电火花介质击穿放电微观物理过程和电火花加工新技术

《电火花介质击穿放电微观物理过程和电火花加工新技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电火花介质击穿放电微观物理过程和电火花加工新技术（52页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第 二 章 电 火 花 介 质 击 穿 放 电 微 观 物 理 过 程和 电 火 花 加 工 新 技 术第 一 节 放 电 的 伏 安 特 性 和 电 火 花 加 工 的 基本 原 理 一 、 放 电 的 伏 安 特 性二 、 电 火 花 加 工 原 理 三 、 条 件 四 、 特 点 五 、 分 类 一 、 放 电 的 伏 安 特 性1.放 电 现 象 与 电 加 工 方 法 放 电 现 象 的 基 础 和 放 电 的 伏 安 特 性 1.放 电 现 象 与 电 加 工 方 法放 电 加 工 是 通 过 人 工 设 定 的 放 电 现 象 ， 利 用 其 能 量 进行 加 工 的 方 法 。

2、19世 纪 末 期 ， 在 美 国 发 明 了 电 笔 ， 它 是 在 电 极 与 被 加工 工 件 金 属 之 间 ， 通 过 低 电 压 、 大 电 流 时 进 行 刻 印 或写 字 的 ； 进 入 20世 纪 后 ， 通 过 在 介 电 液 体 中 放 电 ， 能 够 制 作 金属 粉 末 等 ； 苏 联 学 者 拉 扎 连 柯 夫 妇 1943年 在 金 属 上 打 孔 获 得 成 功 发 明 电 火 花 加 工日 本 把 电 火 花 加 工 作 为 精 密 加 工 ， 用 于 金 属 模 具 加 工来 研 究 。 电 火 花 加 工 已 经 成 为 金 属 模 具 加 工 的 主 要

3、 手段 放 电 现 象 的 基 础 和 放 电 的 伏 安特 性把 在 固 体 、 液 体 、 气 体 的 绝 缘 体 内 通 过 电 流 时 的 现 象 称 为 放 电 。使 其 产 生 绝 缘 破 坏 ， 就 会 从 电 晕 放 电 (corona)开 始 ， 经 过 火 花 放 电(spark)、 电 弧 放 电 (arc)的 形 式 ， 完 成 绝 缘 的 破 坏 。 暗 流 ： a-b段电 晕 放 电 (b) 火 花 放 电 (b-c段 ) 电 弧 放 电 (d-e段 以 后 ) 气 体 中 放 电 类 型 起 始 放 电 间 隙 与 放 电 电 压 二 、 电 火 花 加 工 原

4、理电 火 花 加 工 原 理 ： 工 件 和 工 具 之 间 脉 冲 性 放 电 的 电 腐 蚀 现象 来 蚀 除 多 余 金 属 ， 以 达 到 对 零 件 的 尺 寸 、形 状 及 表 面 质 量 预 定 的 加 工 要 求 。 二 、 条 件 经 常 保 持 一 定 的 间 隙 几 微 米 到 几 百 微 米 脉 冲 放 电 1s 1000s 绝 缘 介 质 10 3 107 三 、 电 火 花 加 工 的 特 点 ： 优 点 ： 难 切 削 材 料 特 殊 、 复 杂 零 件 无 明 显 作 用 力 缺 点 ： 导 电 材 料 加 工 速 度 慢 电 极 损 耗 角 半 径 有 限 制

5、 四 、 电 火 花 加 工 的 分 类 ： 穿 孔 成 型 加 工 线 切 割 加 工 电 火 花 磨 、 镗 削 同 步 共 轭 回 转 加 工 高 速 小 孔 加 工 表 面 强 化 、 刻 字 电 火 花 铣 削 加 工 微 细 电 火 花 加 工 电 火 花 表 面 沉 积 加 工 电 火 花 表 面 着 色 第 二 节 电 火 花 介 质 击 穿 放 电 微 观 物 理 过 程 电 火 花 加 工 过 程 中 ， 包 含 着 加 工 间 隙 中的 电 蚀 产 物 产 物 从 工 件 电 极 和 工 具 电 极上 蚀 除 、 间 隙 中 电 蚀 产 物 从 间 隙 中 排 出 、间

6、隙 尺 寸 增 大 、 电 极 跟 进 等 过 程 。 从 微 观 上 看 ， 加 工 间 隙 中 的 电 蚀 产 物 产物 是 如 何 （ 怎 样 ） 从 工 件 电 极 和 工 具 电极 上 蚀 除 下 来 的 ？ 电 火 花 介 质 击 穿 放 电微 观 物 理 过 程 。 第 二 节 电 火 花 介 质 击 穿 放 电 微 观 物 理 过 程 一 、 极 间 介 质 的 电 离 、 击 穿 、 形 成 放 电 通 道二 、 介 质 热 分 解 、 电 极 材 料 熔 化 、 气 化 热 膨 胀三 、 电 极 材 料 的 抛 出四 、 极 间 介 质 的 消 电 离 第 二 节 电 火

7、花 介 质 击 穿 放 电 微 观 物 理 过 程 第 二 节 电 火 花 介 质 击 穿 放 电 微 观 物 理 过 程一 、 极 间 介 质 的 电 离 、 击 穿 、 形成 放 电 通 道 场 强 ： 105V mm（ 100 V m）时 间 ： 0.1 0.01s电 阻 ： 绝 缘 几 分 之 一 欧 姆电 流 密 度 ： 10 5 106 A cm2（ 103 104 A mm2） 20 25 V温 度 ： 10000初 始 压 力 ： 数 至 数 十 Mpa 二 、 介 质 热 分 解 、 电 极 材料 熔 化 、 气 化 热 膨 胀电 子 正 极正 离 子 负 极电 能 动 能

8、热 能通 道 高 温 工 作 液 热 分 解表 面 瞬 时 热 源热 膨 胀小 气 泡 爆 炸 声 第 二 节 电 火 花 介 质 击 穿 放 电 微 观 物 理 过 程三 、 电 极 材 料 的 抛 出向 外 膨 胀气 泡 内 外 各 处 压 力 不 等排 挤 、 抛 出 ， 进 入 工 作 液飞 溅镀 覆吸 附抛 出 作 用 ：热 爆 炸 力 电 动 力流 体 动 力 四 、 极 间 介 质 的 消 电 离恢 复 绝 缘消 电 离 时 间电 蚀 产 物 排 除 第 三 节 电 火 花 加 工 方 法 和 新 技 术一 、 电 火 花 加 工 方 法二 、 电 火 花 加 工 新 技 术 一

9、 、 电 火 花 加 工 方 法 冲 模 的 电 火 花 加 工 型 腔 模 的 电 火 花 加 工 小 孔 加 工 异 形 小 孔 的 电 火 花 加 工 电 火 花 小 孔 磨 削 电 火 花 铲 磨 硬 质 合 金 小 模 数 齿 轮 滚 刀 电 火 花 共 轭 同 步 回 转 加 工 螺 纹 金 属 电 火 花 表 面 强 化 和 刻 字 电 火 花 双 轴 回 转 展 成 法 磨 削 凹 凸 球 面 球 头 一 、 电 火 花 加 工 方 法电 火 花 穿 孔 成 型 加 工电 火 花 穿 孔 加 工 电 火 花 成 型 加 工 冲模（凸凹模 、卸料板 、固定板） 粉末冶金模 挤压模

10、（型腔） 型孔零件 小孔（0.01 3mm 小圆 孔、异形孔） 型腔零件 型腔模（锻模、压铸模、塑 料模、胶木模） 冲 模 的 电 火 花 加 工一 、 冲 模 的 电 火 花 加 工 冲 模 的 电 火 花 加 工 工 艺 工 具 电 极优 点 ： 在 工 件 淬 火 后 进 行 加 工 ， 避 免 热 处 理 变 形 。 配 合 间 隙 均 匀 ， 刃 口 耐 磨 。 不 受 材 料 硬 度 限 制 ， 扩 大 了 模 具 材 料 的 选 用 范 围 。 中 、 小 型 复 杂 凹 模 、 整 体 式 、 简 化 结 构 、 提 高 强 度 。 冲 模 的 电 火 花 加 工 冲 模 的

11、电 火 花 加 工 工 艺 凹 模 的 尺 寸 精 度 ： 主 要 靠 电 极 来 保证 。 L2=L1 2SL L2： 凹 模 的 尺 寸 L1： 工 具 电 极 的 尺 寸 SL： 单 面 火 花 间 隙 值 直 接 配 合 法 ： 直 接 用 加 长 的 钢 凸 模 作 为 电 极 加 工 凹模 ， 反 向 加 工 ， 加 工 后 把 损 耗 部 分切 除 或 低 熔 点 合 金 浇 固 。 钢 打 钢 ： 磁 性 ， 300V高 低 压 复 合 回 路 。 绝 大 多 数 冲 模 采 用 线 切 割 加 工 冲 模 的 电 火 花 加 工 工 具 电 极 电 极 材 料 ： T8A，

12、T10A Cr12， GCr15 硬 质 合 金 电 极 的 设 计电 极 结 构 ： 整 体 式 镶 拼 式 组 合 式 ： 多 孔 落 料 模 、 级 进 模 冲 模 的 电 火 花 加 工 硬 质 合 金 ： 电 极 适 当 加 长 。 工 具 电 极 的 截 面 轮 廓 尺 寸 比 预 定 加 工 的 型 孔 尺 寸 均 匀 地 缩 小 一 个 加 工 间隙 。 重 心 位 于 主 轴 中 心 线 上 。 电 极 减 重 ： 开 减 轻 孔 （ 不 能 是 通 孔 ） 电 极 的 制 造 机 加 成 型 磨 钳 工 精 修 线 切 割 加 工 酸 洗 镀 铜 、 镀 锌 型 腔 模 的

13、 电 火 花 加 工 型 腔 模 电 火 花 加 工 的 工 艺 方 法 锻 模 、 压 铸 模 、 胶 木 模 、 塑 料 模 、 挤 压 模 。 特 点 ： 盲 孔 加 工 ， 循 环 、 排 除 差 ， 无 法 靠 进 给 补 偿精 度 ， 加 工 面 积 大 ， 损 耗 不 均 匀 ， 精 度 。加 工 方 法 : 单 电 极 平 动 法 多 电 极 更 换 法 分 解 电 极 法 型 腔 模 的 电 火 花 加 工 单 电 极 平 动 法一 个 电 极 ： 粗 、 中 、 精主 轴 头 上数 控 ： 摇 动 加 工 ： 工 作 台 按 一 定 轨 迹 做微 量 移 动 型 腔 模 的

14、 电 火 花 加 工 多 电 极 更 换 法 多 电 极 依 次 更 换 加 工 同 一 型 腔 型 腔 模 的 电 火 花 加 工 分 解 电 极 法 单 电 极 平 动 加 工 法 和 多 电 极 更 换加 工 法 的 综 合 应 用 。 主 型 腔 和 副 型 腔 电 极 先 主 后 副 型 腔 模 的 电 火 花 加 工 型 腔 模 的 电 火 花 加 工 型 腔 模 加 工 用 工 具 电 极 电 极 材 料 的 选 择铜 钨 合 金 、 银 钨 合 金 、 石墨常 用 ： 紫 铜 、 石 墨 型 腔 模 加 工 用 工 具 电 极 电 极 的 设 计截 面 尺 寸 ：a=A Kba

15、 电 极 水 平 方 向 的 尺 寸A 型 腔 图 纸 上 名 义 尺 寸K 与 型 腔 尺 寸 注 法 有 关 的 系 数直 径 方 向 （ 双 边 ） ： K=2半 径 方 向 （ 单 边 ） ： K=1b 电 极 半 径 缩 放 量 （ 或 平 动 头 偏 心 量 0.7 0.9 ）b=S L Hmax hmaxSL 单 面 加 工 间 隙Hmax 前 一 规 准 加 工 时 表 面 微 观 不 平 度 最 大 值hmax 本 规 准 加 工 时 表 面 微 观 不 平 度 最 大 值 ：缩 ： 放 ： 型 腔 模 加 工 用 工 具 电 极电 极 高 度 ：H=L lH 总 高 度l

16、有 效 长 度L 增 加 长 度 排 气 孔 和 冲 油 孔 设 计 直 径 ： 1 2mm 孔 距 ： 20 40mm 拐 角 、 窄 缝 、 凹 入 小 孔 加 工特 点 ： 加 工 面 积 小 、 深 度 大 ， 直 径 一 般 为 0.05 2 ， 深 径 比 达 20以 上 。 盲 孔 加 工 ， 排 屑 困 难 。 电 极 截 面 积 小 ， 容 易 变 形 ， 不 易 散 热 ， 排 屑 困 难 ， 电 极 损 耗 大 ，电 极 ： 铜 钨 合 金 丝 、 钨 丝 、 钼 丝 、 黄 铜 丝 导 向 装 置 电 磁 振 动 头 超 声 波 振 动 小 孔 加 工电 火 花 高 速

17、 小 孔 加 工 管 状 电 极 ： 回 转 、 轴 向 进 给 1 5Mpa高 压 工 作 液 去 离 子 水 、 蒸 溜 水 、 乳 化 液 、 煤 油 加 工 速 度 ： 可 达 60 /min左 右 0.3mm 3mm， 深 径 比 超 过 100 3mm深 330 预 穿 丝 孔 喷 嘴 异 形 小 孔 的 电 火 花 加 工喷 丝 板电 极 制 造 ： 冷 拔 整 体 电 极 线 切 割 加 工 整 体 电 极 电 火 花 反 拷 加 工 整 体 电 极 电 火 花 小 孔 磨 削 电 火 花 小 孔 磨 削 电 火 花 镗 磨 与 磨 削 不 同 点 是 ： 只 有 工 件 的

18、旋 转 运 动 ， 电 极 的 往 复 运动 和 进 给 运 动 ， 而 电 极 工 具 没 有 转 动运 动 。 镗 ： 锥 度 、 椭 圆 度 达 0.003 0.005 ， 表 面 粗 糙 度 优 于 Ra0.32 m。 电 火 花 小 孔 磨 削 电 火 花 铲 磨 硬 质 合 金 小 模 数 齿 轮 滚 刀 电 火 花 共 轭 同 步 回 转 加 工 螺 纹电 火 花 铲 磨 硬 质 合 金 小 模 数 齿 轮 滚 刀电 火 花 共 轭 同 步 回 转 加 工 螺 纹 优 点 ： 没 有 喇 叭 口 好 的 几 何 精 度 ， 表 面 粗 糙 度 、 高 的 稳 定 性 降 低 对

19、电 极 设 计 和 制 造 的 要 求 材 料 ： 紫 铜 、 黄 铜 。 应 用 ： 各 类 螺 纹 环 规 、 塞 规 。 精 密 内 、 外 齿 轮 加 工 。 精 密 旋 转 圆 弧 面 、 锥 面 加 工 。 静 压 轴 承 油 腔 、 回 转 泵 体 。 梳 刀 、 滚 刀 电 火 花 共 轭 同 步 回 转 加 工 螺 纹各 类 螺 纹 环 规 、 塞 规 金 属 电 火 花 表 面 强 化 和 刻 字 电 火 花 表 面 强 化特 性 ： 当 采 用 硬 质 合 金 作 电 极 时 ， 硬 度 可 达 1100 1400HV（ 约 70HRC以 上 ） 或更 高 。 当 使 用

20、 铬 锰 、 钨 铬 钴 合 金 、 硬 质 合 金 作 工 具 电 极 强 化 45钢 时 ， 其 耐 磨 性 比原 表 层 提 高 2 2.5倍 。 用 石 墨 作 电 极 材 料 强 化 45钢 ， 用 食 盐 水 作 腐 蚀 性 试 验 时 ， 其 耐 腐 蚀 性 提 高90 。 用 WC、 CrMn作 电 极 强 化 不 锈 钢 时 ， 耐 蚀 性 提 高 3 5倍 。 耐 热 性 大 大 提 高 ， 提 高 了 工 件 使 用 寿 命 。 疲 劳 强 度 提 高 2倍 左 右 。 硬 化 层 厚 度 约 为 0.01 0.08 。 金 属 电 火 花 表 面 强 化 和 刻 字 金

21、 属 电 火 花 表 面 强 化 和 刻 字 电 火 花 刻 字 工 艺 及 装 置 电 火 花 双 轴 回 转 展 成 法 磨 削 凹 凸 球 面 球 头 二 、 电 火 花 加 工 新 技 术微 小 孔 加 工 ：区 别 在 于 制 造 电 极反 拷 电 极 ： 用 电 火 花 加 工方 法 加 工 电 极 块 规 法WEDG法单 次 放 电扫 描 创 成 （ 电 火 花 铣 削 ）气 体 放 电 铣 削多 次 反 拷 加 工 法 混 粉 电 火 花 加 工气 体 电 火 花 加 工 电 火 花 扫 描 创 成 （ 电 火 花铣 削 ）液 中 电 火 花 放 电 表 面 改 性电 火 花

22、放 电 沉 积电 火 花 表 面 着 色电 火 花 弯 曲 孔 加 工电 火 花 镗 削 加 工绝 缘 材 料 电 火 花 加 工 WEDG法 图 19气 中 WEDG加 工 的 微 细 轴直 径 25m,长 1mm 单 次 放 电 多 次 反 拷 加 工 法 扫 描 创 成 （ 电 火 花 铣 削 ） 混 粉 电 火 花 加 工 粉 末 颗 粒工 件电 极电 蚀 产 物 电 极工 件放 电 间 隙 增 大减 小 了 放 电 集 中 发 生 混 粉 电 火 花 加 工 混 粉 电 火 花 加 工 镜 面 电 火 花 加 工 样 件 照 片面 积 分 别 为 100100mm 2和 100mm时 加 工 表 面 液 中 电 火 花 放 电 表 面 改 性 液 中 电 火 花 放 电 表 面 改 性 距 表 面 的 距 离 （ m）硬度（HV）图 5表 面 处 理 WC的 断 面 硬 度 分 布 和 材 料 分 布硬 度