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    火花機對石墨電極加工性能有什么影響


    火花機對石墨電極加工性能有什么影響
    1.1 主軸性能的影響
    主軸是火花機的一個關鍵部件,它控制工件與工具電極之間的放電間隙。主軸的抬刀速度、傳動速度和搖動方式直接影響生產率、表面粗糙度和加工穩定性等工藝指標。目前已普遍采用步進電動機、直流電動機或交流伺服電動機驅動主軸。
    1.1.1 抬頭排屑
    主軸抬刀對于改善深槽(型腔)窄縫等微細加工的排屑,防止積碳和二次放電等現象有明顯影響。發展高速抬刀是必然趨勢。目前交流伺服電機驅動,抬刀速度一般可達3~5m/min。日本Sadick公司AQ35L主軸采用直線電機控制,傳動機構簡單,不用滾珠絲杠,沒有傳動間隙,能實現高速度、高加速度移動,滿足了EDM加工高速響應的要求。最大驅動力高達3000N,快進速度可達100m/min,最大加速度達到1g以上,能及時排除電蝕產物消除集中放電、二次放電。間隙不均勻性等得到極大的抑制,特別是對加工深槽窄縫能產生良好的效果。例如:用端面面積為1mm×38mm、斜度1°的石墨片電極加工鋼,深度達70mm,免沖液,粗加工用時2h10min,精加工用時1h30min,總共用3h40min,提高了加工速度。瑞士 Charmilles公司的ROBOFORM 35P機床,不但提高了主軸運動速度,還提高了坐標軸的運動速度,使電極交換時間節省35%。用截面20mm×20mm的電極,無沖液加工100mm深的型腔,加工時間僅為5h,表面粗糙度達到Rmax10μm。Makino EDNC系列抬刀速度在小型機床上是2m/min,在大型機床上是10m/min。
    1.1.2 主軸搖動
    主軸的搖動功能可使加工表面均勻,得到高精度和高質量的加工表面。目前已有多種搖動方式,除了圓形和方形搖動外,還有六角、半圓柱、半球、三維射線、三維圓弧等搖動軌跡,遇到其他任意形狀,可根據一個完整的輪廓建立所需的搖動方式。日本Mitsubishi EA系列電火花機床新開發的Orbit Pro搖動功能,電極以恒定運動進行加工,跟蹤目標形狀,實現高穩定加工;而常規搖動加工,沿目標形狀一點一點連續加工,電極移動不平滑,變速移動,加工不穩定。
    1.2 脈沖電源及智能化控制的影響
    脈沖電源對電火花加工的生產率、表面質量、加工速度、電極損耗等都有很大的影響。模糊控制(FC、FLC)電源是利用CNC系統對間隙量、間隙電壓、瞬時放電狀況等參數進行檢測,通過專家系統進行比較判別,對電參數與伺服系統進行控制的一種脈沖電源。它一般可提高加工速度20%~30%,降低了電極損耗,在深槽、筋、多型腔、大面積的加工中效果尤為明顯。FP脈沖電源是為控制加工屑而設計的脈沖電源,可防止短路時加工屑的集中,它通過對加工電流的控制,改善加工表面的質量,并且能夠顯著地降低電極損耗。Mitsubishi最新型的電火花加工機床采用全新FPⅡ電源,它有PS電路何α-SC電路。PS電路提供一個穩定的超短脈沖訊號,放電脈沖的最佳控制防止了短路現象,實現穩定的無光澤表面精加工,排除了精加工表面的波紋和凹陷現象。α-SC電路大幅度降低了小面積精加工(表面粗糙度為Rmax4~10μm)的電極損耗。
    (a)常規搖動加工 (b)新開發搖動加工
    搖動加工對比
    Makino EDNC系列電火花加工機床采用P-脈沖2,加工穩定,尤其適合使用石墨電極加工,可消除不規則放電現象,實現HQSF(High Quality Surface Finishing)。采用人工智能(IES)自動控制放電過程,通過專家系統實現旋轉補償、檢測等多種功能。高靈敏度放電伺服技術可進行無沖液放電,由于在無沖液放電時,電火花間隙變化不大,可實現穩定可靠的精加工。并且可以10m/min(EDGE2型)的速度進行主軸快速跳躍,排除氣體和殘渣,能在無沖液的狀況下加工深窄腔。
    工件尺寸100mm×100mm,粗加工4h
    HQSF精加工2h,表面粗糙度Rmax3μm
    采用石墨電極加工揚聲器格柵用模具
    1.3 工作液的影響
    根據實際生產經驗,使用石墨電極進行電火花加工時,宜采用專用的合成型火花油或混粉工作液。重要品牌有:美國Hirschmann Engineering公司生產的Ionoplus牌工作液,意大利Common Weahh Oil公司生產的EDM244,以及ESSO,FUSHS,BP,CASTROL工作液等。高質量的工作液可降低石墨電極損耗,獲得良好的加工表面精度?;旆酃ぷ饕和ㄟ^添加硅、鋁、鎢、鉻、鈦等導電粉末,可改變工作液性能,提高精加工的穩定性,用于大面積精加工時,可減少拋光工時或無需拋光。日本石油公司生產的ED混粉工作液,適合大面積的塑料模具、大型石墨電極及筋條加工,能實現均勻、穩定的放電。實施鏡面電火花成形加工時,可使精加工時間縮短20%~30%。日本Makino采用μSC添加劑的工作液,可過濾,可粗、精加工共用一套工作液系統,在加工時分散放電,可提高表面質量,有利于控制間隙,提高加工速度。
    加工面積與工件表面粗糙度的對比
    2 電參數對石墨電極放電加工性能的影響
    2.1 脈沖寬度的影響
    脈沖寬度決定脈沖能量。使用不同的工件材料、加工極性、電極材料時脈沖寬度對放電加工特性的影響也不同。脈沖寬度越大,電極損耗越小。采用負極性加工工具鋼時,當脈沖寬度為250μs時,電極出現負損耗,采用正極性加工電極損耗較大。加工銅合金時不論采用正極性或負極性加工電極損耗都比較大。隨著脈沖寬度的增大,蝕除金屬材料就越多,產生的蝕坑越深越寬,加工速度提高,工件的表面粗糙度較大。因此粗加工時,脈沖寬度可以選擇大一些,減小電極損耗,提高加工速度。不同的石墨電極牌號脈沖寬度對電極損耗的影響也不同,石墨顆粒越小,相同脈沖寬度條件下電極損耗越小。
    (a)加工極性對電極損耗的影響
    (b)加工極性對 加工速度的影響
    (c)加工極性對表面粗糙度的影響
    加工極性對銅合金電加工特性的影響
    2.2 峰值電流的影響
    電極材料為POCO的EDM-3石墨,工件材料為工具鋼,采用正極性加工,脈沖寬度為40μs,峰值電流分別為50A和25A,測得的加工速度、電極損耗和表面粗糙度。峰值電流變小,加工速度下降,而表面粗糙度減小。石墨電極與銅電極相比,因有極好的耐熱性,可加大電流值,提高生產效率。粗加工時,可以用較大 電流(幾百安培)。但是在一定加工面積條件下,有一個極限,超過這個極限,會造成加工不穩定,電極和工件會產生拉弧燒傷,生產率反而降低。微細電極承受不住過強的電流,容易受損。石墨電極正極性加工時,電流密度通常設為10~12A/cm2;負極性加工時,電流密度通常設為6~8A/cm2。
    (a)加工極性對電極損耗的影響
    (b)加工極性對加工速度的影響
    (c)加工極性對表面粗糙度的影響
    加工極性對工具鋼電加工特性的影響
    2.3 電極與工件的邊側間距關系
    電火花加工時放電間隙在不斷變化,間隙的大小影響著加工精度,對復雜形狀的加工表面影響尤其嚴重。如使用東洋炭素ISO-63材料,表面粗糙度達到Rα10μm時,放電面積不同,邊側間距也不同。放電面積越大,相應的邊側間距也應變大;相同的加工面積粗 加工的邊側間距大于精加工的邊側間距。隨著加工深度的增加,邊側間距有時也要相應的增加,如圖6所示,以保持良好的排屑。
    1——放電面積80mm2粗加工 2——放電面積20mm2粗加工
    3——放電面積80mm2精加工 4——放電面積20mm2精加工
    工件材料:工具鋼S55C 峰值電流:25A
    脈沖寬度:50μs 脈沖間隔:50μs
    電極與工件邊側間距的關系
    2.4 工件材料對加工極性選擇的影響
    對不同的工件材料應選擇不同的加工極性,因為加工極性直接影響加工效果(電極損耗、加工速度和表面粗糙度)。以銅合金MS-46(Cu、Ni、Al、Zn的質量分數分別為68%、14%、10%、6%)為例,粗加工時,主要考慮電極損耗和加工速度,采用大脈沖寬度,如圖4a、4b所示,正、負極性加工電極損耗相差不大,但正極性加工速度快,因此應選擇正極性加工。精加工時,主要考慮電極損耗和加工表面質量,如圖4a、4c所示,當縮短脈沖寬度,負極性加工的電極損耗明顯比正極性加工小的多,并且表面粗糙度也小,因此精加工時應選擇負極性加工。如圖5所示,加工工具鋼時,粗加工和銅合金一樣,要采用正極性加工,而精加工時,采用正、負極性加工電極損耗相差不大,表面粗糙度也基本相同,故精加工時兩者皆可。
    采用石墨電極,在脈沖寬度為100μs,脈沖間隔480μs,峰值電流90A的條件下,改變加工極性,對鈦合金進行放電加工實驗,采用負極性加工時,其各項工藝指標均比正極性加工好,因此對于鈦合金應選用負極性加工。同樣,對不銹鋼、鋁合金等的放電加工特性均受加工極性的影響。

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