放电加工原理简单,在加工中的作用和重要性
放电加工的定义
电火花加工(EDM)是一种制造过程,通过放电产生火花,使工件成为所需的形状。电介质液分离两个电极,并施加电压产生快速和周期性变化的电流放电来处理材料。其中一个电极称为工具电极,或极头,另一个电极称为工件电极,或简单地称为工件。在电火花加工过程中,工具电极与工件电极之间不会有实际接触。
当两电极之间的电位差增大时,两电极之间的电场也随之增大,直至电场强度大于介电强度。此时,电介质击穿发生,电流通过两个电极。这种现象与电容器坍缩一样,去除了部分电极材料。当电流停止时,新的电介质将流入电极之间的电场中,不包括固体颗粒,电介质的绝缘性就恢复了。电流流过后,两个电极之间的电位差将恢复到电介质击穿前,这样就可以重复一次新的电介质击穿。
加工过程
电火花加工在模具加工中常用:电火花加工和线切割。这里所说的放电加工主要是指线切割,虽然同样是放电,但效率相差很大。
放电加工的工作原理是:在机床与工件(正极和负极)之间,通过放电过程中的电腐蚀去除多余材料,以达到剩余工件的尺寸和形状质量的一种加工方法。以放电为例:
电极:电极的选择材料需要导电性好,熔点高,易加工,耐腐蚀的材料。常见的材料有铜、石墨、铜钨合金和钼。铜丝和钼丝是主要的线切割材料。加工时,电极和产品会同时被腐蚀,但由于电极的特性,其腐蚀程度远小于工件的侵蚀量,几乎可以忽略不计。
液体冷却剂:液体冷却剂的主要作用不是冷却,而是作为排料介质,在加工过程中起到冷却和排屑的作用。要求粘度低、熔点高、且相对稳定、不挥发的材料,常见的有:煤油、去离子水、乳液等。
在机床电极和工件之间施加脉冲电压后,一旦工件和电极之间有适当的间隙,电流就会打破工件和电极之间的介质,出现连通的放电通道。
放电通道会瞬间产生高温,导致工件表面熔化甚至汽化。它迅速收缩并在放电间隙处爆炸。工件表面的一小部分被腐蚀抛出,出现巨大的电坑。
一次放电加工完成后,两个电极会迅速回到安全距离,依靠电介质恢复绝缘。这样,反复作用于工件和电极上的脉冲电压会逐渐侵蚀工件表面,但这个过程非常缓慢。
电火花加工机床
电火花机(EDM),模槽式EDM,也称为腔型EDM或体型EDM,由电极和工件浸在绝缘液体中组成,如更典型的绝缘液体,油或其他绝缘液体,但不太常见。电极和工件连接到合适的电源。电源在这两部分之间产生一个电势。当电极接近工件时,介质击穿发生在流体中,形成等离子通道,并有小火花跳跃。
这些火花通常一次击一个,因为电极间空间的不同位置不太可能具有相同的局部电特性,从而使火花在所有这些位置同时发生。这些火花大量地发生在电极和工件之间看似随机的位置。由于贱金属被侵蚀,火花间隙随后增加,电极由机器自动降低,以便过程可以继续不间断。每秒产生几十万个火花,实际占空比由设置参数精心控制。这些控制周期有时被称为“准时”和“下班”。on-time设置决定了火花的长度或持续时间。因此,时间越长,产生的腔深的火花和所有后续的火花循环,创造一个粗糙的工件表面。在较短的时间内,情况正好相反。熄灭时间是指一个火花被另一个火花取代的时间。例如,较长的关闭时间允许通过喷嘴冲洗电介质液以清除腐蚀碎片,从而避免短路。 These settings can be maintained in microseconds. The typical part geometry is a complex 3D shape, often with small or odd-shaped angles. Vertical, orbital, vectorial, directional, helical, conical, rotational, spin, and indexing machining cycles are also used.
电火花加工的一些优点包括:
- 用传统切削工具难以加工的复杂形状。
- 非常坚硬的材料,公差非常接近。
- 非常小的工件,常规刀具可能会因刀具压力过大而损坏零件。
- 刀具和工件之间没有直接接触。因此,精密的零件和脆弱的材料可以加工而不变形。
- 可以获得良好的表面光洁度。
- 可以钻非常细的孔。
电火花加工的一些缺点包括:
- 材料去除速度慢。
- 与使用可燃油基介质有关的潜在火灾危险。
- 为冲压/卡槽电火花加工制作电极所需的额外时间和成本。
- 比功耗非常高。
- 功耗高。
- 非导电材料只有在特定的工艺设置下才能加工。