第4章型腔与型芯成型面加工.ppt
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1、4.3 成型面的电火花加工 一.电火花加工原理 在一定的加工介质中,利用两个电极之间产生火化放电时的电蚀效应来蚀除金属材料的加工方法。 电火花加工过程分析: 3.热膨胀:电子和离子高速运动时相互碰撞产生大量热,同时电子和离子撞击阳极和阴极也产生大量热,形成临时高温热源,温度可达5000C10000C。电极、工件熔化,介质气化或分解为游离的碳黑和H2、C2H2、C2H4等气体。,1.电离:工件与电极表面相距最近点处电场强度最大,液体介质首先被电离为电子和正离子。,2.放电:在电场作用下,电子高速奔向阳极,正离子奔向阴极,形成放电通道。电流强度可达到104107A/cm2 。,4.抛出金属:由于热
2、膨胀具有爆炸的特性(放电时间极短,10-710-5S),爆炸力将熔化和气化了的金属抛入介质中。 5.恢复介质绝缘状态:脉间时通道中带电离子复合为中性粒子,恢复绝缘状态。,二. 电火花加工的特点 1. 可以加工任何高硬度、高强度、高脆性、高韧性的金属材料。 2.有利于实现微细加工,电极制造方便:工件与电极不接触,不受工件和电极刚性限制 。 3.脉冲参数调节方便,可以一次装夹连续进行粗、半精和精加工,易于实现加工过程的自动化。 4. 加工精度高。精加工时,尺寸形状精度可达(0.010.001)mm, 表面粗糙度Ra可达(180.32)m 5.与切削加工相比,加工速度慢,加工量小,三.电火花加工常用
3、术语 1.放电间隙():指加工时工具电极和工件之间产生火化放电的距离间隙。其大小一般在0.010.5mm之间。 2.电规准(或电参数):电火花加工时为达到预定的工艺指标而选用的电加工用量,主要有脉冲宽度、脉冲间隙、峰值电流、开路电压等脉冲参数。 ti脉冲宽度(s) t0脉冲间隙(s) tp脉冲周期(s) td击穿延时(s) te放电时间(s) i开路电压,即间隙开路时 电极间的最高电压(v),等于电 源的直流电压。一般晶体管方波脉冲电源i=80100V,高低压复合脉冲电源i=175300V e峰值电流(A),火花放电时脉冲电流最大值。,3.极性效应:在电火花加工脉冲放电过程中,工具电极和工件都
4、受到电腐蚀作用,即使是同一种材料,正、负两极的蚀除进度也不相同,这种现象称为极性效应。在电火花加工中,极性效应越明显越好。 4.正、负极性加工:以工件为准,工件接电源正极称为正极性加工,一般用于精加工;工件接电源负极称为负极性加工,一般用于高效率、低损耗加工。 5.加工速度(Vw或Vm):单位时间(min)内从工件上蚀除金属的体积(或质量)(mm3/min,g/min)。大功率电源粗加工时Vw500mm3/min,精加工时通常 Vw20mm3 /min。 6.损耗速度(VE):单位时间(min)内工具电极的损耗量(体积或质量)(mm3/min,g/min) 7. 电极相对损耗或损耗比:工具电极
5、损耗速度与工件加工速度之比。 体积(重量)相对损耗比: 式中 VE、VW电极损耗速度和工件加工速度,长度相对损耗比: 式中: h1工件已加工好的高度尺寸(mm) h2工具电极长度方向上已损耗的 高度尺寸(mm) H工件厚度(mm) 8. 面积效应:电火花加工时,随加工面积大小变化而加工速度、电极损耗比和加工稳定性等工艺指标随之变化的现象。一般加工面积过大或过小,工艺指标通常降低。这是由于电流密度过大或过小引起的。,四. 电火花成型加工方法 1. 电火花仿形加工 按照工件形状尺寸及其精度要求,将电极制造成与工件凸凹形状相反,尺寸精度相同,但留有加工余量,用以进行成型加工的方法,称为电火花仿型加工
6、。 1)单电极加工:,(1)单电极不加平动:使用一个整体式电极或者用有多个电极装配在一起的组合电极,不加平动或摇动,一次电火花成型的加工方法。,适用范围:主要用于加工深度很浅的型腔模,如各种纪念章、花纹、中英文字母等。另外也可用于型孔的加工、窄槽的加工。,(2)单电极平动法:使用一只成型电极,一次装夹定位,先用粗规准无平动加工,然后使用中、精规准加电极平动的方法完成整个型腔的加工。,特点:方便快捷、成本低 ,但难以获得高精度型腔,尤其是清楞、清角的型腔。 是最为常用的加工方法。,(3)单电极平动加工中所使用的平动头 (i)双偏心蜗轮蜗杆簧片式平动头:给电极一个平面圆周平移运动 。 (ii)数控
7、插补平动头:运用纵、横双向插补原理,通过程序由数控装置控制平动轨迹。为区别夹持在主轴上的平动头的运动,通常将其称为摇动。 (iii)三坐标伺服平动头:X、Y、Z三个方向作插补,实现三坐标伺服摇动。如球形摇动、圆柱形摇动、3轴放射摇动,2)多电极更换法 (1)多电极更换法:在没有平动或摇动加工的条件时,使用两个或两个以上电极依次更换加工同一型腔,一个作粗加工,其它作半精加工和精加工。 (2)特点:加工精度高, 表面质量好,可得到棱角 分明的型腔。但电极制造 精度高、安装调整复杂, 成本较高。 一般多电极更换法只用于 精密型腔的加工。,3) 分解电极加工法 (1)分解电极加工法:根据型腔几何形状,
8、把电极分解为主型腔电极和局部型腔电极,分别制造和使用。主型腔电极加工出主型腔,局部型腔电极加工尖角、窄槽、深槽等局部型腔。,(2)特点:可根据主型腔和局部型腔的不同要求,合理选用电极材料和加工规准,有利于提高加工速度和改善加工表面质量,同时简化电极制造。但更换电极时主型腔电极和局部型腔电极之间要求有精确的定位。,2. 展成法(创成法或CNC加工法 ) 1)展成法:利用简单电极通过编程实现X、Y、Z、U(C)轴的多坐标联动电火花加工。 2)特点:节省了电极制造工时,提高了加工质量。但要求具备自动化程度较高的数控电火花机床,一般具有46轴的伺服系统。,3)举例:用Z轴和C轴联动加工M10螺纹,螺纹
9、螺距t=1.5 G92X0Y0Z0C0; 零点设置 G10F50; 固定轴模式,进给速度 M88M80; 快速冲工作液,工作液体循环 E9905; 电规准 M84; 脉冲电源开 G90G01Z-15.0C-3600.; Z轴进给量,C轴旋转角度 M85; 脉冲电源关 M25G90G01Z0C0;Z轴C轴回零 G00Z100.; 快速抬刀 M02; 加工程序结束,3. 混粉电火花镜面加工 电火花加工很难得到表面粗糙度值很小的表面,尤其是面积稍大时(如大于10*10mm2),很难达到Rmax2m(Ra 0.32m)。,1)混粉电火花镜面加工原理 是在工作液中添加一定浓度的导电性硅、铝等微细粉末(直
10、径在12 m左右,否则容易沉淀),不断搅拌后注入油槽和工具电极与工件之间的放电间隙,从而改变电火花加工的放电状态,提高电火花加工速度,降低工件表面粗糙度,改善工件表面的耐磨、耐腐蚀性能,从而达到镜面加工效果。,2)大面积难于电火花光整加工的原因 (1)工件表面粗糙度:工件表面粗糙度是由电蚀凹坑直径和深度决定的,单个脉冲能量决定了凹坑尺寸。只有采用小能量脉冲(窄脉宽小电流),才能得到很小、很浅的放电凹坑。 (2)采用小能量脉冲的问题: 前期若干个脉冲只起充电作用,只有间隙电压达到击穿电压后才能形成火花放电,积累能量全部释放,形成大而深的放电凹坑。,3)混粉电火花加工可以大面积达到镜面效果的原因
11、(1)导电粉末降低了工作液的电阻率:放电间隙增大,工具电极与工件间的寄生电容减少,实际的单个脉冲能量降至很小,加工出很小得凹坑。此外,间隙大,排屑顺畅,加工稳定性提高。 (2)粉末在放电通道内串联进行二次、三次、多次放电,减小了工件表面的放电能量。故加工出的火花凹坑特别浅而小。 (3)导电粉末使每次火花击穿时的放电点均匀分散,再加上平动、摇动、抬刀,表面有相对运动,加工出的表面更均匀细致,加工也较稳定。 (4)混粉加工均采用正极性加工,电子经过较长的放电间隙达到工件表面时,放电通道直径增大,工件表面能量密度比正常情况下减小,大部分材料在熔化的液态下被抛出,形成直径较大、深度较浅的碟状浅坑,很少
12、有气化抛出的小而深的针型凹坑。 (5)硅粉、铝粉在高温、高压下的放电瞬间会与工件表面形成“玻璃体”或固熔合金层。表面更平整,耐磨损、耐腐蚀性能变好,模具寿命加长。,4)混粉与普通电火花加工电参数和加工效果的比较 普通电火花加工的电加工参数 混粉镜面电火花加工的电加工参数 不同加工方法的加工效果,电参数说明: ON:Electric discharge time 脉冲宽度 ON * (000990) 其中:000 : 0.5s 001100 : 1100s , 间隔为1 s 101990: 100,105,110990s ,间隔为5s OFF: Electric discharge stop t
13、ime 脉冲间隙 IP: Electric discharge peak current 峰值电流 S: Servo speed 伺服速度 UP: Jump-up time 抬刀时间 DN: Jump-down machining time 下刀时间 PL: Polarity 加工极性 V: Main supply voltage 主电源电压 01 主电源电压90V,用于Cu_St加工 02 主电源电压120V,用于Gr_St加工,HP: Auxiliary power supply circuit control 辅助电源控制 为提高加工效率为主电源附加的辅助电源。 PP: PIKADEN
14、pulse, shutoff circuit control PIKADEN 脉冲回路控制 PIKADEN是一种能使电极损耗最小化的脉冲 C: Capacitor 电容选择 该参数定义了放电间隙的电容量,主要用于精加工。 JS: Jump speed 抬刀、下刀速度 LS: Loran speed and direction 摇动速度和方向 LS * 第一位数:摇动方向,(0,1,2) 0:正转两周后反转 1:CCW 2:CW 第二位数:摇动速度(09) ,由快到慢,五. 电极设计与制造 1. 电极材料的选择 1)对电极材料的要求 (1)具有良好的电火花加工性能 :电极损耗小,加工效率高,加工
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