電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)

關(guān)于電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程和電火花加工新技術(shù)一、放電的伏安特性1.放電現(xiàn)象與電加工方法⒉放電現(xiàn)象的基礎(chǔ)和放電的伏安特性第2頁,共52頁，2024年2月25日，星期天1.放電現(xiàn)象與電加工方法放電加工是通過人工設(shè)定的放電現(xiàn)象，利用其能量進(jìn)行加工的方法。19世紀(jì)末期，在美國發(fā)明了電筆，它是在電極與被加工工件金屬之間，通過低電壓、大電流時(shí)進(jìn)行刻印或?qū)懽值模贿M(jìn)入20世紀(jì)后，通過在介電液體中放電，能夠制作金屬粉末等；蘇聯(lián)學(xué)者拉扎連柯夫婦1943年在金屬上打孔獲得成功發(fā)明電火花加工日本把電火花加工作為精密加工，用于金屬模具加工來研究。電火花加工已經(jīng)成為金屬模具加工的主要手段第3頁,共52頁，2024年2月25日，星期天⒉放電現(xiàn)象的基礎(chǔ)和放電的伏安特性把在固體、液體、氣體的絕緣體內(nèi)通過電流時(shí)的現(xiàn)象稱為放電。使其產(chǎn)生絕緣破壞，就會(huì)從電暈放電(corona)開始，經(jīng)過火花放電(spark)、電弧放電(arc)的形式，完成絕緣的破壞。暗流：a-b段電暈放電(b)火花放電(b-c段)電弧放電(d-e段以后)第4頁,共52頁，2024年2月25日，星期天氣體中放電類型第5頁,共52頁，2024年2月25日，星期天起始放電間隙與放電電壓第6頁,共52頁，2024年2月25日，星期天二、電火花加工原理電火花加工原理：工件和工具之間脈沖性放電的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余金屬，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。第7頁,共52頁，2024年2月25日，星期天二、條件⒈經(jīng)常保持一定的間隙幾微米到幾百微米⒉脈沖放電

1μs～1000μs⒊絕緣介質(zhì)

103～107Ω·㎝第8頁,共52頁，2024年2月25日，星期天三、電火花加工的特點(diǎn)：⒈優(yōu)點(diǎn)：⑴難切削材料⑵特殊、復(fù)雜零件⑶無明顯作用力⒉缺點(diǎn)：⑴導(dǎo)電材料⑵加工速度慢⑶電極損耗⑷角半徑有限制

第9頁,共52頁，2024年2月25日，星期天四、電火花加工的分類：

⒈穿孔成型加工⒉線切割加工⒊電火花磨、鏜削⒋同步共軛回轉(zhuǎn)加工⒌高速小孔加工⒍表面強(qiáng)化、刻字⒎電火花銑削加工⒏微細(xì)電火花加工⒐電火花表面沉積加工⒑電火花表面著色第10頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程電火花加工過程中，包含著加工間隙中的電蝕產(chǎn)物產(chǎn)物從工件電極和工具電極上蝕除、間隙中電蝕產(chǎn)物從間隙中排出、間隙尺寸增大、電極跟進(jìn)等過程。從微觀上看，加工間隙中的電蝕產(chǎn)物產(chǎn)物是如何（怎樣）從工件電極和工具電極上蝕除下來的？電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程。第11頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程

一、極間介質(zhì)的電離、擊穿、形成放電通道二、介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹三、電極材料的拋出四、極間介質(zhì)的消電離第12頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程第13頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程一、極間介質(zhì)的電離、擊穿、形成放電通道

場(chǎng)強(qiáng)：

105V／mm（100V／μm）時(shí)間：

0.1～0.01μs電阻：絕緣→幾分之一歐姆電流密度：

105～106A／cm2（103～104A／mm2）

20～25V溫度：

10000℃初始?jí)毫Γ簲?shù)至數(shù)十Mpa二、介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹電子→正極正離子→負(fù)極電能→動(dòng)能→熱能通道高溫→工作液熱分解表面瞬時(shí)熱源熱膨脹小氣泡爆炸聲

第14頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)電火花介質(zhì)擊穿放電微觀物理過程三、電極材料的拋出向外膨脹氣泡內(nèi)外各處壓力不等排擠、拋出，進(jìn)入工作液飛濺鍍覆吸附拋出作用：熱爆炸力電動(dòng)力流體動(dòng)力四、極間介質(zhì)的消電離恢復(fù)絕緣消電離時(shí)間電蝕產(chǎn)物排除第15頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)

電火花加工方法和新技術(shù)一、電火花加工方法二、電火花加工新技術(shù)第16頁,共52頁，2024年2月25日，星期天一、電火花加工方法㈠沖模的電火花加工㈡型腔模的電火花加工㈢小孔加工㈣異形小孔的電火花加工㈤電火花小孔磨削㈥電火花鏟磨硬質(zhì)合金小模數(shù)齒輪滾刀㈦電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工螺紋㈧金屬電火花表面強(qiáng)化和刻字㈨電火花雙軸回轉(zhuǎn)展成法磨削凹凸球面球頭第17頁,共52頁，2024年2月25日，星期天一、電火花加工方法電火花穿孔成型加工電火花穿孔加工電火花成型加工

沖模（凸凹模、卸料板、固定板）

粉末冶金模

擠壓模（型腔）

型孔零件

小孔（φ0.01～φ3mm小圓孔、異形孔）

型腔零件

型腔模（鍛模、壓鑄模、塑料模、膠木模）第18頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈠沖模的電火花加工一、沖模的電火花加工⒈沖模的電火花加工工藝⒉工具電極優(yōu)點(diǎn)：

⑴在工件淬火后進(jìn)行加工，避免熱處理變形。

⑵配合間隙均勻，刃口耐磨。

⑶不受材料硬度限制，擴(kuò)大了模具材料的選用范圍。

⑷中、小型復(fù)雜凹模、整體式、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、提高強(qiáng)度。第19頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈠沖模的電火花加工⒈沖模的電火花加工工藝

凹模的尺寸精度：主要靠電極來保證。

L2=L1＋2SLL2：凹模的尺寸

L1：工具電極的尺寸

SL：?jiǎn)蚊婊鸹ㄩg隙值直接配合法：直接用加長的鋼凸模作為電極加工凹模，反向加工，加工后把損耗部分切除或低熔點(diǎn)合金澆固。鋼打鋼：磁性，300V高低壓復(fù)合回路。絕大多數(shù)沖模采用線切割加工第20頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

㈠沖模的電火花加工⒉工具電極⑴電極材料：

T8A，T10ACr12，GCr15

硬質(zhì)合金⑵電極的設(shè)計(jì)電極結(jié)構(gòu)：整體式鑲拼式組合式：多孔落料模、級(jí)進(jìn)模第21頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈠沖模的電火花加工

硬質(zhì)合金：電極適當(dāng)加長。工具電極的截面輪廓尺寸比預(yù)定加工的型孔尺寸均勻地縮小一個(gè)加工間隙。重心位于主軸中心線上。電極減重：開減輕孔（不能是通孔）⑶電極的制造機(jī)加→成型磨鉗工精修線切割加工酸洗鍍銅、鍍鋅第22頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈡型腔模的電火花加工⒈型腔模電火花加工的工藝方法

鍛模、壓鑄模、膠木模、塑料模、擠壓模。特點(diǎn)：盲孔加工，循環(huán)、排除差，無法靠進(jìn)給補(bǔ)償精度，加工面積大，損耗不均勻，精度。加工方法:⑴單電極平動(dòng)法⑵多電極更換法⑶分解電極法第23頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈡型腔模的電火花加工⑴單電極平動(dòng)法一個(gè)電極：粗、中、精主軸頭上數(shù)控：搖動(dòng)加工：工作臺(tái)按一定軌跡做微量移動(dòng)第24頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈡型腔模的電火花加工⑵多電極更換法多電極依次更換加工同一型腔

第25頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈡型腔模的電火花加工⑶分解電極法單電極平動(dòng)加工法和多電極更換加工法的綜合應(yīng)用。主型腔和副型腔電極先主后副第26頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈡型腔模的電火花加工第27頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈡型腔模的電火花加工第28頁,共52頁，2024年2月25日，星期天⒉型腔模加工用工具電極⑴電極材料的選擇銅鎢合金、銀鎢合金、石墨常用：紫銅、石墨第29頁,共52頁，2024年2月25日，星期天⒉型腔模加工用工具電極⑵電極的設(shè)計(jì)截面尺寸：a=A±Kba－電極水平方向的尺寸A－型腔圖紙上名義尺寸K－與型腔尺寸注法有關(guān)的系數(shù)直徑方向（雙邊）：K=2半徑方向（單邊）：K=1b－電極半徑縮放量（或平動(dòng)頭偏心量0.7～0.9㎜）b=SL＋Hmax＋hmaxSL－單面加工間隙Hmax－前一規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)表面微觀不平度最大值hmax－本規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)表面微觀不平度最大值±：縮：－放：＋第30頁,共52頁，2024年2月25日，星期天⒉型腔模加工用工具電極電極高度：H=L＋lH－總高度l－有效長度L－增加長度⑶排氣孔和沖油孔設(shè)計(jì)直徑：φ1～φ2mm

孔距：20～40mm

拐角、窄縫、凹入第31頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈢小孔加工特點(diǎn)：⑴加工面積小、深度大，直徑一般為φ0.05～φ2㎜，深徑比達(dá)20以上。⑵盲孔加工，排屑困難。電極截面積小，容易變形，不易散熱，排屑困難，電極損耗大，電極：銅鎢合金絲、鎢絲、鉬絲、黃銅絲導(dǎo)向裝置電磁振動(dòng)頭超聲波振動(dòng)第32頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈢小孔加工電火花高速小孔加工

管狀電極：回轉(zhuǎn)、軸向進(jìn)給

1～5Mpa高壓工作液去離子水、蒸溜水、乳化液、煤油

加工速度：可達(dá)60㎜/min左右

φ0.3mm～φ3mm，深徑比超過100φ3mm深330㎜

預(yù)穿絲孔噴嘴第33頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈣異形小孔的電火花加工噴絲板電極制造：⑴冷拔整體電極⑵線切割加工整體電極⑶電火花反拷加工整體電極第34頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈤電火花小孔磨削

電火花小孔磨削

電火花鏜磨與磨削不同點(diǎn)是：只有工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電極的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而電極工具沒有轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

鏜：錐度、橢圓度達(dá)0.003～0.005㎜，表面粗糙度優(yōu)于Ra0.32μm。

第35頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈤電火花小孔磨削第36頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈥電火花鏟磨硬質(zhì)合金小模數(shù)齒輪滾刀

㈦電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工螺紋電火花鏟磨硬質(zhì)合金小模數(shù)齒輪滾刀電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工螺紋優(yōu)點(diǎn)：⑴沒有喇叭口⑵好的幾何精度，表面粗糙度、高的穩(wěn)定性⑶降低對(duì)電極設(shè)計(jì)和制造的要求

材料：紫銅、黃銅。應(yīng)用：⑴各類螺紋環(huán)規(guī)、塞規(guī)。⑵精密內(nèi)、外齒輪加工。⑶精密旋轉(zhuǎn)圓弧面、錐面加工。⑷靜壓軸承油腔、回轉(zhuǎn)泵體。⑸梳刀、滾刀第37頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈦電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工螺紋各類螺紋環(huán)規(guī)、塞規(guī)第38頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈧金屬電火花表面強(qiáng)化和刻字⒈電火花表面強(qiáng)化特性：⑴當(dāng)采用硬質(zhì)合金作電極時(shí)，硬度可達(dá)1100～1400HV（約70HRC以上）或更高。⑵當(dāng)使用鉻錳、鎢鉻鈷合金、硬質(zhì)合金作工具電極強(qiáng)化45鋼時(shí)，其耐磨性比原表層提高2～2.5倍。⑶用石墨作電極材料強(qiáng)化45鋼，用食鹽水作腐蝕性試驗(yàn)時(shí)，其耐腐蝕性提高90％。用WC、CrMn作電極強(qiáng)化不銹鋼時(shí)，耐蝕性提高3～5倍。⑷耐熱性大大提高，提高了工件使用壽命。⑸疲勞強(qiáng)度提高2倍左右。⑹硬化層厚度約為0.01～0.08㎜。第39頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈧金屬電火花表面強(qiáng)化和刻字第40頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈧金屬電火花表面強(qiáng)化和刻字⒉

電火花刻字工藝及裝置第41頁,共52頁，2024年2月25日，星期天㈨電火花雙軸回轉(zhuǎn)展成法磨削凹凸球面球頭第42頁,共52頁，2024年2月25日，星期天二、電火花加工新技術(shù)微小孔加工：區(qū)別在于制造電極反拷電極：用電火花加工方法加工電極塊規(guī)法WEDG法