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电火花加工人造金刚石脉冲电源

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双脉冲电源

产品简介:双极性脉冲电源(正负脉冲)是在单脉冲电源的基础上增加反向脉冲输出,产品具备正脉冲、负(换向)脉冲、比例脉冲、间隔脉冲、计数脉冲、计时脉冲、程序脉冲等...

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金刚石虽是碳的同素异构体,但天然金刚石几乎不导电,只可用切割,无法用电火花加工。

而聚晶金刚石(PCD)的硬度仅次于天然金刚石,用作拉丝模、刀具、磨轮等材料,被广泛用于航空航天、汽车、电子、玻璃切割、宝石加工等领域。聚晶金刚石是将人造金刚石微粉用铜、铁钴粉等导电材料作为黏结剂搅拌、混合后加压烧结而成;根据导电黏结剂的不同比例,烧结后的聚晶金刚石具有不同的电阻率因此具有一定的导电性能,可以用电火花加工。

以前聚晶金刚石的加工采用传统的机械研磨方法,因加工周期太长、成本太高而难以推广,用金刚石砂轮磨削聚晶金刚石也效率过低。

电火花加工聚晶金刚石的原理是靠火花放电时的高温将导电的黏结剂熔化、气化蚀除,同时电火花产生的高温使金刚石微粉“碳化”为可加工的石墨,同时黏结剂被蚀除而整个金刚石微粒会自行脱落。有些导电的工程陶瓷及立方氮化硼材料也用类似的原理进行电火花加工。

镀镍金刚石聚晶

工艺特性

聚晶金刚石电火花加工

聚晶金刚石的导电性能因其黏结剂的配方不同而有很大的差别,适当选择脉冲电源。国产聚晶金刚石的电阻率高达Ωcm,需要爆炸力强的电火花击穿过程,因此宜采用~V的峰值电压和20~50A以上的峰值电流;也可以采用RC线路脉冲电源,用较高的开路电压达到较大的放电间隙,电容放电时,输出较大的峰值电流,增加爆炸抛出力,以提高工艺指标。

聚晶金刚石的热导率比银、铜还高,因此在采用紫铜电极加工聚晶金刚石时,一定要使加工电流脉冲形成很陡的前沿(0.5μs以内),以免在工具电极上传热损失太多;同时还可增强放电击穿爆炸力,有利于电蚀产物的排除,提高加工速度。

加工时脉冲宽度和脉冲间隔的选择十分重要。当ti小于某值时,加工速度很低,电极相对损耗大,基本无法加工;此外,聚晶金刚石与其他粉末冶金材料有相似之处,即加工脉冲能量加大,其表面粗糙度变化不明显。为了避免间隙中的持续温度太高而引起石墨化,t0应选得较大、但ti不能太大,放电区应浸没在工件液中。

为提高能量利用率和加工速度,应大幅度增加放电击穿爆炸力,使放电爆炸蚀除熔融的黏结剂和聚晶金刚石微粒,这时蚀除下来的聚晶金刚石微颗粒呈透明状晶体。在精加工时,为改善表面粗糙度,仍需利用电热效应,使金刚石在局部、瞬时热作用下碳化。

专用的脉冲电源

聚晶金刚石电火花加工

对烧结成块状、条状的聚晶金刚石来说,用电火花打孔、切割、成形加工的关键和要点是要有一专用的脉冲电源。

1.较高的空载电源电压

实践表明,电压应大于V,否则因聚晶金刚石电阻率高,很难击穿形成放电通道。对于一些电阻率极高、甚至不导电的聚晶金刚石,光靠增加电压也无法加工,需另用“电火花、电化学复合加工”的方法。一般电压最大以V左右为宜,过高影响操作安全。

2.较大的峰值电流

一般瞬时峰值电流应大于20A、甚至A,视粗中精不同规准而定。只有大峰值电流使放电通道产生瞬时高温,将聚晶金刚石中不导电的晶体微粉颗粒在高温下还原为导电的碳粉而气化抛出。通俗地说,脉冲电源每一脉冲应有很大的“爆炸力”,把金刚石微粉气化、抛出。

由此看来,要加工这种聚晶金刚石新材料,必须采用新设备、新工艺、新技术,对现有电火花加工设备进行改进。

加工设备改进

聚晶金刚石电火花加工

比较切实可行的办法是参考使用哈尔滨工业大学研制的聚晶金刚石电火花加工脉冲电源,下图是其具体线路。

图中为一倍压整流RC线路脉冲电源,D1、D2为大功率二极管,C为大容量耐高压电解电容。




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