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電火花加工的特點及微觀過程

    電火花加工中,加工材料的去除是靠放電時的熱作用實現的,材料的可加工性主要取決于材斜的導電特性及其熱学特性,如熔點、沸點(汽化點)、比熱容、熱導率、電阻率等,而幾乎與其力学性能(硬度、強度)無關,因此适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,沒有機械加工中的切削力,因此适宜加工低剛度工件及微細加工。由于可以簡單地将工具電極的形狀複制到工件上,因此特别适用于複雜表面形狀的加工。

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

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  由于電火花加工具有許多傳統切削加工所無法比拟的優點,因此其應用領域日益擴大,目前已廣泛應用于機械(特别是模具制造)、宇航、航空、電子、電機電器、精密機械、儀器儀表、汽車拖拉機、輕工等行业,以解決難加工材料及複雜形狀零件的加工問題。加工範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過程,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。

  由于放電時間很短,放電間隙很小,所以放電加工的機理相當複雜。實验結果表明,電火花加工的微觀過程是電力、磁力、熱力、流體动力、電化学和膠體化学等綜合作用的結果。这一過程大致可分为以下幾個連續的階段:極間介質的擊穿與放電;能量的轉換、分布與傳遞;電極材料的抛出;極間介質的消電離。

  由于工具電極和工件的微觀表面是凹凸不平的,極間距離又很小,因而極間電場強度是很不均勻的,兩極之間離得最近的突出點或尖端處的電場強度一般为最大。當陰極表面某處的場強增加到105V/mm以上時,就會産生場致電子發射,由陰極表面向陽極逸出電子。在電場作用下負電子高速向陽極運动并撞擊工作液介質中的分子或中性原子,産生碰撞電離,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,使介質擊穿而放電。從雪崩電離開始到建立放電通道的過程非常迅速,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达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为(25V),電流則由0上升到某一峰值電流。圖4.1.4所示为矩形波脈沖放電時的電壓和電流波形。

  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。帶電粒子高速運动時相互碰撞,産生大量的熱,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,通道中心溫度可高达10000℃以上。由于放電時電流産生磁場,磁場反過来對電子流産生向心的磁壓縮效應。由于受到放電時的磁壓縮效應和周圍介質动力壓縮效應的作用,通道瞬間擴展受到很大阻力,放電開始階段通道截面很小,其初始壓力可达數十甚至上百兆帕。高壓放電通道以及瞬時形成的氣體分子團(以後發展成氣泡)急速擴展,并産生強烈的沖擊波向四周傳播。在放電過程中,同時還伴随着一系列派生現象,其中有熱效應、電磁效應、光效應、聲效應及頻率範圍很寬的電磁波輻射和爆炸沖擊波等。 

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發布時間:2012/4/24 15:00:45 點擊率:3124 [返回上一頁]
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