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1、4.1 电火花加工,4.1.1 电火花加工的基本原理 4.1.2 电火花加工机理 4.1.3 电火花加工的工艺规律 4.1.4 电火花穿孔成型加工 小结 作业,早在十九世纪，人们就发现了电器开光的触点开闭时，产生放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。 起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电腐蚀产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。,4.1 电火花加工,4.1 电火花加工,二十世纪四十年代初，前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的
2、瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。,4.1.1 电火花加工的基本原理 1.电火花加工的原理,4.1 电火花加工,图4-2 电火花加工系统示意图 1工件 2脉冲电源 3自动进给调节装置 4工具电极 5工作液 6过滤器 7工作液体泵,4.1 电火花加工,4.1.1 电火花加工的基本原理,图4-1 脉冲电源空载电压波形 ti脉冲宽度；t0脉冲间隙； tp脉冲周期； 脉冲峰值或空载电压,4.1.1 电火花加工的基本原理,4.1 电火花加工,2.电火花加工的特点,（1）适合于任何难切削材料的加工 如各种淬火钢，甚至可以加工超硬材料。,(2) 可以加工特殊及复杂
3、形状的表面和零件 如各种复杂模具型腔。,（3）主要用于加工金属等导电材料,（4）一般加工速度较慢。,（5）存在电极损耗。,4.1.1 电火花加工的基本原理,4.1 电火花加工,3.电火花加工工艺方法的分类,电火花穿孔加工,4.1.1 电火花加工的基本原理,4.1 电火花加工,电火花成型加工,工件,进给方向,进给方向,工作液,工具电极,工件,工具电极,工件,4.1 电火花加工,4.1.1 电火花加工的基本原理,电火花线切割加工,4.1.1 电火花加工的基本原理,4.1 电火花加工,电火花磨削,内圆,平面,外圆,4.1.1 电火花加工的基本原理,4.1 电火花加工,电火花共轭回转加工,齿轮加工,螺
4、纹加工,4.1.1 电火花加工的基本原理,4.1 电火花加工,电火花高速小孔加工,4.1.1 电火花加工的基本原理,4.1 电火花加工,电火花表面强化、刻字,4.1.1 电火花加工的基本原理,4.1 电火花加工,4.电火花加工设备,D7140P,4.1 电火花加工,4.1.1 电火花加工的基本原理,4.1.2 电火花加工机理,4.1 电火花加工,a）击穿介质，形成放电通道,b）、c）电极熔化、汽化,d）电极抛出,e）极间消电离,四个阶段在脉冲电源的控制下周期进行，每秒可达上万次,图4-4 电火花加工机理,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,影响材料放电腐蚀的因素,加工速度和电
5、极损耗,影响加工精度的因素,影响表面粗糙度的因素,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,1.影响材料放电腐蚀的因素,主要有极性效应、电参数、工件材料性能、工作液性能和其他因素。,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-6正极性加工,图4-7负极性加工,粗加工一般用负极性加工，精加工用正极性加工。,（1）极性效应,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,电参数主要是指脉冲宽度ti、脉冲间隔t0、峰值电流Ip。电参数又称电规准。 提高电蚀量，应增加平均放电电流、脉冲宽度及提高脉冲频率。但在实际生产中，这些因素往往是相互制约的，并影响到其他工艺指标，
6、应根据具体情况综合考虑。,（2）电参数对电蚀量的影响,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,电极材料的影响 左图表示，其他条件相同时，铜和钢的蚀除速度不一致，若选择铜为电极，钢为工件，并选择t附近时，能够实现“高效低损耗”加工。,(3）金属材料热学常数对电蚀量的影响,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,工作液对加工速度也有影响，粗加工时采用的脉冲能量大、加工间隙也较大、爆炸排屑抛出能力强，往往选用介电性能、粘度较大的全损耗系统用油(即机油)，且全损耗系统用油的燃点较高，大能量加工时着火燃烧的可能性小；而在中、精加工时放电间隙小，排屑比较困难，可选用粘度小、流动
7、性好、渗透性好的煤油作为工作液。 另外，要保证加工的稳定性。,(4）工作液对电蚀量的影响,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,2.加工速度和电极损耗,电火花加工时，单位时间内工件的电蚀量称之为加工速度(w)，亦即生产率；单位时问内工具的电蚀量称之为损耗速度(E)，它们是一个问题的两个方面。实际生产中多用损耗比（ ）表示电极的损耗。,w =V/t,加工速度与电极损耗受许多电参数和非电参数影响。,（1）加工速度,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-9 脉冲宽度与加工速度的关系,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-10 脉冲间隙与加工
8、速度的关系,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-11 峰值电流与加工速度的关系,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-12 加工面积与加工速度的关系,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-13 冲油压力与加工速度的关系,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-14 抬刀方式与加工速度的关系,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-15 电极材料和加工极性对加工速度的影响,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-16 电极相对损耗与极性、脉冲宽度的关系 1正极性加工 2
9、负极性加工,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-17 峰值电流与电极相对损耗的关系,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-18 脉冲间隙与电极相对损耗的关系,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-19 加工面积与电极相对损耗的关系,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-20 冲油压力与电极相对损耗的关系,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-21 冲油方式与电极相对损耗的关系,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,图4-22 电火花加工时的斜度,影响加工精度的工艺因素
10、主要有放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定性。,3.影响加工精度的主要因素,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,电火花加工的表面质量主要包括表面粗糙度、表面变质层和表面力学性能三部分。 电火花穿孔加工侧面的最佳表面粗糙度为Ra 1.250.32，电火花成形加工加平动或摇动后最佳表面粗糙度为Ra 0.630.04，而类似电火花磨削的加工方法，其表面粗糙度可优于Ra 0.040.02，但效率很低。因此，一般电火花加工到Ra 2.50.63之后采用其它研磨方法改善其表面粗糙度比较经济。,4.影响表面粗糙度的主要因素,4.1 电火花加工,4.1.3 电火花加工的工艺规律,
11、图4-24 电火花加工后的表面变化层,4.1 电火花加工,4.1.4 电火花穿孔成型加工,电火花穿孔加工,电火花成型加工,电火花穿孔用于通孔的加工。如冲裁模具加工、粉末冶金模具加工、拉丝模具加工、螺纹加工等。,主要用于型腔模具的加工。型腔模包括锻模、压铸模、胶木膜、塑料模、挤压模等。,4.1 电火花加工,电火花穿孔加工,图4-25 电极、工件与间隙的关系,1.电火花穿孔加工,4.1 电火花加工,图4-26 直接法穿孔加工,电火花穿孔加工 直接法,a）加工前 b）加工后 c)切除损耗部分,4.1 电火花加工,图4-27 间接法穿孔加工,电火花穿孔加工 间接法,a）加工前 b）加工后 c)配置凸模
12、,4.1 电火花加工,图4-28 混合法穿孔加工,电火花穿孔加工 混合法,a）加工前 b）加工后 c)切除损耗部分,4.1 电火花加工,2.电火花成型加工,电火花成型加工,进给方向,进给方向,工件,工具电极,工件,4.1 电火花加工,电火花成型加工,单电极平动法是采用一个电极完成型腔的粗、中、精加工的。首先采用低损耗(1)、高生产率的粗规准进行加工，然后利用平动头作平面小圆运动完成精加工。 三轴数控电火花机床上则采用摇动代替平动。,图4-29 平动头扩大间隙原理图,1）单电极平移法,4.1 电火花加工,电火花成型加工,2)多电极更换法 是采用多个电极依次更换加工同一个型腔，每个电极加工时必须把
13、上一规准的放电痕迹去掉。一般用两个电极进行粗、精加工就可满足要求，要求多个电极的一致性好、制造精度高。 3）分解电极法 分解电极法是单电极平动加工法和多电极更换加工法的综合应用。根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔和副型腔电极分别制造。先加工出主型腔，后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。,4.1 电火花加工,电规准的选择、转换 在粗加工时，应优先考虑用较宽的脉冲宽度(如400s以上)，然后选择合适的脉冲峰值电流，加工面积和加工电流之间的比例关系。通常，石墨电极加工钢时，最高电流密度为35A/cm2，纯铜电极加工钢时可稍大些。 中规准与粗规准之间并没有明显的界限。一般选用脉冲宽度为20
14、400s、电流峰值为1025A进行中加工。精加工应保证表面粗糙度优于Ra1.25，一般都选用窄脉宽(ti=220s)、小峰值电流(10A)进行加工。,电火花成型加工,4.1 电火花加工,（2)工具电极,1）电极材料 要求耐蚀性高的，如纯铜、铜钨合金、银钨合金以及石墨电极等。由于铜钨合金和银钨合金的成本高，机械加工比较困难，故采用的较少，常用的为纯铜和石墨，这两种材料的共同特点是在宽脉冲粗加工时都能实现低损耗。,4.1 电火花加工,3.电极的设计,图4-31 整体电极,（1）电极的结构,1）整体电极,4.1 电火花加工,2）组合电极,图4-32 组合电极,4.1 电火花加工,3）镶拼式电极,图4
15、-33 镶拼式电极,4.1 电火花加工,（2）电极的尺寸,图4-34 电极水平尺寸缩放示意图,4.1 电火花加工,电火花电极,a=AKb 式中 a电极水平方向尺寸； A型腔图样上名义尺寸； K与型腔尺寸注法有关的系数直径方向(双边)K=2，半径方向(单边)K=1，中心距尺寸（不增不减），K=0； b电极单边缩放量(包括平动量和抛光量)。 式中的“”号按缩、放原则确定。 b=SL+Hmax+hmax 其中 SL电火花加工时单面加工间隙； Hmax前一规准加工时表面微观不平度最大值； hmax本规准加工时表面微观不平度最大值。,4.1 电火花加工,电火花电极,H=l+L 式中 H除装夹部分外的电极
16、总高度； l电极每加工一个型腔，在垂直方向的有效高度，包括型腔深度和电极端面损耗 量，并扣除端面加工间隙值； L考虑到加工结束时，电极夹具不和夹具模块或压板发生接触，以及同一电极需重复使用而增加的高度。,图4-35 电极高度尺寸的计算,小结 电火花加工的基本原理 脉冲性火花放电产生的热量使局部金属熔化。 电火花加工机理 脉冲周期内，四个过程循环进行。 电火花加工的工艺规律 控制电参数和非电参数保证加工效率和质量，降低电极损耗。 电火花穿孔成型加工 主要加工方法，电极结构设计和尺寸计算、电规准的合理选择,4.1 电火花加工,作业 电火花加工的物理本质是什么？ 什么是极性效应？在电火花加工中如何充分利用极性效应？ 电火花加工的物
