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作者: 发布时间:2012-08-25 来源: 繁体版
电火花成形加工作为特种加工工艺,自创建以来,已获得了很大发展,但存在加工效率低、电极损耗大的问题。电解加工利用电化学阳极溶解作用对材料进行去除,加工效率高,但通常加工精度较低,低频宽脉冲成形加工尺寸精度一般为
电火花成形加工作为特种加工工艺,自创建以来,已获得了很大发展,但存在加工效率低、电极损耗大的问题。电解加工利用电化学阳极溶解作用对材料进行去除,加工效率高,但通常加工精度较低,低频宽脉冲成形加工尺寸精度一般为0.1~0.15mm[1]。电解放电复合加工同时利用电化学阳极溶解作用和电火花高温熔解作用对金属材料进行去除,利用电镀作用对电极损耗进行一定程度的补偿,选择合适的工艺参数,可实现高效、低损耗加工。m5X自动化在线网
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电解放电复合加工机理m5X自动化在线网
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电解放电复合加工最早由日本学者提出[2],因具有独特的工艺特性,广大专家学者对其进行了大量的研究工作。20 世纪80 年代国外学者对加工机理和孔加工工艺进行探索,成功实现了复合过程,并获得了高的加工效率。20 世纪90 年代复合型腔加工、复合光整加工获得了较大进展,研究成果显著[3]。但受加工机理和工艺研究不够深入,以及电解作用和电火花作用比例无法有效控制的制约,近些年电解放电复合加工的研究成果较少,该工艺方法还未正式应用于实际生产。m5X自动化在线网
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对于该复合加工工艺方法,不同的研究者对其命名也不同,有电火花电化学复合加工[2]、电解电火花复合加工[3]、电化学放电加工[4]、电解放电复合加工[5]。具体工艺过程也存在差别。哈尔滨工业大学郭永丰和南京航空航天大学邱明波研究的复合加工[2-4],工作液电导率较大,电解只是为电火花放电创造条件,工件为绝缘材料,需要有辅助电极,材料的去除全部由电火花放电完成。华南理工大学王建业和西北工业大学任中根研究的复合加工在导电能力极弱的工作液中进行[3-5],其加工对象为导电工件,电火花放电和电解溶解共同作用将材料去除,其加工原理如图1 所示,给两电极之间加上电压后,工件和电极之间的等效电阻用R * 表示,R 为电源自身电阻。在电极间隙为数μm 的条件下,只要工作液电导率选取合适,电阻R * 就可分得足够大的电压,在间隙中产生强电场,将工作液击穿,即发生电火花放电。

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等效电阻阻值R * 可按点- 面接触模型计算[6],其计算公式为:

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式中,G 为工作液电导率;S d 为进电点面积。m5X自动化在线网
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本文针对紫铜材料电火花加工电极损耗大的问题,采用弱电解质做工作液,进行系列实验,探索工作液电导率对加工质量的影响规律。m5X自动化在线网
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工艺试验设计m5X自动化在线网
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本文研究在弱电解质中的电解放电复合加工。以中物院机械制造工艺研究所研制的微细电火花精密加工系统μEDM-50 作为实验平台,该系统集成了纳秒级脉宽的微能脉冲电源及精密运动平台,具有一维、二维、三维微细加工能力。m5X自动化在线网
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工作液的配置是实验设计的关键步骤之一。要实现电解放电复合加工,复合加工工作液除传统电火花液必须具备的压缩放电通道、排除间隙产物等作用外,还必须具备一定的导电能力。本文采用往去离子水中加入三乙醇胺的方式配制工作液。三乙醇胺电导率约为1ms/cm,可与水以任意比互溶,具有良好的活化作用、分散功能以及防锈功能[1]。m5X自动化在线网
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电解放电复合加工过程中,加工尺寸精度、加工效率及电极相对损耗,除受机床本身性能影响外,还受电源参数、主轴转速、电极及工件材料、工作液添加方式、工作液的溶剂类型及电导率等因素的影响。其中,工作液的电导率是决定复合加工能否稳定进行、复合加工质量好坏的关键因素。本文在选定溶剂、溶质类型前提下,对工作液的电导率进行相关试验研究,试验条件如表1 所示。

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试验系统如图2 所示,进行小孔加工,加工过程中,采用Tektronix 公司的高压隔离探头对加工过程中两电极间的电压信号进行监测,电流探头对加工回路中的电流信号进行监测,示波器对监测到的电压电流信号进行存储和分析。

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试验结果与分析m5X自动化在线网
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1 电导率对加工精度的影响m5X自动化在线网
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加工尺寸偏差用d 来评估,d=(d2-d1)/2, d1 为加工前电极直径,d2为加工后小孔直径,采用显微镜对电极直径和孔径进行放大测量。d 与电导率的关系曲线如图3 所示,加工精度随电导率的增大而降低,当电导率大于320μs/cm 后,精度降低非常显著。

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电导率对加工精度的影响有多个方面的原因。首先,加工紫铜的过程中,阳极除了由于高温熔解形成金属微粒外,还会形成金属氧化物微粒。由于工作液具有导电性,两电极之间除了发生电火花放电,还存在电解作用。在电极阳极,因电极电位很高,同时存在式(2)、式(3)两个反应:

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新生成的O2 具有较强氧化性,易失去电子,与进入溶液中的Cu+ 结合,生成Cu2O 微粒。Cu2O 微粒同时受到溶液的冲击作用和阴极产生的气泡的扰动作用,在加工间隙滞留一定时间后,随工作液一起流出间隙。新生成的Cu2O 进入间隙,已经滞留一定时间的颗粒流出间隙,这样加工间隙总有一定量的金属氧化物微粒存在。在同样的电参数条件下,加工间隙分布的金属氧化物颗粒可使间隙局部电场强度增大至原电场强度的3 倍[8]。阴极电极表面发生式(4)所示的反应:

弱电解质中电解放电复合加工工艺技术
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