电火花磨削是指在工具和工件之间产生脉冲放电来去除导电材料的
电火花加工,英文简称EDG。电火花磨削分为电火花成形
磨削、电火花小孔内圆磨削、
电火花铲磨、电火花刃磨和电火花螺纹磨削等几种方法。前两种加工方法应用较广。
简介
在电火花成形磨削中,导电磨轮一般采用高纯
石墨材料,根据加工要求修整成形。磨轮和工作台都与机床其他部分绝缘而分别与脉冲电源相连接。脉冲电源的电压一般为30~400伏,频率 200~500千赫。磨轮的
线速度通常为30~180米/分。
磨削时在磨轮与工件之间供给充分的工作液(一般用煤油)。工作台在伺服控制作用下以一定的速度向磨轮进给,使工件与
磨轮之间保持狭小的火花间隙(0.01~0.07毫米),在火花间隙中产生的高频火花放电去除金属材料,从而达到磨削加工的目的。电火花成形磨削的精度一般可控制在 0.005毫米以内。表面
粗糙度与火花频率和工件材料等因素有关,通常在Rα1.25~0.16微米范围内。电火花成形磨削适用于加工任何导电材料,对机械磨削困难的硬质材料更能发挥优越性。用这种方法可磨削硬质合金成形
刀具、可转位刀具的刀片、淬硬的镶拼模具或
齿条等。由于磨削过程中无机械切削力,电火花磨削还可用于磨削微细、薄壁等易变形的零件和深槽、狭缝等。
工作原理
电火花小孔内圆磨削的原理是:将电极丝水平放置或垂直放置,工件作旋转运动,并沿电极丝作往复运动,同时工件还向电极丝(或电极丝向工件)作进给移动。
电极丝通常用紫铜制成,直径一般为0.5~2毫米。电火花小孔内圆磨削的
精度一般为0.002~0.005毫米,表面粗糙度一般为Rα0.32~0.16微米,最高可达Rα0.04~0.02微米。电火花小孔内圆磨削适合于
磨削直径 5毫米以下的深小孔和锥孔,可用于加工弹簧夹头、微型
轴承、
组合夹具、钻套、模具和阀体等零件的小孔。
电火花小孔磨削
在生产中往往遇到一些较深、较小的孔,而且精度和
表面粗糙度要求较高,工件材料(如磁钢、硬质合金、耐热合金等)的机械加工性能很差。采用磨研方法加工这些小孔时,生产率太低,采用内圆磨床磨削也很困难,因为内圆磨床磨削小孔时砂轮轮轴很细,刚度很差,砂轮
转速也很难达到要求。例如,磨直径1.5mm的内孔,砂轮外径为1mm,取线速度为15m/s,则砂轮转速为30000 r/min,制造这样高速的磨头比较困难。采用电火花磨削或镗磨能较好的解决这些问题。
电火花
磨削可在穿孔,成形机床上附加一套磨头来实现,使工具电极作旋转运动,如工件也附加一旋转运动,则磨得的孔可更圆。也有设计成专用电火花
磨床或电火花坐标磨孔机床的,也可用磨床、铣床、钻床改装,工具电极作往复运动,同时还回转。在坐标磨孔机床中,工具还做公转,工件的距离和孔径靠坐标数控系统来保证。这种操作方法比较方便,但
机床结构复杂,制造精度要求高。
电火花镗磨与磨削不同之处是只有工件的旋转运动,电极的往复运动和进给运动,而电极工具没有回转运动。电火花镗磨虽然生产效率低,但比较容易实现,而且加工精度高,
表面粗糙度值小,小孔的圆度可达0.003~0.005mm,表面粗糙度小于Ra0.32um,故生产中较多应用。目前已用来加工小孔径的弹簧夹头,可以先淬火,后开缝,再磨孔,特别是镶有
硬质合金的小型弹簧夹头和内径1mm以下、圆度在0.01mm以内的钻套,还用来磨削加工
粉末冶金用压膜,这类压膜材料多为硬质合金。
电火花磨削外表面
电火花磨削外表面是相对于磨削内孔而言,通常是指磨削外圆和平面,在相应的通用或专用电火花磨床上进行。
轧辊电火花外圆磨床
近十年来出现的所谓‘‘电容爆’’,短电弧电火花磨床
机床,常用来加工磨削、整平各种轧辊和水泥磨辊。另一种是轧辊表面电火花毛化工艺及机床,用来使已磨光的轧辊表面
电火花加工出具有无数小凹坑的毛化表面,使轧制的钢板在冲压拉伸时表面可以存
润滑油;并在喷漆,刷
油漆时对底漆有很强附着力,这对汽车外观很重要。
电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀
采用电火花铲磨硬质合金
小模数齿轮滚刀的齿形,已用于齿形的粗加工和半精加工,使生产率提高3~5倍,成本降低4倍左右。电火花铲磨时,工作液是浇注到加工
间隙中去的,所以要考虑油雾可能引起的燃烧问题,因此,一般采用黏度较大、燃点较高的5号油,加工表面粗糙度略好而生产率稍低,但能避免油雾引起的着火问题,比较安全。
电火花双轴回转展成法磨削凹凸球面、球头
加工光学透镜、眼镜等用的凹凸面注塑模,近年来常用以压注
聚碳酸酯等透明塑料成为凹凸球面透镜,广泛用于放大镜、中低档照相机、中低档眼镜加工中。这类凹凸球面和球头等很容易用双轴回转展成法电火花磨削来加工。加工原理为工件和空心管状工具电极各作正、反方向旋转,工具电极的旋转轴心线与水平的工件轴心线调成a角,工具电极沿其回转轴心线向工件伺服进给,即可逐步加工出精确的凹球面来。如果将a角调节成较小的角度,即可加工出较大曲率半径的凹球面甚至平面。球面曲率半径R,管状工具
电极的中径d,球面的直径D和两轴的夹角a有如下关系:
在直角三角形OAB中,sina=a/2R;
在直角三角形ACD中,cosa=D/2d;
所以球面曲率半径R=d/2sina,球面直径D=2d/cosa。
可见,如果a角调节的很小,则可以加工出很大
曲率半径的球面;如果a=0,则两回转轴平行,可加工出光洁平整的平面。
上述原理和铣刀盘飞刀旋风
铣削球面,球头以及用碗状砂轮磨削球面,球头原理一样,但是用管电极电火花加工的工艺适应性很强,‘‘柔性’’很高,而且可以自动补偿刀具电极的耗损,对加工精度没有影响。
高阻抗材料的电火花磨削
聚晶金刚石被广泛用作拉丝模、
刀具、磨轮等材料。它的硬度仅次于天然
金刚石。聚晶金刚石整体有一定导电性能,可以用
电火花加工。电火花加工聚晶金刚石的要求是:
1、要采用400~500v较高的
峰值电压,以克服较大电阻率,使有较大放电间隙,易于排屑;
2、要用较大峰值电流,一般瞬时电流需在50A以上。为此,可以采用RC线路
脉冲电源,
电容放电时可输出较大峰值电流,增加爆炸抛出力。电火花加工
聚晶金刚石原理是靠火花放电时的高温将导电的黏结剂熔化,气化蚀除掉,同时电火花高温使
金刚石的粉末‘‘碳化’’成为可加工的石墨,也可能因黏结剂被蚀除掉后而整个金刚石微粒自行脱落下来。有些导电的工程
陶瓷及立方氮化硼材料等也可以用类似的方法进行电火花加工。