自制电火花加工设备
slof2010/12/07机械与工具 IP:山东
看到其他论坛有自制电火花加工机械的,手痒,自己动手做了一个简易的。
首先说下电火花加工的基础原理:
被加工的工件做为工件电极,紫铜(或其它导电材料如石墨)做为工具电极。脉冲电源发出一连串的脉冲电压,加到工件电极和工具电极上,此时工具电极和工件均被淹没在具有一定绝缘性能的工作液(绝缘介质)中 。
    在轴伺服系统的控制下,工具电极慢慢向工件电极进给,当工具电极与工件电极的距离小到一定程度时,在脉冲电压的作用下,两极间最近点处的工作液(绝缘介质)被击穿,工具电极与工件之间形成瞬时放电通道,产生瞬时高温,使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来,使局部形成电蚀凹坑。这样以很高的频率连续不断地重复放电,工具电极不断地向工件进给,就可以将工具电极的形状复制到工件上,加工出需要的型面来 。
    电火花加工特点:
①由于脉冲放电的能量密度高,使其便于加工用普通的机械加工难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的零件,并不受材料及热处理状况的影响。
②工具电极与工件材料不接触,两者之间宏观作用力极小,工具电极不需要比加工材料硬,即可以柔克刚,故电极制造更容易。
电火花成型加工的应用:加工各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的导电材料,并且常用于模具的制造过程中。
以上内容转自模型论坛。
我做的装置构造如下:
11.jpg
照片 659.jpg
电路部分使用直流电源,串连一个电阻后并联1个MKP电容,电容正极接工件,负极接放电极,模型论坛上爱好者使用电动车充电器作为工作电源,使用20μF电容储存电能,试验中我发现,充电器电压太低,电流也不够大,电容容量小,有时打火不良,导致最终打孔速度很慢,所以我使用的是80VDC电源,用一个大功率灯泡做限流电阻,使用130μF MKP电容做储能效果不错,灯泡既能起到限流作用,当放电不畅电极直接短路时还可以作为指示功能。
照片 656.jpg   
需要加工的工件浸泡在水中,放电电极安装在1个显微镜框架上,显微镜的好处是可以牢固的固定放电极,并可以精细的调整电极高度和工件的水平方向的位移调整。为了牢固固定工件,在加工过程中不乱晃动,做使用高强度磁铁把工件吸附在水池底部
照片 663.jpg   
调整电极,使他最后和水中的工件相接触
照片 644.jpg
+25  科创币    风间尘    2011/12/22
来自:仪器与装备 / 机械与工具动手实践:实验报导
92
 
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~~空空如也
slof 作者
14年2个月前 IP:未同步
268338
电火花加工的好处是可以加工硬度很高的金属,比如刀片,锯条等,加工精度可以控制的很高,无毛刺,可以加工异形孔。缺点是加工速度慢,耗电也比较多 照片 673.jpg
照片 654.jpg
照片 649.jpg
照片 672.jpg
照片 652.jpg
照片 655.jpg
照片 651.jpg
+200
科创币
ehco
2013-04-09
这么久挖出来,才发现NB之处
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1
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slof作者
14年2个月前 IP:未同步
268410
总结下制造过程的经验:
电路极其简单,使用的零件参数可以大幅度的变化,比如电源可以使用电动车充电器来做,那个电压一般可以达到50-60V,电流1-2A,功率比较小,需要适度减小电容容量,可以取20-50μF.当然速度也就变得更慢,但是加工精度会相应提高,如果减小工具电极的截面积,速度也能有所提升。
电容不能使用电解电容,放电能力不理想。
工作液一般用水,成品电火花加工设备使用的是专业液体,成分不详,小工件可以浸泡在水中,大工件可以用流水冲刷着加工,不能干打火。
打火过程中电极部位会产生大量黑色物质,导致水很快变得如墨汁般黑,如在水中放置一个强磁铁,会大幅度吸附那种絮状黑色物质,可以有一定净化作用
整套装置的外观发挥余地也很大,一般认为作为打孔用途的话还是台钻状构造比较好用,工件固定,不能乱晃动,电极可以调整高度,但不能摆动,接触放电时轻调下压电极,不能过快,否则电极和工件完全接触,呈短路状态,就不放电了,还有爱好者使用雕刻机做电极给进器效果也很好,电极上下颤动,基本不会短路,打火也是连续的。手动给进基本就不要考虑了,精度差先不说,还容易短路。
成品电火花设备使用脉冲供电方式,个人制造难度大些,可供参考
钢铁材料工件容易加工,铜质就不好弄,感觉发粘,不易打火,其他材料没试过。电极材料一般用黄铜比较多,如有条件使用钼似乎更好。
小功率电火花一般用于加工异形孔或干一些台钻不能完成的活,比如工件内取出断钻头或断丝锥,大功率电火花可以对工件进行整体外形塑造加工,常用于模具制造,但功率一般比较大,几十KW,业余制造难度大。
线切割机床也属于电火花加工设备,把工件电极更换成钼丝,给钼丝送上电就可以切割工件了。
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slof作者
14年1个月前 IP:未同步
268423
对于异形孔洞的加工,确实有优势。
今天打孔发现,水温对打火影响很大,温度高了以后放电部位的水容易沸腾,打火产生的金属灰渣无法有效地被冲刷走,导致打火部位容易出现短路。 照片 677.jpg
照片 678.jpg
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slof作者
12年10个月前 IP:未同步
377667
为了改善加工效果,今天对电路进行了改动,考虑到成品设备使用脉冲供电方式,我在放电的回路上增加了1套IGBT开关电路,把原本基本连续的供电变成受控的脉冲供电,电源继续采用80VDC,机械架构不变,R1电阻采用220V,2KW灯泡不变,新增300A IGBT砖块,驱动电路采用TL494+M57962L自制电路,频率200-1KHZ可调,占空比可调。 120_2981_028df04a7eebc55.jpg      调整大小 旋转 004.jpg    调整大小 003.jpg
经过实验,改善效果明显,原本直接放电时容易发生放电极和工件粘连的情况,导致放电终止,电路短路,改动后只要给进速度合理,基本不会发生粘连的现象,这样一来不但加工速度大幅提高,加工深度也明显增加,原本加工一件厚度2mm左右的铁板大致需要10分钟,并且难度很大,主要是深了以后粘连的很厉害,很难连续放电,需要不断调整电极给进,改脉冲供电后基本可以连续匀速给进,速度合理的话不会短路也不会间断放电,并且发现深度对加工影响变小,尝试加工了1个5mm左右的铁件,基本10分钟打穿,这个厚度在以前是不敢想象的。经过分析,改善的原理应该是这样:以前采用电阻降压,电容储能放电方式,起初电极和工件的接触,因为电容短路的缘故,放电电流很大,可以产生较大火花,随着放电的进行,因为串联电阻的原因,回路持续的电流有限制,大约不超过5A。电容上的电压也就很快降低,而且放电比较连续,基本变成电源通过电阻直接放电的方式,电容储能的左右被弱化,如果给进速度稍快,接触部分的金属因没有足够大电流烧毁而导致熔接在一起,放电停止。而改成脉冲以后,因为放电变成间断式,即使工件和电极给进稍快,因为在脉冲停止期间,电源给电容冲了比较高的电压,脉冲来时通过电容的储能来放电,电流当然比较大,即使放电部分接触的比较良好也会被烧开,然后脉冲间断期间再给电容充电,如此往复。
提示一下,图片上的大孔是原本工件就有的,小孔才是放电得来的 调整大小 006.jpg    调整大小 010.jpg
因为实验的还比较少,还没有摸索出一个合理的供电电压和脉冲频率,目前加工的工件感觉精度不算高,如果加工深度比较大,出来的孔会呈现轻度的喇叭口状锥度而且孔和模具尺寸有轻度的偏差。锥度应该是因为随着放电后电极靠前部分持续放电消耗大,本身形状已经变成锥形,加工成锥形也就不足为奇。相信适度调整电压或者更改电极材料可以得到改善。 120_2981_028df04a7eebc55.jpg
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slof作者
12年10个月前 IP:未同步
377711
为了降低成本和提高系统可靠性,我在考虑采用新电路进一步改良这套装置,初步思路为电容充电和放电回路都采用低成本高可靠性可控硅控制通断,电容充电时充电可控硅导通,随着电容电压升高,充电电流变小,充电可控硅自动变成截止状态。此时触发放电可控硅,电容的电能通过工件放掉而产生火花,因为电容电能放完可控硅又自动截止,再重复开始充电。这套电路设计需要考虑的因素比较多,都是因为可控硅不能受控截止的缘故,稍有不慎就会出现无法断电而短路的状况,导致设计难度增大,正在考虑中。 120_2981_6188ca7954d5695.jpg
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slof作者
12年10个月前 IP:未同步
378271
今天重新试验了电流对放电的影响,较大的电流确实可以提高加工速度,但加工精度明显变差,加工面粗糙不堪。电极材料也很关键,选用不当消耗的比工件还要厉害。损耗的速度与电极本身硬度关系不大,此次试验使用的是钳工用的板牙,相当硬的东西,去加工相对软很多的软铁,消耗速度接近,估计钨钼之类的材料会好很多。
目前试验参数,低电流实际是降低工作电压,40VDC,脉冲频率300hz,占空比10%,连续放电时供电电流大约2A,大电流时电压80V,电流大约4A。
试验中还发现,脉冲频率在200hz-1khz之间,加工效果差别不大,占空比10%-50%,差别不大。
调整大小 007.jpg
这是小电流加工出来的图案
调整大小 008.jpg
这是大电流加工出来的图案
调整大小 009.jpg
作为电极的板牙
调整大小 010.jpg
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slof作者
12年10个月前 IP:未同步
378386
引用第58楼hambaby于2012-03-20 08:53发表的  :
56L图的电源极性是否反了?

可否考虑电源采用可控硅整流的工频电源作为工作电容的充电电源,工频过零的时候触发右边的开关元件实施加工。

图省事这么画的,对比以前的资料,应该是电极和工件上的机型反了。
但我试验中发现,把电极和工件极性反接,似乎没有多大变化,或许实验少的缘故。
工频整流是个不错的办法。我的理解是交流电正半周时电容充电,负半周时停止充电,通过放电可控硅打火,这样的话放电频度不够高,电流小的话加工慢,电流大精度差,要是能提高交流电频率的话应该能好些。
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slof作者
12年9个月前 IP:未同步
384370
这2天尝试对超硬合金进行加工,取得部分试验数据。
加工材料为车床用车刀头部的合金钢,俗称钨钢,这种材料硬度极高,除了电砂轮,一般很难对其进行加工。
就是这个
调整大小 001.jpg
电极继续采用黄铜材质
调整大小 012.jpg
加工完成,电极成了这幅模样
调整大小 011.jpg
以上加工采用电极为负,工件为正极方式加工,得到右侧坑,深度大概2mm。后来翻转极性,电极改为正,工件改为负,用同样的电极,同样的工件,同样的电压,同样放电频率加工另外一个孔洞得到左侧坑,基本没有深度,还有类似电镀效应,一些铜质材料留在工件上面。
调整大小 018.jpg
电流监测
调整大小 006.jpg
试验结论:对于钨钢这种材料,也可以加工,但电极消耗明显增大,或许材料选用不当。正确的加工极性为电极负,工件正,如果翻转极性,除了电极消耗快之外,基本不会有加工效果
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slof作者
12年9个月前 IP:未同步
384376
对于软铁,加工速度快很多,电极消耗也不很严重
另外发现一个现象有些奇怪,还没有找到原因,在加工面,工件表面会出现类似电镀现象产生的黑色镀层,怎么也擦出不掉
调整大小 005.jpg
而反面就没有
调整大小 006.jpg
   调整大小 007.jpg
调整大小 008.jpg
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slof作者
12年9个月前 IP:未同步
385036
采用钨钢作电极,对工件进行立体雕刻 调整大小 013.jpg
调整大小 014.jpg
调整大小 015.jpg
调整大小 旋转 010.jpg
调整大小 009.jpg
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