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1、电火花毛化加工的电流和间隙控制系统关键词：电火花毛化，放电间隙，伺服控制1 引言电火花毛化加工是使冷轧用轧辊表面形成一均匀、无方向性的具有一定粗糙度的表面。在冷轧过程中,把毛化轧辊的表面形貌复制到冷轧钢板表面上。具有毛化表面的钢板能显著提高钢板的深冲性和涂装性,因此目前汽车和家电工业等使用的高档板材几乎都是毛化钢板。目前国内冷轧厂基本都使用国外进口的电火花毛化设备,尽快探索研究实用有效的轧辊表面毛化技术已成为目前我国高品质冷轧设备自主生产的必然。本文通过分析电火花毛化过程中的物理化学过程阐述了电火花毛化加工中的电流和间
2、隙控制系统。2 电火花毛化技术原理轧辊由磨床进行探伤及磨削之后,电火花毛化加工过程中只对轧辊表面进行加工处理,不允许改变轧辊的原有直径和辊形。毛化时,放电电极和轧辊当前被毛化的部分浸泡在电介质液中,并且要使他们之间的距离足够小。以轧辊的电势为参考零点,根据对轧辊表面形貌的要求,电极上可以接正极性直流脉冲电压也可以接负极性直流脉冲电压。电介质液在一定的电压和极间间隙下呈现电绝缘性能,当两极电压超过一定值后,电介质液被击穿电离,呈电导性,一般称这个电压为点火电压。于是在电极与轧辊之间施加一个脉冲电势差,电介质液瞬时导电,电
3、极与轧辊之间产生一个电火花,每个电火花在轧辊表面形成一个凹坑。脉冲电流连续通断,电极相对轧辊表面位置连续移动,最终轧辊表面逐渐被毛化。电火花产生在一个非常短的周期内,该周期由通电时间和断电时间两部分组成,一般情况下通电和断电时间可在5uS到1mS内设定,图1为毛化过程中电极与轧辊之间电压和电流的时序图,图中td为临界电压通电延时时间,此时间段内电介质液被逐渐电离,下面详细论述电火花的产生过程。在电极上施加点火电压,电极与轧辊之间的电压上升,电极和轧辊之间部分的电介质液逐渐电离,在电极与轧辊之间逐渐形成导电桥,此时电介质
4、液呈现绝缘状态。(2)经过一段延时时间(td)后电介质液完全电离,电介质液绝缘被破坏而呈现电导性,电极与轧辊之间的导电桥形成,电极与轧辊之间的电压下降,电介质液中导电离子体开始运动,电极电源有电流流出,电火花产生。(3)电火花逐渐变大,轧辊以及电极表面的金属随之熔化蒸发,形成一个高温高压的蒸汽气泡后迅速破裂,轧辊表面开始产生凹坑。(4)在通电时间末端,电火花放出的热量最大,通电时间结束后毛化电源关断后,电压和电流迅速下降,电介质液电离状态被破坏,不再有热量产生,蒸发的轧辊以及电极表面的金属随着气泡排出,同时熔化的金属在
5、凹坑附近重新凝固。(5)在断电时间内电压保持为零,蒸汽气泡破裂,熔化后残留的金属小颗粒等杂物被不断循环流动的电介质冲走并过滤。电介质液绝缘状态稳定后,继续开始下一个电火花周期。如果在电介质还未完全恢复绝缘状态时就开启下一个打毛脉冲电压,将在电极的同一地点出现一个不理想的连续放电。这个状况被称作电弧放电。断电时间一定要足够长以避免这个现象。3 电火花毛化加工的电流控制系统原理从上面介绍的电火花毛化的物理化学过程可知,要连续稳定的毛化轧辊必须对毛化电流,以及电极与轧辊之间的间隙进行精确控制,从而避免电弧放电和短路等危险状态
6、。电流越大、电流脉冲通电时间越长,电火花产生的热量越大,轧辊表面金属熔化蒸发的速度也就越快,产生的凹坑也越深、越大,轧辊的粗糙度也就越大。因此为了毛化多种粗糙度规格的轧辊,毛化电流大小,电流脉冲时间必须可调。图2中200V电源作为电极与轧辊之间的电介质液的击穿的点火电压,迅速击穿电介质液,当电介质液击穿后断开200V电源,而使用80V毛化电源,由电火花的毛化物理化学过程可知,这样设计既能减少电介质液击穿时间,提高脉冲电流工作效率,又可以保证电火花工作状态稳定。通过电流选择信号控制继电器的开关状态,选择不同的电阻并联回路
7、组合,这样就可以根据需要选择毛化电流的大小。通过脉冲电压信号控制功率场效应管的开关状态,这样就可以通过改变脉冲电压信号的周期和占空比来调整脉冲电流的通断时间。在电火花毛化床实际设计制造过程中,可以把该系统集成在一个电流选择模块中,脉冲电压信号由单独的矩形波信号发生器发出。毛化电流大小、脉冲信号周期和占空比等参数在计算机操作台上进行设定,用通信的方式传递给电流选择模块和脉冲信号模块。通过模块上的微控制器控制不同的毛化电流及脉冲电压信号。各种电流选择和脉冲信号参数的组合均可以存储在计算机内以实现毛化程序的操作简便性和可重复
8、性。4 电火花毛化加工的间隙控制系统原理电火花毛化加工过程是一个严格的加工间隙维持过程。间隙越大,电介质液越不容易被击穿,电源空载率越高,电源效率越低,轧辊粗糙度值越小;加工间隙过小时,冷却液不易进入,排屑条件差,易发生短路和电弧放电,不能正常毛化轧辊。因此为了得到稳定的轧辊表面粗糙度,在电火花毛化过程中必须严格控制电极与轧辊之间
