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大偉金屬制品之電火花加工的特點(diǎn)及微觀(guān)過(guò)程

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大偉金屬制品之電火花加工的特點(diǎn)及微觀(guān)過(guò)程

    電火花加工中,加工材料的去除是靠放電時(shí)的熱作用實(shí)現的,材料的可加工性主要取決于材斜的導電特性及其熱學(xué)特性,如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)(汽化點(diǎn))、比熱容、熱導率、電阻率等,而幾乎與其力學(xué)性能(硬度、強度)無(wú)關(guān),因此適合于加工難以切削加工的材料。

  放電加工中,加工工具電極和工件不直接接觸,沒(méi)有機械加工中的切削力,因此適宜加工低剛度工件及微細加工。由于可以簡(jiǎn)單地將工具電極的形狀復制到工件上,因此特別適用于復雜表面形狀的加工。

  電火花加工是直接利用電能進(jìn)行加工,而電能、電參數較機械量易于數字控制、智能控制和無(wú)人化操作。

  由于電火花加工具有許多傳統切削加工所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),因此其應用領(lǐng)域日益擴大,目前已廣泛應用于機械(特別是模具制造)、宇航、航空、電子、電機電器、精密機械、儀器儀表、汽車(chē)拖拉機、輕工等行業(yè),以解決難加工材料及復雜形狀零件的加工問(wèn)題。加工范圍可小至幾微米的小軸、孔、縫,大到幾米的超大型模具和零件。

  電火花加工的局限性在于:主要用于導電材料的加工;一般加工速度較慢;存在電極損耗。

  了解放電加工的機理,即金屬材料蝕除的微觀(guān)過(guò)程,有助于掌握電火花加工中各種基本規律,并能對脈沖電源、機床設備等提出合理的要求。

  由于放電時(shí)間很短,放電間隙很小,所以放電加工的機理相當復雜。實(shí)驗結果表明,電火花加工的微觀(guān)過(guò)程是電力、磁力、熱力、流體動(dòng)力、電化學(xué)和膠體化學(xué)等綜合作用的結果。這一過(guò)程大致可分為以下幾個(gè)連續的階段:極間介質(zhì)的擊穿與放電;能量的轉換、分布與傳遞;電極材料的拋出;極間介質(zhì)的消電離。

  由于工具電極和工件的微觀(guān)表面是凹凸不平的,極間距離又很小,因而極間電場(chǎng)強度是很不均勻的,兩極之間離得最近的突出點(diǎn)或尖端處的電場(chǎng)強度一般為最大。當陰極表面某處的場(chǎng)強增加到105V/mm以上時(shí),就會(huì )產(chǎn)生場(chǎng)致電子發(fā)射,由陰極表面向陽(yáng)極逸出電子。在電場(chǎng)作用下負電子高速向陽(yáng)極運動(dòng)并撞擊工作液介質(zhì)中的分子或中性原子,產(chǎn)生碰撞電離,形成帶負電的粒子(主要是電子)和帶正電的粒子(正離子),導致帶電粒子雪崩式增多,使介質(zhì)擊穿而放電。從雪崩電離開(kāi)始到建立放電通道的過(guò)程非常迅速,一般小于0.1μs,間隙電阻從絕緣狀況迅速降低到幾分之一歐姆,間隙電流迅速上升到最大值(幾安到幾百安)。由于放電通道直徑很小,所以通道中的電流密度可高達105~106A/cm。間隙電壓則由擊穿電壓迅速下降到火花維持電壓一般為(25V),電流則由0上升到某一峰值電流。圖4.1.4所示為矩形波脈沖放電時(shí)的電壓和電流波形。

  放電通道是由數量大體相等的帶正電(正離子)和帶負電粒子(電子)以及中性粒子(原子或分子)組成的等離子體。帶電粒子高速運動(dòng)時(shí)相互碰撞,產(chǎn)生大量的熱,使通道溫度相當高,但分布是不均勻的,從通道中心向邊緣逐漸降低,通道中心溫度可高達10000℃以上。由于放電時(shí)電流產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)對電子流產(chǎn)生向心的磁壓縮效應。由于受到放電時(shí)的磁壓縮效應和周?chē)橘|(zhì)動(dòng)力壓縮效應的作用,通道瞬間擴展受到很大阻力,放電開(kāi)始階段通道截面很小,其初始壓力可達數十甚至上百兆帕。高壓放電通道以及瞬時(shí)形成的氣體分子團(以后發(fā)展成氣泡)急速擴展,并產(chǎn)生強烈的沖擊波向四周傳播。在放電過(guò)程中,同時(shí)還伴隨著(zhù)一系列派生現象,其中有熱效應、電磁效應、光效應、聲效應及頻率范圍很寬的電磁波輻射和爆炸沖擊波等。 


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