成功的电火花放电加工操作依赖于了解每个单独的火花、电极和工件之间的关系。

电火花放电加工机

不仅我们自己的愿景无法隔离电火花加工过程中产生的火花。大多数相机无法跟上每秒高达 30,000 个火花的生产速度,不管你信不信,这种情况一次只发生一个。照片:Adam Wysuph,MC Machinery。

电影和电视的每秒帧速率 (fps) 通常分别标准化为 24 和 30 fps。因为每一帧移动得太快,人类无法在视觉上隔离,我们将单个帧的集合视为连续的运动图片。

电火花加工

每个 EDM 操作都从一个核心问题开始:哪种波形最能产生所需的结果?答案当然取决于工件材料。不同金属的导电性以及它们的吸热能力是关键的决定因素。照片:Adam Wysuph,MC Machinery

上图中的沉降电火花加工 (EDM) 设备也存在类似的错觉。当然,EDM 工艺涉及在电介质液体中通过电极和工件之间的放电或火花进行金属切削。沉降片 EDM 工艺产生的火花——每秒 500 到 30,000 个火花——似乎同时出现。事实上,这些快速的火花是一次产生的。如果我们不能隔离一帧移动的电影,显然 EDM 过程太快了,我们无法跟上眼前发生的事情。

虽然我们的看法背叛了我们,但我们仍然必须了解这一事实,以便正确控制 EDM 流程。

理解和优化沉降片 EDM 是 Pat Crownhart 在去年秋天MC Machinery Systems的开放日上进行技术演示的前提。Crownhart 先生是该公司的沉降片 EDM 产品经理——这个头衔贬低了他在 EDM 过程中发生的机电功能方面的深厚专业知识。由于 Crownhart 先生的演讲在几张幻灯片之后就让他的大部分观众陷入了困境,因此我最近与他进行了交流,以更好地了解他认为是沉降片电火花加工技术的核心原则。

EDM 波形

将每个放电的 EDM 火花想象为从零件中去除的一铲材料。不同金属的导电性及其吸热能力是决定应使用哪种“铲子”的关键因素。图片:Pat Crownhart,MC Machinery

选择合适的铲子

“想想每一个放电的 EDM 火花,就像从零件中去除的一铲材料,”Crownhart 先生说。铲子的大小和形状——每一个都是为执行特定任务而设计的——可以通过操纵电子如何穿过电极和工件之间的间隙来控制。

每个 EDM 操作都从一个核心问题开始:哪种波形或哪种形状的铲子最能产生所需的结果?答案取决于工件材料。不同金属的导电性及其吸热能力是决定应使用哪种“铲子”的关键因素。

Crownhart 先生说,最常见的铲形波形(在拥有 MC Machinery Systems 的Mitsubishi Electric制造的 EDM 机器上称为晶体管脉冲或 TP 波形)用于多达 90% 的沉降片 EDM 工作主要是因为它在各种材料上的多功能性。方波通过快速增加电流来产生大量热量。由于美国的 EDM 设备通常具有能够承受高温的石墨电极,因此这些机器中的大多数都使用 TP 电路进行日常操作。

如果电流波形代表电火花铲的形状,电压可以比作它的手柄——铲子能伸多长?电压会引发火花,但如果由于电极污染或其他原因需要太长时间才能启动,则 EDM 工艺的效率会下降。每次产生火花时,机器都会对位置进行小的伺服调整,而改变电压参数——即改变电极和工件之间的间隙长度——会影响操作,无论好坏。“当你改变差距时,你就会改变火花的传播距离,”Crownhart 先生说。“你可以在一定程度上安全地改变电压,但由于调整速度如此之快,你需要了解电压所起的作用,否则就有损坏部件的风险。”

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每次产生火花时,现代沉降片 EDM 设备都会对伺服进行小幅调整。改变电压参数——或电极和工件之间的间隙长度——会影响操作。图片:Pat Crownhart,MC Machinery

极性,出于我们的目的,我们将描述为电子的行进方向,它是下沉 EDM 操作中的另一个中心变量。在自适应控制出现并在三菱电机的新 SV 系列等机器上得到改进之前,许多旧机器使用负极性。如果没有自适应控制,如果直流电没有关闭而是产生长火花,您就有损坏工件的风险。负极性会导致快速燃烧速度(并且仍然是钛和一些外来金属的最佳选择),但电气短路造成的损坏通常会影响电极而不是工件。正极性火花——当电子从零件流向电极时——通常会减少电极的磨损。

火花是敌人

虽然这可能违反直觉,但火花是 EDM 流程的敌人。火花代表热量,“如果你只是加热它,你实际上只是在使用焊机,”Crownhart 先生说。安培数越高,开启时间越长,每次放电产生的热量就越多。虽然更快的燃烧速度会产生更多的热量,但过多的热量会导致颗粒在电极上生长。反过来,这种污染或切屑会导致机器在同一点连续产生火花,从而导致光洁度差或对工件造成损坏。

“这就是为什么 EDM 的古老格言是齐平、齐平、齐平,”Crownhart 先生说。“这是因为在过去电子产品还没有那么先进的时候,分解污染物并引入加压流体非常重要。” 现代电源对不一致的火花做出反应并增加额外的冷却时间,但污染仍然是沉降电火花加工技术的主要考虑因素。“您只能在移动污染物时以最快的速度进行加工,”Crownhart 先生说。

电火花加工工艺

这是一台三菱电机 SV12P 将隧道门切割成 H13 钢。照片:Adam Wysuph,MC Machinery

总而言之,这些可能是有经验的 EDM 用户的基本要点。但 Crownhart 先生说,他遇到过许多用户纯粹根据过去的工作原理运行 EDM,而不必理解为什么某个设置会起作用。“这可能比‘这在过去对我有用,所以我现在试试’更有预测性,”他说。“有了这种心态,你只是在修改设置,直到你得到一些工作。您对流程了解得越多,您就能越快获得最优化的工作设置。”

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