超声电火花复合加工18页PPT

曲线为主，不要设计成尖角形、如刀、剑等。
电火花
石油工业训练中心
1.在加工中，利用丝的单向移动切割工件 2.电极丝的运行速度不到0.2m/s 3.所采用的工作液大多为去离子水，一般为浸泡式供液 4.机床结构复杂，价格昂贵，加工精度高
电火花线切割 4.3.3 低速走丝线切割工件
石油工业训练中心
上下异型件
配合件
石油工业训练中心
电火花线切割
电火花线切割原理 1-绝缘底板 2-工件 3-脉冲电源 4-钼丝 5-导向轮 6-支架 7-丝筒
电火花线切割 4.2.2 高速走丝线切割
石油工业训练中心
电火花线切割 4.2.3 工件形成运动形式
石油工业训练中心
电火花线切割 4.2.4 高速走丝线切割特点
石油工业训练中心
1.贮丝筒使电极丝作正反向交替移动; 2.移动速度可达8～10米/秒; 3.采用线切割专用乳化液，冲洗式供液; 4.机床结构简单，价格低廉，加工精度较好;
计数 加工 方向 指令
N 序号
G
准备 功能
X
X坐 标值
YZF
Y坐 Z坐 进给 标值 标值 速度
;
分段 号
电火花线切割编程 5.2 CAXA软件
石油工业训练中心
电火花线切割编程
5.3 设计图形
请问一下图形有何特点？
石油工业训练中心
首尾相连的线 没有交点 没有断点 没有重合线
电火花线切割编程 5.4 电火花线切割作品
石油工业训练中心
电火花原理
2.1 电火花原理
工具 工具 正极
工件 负极 工件
电
压 根据公式
E=u/d
时间

宝石、硬质合金等硬脆材料加工
其他领域
电火花加工能够有效地完成这些材料的切 割、打孔等操作。
在航空航天、医疗器械等领域，电火花加 工也有广泛的应用。
02
电火花加工设备
机床类型
立式电火花加工机床
适用于加工小型、中型零件，具有结构简单、操作方 便的优点。
卧式电火花加工机床
适用于加工大型、重型零件，具有加工范围广、切削 力强的特点。
加工效率低下
• 加工效率低下是电火花加工中常 见的问题之一，它会导致加工成 本的增加和生产效率的降低。
加工效率低下
•·
1. 效率低下原因分析： 加工效率低下 的主要原因是电火花放电的能量利用 率较低，同时电极的损耗和更换也会 影响加工效率。
加工效率低下
1. 提高能量利用率： 优化电火花加工参数和电 路参数，提高电火花放电的能量利用率，从而
提高加工效率。
3. 并行加工： 采用多轴联动和多电极同时加工的方 式，提高加工效率和加工大型复杂工件的能力。
2. 解决方案：
2. 快速更换电极： 开发快速更换电极的装置和 工具，减少电极更换的时间和操作，提高加工效 率。
06
电火花加工发展趋势与展望
高效电火花加工技术
高效电火花加工技术是提高加工效率的重要手 段，通过改进电火花加工的电源、控制和工艺 参数，实现快速、高效率的加工。
加工速度
01 加工速度是指在单位时间内完成的工件面 积或体积。
02
提高加工速度是提高生产效率的关键。
03
加工速度受到多种因素的影响，如放电间 隙、电极损耗、电流密度、电压等。
04
在保证加工质量的前提下，需要合理调整 这些参数，以提高加工速度。

三菱推獎加工液 EDF-K2
密度(15oC) = 0.77[ g/cm3] 引火点(PM) = 83[oC] 粘度40oC = 2.2 [mm2/s]
石油产物
电火花加工液 石油产物
液体介质(工作液)比较。
目前, 多采用石油产物作为工作液
三菱推獎加工液 EDF-K2
密度(15oC) = 0.77[ g/cm3] 引火點(PM) = 83[oC] 黏度40oC = 2.2 [mm2/s]
电火花加工液
在一般放电加工中, 是使用液体介质(工作液)中进行。 目前, 多采用石油产物作为液体介质(工作液) 液体介质(工作液)主要作用 • 压缩放电信道- 使放电能量高度集中在极少区域内 • 加速电极间隙的冷却 • 加速排除电蚀废弃物 • 有助加强电极表面之覆盖效应
石油产物主要特性
1) 密度(15oC) [ g/cm3] 2) 引火点 (PM)[oC] 3) 粘度40oC [mm2/s] 4) 添加剂
有效放电率减少
电火花加工液
粉末添加剂
大面积加工（油＋粉
末）
Ｃ(静电容量 ）=ε・Ｓ―（面积 ） ｄ （距离 ）
(大面积Ｓ~□５０以上、
表面粗度１０μｍ以下)
精加工加工电流少
↓粉末添加
距离ｄ増加
加工表面平均
导电率（导电性）ε减少 ↓
Ｃ（絶縁性）减少
↓
有效放电率増大
粉末裝置 規格
EA8粉末裝置： I）機床標準油箱容量200L II）粉末所需之份量500g至 1kg III）每次加入石墨粉後，可 加工使用150至200小時。 IV)當每次添加粉末後，只 可使用粉末加工，直至粉末 失效後，將粉末過濾走。
4) 添加剂 在油中添加活化剂(如: 硫,重油,四氯化炭)/添加剂 (如:石墨粉末, 铝粉末,硅粉末)都能够有效地提高加 工效率.

•㈠.极性效应的影响，由于正负极不同而彼此电蚀量不一样的现象，称极性效应。 •㈡.电参数对电蚀量的影响
qa ka wm ft qc kc wm ft
va
qa t
ka wm f
vc
qc t
kc wm f
•式中， • qa、qc——正负极的总蚀除量 • Va、Vc——正负极的蚀除速度 • WM————单个脉冲能量 • f——脉冲频率 • t——脉冲时间 • Ka、Kc——与电极材料、脉冲参数、工作液有关的工艺参数。 • ψ——有效脉冲利用率
脉冲电流波形
2
电火花加工
电火花加工的特点 • 1）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料； • 2）电极和工件在加工过程中不接触，便于加工小孔、深孔、窄缝零件； • 3）电极材料不必比工件材料硬； • 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程的自动控制； • 5) 广泛应用于凹模型孔、型腔加工。
5
• 火花放电产生高温的特性：
• ①.局部：结果使金属材料局部熔化、汽化。
• ②.瞬时：热量集中，来不及扩散，能量密度大 ，最后蚀除掉金属形成放电坑。
• 虽然在正负电极之间加上电源可以实现火花放 电这一物理现象进行实际加工，还要满足一定的 条件才行。
2-3.电火花加工中的一些基本规律
•●影响材料放电腐蚀量的主要因素
• ㈡：工具电极相对损耗速度和相对损耗比
• 在工作现场中，用来衡量工具电极是否耐损耗，不单单是提高工具损耗速度V E，还要看同时能达到的加工速度VW。
• 因此，采用相对损耗或称损耗比θ，作为衡量工具电极耐损耗的指标，即：
• 式中的VE、VW均以mm3/min为单位，θ为体积相对损耗，以g/min为单位，表 示了质量的相对损耗。

功率超声电火花复合加工间隙电磁场研究
现 代 机 加 械 工 与 理 动 论 力 及 工 技 程 术 学 研 院 究 所
阳极熔融坑 阳极（ + ） ++ + +++ ++ 等离子体 加工液介质 超声振动
被压缩 加工液 超声波振动 前沿 e e e e e e e e e
阴极（ - ） 阴极熔融坑
超声放电间隙示意图
超声电火花复合加工试验研究
现 代 机 加 械 工 与 理 动 论 力 及 工 技 程 术 学 研 院 究 所

工件材料：钛合金、硬质合金、镁合金、不锈钢、稀土

对工件材料进行小参数电火花加工和超声电火花复合加工的
对比实验, 具体为：
①电极损耗对比试验
②分析电参数对加工表面粗糙度的影响规律

分析超声参数对加工表面粗糙度、去除率等的影响规律 利用扫描电镜, 观察超声电火花复合加工工件的表面形貌与
国 内 发 展 现 状
哈尔滨工业大学：超声电火花磨料复合加工方法，通过改变电源容量
西北工业大学：对钛合金难加工材料进行了超声电火花复合加工研究
山东大学：对超声振动辅助电火花铣削间隙流场进行了分析和验证
5
电火花加工技术的基本理论研究
现 代 机 加 械 工 与 理 动 论 力 及 工 技 程 术 学 研 院 究 所
泵吸、涡流：冷却工 作液、加快工作液循 环、改善加工环境
放电通道
消电离
超声电火花
加工过程
放电间隙
空化泡溃灭释放的能量有 利于工件材料的去除
电蚀产物
放电点的转移，加大 了放电间隙，减少了 拉弧放电的产生。
主要研究内容：

➢ 等离子的集体振荡频率与放电参数（电压、电流、 间隙等）关系
14
➢功率超声电火花复合加工声场研究
现
机 械 与 动 力 工 程 学 院
代 加 工 理 论 及 技 术 研 究
所
由于功率超声振动的空化效应通常发生在密闭、狭 窄的空间，很难用肉眼直接观察。因此本项目拟进行如 下研究：
➢建立工件电极-工作液-电极丝的液固耦合声场数学模 型；
➢能量分配模型
在功率超声线切割复合加工中，除极间介质击穿释 放的热能、动能、磁能、光能、声能以及电磁波辐射等 外，还受到辅助超声作用。
➢利用有限元软件进行温度场仿真
16
现
机 械 与 动 力 工 程 学 院
代 加 工 理 论 及 技 术 研 究
所
超声电火花复合加工试验研究
工件材料：钛合金、硬质合金、镁合金、不锈钢、稀土 ➢ 对工件材料进行小参数电火花加工和超声电火花复合加工的 对比实验, 具体为： ①电极损耗对比试验 ②分析电参数对加工表面粗糙度的影响规律 ➢ 分析超声参数对加工表面粗糙度、去除率等的影响规律 ➢ 利用扫描电镜, 观察超声电火花复合加工工件的表面形貌与 电火花加工工件表面形貌的区别、重熔层的厚度差异程度, 观察 了零件的表面裂纹 ➢ 最后利用X 射线衍射方法观察钛合金加工表面的成分, 证实 了加工过程中没有对钛合金中的钛元素产生影响
➢借助有限元分析软件，对超声声场进行详细分析，重 点研究工件与电极丝在液体中的声压分布，进行2D、 3D的声场谐响应分析，与功率超声声振系统谐响应分 析进行对比研究；
➢对超声空化特性进行分析，研究其对超声电火花的影 响情况；
➢研究超声频率和振幅对工作液超声空化的影响情况。
15
➢功率超声电火花复合加工温度场研究

气体膜
电解液一侧产生 放电点，产生蒸气
电弧柱延长
第3页/共18页
电解电火花复合加工装置示意图 1-电解液槽与过滤系统; 2-工件; 3-机床; 4-电极（阴极）; 5-脉冲 电源; 6-硅整流电源; 7-隔离二极管; 8-开关; 9-液压表; 10-电解液泵
第4页/共18页
复合加工时的波形
第5页/共18页
第16页/共18页
电参数对工艺效果的影响
第17页/共18页
感谢您的观看！
第18页/共18页
第12页/共18页
复合电源加工电压波形
脉冲电源加工电压波形
第13页/共18页
脉冲宽度对复合电源加工电压波形的影响
脉宽128μs; 脉间20μs; 峰值电流60A ; 压力0.4MPa 电解液：4% NaNO3
脉宽16μs; 脉间20μs; 峰值电流60A; 压力0.4MPa 电解液：4% NaNO3
∆-×
∆-Ο
脉冲方波+
三相全波+C Ο
Ο
∆-Ο
脉冲方波+ 单相全波+C
×-∆
∆
∆-×
×
40Cr,YT15,TC-4
Ο
40Cr,YT15,TC-4
Ο
40Cr,TC-4
∆
4Cr,YT15,TC-4
×
4Cr,TC-4
表中“Ο”好、“∆”较好、“×”差、C—附加电容
第9页/共18页
Vg/mg·min-1
Vg/mg·min-1
350
：复合电源
300
：脉冲电源
250
200
150
浓度—生产率关系
100
50
0