电火花加工

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电火花加工机
电火花加工控制面板

放電加工英语Electrical Discharge Machining,简称EDM),中國大陆稱為电火花加工、台灣稱為放電加工,是特种加工技术的一种,广泛应用在模具制造、机械加工行業。放電加工可以用来加工传统切削方法难以加工的超硬材料和复杂形状的工件,通常用于加工导电的材料,可以在诸如钛合金工具钢碳钢硬质合金等难加工材料上加工复杂的型腔或者轮廓。

放電加工原理是在导电的工具电极和工件之间施加上周期性快速变化的电压脉冲,通过浸没在绝缘介质中的工具电极与工件之间的脉冲性放电所产生的局部高温使工件表面金属熔化、气化,从而蚀除金属。因此在加工过程中几乎不存在切削力。

应用这种加工方法的机床主要有:

  • 放電成型加工机床:工具电极一般采用石墨或紫铜,工具和工件浸没在煤油基工作液中,通过放电把工具电极上的形状复制到工件上。
  • 放電线切割加工机床:采用去离子水(Deionized water)作为绝缘介质,采用黄铜丝或黄铜镀锌丝作为工具电极( 中国发明的往复走丝电火花加工线切割机床通常采用乳化液,采用钼丝作为工具电极)。

歷史[编辑]

1943年,苏联学者拉扎连科夫妇(Dr. B.R. Lazarenko 及 Dr. N.I. Lazarenko )发明电火花机,使用电阻、电容回路,即RC回路。50年代,改进为电阻、电感、电容等回路,即既RLC回路。60年代,改进为晶体管,可控硅脉冲电源。

70年代,改进为高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲、可调波形脉冲电源。80年代,采用工业级CPU控制,能实现G码编辑等功能,极大的提升了使用性能。日本牧野(Makino)公司在1980年發明第一台数字控制放電加工機。至1990年代,采用了多轴控制及刀库(ATC)技术。近些年,无电阻技术、直线导轨技术、混粉技术等一批新工艺也成功运用在电火花机上。

放電加工區[编辑]

優點[编辑]

放電加工具有以下的優點:

  • 可以製造傳統切削加工機所無法生產的奇形异面。
  • 加工堅硬的材料也可以有好的公差精度。
  • 傳統加工機的切削力可能會損壞小型的工件,但放電加工沒有此情形。

缺點[编辑]

放電加工具有以下的缺點:

  • 不能加工非導體(已經有技術可以加工陶瓷材料)。
  • 加工速度緩慢。
  • 加工成本高。

線切割[编辑]

隨著更嚴格的公差,多軸線切割加工中心機新增許多功能。像是多條線同時切割兩個部份、控制線的磨損、斷線時自動穿線、優化加工步驟。

線切割常用於需要低殘留應力的地方,由於線切割幾乎沒有存在切削力,所以不會對材料增加應力。也幾乎不會影響材料的機械性能。


放電加工分类[编辑]

  • 1.放電线切割,区分快走丝线切割,中走丝线切割,慢走丝线切割。

快走丝线切割的走丝速度为6~12 m/s,电极丝作高速往返运动,切割精度较差。 中走丝线切割是在快走丝线切割的基础上实现变频多次切割功能,是近几年发展的新工艺。 慢走丝线切割的走丝速度为0.2m/s,电极丝做低速单向运动,切割精度很高。

  • 2.放電成型机,区分CNC放電成型机及ZNC放電成型机。

CNC放電为三轴或多轴数控放電成型机,ZNC放電单轴数控放電成型机。

  • 3.专用放電,如轮胎模具专用放電,鞋模专用放電等等

电火花机分类[编辑]

  • ZNC电火花机:Z轴或单轴数控电火花,X轴及Y轴手动,是较为实用型的电火花机。
  • CNC电火花机:XYZ三轴数控或更多轴数控的电火花机。CNC电火花机具有自动靠模、自动寻心、自动编程、G码编程、三轴联动放电等诸多功能。
  • 线切割电火花机:主要用于切割加工。线切割电火花可细分为快速走丝线切割、中速走丝线切割、慢速走丝线切割等。
  • 细孔电火花机:主要用于加工0.3-3.0mm的小孔。
  • 专用电火花机:有轮胎模具专用电火花机、鞋模专用电火花机、钨钢专用电火花机等。

放電机放电微观过程[编辑]

1.电极与工件之间距小到数微米(μm)的距离时,(工件及电极表面不是絕對平的)首先距离最短的地方电场强度最大,在电场作用下-极表面产生电子向+极发射。此时电压开始上升,但无电流

2.极电子向+极产生高速运动并相互碰撞,使介质(火花油)产生电离。介质击穿放电,电子和电离相互运动,既产生放电通道。电压到达引弧高度,电流开始产生。

3.脉冲电源通过放电通道瞬时释放能量,放电点和放电通道温度急剧上升,中心温度高达壹万摄氏度,瞬时压力高达10兆帕。在高温的作用下放电点的金属物被爆炸性熔化或气化。电压及电流到加工设定值。

4.金属物被熔化或气化的同时,10兆帕的压力将金属颗粒抛离工件表面。此时电压及电流开始下降。

5.当脉冲电流结束时,极间的放电通道迅速消失,极间瞬间高温也迅速消失,进入休止期,介质恢复绝缘。等待下一次放电。此时电压及电流均消失。

6.此时一个放電周期完成,被加工表面产生一个凹坑。象这样的电火花放电周期每秒钟将重复几十万到几百万次,即形成放电加工。