放電加工機
 
加工液之選擇為何
A. 引火點至少高於 72°C。----- 愈高愈不易火災。
B. 要無毒性,無臭味。-------------- 減低對人體之傷害。
C. 無腐蝕性。--------------------------- 減低對人體之傷害。
D. 不生煙霧。--------------------------- 減低對人體之傷害。
E. 低黏度 ( <2.8mm2/s )。----------- 排除加工用。
F. 安定性佳,低揮發性。---------- 可長期使用。
絕緣加工液的種類
廠 牌
溫度20℃時的黏度
燃 點

CST



Mobil oil VELOCITE 4
9
1.75
118

Castrol HONILO
409
6.4
1.52
135

Chevron 放電加工液 71
5.7
1.46
116

BP 絕緣液 250
6
1.48
120

Esso LECTOR 40
6.8
1.55
132

Esso UNIVOLT 64
2 0
2.9
156

Socal Fina LYRAN D 50
1
2.05
132

Fuchs RATAK FE
5.6
1.46
115

Gulf Mineral Seal Oil
5.8
1.48
132

Mobil oil VELOCITE 6
19.1
2.8
158

Esso MENTOR 20/SOMENTOR 43
7.4
1.6
124

煤油 ( 僅供比較,禁止使用 )
2
78
排渣說明
所謂排渣,即在電極與工件之間加工液正確的循環,對放電加工而言, 是一項非常重要的因素,適宜之排渣才能獲得最高的加工效果。
噴流排渣方法之使用
此噴油排渣方法是將加工液經過一個噴油台從工件中噴射出來,或是通過電極噴射出來。
在第一種情況工件已預先鑽了孔安裝在一個噴油台上,然後連接到排渣設備上。
在第二種情況在電極中間鑽孔,加工液直接經由電極夾頭輸入。
用噴流排渣法加工零組件都稍微有些錐形,即使使用等面外形電極加工。
這是由排出的粒子被壓擠到電極兩側,導致側邊放電所造成的錐形效果。
這種排渣方法,常使用於加工需有稍微錐狀間隙的擠壓模具,當然擠壓模具必須在反方向加工,如才能獲得正當之錐形。
使用石墨電極作很深的貫孔加工時,其排渣效果極為優良。使用最新發展之技術高壓加工液導入電極中。
石墨之多孔性可以讓足夠的加工液通過電極排渣到間隙。
吸流排渣方法之使用
使用此種排渣方法,加工液是經由底壼穴通過工件,或通過電極被吸入。
和噴流排渣比較起來,因為吸流係沿電極兩側之顆粒放電,可避免發生錐狀效應。如此就可以得到真圓柱形孔。
真空吸流不能太強在某些應用實例中,吸流可以由噴流取化,如些即可超過吸流壓力。
吸流排渣通過電極較之通過工件,其加工速度較為迅速。
側邊排渣方法之使用
當不能在電極或工件上鑽一個或更多排渣孔時,必須使用這種方法:加工紀念章模子或做深窄溝槽塑膠模時即屬這種情況。
施行側邊排渣時要小心調整所需噴嘴,如此整個電極加工表面方得以均勻排渣。
此技術通常要與電極間歇振動相配合以利排渣效果。
當加工平坦表時,排渣方向必須與成形進入角配合一致。紀念章模子加工時,其縱向外形並不平坦,就必須使用適合模子外貌的特殊噴嘴。
當排渣方向和電極側邊不平行時會造成擾流,且只有小量加工液進入間隙造成不良之排渣。
另一方面來說,如果排渣方向良好,大部份加工液會進入間隙。
側邊排渣,萬不可同時從極兩邊引進,因為兩股流量會在孔穴底部互相抵消殘渣就不能排除。
當加工矩形槽溝時,加工液之流向要施加於電極較長之一邊,如此才會流進孔穴底部。
加工液 " 擠壓 " 式排渣方法之使用
利用電極間歇抽動方式排渣。當電極上昇,間隙變大,使清潔加工液流入,與已污染之加工液混合。
電極下降時殘渣即被排出。
同步噴油排渣方法之使用
使用金屬電極加工時,可察知在噴流區域電極有不正常消耗之現象,這消耗隨排渣壓力之增大而增加。
為消除此事發生,發展出與電極上昇運動同時噴出加工液之方法同步噴油。
這也就是說只有電極上昇時加工液才受壓在間隙中排渣,此時即非加工之際。
" 一邊開口 " 穴或孔加工之排渣方法之使用
為避免加工液從開口邊流掉,可將鋁塊,固定在開口邊工件一同放電加工。
如此可以改善排渣壓加使放電加工在最佳排渣情況下進行。
放電電極材料分為哪幾類
電極材料可分為以下三大類:
(a) 金屬材料
電解銅
銅鎢
鋁合金
黃銅
鎢(大部份作線狀)
(b) 非金屬材料
石墨
(c) 金屬與非金屬併合物
銅石墨
電解銅材料說明
密 度:8.9g/cm2
溶 點:1,083℃ ( 1,981°F )
電阻系數:0.0167Ωmm2/m
銅鎢材料說明
此假合金具有均等性的結構,如同其名稱之含意,是由鎢與銅合併而成的。
這兩種材料的比例可以變動。通常鎢含量為 50% 到 80% 之間,銅則 50% 到 20%。
鎢含量百分比較高之合金如以傳統加工方式加工比鎢含量較低的更加困難。
但是作為電使用其放電加工消耗較低。
(1) 機械與電方面的特性
電阻係數:0.45 到 0.55Ωmm2/m
Brinell 硬度:85-240Kg/ mm2
密度:15-18g/cm3
(2) 優點與缺點
整體而言,銅鎢加工簡單,機械穩定性佳,其銅勁性最優,加工時不變形,且當研磨後表面粗度佳。
因此被廣泛使用於高精密電極之製造。
但是銅鎢貴且不能鑄造或鍛造。
(3) 應 用
銅鎢主要是用在以下諸放電加工:
--- 加工碳化鎢
--- 深孔加工
--- 細緻且精密的加工
--- 尖銳轉角之加工
--- 大量精細及小零件加工
銀鎢材料說明
這種材料,放電後材料極小,但非常昂貴。
黃銅材料說明
實際,在我們的機器上,黃銅未被用作電極材料,因其消耗特別快。
然而,對於芋些鈦合金加工時獲得之成果甚佳。
鎢材料說明
主要均當作微孔加工之用,鎢線的公差較 0.01mm 好的,在市面上可以買得到。
鋼材料說明
鋼也可以當作電極材料,只不過其效果較銅或石墨差而已。
鋼對鋼,此一最重要之放電加工是應用在為塑膠模具及鑄造模型之分割線加工用的。
在此例中,模具之上半部或模型即做電極般使用。
石墨材料說明
自從採用脈沖電源箱之後,石墨對放電加工上電極之製作,以變成非常重要的材料了。
市面上有非常廣泛之各種不同品質的石墨供應。
 
(1) 機械與電方面的特性:
電阻係數:8-15Ωmm2/m
密度:1.6 到 1.85g/cm3
沸點:3600℃ ( 6512°F )
膨脹係數:2-4×10-6℃ ( 1/6 銅 )
最大強度:200-700kg/cm2
粒度尺寸:0.01 到 0.045mm

放電加工的石墨之製造過程非常複雜。
但有一點非常重要,必須知道者,即石墨塊是以壓榨方法製造,根據所施壓力,其密度變化不同。
一般而言,低密度石墨不具均等性,反之,高密度石墨則具均等性。
不具均等性石墨其特性變化不定。根據其測定軸之方向,導電與傳熱性之差異可達一兩倍之大。
當要用一塊非均等性石墨上製作電極時,最好將電極進入軸平行於顆粒 ( a )。
如果電極是由多塊石墨組合而成,那麼所有石墨塊要取相同方向切割。
石墨密度對於放電加工效果是一非常有價值的指標。
低密度石墨 ( 1.6 到 1.7 ) 通常其材料去除率要比高密度石墨 ( 1.8 到 1.85 ) 高。

另一方面,體積消耗比,特別是在轉角處,使用高密度石墨較佳。
石墨顆粒大小影響石墨本身表面粗度,也同樣影響由其蝕刻出來的表面粗度,
細顆粒石墨,其電極表面粗度較粗顆粒石墨為佳,因此所蝕刻出來的表面品質也比較好。
尤其細石墨不容易碎,當以傳統加工方法加工時,也比較容易保持尖銳轉角。
(2) 石墨之優點
--- 不受高溫衝擊的影響,仍能保有其機械的特性。
--- 實際上顯示不會變形。
--- 用傳統方法很容意加工。
--- 低密度石墨做出重量較輕之電極。
--- 製作上價廉又經濟。
(3) 石墨之缺點
--- 其材質具有研磨性,必需注意工具機之滑槽動面,不為石墨灰塵而沾染。
--- 傳統石墨加工所產生之灰塵,須在工廠內加裝抽排風系統。
--- 石墨容易碎裂,製作時要特別小心,尤其是轉角地方。
--- 不能用酸性溶液蝕刻,通常也不適於鑄造及成形。
(4) 在放電加工方面石墨的功效:
對放電加工而言,石墨是一絕佳材質,但有些重點需要注意:
--- 大電流加工 ( 25A 以上 ) 電極消耗比紅銅小。
--- 小電流加工 ( 5A 以上 ) 電極消耗比紅銅高。
--- 不能使用於漸衰式電源箱。
--- 加工碳化鎢很困難。不正常放電的危險性高於金屬電極。
--- 當消耗與轉角處強度要求很嚴格時,要使用高密度石墨。
相反的,其他石墨可以儲存起來,應用到消耗較不重要的地方或孔穴加工不必很細緻時。後者其加工速度較快。
--- 細顆粒石墨應用於細緻的加工 ( 尖銳轉角 )。
放電加工概論
放電加工是利用電能直接轉換成熱能來加工,與一般的機械加工有異。下面介紹放電加工的基本概念。
 
單發放電過程
1. 當電極與被加工物極為接近時,先在最短距離處因電場效應,在兩極間形成一個導電的電離管道,因此產生火花,火花立即成為細電弧柱,亦即電流密度很高的電子流打擊被加工物的一點。
2. 此電子流將產生極高的熱,被加工物遇此一高溫將被熔化。(1個凹穴)
3. 這些熱使周圍的加工液成氣化狀態,對熔化的被加工物,與電極施加壓力。就對被加工體,電極全面積而言,此壓力很小,但對單位面積而言,卻很大。
4. 金屬被熔化的部份變成粉末小圓團,散佈於加工液中。放電點周圍未被去除的部份隆起,殘留於被加工物及電極。此處成為後續的放電點。
5. 熔化的金屬噴開後的遺跡被周圍的加工液侵入,很快的冷卻,剛發生放電的間隙也恢復絕緣。
連續放電加工
在進行放電加工中,一秒中發生數千至數萬次放電,累積多次的放電痕跡進行加工,每次的放電能量大的話,放電痕跡亦大,加工速度快,間隙大,加工後表面粗度也較粗。
加工速度與電流及脈波寬度的關係
加工速度與電流的大小成正比,當脈波寬度一定時電流越大則加工速度越快,但電流值超過 10A/Cm 時會有下降的傾向,因此細孔及小面積加工時應使用較小電流來加工。
加工速度與電流及脈波寬度的關係
加工速度與電流的大小成正比,當脈波寬度一定時電流越大則加工速度越快,但電流值超過 10A/Cm 時會有下降的傾向,因此細孔及小面積加工時應使用較小電流來加工。
當脈波寬度極短時與脈波寬度很長時,即使放電幅與休止幅比例相同,加工速度也會有變慢的傾向。脈波寬度很短時,尖峰電流尚未到達規定電流,是一個很大的原因。脈衝寬度長時,電流密度下降,放電壓力下降,不容易去除熔融金屬,將使金屬殘留量增多,加工面粗度劣化,加工面粗度劣化,加工物成為帶光澤的表面。此種加工面變質層較厚,加工效率差,並不實用。因此必須注意電流大小與脈波寬度的適當配合。
低電極消耗加工之原理:
影響電極消耗之因素很多,在此舉例主要的兩點
1. 利用材料原有之特質,亦即熱傳導率與融點之相乘積的大小,來達成低消耗加工,它的相乘積越大者越不會消耗。
2. 加工後所產生的碳對陽極部的附著會產生保護作用,使電極消耗降低。
加工後的變質層:
被加工材料,表層遭受急熱、急冷的熱變化和高溫高壓下的物理化學作用,發生變質層。

脈波寬度長時,熱源的存在時間即長,電弧的高溫傳導到材料內部,變質層也會厚,欲減小變質層時,應盡量在脈波寬度較短的條件下加工。

另外鐵鋼材料進行油中放電加工時,油與被加工物分解產生的碳在高溫高壓下滲碳,成為含碳量高的狀態形成高硬度的表面層。
放電加工之應用
1. 放電加工與傳統機械加工法不同,係以熱能來加工,因此不拘工件之硬度、軔性,只要是導電性材料,皆可加工,尤其能加工已硬化之鋼材及碳化鎢等超硬金屬。
2. 放電加工所產生的加工應力極小,微不足道,而且加工面也無毛頭形成,因此很適於薄片及小孔之加工。
3. 加工時電極不必旋轉,因此對複雜不規則之形狀加工更為有利。
 
近幾年科技突飛猛進,放電加工機在專業人員不斷的改良下,對於一般的鋼材加工電極消耗低於 0.2%,表面精度可達 0.3 μmRa ,故目前已大量使用在各種高精度模具及航空器材方面之加工及應用。
加工液之使用
1. 注意!當加工時,加工液需高於加工物最少 40mm。
2. 每次工作前應檢查油箱內之油量高度,以防儲油不足,抽入空氣導致加工液流量不足。
3. 加工液嚴禁摻入其它低燃點、高黏度機油等將會使加工液變質,混濁、濃稠度升高。放電加工時影響排渣,尤其細加工,將導致排渣不易而引起積碳。
4. 加工液加在噴流時,勿產生飛散及氣泡現象,且壓力不可大於 0.2KG/CM2
5. 當放電加工進行時須注意排渣不良引起放電加工表面積碳累積使工作電極主軸因積碳升高而後縮往上升,當高出加工液時因積碳產生的電弧引燃加工液導執火災,因而加工時須將積碳檢知監視打開,當檢知到放電積碳時就停止放電加工的進行且油面需高於放電面 40mm,應使用放電加工專用油,且引火點至少高於 72°C 以上。
6. 不浸油加工時應特別注意事項:必須派專人看管,所使用工作液之引火點不得低於 100°C,放電加工區須用充份工作液掩蓋及須用大量工作液,工作液須妥當收集一起,工作區煙氣與水汽作適當排放,如工作液供應不濟即自動停機,放電加工區須作適當圍離與屏蔽,滅火器放置在附近,可隨時使用。
7. 使用放電加工專用油須標明加工液種類、加工液燃點及對皮膚之傷害。
8. 長期連續直接接觸加工液可能會導致皮膚傷害,使用者必須戴保護手套,如接觸到立即清洗身體。
何謂加工表面粗度
放電加工面的表面粗度,側面加工粗度與底面加工粗度不同,一般在同樣電流,同樣放電週率下加工,側面粗度較底面粗度為細,又電流愈大或愈不消耗之放電週率,則加工面將愈粗,而其單位以 μmRa 之單位表示。
何謂放電間隙 ( GAP )
放電間隙是被加工物與電極加工後較原電極加大之尺寸,一般加工電流愈大或放電週率愈低( 電極低消耗 )或當地電源電壓太高,加工液較陳舊或污濁時放電間隙均較大。又加工深度模具且電極也較長時,將產生二次放電均易使放電間隙增大。
何謂電極消耗比
電極消耗量(△E)與被加工物的加工量(△W)之百分比,一般以重量消耗比,長度消耗比及體積消耗比,表示之。
如 △E / △W × 100=%
何謂加工速度
單位時間內之加工量一般以重量如每分鐘多少公克( g/min )之單位及體積每分鐘多少立方釐米( mm3/min )之單位表示。