道能量轉換的熱能來不及傳至電極縱深），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產生的腐蝕現象對材料進行尺寸加工來達到需要的尺寸。首次加工擴散管狀況本次加工擴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進行加工，采用煤油作為加工介質。為減少加工難度，節(jié)約加工時間，再電火花加工之前，使用鉆床對擴散管初始棒料進行多層遞進鉆孔，加工到圓錐形狀。再使用電火花機床進行深度加工。射流泵用于流體流動，對流場所過表面有要求較高，為保證表面精度，對擴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。經過了鉆孔過程,在粗加工后，擴散管段加工情況良好，但電極尖端出現大量斑狀脫落，如圖1所示，脫落情況與常規(guī)經驗情況完全不同。導致擴散管機械安全技術IMachinerySafetyTechnology機械安全初始段加工情況與原計劃相差甚遠，加工已經無法按照原計劃進行,因此，對電極尖端脫落情況進行深度調研分析。電極損耗分析影響電火花加工中電機損耗的主要因素為：電極對材料、加工過程的各種效應（如極性效應、吸附效應、電化學效應等）、脈沖放電波形、電參數、工作介質性質、被加工對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、電脈沖參數與波形的影響及極間介質及其對供給方式。根據常識，電極材料被熔化和氣化主要考慮導熱率和熔點，兩者直接影響到其熔化氣化所需最低能量密度。電脈沖參數和波形對電極材料的影響主要是電流峰值會蝕除過多正極材料，尤其是初始階段電流對正極沖擊作用較強，為減少電極腐蝕應采取初始階段控制電流上升速度。本次加工參數如下：工作電極：銅電極工件電極：30CrMo鋼機械安全技術IMachinerySafetyTechnology機械安全工作液：煤油初始間隙：511m電火花加工中電極材料蝕除過程仿真.材料屬性設定由于本次分析只針對溫度場，不涉及力學性能，30CrMo鋼在溫度屬性上和45鋼相似，因此各項系統(tǒng)參數按照45鋼設定。.溫度條件設定電火花放電加工的過程中由于放電時間短暫，放電點面積小，工作液吸收傳導熱量等原因，只有放電點附近區(qū)域受到熱力影響。所以可設置為放電點高溫（約10000C）,其他部分設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，在長時間加工的過程中，電極前端損耗會很大。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要求極高設備，如果電極前端腐蝕情況不能得機械安全技術IMachinerySafetyTechnology機械安全到有效改善，所加工出擴散管流道也不能滿足射流需求。但電極前端加工沒有更好的辦法來保證腐蝕脫落情況滿足要求，因此采用一個尺寸與原電極尺寸一致的電極進行補償加工，之前電極脫落過多導致未加工到的殘余加工量較小，可通過二次補償加工實現完成，因為時間短暫，不會形成過多破損。于是采用此種方法加工，第二次經過一小時加工時間，加工成型，無需再次精細電火花加工。所加工產品粗糙度達到Rai.6,能滿足射流泵擴散管的需求。結論與展望電火花加工中，電極端長期處于高溫狀態(tài)，只要有一點物質不均勻的情況，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，應加大檢驗力度，杜