【文章內(nèi)容簡介】 圖25極間恢復絕緣 電火花加工的基本規(guī)律所謂熱物理常數(shù)是指熔點、沸點（氣化點）、導熱系數(shù)、比熱（熱容）、溶解熱、氣化熱等，其中前三個熱物理常數(shù)對電蝕量影響較大。每次脈沖放電時，通道內(nèi)及正、負極放電點瞬時分別獲得大量熱能。正、負電極放電點的熱能中，除一部分由于熱傳導散失到電極、工件和工作液外，另一部分依次消耗在以下幾方面：1)金屬材料的局部表面溫度升高，直至達到熔點，每克金屬升高1℃所需熱量（cal），稱為該金屬的比熱（熱容）；2)處于熔點的固體金屬熔化成液體，每熔化一克固體金屬所需的熱量，稱為該金屬的熔化潛熱；3)熔化的金屬液體繼續(xù)升溫至沸點，每克金屬液體升高1℃所需熱量，稱為該熔液的熱容；4)使處于沸點的熔液蒸發(fā)成金屬蒸汽，每蒸發(fā)一克液體金屬所需的熱量稱為氣化熱；5)金屬蒸汽繼續(xù)加熱成過蒸汽，每克金屬蒸汽升高1℃所需的熱量稱為該蒸汽的熱容。實踐表明，無論正極或負極，都存在單個脈沖的蝕除量Vwe與單個脈沖的能量We成正比的關系。而總的蝕除量等于總的有效脈沖蝕除量的總和，至于正極或負極的加工速度Vw即單位時間內(nèi)的蝕除量）基本上與單個脈沖能量和脈沖頻率成正比。由于火花放電間隙的負阻特性，擊穿后的火花維持電壓20～25V 左右的常值，而與空載電壓擊穿電壓的關系不大。脈沖頻率fp為脈沖周期tp的倒數(shù)，而脈沖周期又為脈沖寬度ti與脈沖間隔to之和。但實際加工中，存在著開路（未擊穿）、正常電火花放電、不穩(wěn)定電弧、穩(wěn)定電弧和短路等。除正?；鸹ǚ烹娡猓渌鼛追N放電狀態(tài)都不利于加工，因此實際有效放電頻率fe低于電源脈沖頻率fp。即脈沖利用率λ小于1。提高電蝕量和切割速度的途徑，在于提高脈沖頻率fe增加單個脈沖能量We或提高脈沖利用率λ。當然實際生產(chǎn)時要考慮到這些因素之間的相互制約關系和對其工藝指標的影響。例如頻率過高，脈沖間隔過小，將產(chǎn)生電弧放電；單個脈沖能量大，表面粗糙。實驗證明，即使所有的加工參數(shù)相同，電火花線切割加工時工件接正極或負極，其蝕除量或切割速度也是不一樣，這種由于正、負極性接法不同而蝕除量不一樣的現(xiàn)象叫做“極性效應”。產(chǎn)生極性效應的基本原因如下：在火花放電過程中，正、負電極表面分別受到負電子和正離子的轟擊和瞬時熱源作用，在兩極表面所分配的能量不一樣，因而熔化、氣化和拋出的金屬量也不一樣。一般而言，～40μs，即用短脈沖加工時，負極的蝕除量小于正極。這是因為每次放電時，負電子的質(zhì)量和慣性較小，容易獲得動能和加速度，很快奔向正極。其電能和動能較多地轉(zhuǎn)換成熱能用以蝕除金屬。而正離子由于質(zhì)量和慣性較大，起動，加速較慢，有一大部分尚未來得及到達負極表面，脈沖便以結束，所以正極的蝕除量大于負極。在這種情況下切割時工件應接正極，稱為“正極性加工”或“正極性接法”。反之當用較長的脈沖（例如脈寬大于300μs）加工時，則負極的蝕除量將大于正極，此時工件應接負極，稱為“負極性加工”或“負極性接法”。這是因為隨著脈沖寬度和放電時間的加長，質(zhì)量和慣性較大的正離子也逐漸獲得了加速，陸續(xù)地轟擊在負極表面上。正是由于正離子的質(zhì)量較大，因此它對陰極的轟擊破壞作用也比電子顯著。但是電火花線切割加工中，加工脈寬大于300μs時，加工電流可達30～50A左右，由于電極絲很細（～）承受不了這么大的電流而被燒毀。即使承受了，由于電流大，單個脈沖能量大，加工表面粗糙度大，因此電火花線切割加工中一般不采用“負極性”加工，而多數(shù)采用“正極性”加工。從提高切割速度和減少電極絲損耗來看（對于WEDMHS而言），極性效應越顯著越好。當用交變的脈沖電流加工時，單個脈沖的極性效應便相互抵消，總的極性效應便為零，增加了電極絲的損耗。因此一般都采用單向、直流脈沖電源進行電火花線切割加工，或者用阻尼二極管把負半波消除掉。這是對電火花線切割加工用的脈沖電源基本要求之一。但現(xiàn)在也有人探索采用電壓、無極性的加工工藝。當電極絲和工件材料不同時，仍然有極性效應現(xiàn)象，不過這時變得復雜了，因為不同金屬材料的熔點、沸點和導熱系數(shù)不一樣，它們的“可加工性”也摻雜在“極性效應”中去了。 加工分類電火花加工按工藝方法分類，分類如下：、電火花成型；、電火花內(nèi)外圓磨削、電火花成型磨削；、其他線電極電火花加工；、其他展成電火花加工。 本章小結本章介紹了電火花加工原理，提出了電火花加工需具備的條件。詳細解釋了介質(zhì)間的電離、擊穿，形成放電通道；介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹；電極材料的拋出；極間介質(zhì)的消電離等電加工機理。對電火花的加工規(guī)律，既金屬材料熱物理常數(shù)、能量和脈沖頻率、極性效應和脈沖寬度等不同參數(shù)對電蝕量的影響進行了分析。并按工藝方法對電火花加工進行了分類。第三章 電火花線切割加工基本規(guī)律 電火花線切割加工分類和特點。分別見圖 3圖 32 所示。圖31低速走絲線切割原理圖32高速走絲線切割原理2．按脈沖電源形式分RC電源、晶體管電源、分組脈沖電源及自適應控制電源等。3．按加工特點分 大、中、小型以及普通直壁切割型與錐度切割型等。4．按控制方式分 靠模仿形控制、光電跟蹤控制、數(shù)字程序控制及微機控制等。1. 不需像成型電火花加工那樣制作特定電極。2. 加工主要對象是平面，也可加工錐面，但除小拐角必須大于某一R（為電極絲半徑+放電間隙）的限制外，任何復雜形狀都可加工。3. 輪廓加工所需余量小，利于少無切削，尤其可節(jié)約貴重金屬。，損耗小。WEDMLS電極絲一次使用故加工精度高。5. 靠微機控制電極絲軌跡和間隙補償功能，同時加工凹凸兩種模具，間隙可任意調(diào)節(jié)。6. 用去離子水和乳化液做介質(zhì)，不必擔心火災，可連續(xù)工作。7. 不論工件硬度如何，幾乎都可加工。 電火花線切割加工的應用范圍電火花線切割加工為新產(chǎn)品試制、精密零件加工及模具制造開辟了一條新的工藝途徑，主要應用于以下幾個方面。適用于各種形狀的沖模。調(diào)整不同的間隙補償量，只需一次編程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等[3]。模具配合間隙、加工精度通常都能達到要求。此外，還可以加工擠壓模、粉末冶金模、彎曲模、塑壓模等通常帶錐度的模具。一般穿孔加工用的電極以及帶錐度型腔加工用的電極，以及銅鎢、銀鎢合金之類電極材料，用線切割加工特別經(jīng)濟，同時也適用于加工微細復雜形狀的電極。在試制新產(chǎn)品時，用線切割在坯料上直接割出零件，例如試制切割特殊微電機硅鋼片定轉(zhuǎn)子鐵心，由于不需另行制造模具，可大大縮短制造周期、降低成本。另外修改設計、變更加工程序比較方便，加工薄件時還可以多片疊在一起加工。在零件制造方面，可用于加工品種多，數(shù)量少的零件，特殊難加工材料的零件，材料試驗樣件，各種型孔、特殊齒輪凸輪、樣板、成型刀具。同時還可進行微細加工，異形槽和標準缺陷的加工等。 影響線切割工藝指標的因素電火花線切割加工工藝指標主要包括:切割速度、表面粗糙度、加工精度等。此外，放電間隙、電極絲損耗和加工表面層變化也是反映加工效果的重要內(nèi)容。1. 切割速度 在保持一定的表面粗糙度的切割過程中，單位時間內(nèi)電極絲中心線在工件上切過的面積總和稱為切割速度，單位為mm2/min。最高切割速度是指在不計切割方向和表面粗糙度等條件下，所達到的切割速度。高速走絲切割速一般為40～80mm2/min。2. 表面粗糙度 表面粗糙度是指加工后表面的微觀不平度，通常用不平度的算術平均偏差Ra值來衡量，單位為μm。高速走絲線切割的表面粗糙度一般為 Ra5～。3. 加工精度 加工精度是指加工后工件的尺寸、幾何形狀精度（如直線度、平面度等）和相互位置精度（垂直度、平行度等）的總稱。～。4. 電極絲損耗 在高速走絲機床中，電極絲損耗量用切割10000mm2后電極絲直徑的減少量來表示。5. 表面變質(zhì)層1) 存在的時間 脈沖寬度寬則產(chǎn)生的變質(zhì)層就厚。通常，變質(zhì)層薄時，變質(zhì)層的厚度與加工表面的粗糙度大小相當，變質(zhì)層厚時（低電極損耗），其厚度看上去約為表面粗糙度的兩倍。要熱影響的變質(zhì)層少時，只能在脈沖寬度窄的加工條件下進行精加工，這樣才是有效的。對于硬質(zhì)合金那樣容易碎裂材料的加工，這點特別重要。硬質(zhì)合金WCCo類，雖然材料的耐熱溫度高，但因材料的強度低（高溫強度高），相應溫度梯度的熱應力就弱，容易產(chǎn)生裂紋。為防止裂紋，要選擇脈沖寬度盡量窄的電氣條件。2) 成型放電加工的變質(zhì)層油中的放電加工的變質(zhì)層出現(xiàn)滲碳硬化，這是因為油中放電，油分解產(chǎn)生了碳并在高溫高壓下滲碳，鋼鐵材料以含碳高的狀態(tài)形成硬度高的表面層。這是由馬氏體和殘留的奧氏體以及未熔化的碳化物形成的。3) 線切割放電加工的變質(zhì)層 水中加工的變質(zhì)層比母材還軟，因是在水中放電，則不存在滲碳現(xiàn)象。成型放電加工和線切割放電加工SKD11的比較實驗結果：成型放電加工中，有白層生成并在白層中產(chǎn)生微裂紋，但在線切割放電加工中，則看不到明顯的裂紋，所以就這一點而言，線切割加工面優(yōu)越。在成型放電加工面中，變質(zhì)層的硬度為維氏硬度900~910，比母材還高（母材為800~840），如圖33所示，在線切割加工面中，變質(zhì)層的硬度反而顯著降低，維氏硬度為440，如圖34所示。變質(zhì)層的化學組成，可以認為在成型放電加工面中滲碳；而在線切割放電加工面中，銅（陰極電極絲材料）和鐵固溶成軟的銅鐵固溶體，并混雜在碳化物和殘余的奧氏體之間，使硬度下降，因此，要去掉這一層（數(shù)微米）。變質(zhì)層由以下三部分組成：①熔化后在放電痕底部留下的再凝固層，②凸起物，③因放電的高溫傳導到材料的內(nèi)部，形成與母材的金屬組織不同的組織。因此，變質(zhì)層厚度由從放電加工表面開始的溫度分布所決定的。當用理論計算求它時，應該用熱傳導理論。圖33電火花加工表面硬度 圖34線切割加工表面硬度、脈沖寬度、脈沖頻率和開路電壓的增大而提高，即切割速度隨著加工平均電流的增加而提高。，脈沖寬度和開路電壓的減小而減小。加工間隙隨著開路電壓的提高而增大。，有利于提高加工精度。