特种加工论文80673

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特种加工论文题目：电火花电极材料的选择及对加工速度的影响系别：机电信息系专业：机械设计制造及自动化班级：姓名：学号： 电火花电极材料的选择及对加工速度的影响摘要：在电火花加工中，工具电极材料的选择非常重要，它不仅影响到电火花加工的稳定性，还影响到电火花的加工速度和工具电极的损耗，生产率的影响。在很大程度上，材料的选取是否恰当，决定了放电速度、加工精度以及表而粗糙度的最终情况。不同工具电极加工速度之所以不同，其原因在于能量在工具电极和工件间的分配比例不同，这点有关资料及教材都有定论。本文通过对各类电火花加工电极材料进行及其对加工效果、电极损耗和进行了详细的分析，提出了在实际加工中合理选取电极材料的原则核对加工速度的影响，对进一步提高加工质量具有一定意义。关键字：电火花；电极材料；加工速度EDMElectrodeMaterialChoiceandtheInfluenceoftheProcessingSpeedAbstract:inelectricaldischargemachining,thetoolelectrodematerialschoiceisveryimportaint,itnotonlyaffectsthestabilityoftheelectriesparkmachining,butalsoaffecttheelectricsparkprocessingspeedandtoolelectrodeloss,theinfluenceofproductivity.Toagreatextcnt，thematerialsclcctionofproper^determinesthedischargespeed,themachiningaccuracyandsurfaceroughnessofthefinalsituation.Differenttoolelectrodeprocessingspeedisdifferent,itsreasonisthattheenergyinthetoolelectrodeandworkpiecethedistributionproportionbetweendifferent,thisrelevantinformationandmaterialsarccletcrminccLThisarticlethroughtoallkindsofelectricsparkmachiningelectrodematerialsanditsproccssingeffect,electrodelossandthedetailedanalysis,putforwardtheactualprocessingrationalselectionoftheprincipleofelectrodematerialscheckprocessingspeed•Keywords:EDM;Electrodcmeiterials;Processingspeed 一、引言在电火花成型加工屮，工具电极是一项非常重要的因素，电极材料的性能将影响电极的电火花加工性能（材料去除率、工具损耗率、工件表而质量等），因此,正确选择电极材料对于电火花加工至关重要。电火花加工用工具电极材料应满足高熔点、低热胀系数、良好的导电导热性能和力学性能等基本要求，从而在使用过程中具有较低的损耗率和抵抗变形的能力。电极具有微细结晶的组织结构对于降低电极损耗也比较有利一般认为减小晶粒尺寸可降低电极损耗率⑴。此外,工具电极材料应使电火花加工过程稳定、生产率高、工件表而质量好，且电极材料本身应；易于加工、来源丰富及;价格低廉。由于电火花5加工的应用范围不断扩展，对与之相适应的电极材料（包括相应的电极制备方法）也不断提岀新的要求。随着材料科学的发展，人们对电火斗()0()3(X)02(X)01(XX)0紫铜石墨鹤黄铜锌锌合金图1.1电极材料的熔点花加工工具电极材料不断进行着探索和创新，冃前在研究和生产中已经使用的工具电极材料主要有石墨、紫铜、黄铜、铜卡乌合金银卡乌合金、钢、铸铁。二、EDM常用工具电极材料1•石ill图1.1石墨电极材料石墨具有良好的抗热冲击性，耐腐性、在高温下具有良好的机械强度，热膨胀系数小，在宽脉冲大电流的情况下具有电极损耗小的特点，是电火花加工屮广泛使用的工具电极材料。按石墨粒子的大小、材料的密度和机械与电性能进行分级。其中细级石墨的粒子和孔隙率较小，机械强度较高，价格也较贵，用于电火花加工时通常电极损耗率较低，但材料去除率相应也要低一些。市场上供应的石墨等级平均粒子大小在20um以下，选用时主要取决于电极的工作条件（粗加工、半精加工或精加工）以及电极的几何形状。 石墨种类的选择主要取决于具体的电火花加工对材料去除率和电极损耗率哪方而的要求更高。与其它电极材料相比，石墨电极可采用大的放电电流进行电 火花加工，因而生产率较高;粗加工时电极的损耗率较小，但精加工时电极损耗率增大，加工表面粗糙度较差，加工光洁度略低于紫铜电极，容易脫落、掉渣、易拉弧。石墨电极重量轻，价格低。由于石墨具有高脆性，通常难以用机械加工方法做成薄而细的形状，因此在精细复杂形状电火花加工中的应用受到限制。2.紫铜紫铜材料塑性好，可机械加工成形、锻造成形、电铸成形及电火花线切割成形等，能制成各种复杂的电极形状，但难于磨削加工。用于电火花加工的紫铜必须是无杂质的电解铜，最好经过锻打。紫铜加工稳定性好，在电火花加工过程中，物理性能稳定，能比较容易获得稳定的加工状态，不容易产生电弧等不良现象，在较困难的条件下也能稳定加工。精加工中采用低损规准可获得轮廓清晰的型腔，因组织结构致密，加工表而光洁度高，配合一定的工艺手段和电源后，表面加工粗糙度可达Ra0.025pm的镜而超光加工。但因本身材料熔点低（1083°C）不宜承受较大的电流密度，一般不能超过30A电流的加工，否则会使电极表面严重受损、龟裂，影响加工效果。紫铜热膨胀系数较大，在加工深窄筋位部分，较大电流下产生的局部高温很容易使电极发生变形。紫铜电极通常采用低损耗的加工条件,由于低损耗加工的平均电流较小，其生产率不高，故常对工件进行预加工。紫铜电极可适合较高精度模具的电火花加工，像加工中、小型型腔，花纹图案，细微部位等均非常合适。3.黄铜黄铜电极损耗大，加工速度也比紫铜慢，但放电时短路少，加工稳定。冃前在电火花成形加工中一般不使用黄铜电极，但低速走丝线切割加工中仍使用。4.铜铸合金与银鹄合金铜钩合金与银钩合金类电极材料它的强度和硬度高，密度大，熔点将近3400°C,由于含钩量高，可以有效地抵御电火花加工时的损耗，能保证极低的电极损耗，在极困难的加工条件下也能实现稳定的加工，能加工出高品位的表面。其电极制造采用机械加工较容易成形。缺点是其价格昂贵，材料来源困难。铜钩合金与银钩合金类电极材料在通常加工中很少采用，只有在磨具高精密及一些特殊场合的电火花加工屮才常被采用。5•钢钢作为电极材料，机械加工性好，但加工稳定性较差，在钢冲模等加工中, 加工速度为紫铜的1/3-1/2,电极损耗比为15%~20%,不能实现低损耗。6.铸铁铸铁电极是目前在国内被广泛应用的一种材料，主要特点是制造窖易，价格低廉，材料来源丰富，放电加工稳定性也较小，特别适用于复合式脉冲电源加工，电极损耗一般在20%以下，对加工冷冲模最合适。三、电极材料选择3.1电极材料必须具备的特点在电火花加工的过程屮，电极用來传输电脉冲，蚀除工件材料。电极材料必须具有导电性能良好、损耗小、加工成形容易、加工稳定、效率高、材料来源丰富、价格更便宜等特点。3.2电极材料的选择原则合理选择电极材料，可以从下列方面进行考虑：电极是否容易加工成形；电极的放电加工性能如何；加工精度、表而质量如何；电极材料的成本是否合理；电极的重量如何。在很多情况下，选择不同的电极材料各有其优劣之处，这就要求抓住加工的关键要素。如果进行高精度加工，那就要抛弃电极材料成本的考虑,如果要求进行高速加工，那就要将加工精度要求放低。很多企业在选择电极材料上，根本就不作考虑，大小电极一律习惯选用紫铜，这种做法在通常加工屮不会发现其弊端，但在极限加工中就明显存在问题，影响加工效果，在精细加工中就往往会埋怨机床损耗太大，需要采用很多个电极进行加工，大型电极也选用紫铜,致使加工所耗时间很多。3.3电极材料选择的优化方案即使是同一工件的加工，不同加工部位的精度要求都是不一样的。选择电极材料在保证加工精度的前提下，应以大幅提高加工效率为冃的。高精度部位的加工可选用铜作为粗加工电极材料，选用铜钩合金作为精加工材料；较高精度部位的加工粗精加工均可选用铜材料；一般加工可用石墨作为粗加工材料，精加工选用铜材料或者石墨也可以；精度要求不高的情况下，粗精加工均选用石墨。这里的优化方案还是强调、充分利用了石墨电极加工速度快的特点。四、电极材料对加工速度的影响对于电火花成形加工來说，加工速度是指在单位时间内工件被蚀除的体积或重量。提高加工速度就提高了生产效率，因此，研究影响加工速度的因素，提高加工速度具有非常重要的意义。一般用体积表示。若在时间t内，工件被蚀除的体积为v,则加工速度几为Vw-v/t{xm/mvL）o在规定表面粗糙度（如Ra=2.5um）,相对电极损耗时的最大加工速度，是衡量电加工机床工艺性能的重要指标。一般情况下，生产厂给出的是最大加工电流，在最佳加工状态下所能 达到的最高加工速度。因此，在实际加工时，由于被加工件尺寸与形状的千变万化，加工条件，排屑条件等与理想状态相差甚远，即使在粗加工时，加工速度也往往大大低于机床的最大加工速度指标。3.1脉冲宽度的影响脉冲宽度是加到电极和工件上放电间隙两端的电压脉冲的持续时间。脉冲宽度确定单个脉冲的脉冲能量，随着脉冲宽度增大，工件的蚀出量越多，产生的蚀坑越深越宽，工件表而粗糙度值越大。脉冲宽度越大，电极损耗降低。在电流不变的情况下，再增大脉冲宽度，加工速度反而下降。因为脉冲宽度过长，不是正常的放电加工，而是在工件表而烧蚀，加工不稳定。据周旭光等编著的《特种加工技术》一书，介绍紫铜和石墨电极加工钢时随脉冲宽度的变化呈如图曲线关系:正极性1=42A负极性ic=42A负极性*=42A负极性必=14A负极性必=14A图1.3紫铜和石墨电极加工钢时随脉冲宽度的变化呈如图曲线关系如图曲线关系石墨加工速度低于紫铜，随着脉冲宽度增加，两种电极的加工速度都增加，但石墨电极的增加速度高于紫铜电极，（1）当脉冲在10us左右时，石墨电极的加工速度超过紫铜电极。（2）当脉宽增加到lOOus左右石墨电极的加工速度达到最大值。随着脉冲宽度继续增加石墨电极的加工速度以较快速度下降。而紫铜电极的加工速度仍然处于随脉冲宽度增加而增加的阶段，直到脉冲宽度增加到数百微秒后紫铜的加工速度才随脉冲宽度的增加而以较慢速度下降。（3）总之石墨电极加工速度随脉冲宽度变化而变化的速度比紫铜电极更明显，更迅速；石墨电极在相同脉冲电流时最大加工速度高于紫铜，但具有较大加工速度的脉冲宽度范围较窄，明显小于紫铜。 4.2脉冲间隔的影响脉冲间隔是两个电压脉冲之间的间隔时间，改变脉冲间隔每次放电的能量和工件蚀除量保持不变，而改变相同时间内的放电次数脉冲间隔影响加工速度和加工稳定性,表而粗糙度几乎不变，加工速度和电极损耗发生变化。脉冲间隔增大，加工速00:0n[^^300400500600Z/us.4脉冲间隔与加工速度关系曲线度减小，脉冲间隔达到某一值时，如果脉冲间隔再增加，电极损耗反而会增大,由于脉冲间隔增加，极间介质的消电离比较充分，有利于形成覆盖层，因而电极损耗减小。但脉冲间隔过小，电极和工件之间的消电离不充分，可能在电极和工件表而产生烧蚀现彖和加工不稳定。4.3峰值电流的影响一般来说，当而积不变，脉宽不丫卅变，峰值电流达到某一值时，继续增大，岀现加工不稳定，电极和工件会产生拉弧烧伤，生产率反而降低。在要求加工速度高时，一般根据加工而i丄11・「积來选择加工电流，其经验值是01020304050UA3^6A/cm2o电流越大电蚀的凹坑就越大图2.5峰值电流与加工速度关系曲线越宽，因而随着峰值电流的增加，表面粗糙度增加。薄片电极刚开始几乎是点接触工件放电，细小电极承受不了过强的电流，容易损坏，因此刚开始时应把电流调低，然后再慢慢调大峰值电流直到放电稳定，加工速度最快。4.4极性效应和抬刀影响电火花加工时，相同材料两电极的被腐蚀量是不同的。其屮一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现彖叫做极性效应。如果两电极材料不同，则极性效应更加明显。在加工过程中，极性效应愈显著愈好，通过充分利用极性效应，合理选择加工极性，以提高加工速度，减少电极损耗。极性的选择主要靠实验确定。在加工过程中，设置合理的抬刀也具有非常重要的意义。抬刀设置不合理,如加大抬刀高度和加快抬刀频率，都会使加工速度降低。4.5加工稳定性的影响众所周知，加工不稳定，加工效率肯定降低，要保证加工稳定性，就应注意 工具电极和工件一定要装夹牢固，防止加工中松动移位；在刚开始加工时，由于加工表而接触不均匀，应选取较小的电参数，待加工面全部均匀接触放电时，再选取相适应的电参数；在加工过程屮如果出现拉弧烧伤短路现彖，应立即停机，将电极上烧结碳黑清除干净后，再调整电参数进行加工。另外，对于实现计算机控制的电火花机床，一般都在控制程序里有优化控制的功能，因此，最好把优化控制参数开关打开，使其自动控制加工稳定性。五、结论总之，合理选择电极材料，主要考虑：电极是否容易加工成形；电极的放电加工性能如何；加工精度、表面质量如何；电极材料的成本是否合理；电极的重量如何。如果进行高精度加工，那就要抛弃电极材料成本的考虑，如果要求进行高速加工，那就要将加工精度要求放低。还有电极材料选择影响到加工速度，主要考虑：脉冲宽度；脉冲间隔；峰值电流；极性效应和抬刀和加工稳定性。 参考文献［1］刘晋春等特种加工（第五版）［M］北京：机械工业出版社［2］余承业.特种加工新技术［M］北京：国防工业岀版社，1995［3］周旭光《特种加工技术》［J］西安：西安电子科大岀版社，2004年7月［4］寇元哲影响电火花成形加工工艺指标的因素分析研究［J］甘肃畜牧工程职业技术学院2008年第21期［5］马国亭EDM石墨电极材料及选择方法［J］《磨具制造》2009年第9期［6］伍端阳模具制造电火花加工电极材料的合理选取［J］北京阿奇夏米尔技术服务有限责任公司2007年第1期［7］吕刚刘勇等电极材料在电火花加工中对加工速度的影响［J］南方农机2010年第1期