文档介绍：第二章电火花加工的基本原理及设备
电火花加工的物理本质及特点
电火花加工机床简介
电火花线切割加工机床简介
习题
电火花加工的物理本质及特点
电火花加工的物理本质
电火花加工基于电火花腐蚀原理,是在工具电极与工件电极相互靠近时,极间形成脉冲性火花放电,在电火花通道中产生瞬时高温,使金属局部熔化,甚至气化,从而将金属蚀除下来。那么两电极表面的金属材料是如何被蚀除下来的呢?这一过程大致分为以下几个阶段(如图2-1所示):
图2-1 电火花加工原理
(1) 极间介质的电离、击穿,形成放电通道(如图2-1(a)所示)。工具电极与工件电极缓缓靠近,极间的电场强度增大,由于两电极的微观表面是凹凸不平的,因此在两极间距离最近的A、B处电场强度最大。
工具电极与工件电极之间充满着液体介质,液体介质中不可避免地含有杂质及自由电子,它们在强大的电场作用下,形成了带负电的粒子和带正电的粒子,电场强度越大,带电粒子就越多,最终导致液体介质电离、击穿,形成放电通道。放电通道是由大量高速运动的带正电和带负电的粒子以及中性粒子组成的。由于通道截面很小,通道内因高温热膨胀形成的压力高达几万帕,高温高压的放电通道急速扩展,产生一个强烈的冲击波向四周传播。在放电的同时还伴随着光效应和声效应,这就形成了肉眼所能看到的电火花。
(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图2-1(b)、(c)所示)。液体介质被电离、击穿,形成放电通道后,通道间带负电的粒子奔向正极,带正电的粒子奔向负极,粒子间相互撞击,产生大量的热能,使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使工作液汽化,进而气化,然后高温向四周扩散,使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增,形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时,可以看到工件与工具电极间有冒烟现象,并听到轻微的爆炸声。
(3) 电极材料的抛出(如图2-1(d)所示)。正负电极间产生的电火花现象,使放电通道产生高温高压。通道中心的压力最高,工作液和金属气化后不断向外膨胀,形成内外瞬间压力差,高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排挤,抛出放电通道,大部分被抛入到工作液中。仔细观察电火花加工,可以看到桔红色的火花四溅,这就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。
(4) 极间介质的消电离(如图2-1(e)所示)。加工液流入放电间隙,将电蚀产物及残余的热量带走,并恢复绝缘状态。若电火花放电过程中产生的电蚀产物来不及排除和扩散,产生的热量将不能及时传出,使该处介质局部过热,局部过热的工作液高温分解、积炭,使加工无法继续进行,并烧坏电极。因此,为了保证电火花加工过程的正常进行,在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排出,恢复放电通道的绝缘性,使工作液介质消电离。
上述步骤(1)~(4)在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行,即单个脉冲放电结束,经过一段时间间隔(即脉冲间隔)使工作液恢复绝缘后,第二个脉冲又作用到工具电极和工件上,又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电,蚀出另一个小凹坑。这样以相当高的频率连续不断地放电,工件不断地被蚀除,故工件加工表面将由无数个相互重叠的小凹坑组成(如图2-2所示)。所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。
图2-2 电火花表面局部放大图
电火花加工、电火花线切割加工的特点
(1) 二者的加工原理相同,都是通过电火花放电产生的热来熔解去除金属的,所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关,加工中不存在显著的机械切削力。
(2) 二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似,可以加工硬质合金等一切导电材料。
(3) 最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙,线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。