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电火花加工到底是咋回事,你真的懂吗?

电火花加工是在液体介质中进行的。机床自动进给调节装置,使工件与工具电极保持适当的放电间隙。当工具电极与工件之间施加强脉冲电压(达到间隙中介质的击穿电压)时,最低的绝缘强度将被击穿,如图所示。由于放电区域很小,放电时间很短,能量高度集中,使放电区域的温度瞬间达到10000 C,工件和工具电极表面的金属局部熔化,甚至蒸发蒸发。局部熔化和汽化的金属在爆炸力作用下被抛入工作液中,冷却成小金属颗粒,然后被工作液迅速冲出工作区,在工件表面形成一个小坑。一次放电后,介质绝缘强度恢复并等待下一次放电。从而使工件表面不断受到侵蚀,在工件上复制工具电极的形状,达到成形加工的目的。

1.一次脉冲放电过程

电火花加工是一种连续放电去除金属的工艺。虽然一次脉冲放电时间很短,但它是一个复杂的电磁、热力学和流体动力学过程。综上所述,一次脉冲放电的过程可分为以下几个阶段:

1)极间介质的电离、击穿和放电通道的形成

当在工具电极和工件之间施加脉冲电压时,在两极之间立即形成电场。电场强度与电压成正比,与距离成反比。随着电极间电压的增加或电极间距的减小,电极间的电场强度也会增大。由于工具电极和工件的微观表面不均匀,极间距离很小,极间电场强度很不均匀。最靠近电极的突出点或尖端的电场强度通常最大。当电场强度增加到一定值时,电介质被破坏,放电间隙电阻从绝缘状态迅速下降到一欧姆的分数,间隙电流迅速上升到最大值。由于通道直径很小,通道中的电流密度很高。间隙电压从击穿电压迅速下降到火花维持电压(通常约20-30V),电流从0上升到一定的峰值电流。

2)介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀

一旦极间电介质电离并分解形成放电通道,脉冲电源使通道间的电子高速运行到正极,而正离子则运行到负极。电能转化为动能,动能通过碰撞转化为热能。因此,通道中的正负表面成为瞬时热源,达到高温。工作液体介质在通道内高温汽化,然后经热裂解分解汽化。这些蒸发的工作流体和金属蒸汽体积迅速增加,在排放口形成气泡,迅速膨胀,具有爆炸性。通过对电火花加工过程的观察,可以看到放电间隙之间出现气泡,工作液逐渐变黑,并能听到轻微而脆的爆炸声。电火花加工主要依靠热膨胀和局部微爆炸,使熔化和汽化的电极材料被抛掷和腐蚀。

3)电极材料的处理

通道和正负电极上放电点的瞬时高温使工作液汽化,金属材料熔化汽化,热膨胀产生高的瞬时压力。通道中心的压力最高,使汽化气体不断向外膨胀。熔化的金属液体和高压蒸汽被推出并投入工作流体中。由于表面张力和粘聚力的影响,挤出的材料表面积最小,在凝结过程中凝结成细小的球形颗粒。

当熔化和蒸发的金属从电极表面抛开时,它们到处飞溅。除了大部分被抛入工作液中并收缩成小颗粒外,它们中的一小部分还飞溅、覆盖并吸附在相反的电极表面上。这种飞溅、涂层和吸附现象可以用来减少或补偿在一定条件下加工过程中刀具电极的损耗。

事实上,金属材料的去除和抛掷过程比较复杂。目前,人们对这一复杂机制的认识仍在深化。


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