為了保證電火花加工過程正常地進行,在兩次脈沖放電之間一般要有足夠的脈沖間隔時間,除此之外還應(yīng)留有余地使擊穿和放電點分散與轉(zhuǎn)移,否則僅在一點附近放電很容易形成電弧。
大家都知道模具的加工方法有多種多樣,電火花成形加工是其中之一,電火花加工是在液體介質(zhì)中進行的,主要是利用在工具和工件之間產(chǎn)生脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的金屬,以達到零件技術(shù)要求所規(guī)定的尺寸、形狀及表面質(zhì)量。
機床的自動進給調(diào)節(jié)裝置使工件和工具電極之間保持適當(dāng)?shù)姆烹婇g隙,當(dāng)工具電極和工件之間施加很強的脈沖電壓時,會擊穿介質(zhì)絕緣強度最低處,由于放電區(qū)域很小,放電時間極短,所以,能量高度集中,使放電區(qū)的溫度瞬時高達一萬度以上,模具鋼表面和工具電極表面的金屬局部熔化、甚至汽化蒸發(fā)。局部熔化和汽化的金屬在爆炸力的作用下拋入工作液中,并被冷卻為金屬小顆粒,然后被工作液迅速沖離工作區(qū),從而使工件表面形成一個微小的凹坑。
一次放電后,介質(zhì)的絕緣強度恢復(fù)等待下一次放電,如此反復(fù)使工件表面不斷被電蝕,并在工件上復(fù)制出工具電極的形狀,從而達到成型加工的目的。一次脈沖放電的時間雖然很短,但它是電磁學(xué)、熱力學(xué)和流體力學(xué)等相當(dāng)復(fù)雜的綜合作用的過程,一次脈沖放電的過程可分為以下幾個階段:
極間介質(zhì)的電離、擊穿及放電通道的形成
當(dāng)脈沖電壓施加于工具電極與工件之間時,兩極之間立即形成一個電場。電場強度與電壓成正比,與距離成反比,隨著極間電壓的升高或是極間距離的減小,極間電場強度也將隨著增大。由于工具電極和工件的微觀表面是凸凹不平的,極間距離又很小,因而極間電場強度是很不均勻的,兩極間離得最近的突出點或尖端處的電場強度一般為最大。當(dāng)電場強度增大到一定數(shù)量時,介質(zhì)被擊穿,放電間隙電阻從絕緣狀態(tài)迅速降低到幾分之一歐姆,間隙電流迅速上升到最大值。由于通道直徑很小,所以通道中的電流密度很高,間隙電壓則由擊穿電壓迅速下降到火花維持電壓,電流則由零上升到另一個峰值電流。
介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、汽化熱膨脹
極間介質(zhì)一旦被電離、擊穿,形成放電通道后,脈沖電源使通道間的電子高速奔向正極,正離子奔向負極。電能變成動能,動能通過碰撞又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。于是在通道?nèi)正極和負極表面分別成為瞬時熱源,達到很高的溫度。通道高溫將工作液介質(zhì)汽化,進而熱裂分解汽化。這些汽化后的工作液和金屬蒸汽,瞬間體積猛增,在放電間隙內(nèi)成為氣泡,迅速熱膨脹并具有爆炸的特性。觀察電火花加工過程,可以看到放電間隙間冒出氣泡,工作液逐漸變黑,并聽到輕微而清脆的爆炸聲。電火花加工主要靠熱膨脹和局部微爆炸,使熔化和汽化了的電極材料拋出蝕除。
電極材料的拋出
通道和正負極表面放電點瞬時高溫使工作液汽化和金屬材料熔化、汽化、熱膨脹產(chǎn)生很高的瞬時壓力。通道中心的壓力最高,使汽化了的氣體不斷向外膨脹,壓力高處的熔融金屬液體和蒸汽就被排擠、拋出而進入工作液中。由于表面張力和內(nèi)聚力的作用,使拋出的材料具有最小的表面積,冷凝時凝聚成細小的圓球顆粒。熔化和汽化了的金屬在拋離電極表面時,向四處飛濺,除絕大部分拋入工作液中并收縮成小顆粒外,還有一小部分飛濺和鍍覆吸附在對面的電極表面上,這種互相飛濺和鍍覆以及吸附的現(xiàn)象,在某些條件下可以用來減少或補償工具電極在加工過程中的損耗。實際上金屬材料的電蝕除與拋出過程是比較復(fù)雜的,業(yè)內(nèi)對這一復(fù)雜機理的認識還在不斷深化和研究中。
極間介質(zhì)的消電離
隨著脈沖電壓的結(jié)束,脈沖電流也迅速降為0,但此后仍應(yīng)有一段間隔時間,使間隙介質(zhì)消電離,即放電通道中的帶電粒子復(fù)合為中性粒子,恢復(fù)本次放電通道處介質(zhì)的絕緣強度,以及降低電極表面溫度,以免下次總是重復(fù)在同一處發(fā)生放電而導(dǎo)致電弧放電,從而保證在兩極間最近處或電阻率最小處形成下一次擊穿放電通道。由此可見,為了保證電火花加工過程正常地進行,在兩次脈沖放電之間一般要有足夠的脈沖間隔時間。此外,還應(yīng)留有余地使擊穿和放電點分散、轉(zhuǎn)移,否則僅在一點附近放電很容易形成電弧。
影響電火花成形蝕除速率的因素
電規(guī)準(zhǔn);極性效應(yīng);金屬材料的熱學(xué)常數(shù)、工作液、排屑條件。
影響電火花成形加工精度的因素
機床本身的各種誤差和工具電極制造精度;工件以及電極的定位和安裝誤差;放電間隙的大小和一致性;工件電極的損耗及其加工穩(wěn)定性。
電火花加工的電極材料要求
損耗小、加工過程穩(wěn)定;生產(chǎn)率高、機械加工性能好、價格低廉;
常用材料
紫銅;石墨;鑄鐵;鋼;黃銅;同鎢合金;銀鎢合金。
結(jié)構(gòu)形式
整體式電極;鑲拼式電極;組合電極。
電火花成形加工型腔模的方法
單電極平動法;多電極更換法;分解電極法。
模具電火花成形加工方法必須滿足三大條件
a). 必須使工具電極和工件被加工表面之間保持一定的間隙,因此在電火花加工中必須具有工具電極的自動進給和調(diào)節(jié)裝置。
b). 火花放電必須是瞬時的脈沖性放電,為此電火花加工必須使用脈沖電源。
c). 火花放電必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進行。