超硬刀具电火花刃磨技术的研究(下)

HEATS

　　在本电源的设计中还有一个必须引起注意的问题，即高压电源的获得。因为加工聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼所需电源电压高达几百伏甚至上千伏。这么高的电压直接由变压器得到是非常不理想的。因为工厂实际操作中高压交流电非常危险。最简单的解决措施是采用倍压整流电路。但这种电路存在一个缺陷就是输出电流小，并且随着倍压整流电路倍数的增加输出电流愈小。值得庆幸的是超硬刀具电火花刃磨加工面积不大，所需平均加工电流不是很大。因此采用二倍压整流电路还是可取的。

% o5 {1 D, L5 D' g% H/ V 2 [; X$ D: {4 P* X+ X H

　　3实验结果与分析

1 s& R) d t) l1 }. E$ }

　　生产率和表面粗糙度是超硬刀具电火花刃磨的两项主要技术指标。为了获得良好的表面粗糙度，必须选择好粗、中、精磨时的电源参数。以下就电参数对超硬刀具电火花刃磨效率和表面粗糙度的影响进行了实验研究。实验中，电极材料为紫铜，工件材料聚晶金刚石，工作液为煤油，采用正极性加工。

　　图3电阻与生产率的关系电阻对加工生产率的影响

- h" g: v |( W+ {* d; n2 l& c ' ]! c/ t( ~; [

　　图3为电阻对加工生产率的影响曲线。实验条件：电容为1µF，电感为0.025H，电压为260V。从图中可以看出，加工生产率随着电阻值的增加而降低。其原因是：随着电阻值的增加，电容的充电时间延长，因而导致了脉冲频率的减小。从式(1)可以看出，加工生产率随着脉冲频率的减小而降低。所以生产率随电阻值的增加而降低。从图中还可以看出，由于采用大功率晶体管作开关元件，限流电阻可以取得很小。

 

MRR=KaWMfØ    (1)

8 v- @0 x; \# t& h& L! P8 {; ~ 1 V/ ?6 q, ]# h0 b6 F6 p

　　式中：MRR——加工生产率

0 O+ K& d( b. K: P% M

　　Ka——常数

9 }1 N- [( m" _7 g' h% G1 P1 u& ` 1 q/ [ Q" @; U$ I, ^! L v

　　WM——单个脉冲放电能量

+ |& j8 G u; O: v/ s, D1 ^1 X ) |6 m( e! ~' ]9 s

　　f——脉冲频率

- x- m& u$ v; u* I$ P! r7 w ; L/ g3 }- G9 b

　　Ø——有效脉冲利用率电源电压对加工性能的影响

5 a* ^! o n! _/ h$ F; H O * {3 [) K& `6 D# f' u! k! j

　　电源电压对加工性能的影响曲线如图4、5所示。实验条件：电容为1µF，电感为0.025H，电阻为24W。从图4中可以看出，生产率随着电源电压的升高而提高。这是因为当电源电压升高时，为了使加工过程趋于稳定，必须相应增大极间放电间隙。这样也即相应地提高了极间的击穿电压值。而击穿电压与单个脉冲能量存在以下关系Wm=0.5CUj2 (2)

* D# l3 w; k6 Y+ T

　　 图4电源电压与生产率的关系

图5电源电压表面粗糙度的关系

　　图6电容与生产率的关系

图7电容与表面粗糙度的关系

 

式中：WM——单个脉冲放电能量

* a# J, b+ R5 }; S# \ $ c; m. l2 P2 f# M$ s

　　C——电容量

* s6 u1 g4 L5 c- ^8 r- i ( X8 S. b- J5 N3 |$ Y

　　Uj——击穿电压

J# o; }8 z1 {+ H$ L2 m- @2 M# e

　　由式(2)可以看出，单个脉冲放电能量与击穿电压的平方成正比增加。由式(1)可知，生产率随着单个脉冲放电能量的增加而提高。因此随着电源电压的升高，生产率将提高。

; ~* [: Q2 m4 u' r- E

　　图5为电源电压与表面粗糙度的关系曲线。从图中可以看出，表面粗糙度值随电源电压的升高而增大。由前面的分析可知，随着电源电压的升高，单个脉冲放电能量增大，而单个脉冲放电能量的增大将导致表面粗糙度值的增大。所以，随着电源电压的升高表面粗糙度值增大。电容对加工性能的影响

( c7 K; S6 T/ L0 R$ x9 o

　　图6、7为电容对加工性能的影响曲线。实验条件：电阻为24W，电感为0.025H，电压为260V。从图6可以看出，生产率随着电容量的增加而提高，并且趋于饱和。这与普通RC脉冲电源类似。由图7可知表面粗糙度值随电容量的增加而增大。由式(2)可知，单个脉冲能量随电容量的增加而增大，而单个脉冲能量的增大将导致表面粗糙度值的增大。因此，表面粗糙度值随电容量的增加而增大。4结论由于采用大功率晶体管作开关元件，一旦产生击穿放电就迅速关闭晶体管，使直流电源与放电间隙隔离，其放电回路不受直流电源的影响，加工过程稳定；并且限流电阻可以取得很小，提高了脉冲频率。因而可实现高效、低能耗和低电极损耗的超硬刀具电火花磨削。电火花精磨超硬刀具时，由于电容量取得较小，容易产生电弧放电。用晶体管作开关元件可通过调节延时长短来调节脉冲停歇时间，使放电通道完全消电离。从而获得小的表面粗糙度值。通过实验可知，超硬刀具电火花刃磨生产率随电阻值的增大而降低、随电源电压的升高而提高、随电容量的增大而提高并趋于饱和；表面粗糙度值电源电压的升高而增大、随电容量的增大而增大。

+ N- d8 \+ ^2 p' m/ I