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1、1大家好第二章第二章 电火花加工（电火花加工（EDM） (Electrical Discharge Machining)v电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理v电火花加工的机理电火花加工的机理v电火花加工中的基本规律电火花加工中的基本规律v电火花加工用脉冲电源电火花加工用脉冲电源v电火花加工的自动进给调节系统电火花加工的自动进给调节系统v电火花加工机床电火花加工机床v电火花加工的应用电火花加工的应用v电火花加工新技术电火花加工新技术22.1 电火花加工的基本原理与设备电火花加工的基本原理与设备v电火花加工的定义电火花加工的定义 在一定的液体介质中，利用脉冲放在一定的液体介质中，利用脉冲放电
2、对电对导电材料导电材料的电腐蚀作用来蚀除材料，的电腐蚀作用来蚀除材料，使零件的尺寸、形状和表面质量达到预使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。定技术要求的一种加工方法。3加工原理图加工原理图4加工原理图加工原理图5vv电腐蚀现象电腐蚀现象 基于工具和工件（正负电极）之间脉冲性基于工具和工件（正负电极）之间脉冲性火花放电而产生火花放电而产生vv电腐蚀现象的原因电腐蚀现象的原因vv火花放电火花放电 产生热量产生热量 高温高温 金属局部熔化、气化金属局部熔化、气化 被去除被去除电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理6电腐蚀现象用于尺寸加工的条件电腐蚀现象用于尺寸加工的条件1.
3、1. 极间保持一定放电间隙极间保持一定放电间隙vv间隙过大：不能击穿介质间隙过大：不能击穿介质间隙过大：不能击穿介质间隙过大：不能击穿介质vv间隙过小：短路接触间隙过小：短路接触间隙过小：短路接触间隙过小：短路接触 （几微米（几微米（几微米（几微米几百微米）几百微米）几百微米）几百微米）* * 采用工具电极的自动进给调节系统采用工具电极的自动进给调节系统7电腐蚀现象用于尺寸加工的条件电腐蚀现象用于尺寸加工的条件2. 2. 瞬时的脉冲放电瞬时的脉冲放电瞬时的脉冲放电瞬时的脉冲放电放电间隙：使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分放电间隙：使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分放电间隙：使放
4、电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分放电间隙：使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分 （1 11000 1000 s s）。）。）。）。连续放电：电弧放电，产生表面烧伤，无法控制尺寸。连续放电：电弧放电，产生表面烧伤，无法控制尺寸。连续放电：电弧放电，产生表面烧伤，无法控制尺寸。连续放电：电弧放电，产生表面烧伤，无法控制尺寸。 必须采用脉冲电源必须采用脉冲电源必须采用脉冲电源必须采用脉冲电源脉冲电压波形脉冲电压波形脉冲电压波形脉冲电压波形t ti i：脉冲宽度：脉冲宽度：脉冲宽度：脉冲宽度 t to o：脉冲间隔：脉冲间隔：脉冲间隔：脉冲间隔 t tp p：脉冲周期：脉冲周期：脉冲周期：
5、脉冲周期 i i：脉冲峰值电压：脉冲峰值电压：脉冲峰值电压：脉冲峰值电压8电腐蚀现象用于尺寸加工的条件电腐蚀现象用于尺寸加工的条件3. 两电极之间必须充入有一定绝缘性的液体介两电极之间必须充入有一定绝缘性的液体介质质 工作液循环过滤系统工作液循环过滤系统p工作液（液体介质）：煤油、皂化液、去离子水工作液（液体介质）：煤油、皂化液、去离子水工作液（液体介质）：煤油、皂化液、去离子水工作液（液体介质）：煤油、皂化液、去离子水p工作液的作用：工作液的作用：工作液的作用：工作液的作用： 有利于火花放电有利于火花放电有利于火花放电有利于火花放电 排除电蚀产物排除电蚀产物排除电蚀产物排除电蚀产物 冷却电极
6、和工件冷却电极和工件冷却电极和工件冷却电极和工件9加工原理图加工原理图10电火花加工的特点电火花加工的特点vv优点优点vv局限性局限性主要加工导电材料主要加工导电材料主要加工导电材料主要加工导电材料加工效率较低加工效率较低加工效率较低加工效率较低存在电极损耗存在电极损耗存在电极损耗存在电极损耗可加工任何硬、脆、软、韧和高熔点的导电材料，可加工任何硬、脆、软、韧和高熔点的导电材料，如硬质合金、导电陶瓷、不锈如硬质合金、导电陶瓷、不锈钢、钛合金、工业纯铁、人造聚晶金刚石等，还可加工半导体和非导体材料。钢、钛合金、工业纯铁、人造聚晶金刚石等，还可加工半导体和非导体材料。 由由于于脉脉冲冲放放电电持持
7、续续时时间间极极短短，加加工工表表面面的的影影响响极极小小。故故可可加加工工热热敏敏感感性性很很强强的的材材料；料；加加工工时时，工工具具与与工工件件不不接接触触，“切切削削力力”极极小小。故故适适合合于于低低刚刚度度工工件件和和微微细细结结构构的加工。特别适合加工复杂截面的形孔和形腔；的加工。特别适合加工复杂截面的形孔和形腔；调整脉冲参数，可以在同一台机床上依次进行粗、精加工；调整脉冲参数，可以在同一台机床上依次进行粗、精加工； 易于实现自动控制。易于实现自动控制。112. 2 电火花加工的机理电火花加工的机理vv一次电火花腐蚀的微观过程一次电火花腐蚀的微观过程极间介质的电离、击穿、形成放电
8、通道极间介质的电离、击穿、形成放电通道极间介质的电离、击穿、形成放电通道极间介质的电离、击穿、形成放电通道介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀电极材料抛出电极材料抛出电极材料抛出电极材料抛出vv极间介质消电离极间介质消电离12一次电火花腐蚀的微观过程（一次电火花腐蚀的微观过程（1）vv极间介质的电离、击穿、形成放电通道极间介质的电离、击穿、形成放电通道n n两极间形成电场两极间形成电场两极间形成电场两极间形成电场n n电场强度达到电场强度达到电场强度达到电场强度达到10V/10V/ m产
9、生产生电电电电子发射，由阴极表面向阳极逸子发射，由阴极表面向阳极逸子发射，由阴极表面向阳极逸子发射，由阴极表面向阳极逸出电子，并撞击工作液介质中出电子，并撞击工作液介质中出电子，并撞击工作液介质中出电子，并撞击工作液介质中的分子或中性粒子，产生碰撞的分子或中性粒子，产生碰撞的分子或中性粒子，产生碰撞的分子或中性粒子，产生碰撞电离，形成带正、负电粒子。电离，形成带正、负电粒子。电离，形成带正、负电粒子。电离，形成带正、负电粒子。n n带电粒子雪崩式增多，介质被带电粒子雪崩式增多，介质被带电粒子雪崩式增多，介质被带电粒子雪崩式增多，介质被击穿而形成放电通道。击穿而形成放电通道。击穿而形成放电通道。
10、击穿而形成放电通道。n n通道结构：同一时间一个放电通道结构：同一时间一个放电通道结构：同一时间一个放电通道结构：同一时间一个放电通道通道通道通道 13vv介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀一次电火花腐蚀的微观过程（一次电火花腐蚀的微观过程（2）n能量转换能量转换能量转换能量转换电能电能电能电能 动能动能动能动能 热热热热n通道高温使介质气化、热裂通道高温使介质气化、热裂通道高温使介质气化、热裂通道高温使介质气化、热裂分解气化。分解气化。分解气化。分解气化。n正负极表面的高温也使金属正负极表面的高温也使金属正负极表面的高温也使金属正负极表面的高温也使金属材
11、料熔化，直至沸腾气化材料熔化，直至沸腾气化材料熔化，直至沸腾气化材料熔化，直至沸腾气化 。 + 14vv电极材料抛出电极材料抛出一次电火花腐蚀的微观过程（一次电火花腐蚀的微观过程（3）存在下面三种作用存在下面三种作用热爆炸力热爆炸力 瞬时膨胀瞬时膨胀电动力电动力正负离子对电极的正负离子对电极的冲击压力冲击压力流体动力流体动力蒸发、分解气体蒸发、分解气体 +15vv电极材料抛出电极材料抛出一次电火花腐蚀的微观过程（一次电火花腐蚀的微观过程（3）1-1-阴极阴极 2-2-从阴极上抛出金属的区域从阴极上抛出金属的区域 3-3-溶化的金属微粒溶化的金属微粒 4-4-工作液工作液 5-5-在工作液在工作
12、液中凝固的金属微粒中凝固的金属微粒 6-6-从阳极上抛出金属的区域从阳极上抛出金属的区域 7-7-阳极阳极 8-8-气泡气泡 9-9-放电通道放电通道16一次电火花腐蚀的微观过程（一次电火花腐蚀的微观过程（3） 气化区气化区气化区气化区 熔化区熔化区熔化区熔化区 熔化凝固层熔化凝固层熔化凝固层熔化凝固层 热影响层热影响层热影响层热影响层 无变化区无变化区无变化区无变化区单个脉冲放电痕剖面单个脉冲放电痕剖面单个脉冲放电痕剖面单个脉冲放电痕剖面放电通道放电通道放电通道放电通道翻边凸起翻边凸起翻边凸起翻边凸起vv电极材料抛出电极材料抛出17电火花加工表面局部放大图电火花加工表面局部放大图18vv极间
13、介质消电离极间介质消电离一次电火花腐蚀的微观过程（一次电火花腐蚀的微观过程（4） 脉冲电压结束，脉冲电脉冲电压结束，脉冲电流降为零流降为零 带电离子带电离子 中性离子中性离子v 介质恢复绝缘介质恢复绝缘v 电蚀物排除电蚀物排除v 热能排除热能排除19电火花加工过程电火花加工过程201. 1.极间介质的电离、击穿、形成放电通道极间介质的电离、击穿、形成放电通道极间介质的电离、击穿、形成放电通道极间介质的电离、击穿、形成放电通道2. 2.介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀3. 3.电极材料
14、抛出电极材料抛出电极材料抛出电极材料抛出4. 4.极间介质消电离极间介质消电离极间介质消电离极间介质消电离电火花加工的机理电火花加工的机理21极间放电电压和电流波形极间放电电压和电流波形1. 1.脉冲电压施加于工具脉冲电压施加于工具脉冲电压施加于工具脉冲电压施加于工具电极与工件之间（电极与工件之间（电极与工件之间（电极与工件之间（0-10-1段和段和段和段和1-21-2段）。段）。段）。段）。2. 2.电离、击穿，形成放电离、击穿，形成放电离、击穿，形成放电离、击穿，形成放电通道（电通道（电通道（电通道（2-32-3段）。段）。段）。段）。3. 3.介质分解、电极材料介质分解、电极材料介质分解
15、、电极材料介质分解、电极材料溶化、气体热膨胀（溶化、气体热膨胀（溶化、气体热膨胀（溶化、气体热膨胀（3-3-4 4段）段）段）段）4. 4.极间介质的消电离极间介质的消电离极间介质的消电离极间介质的消电离（4-54-5段）段）段）段）222. 3 2. 3 电火花加工中的基本规律电火花加工中的基本规律v2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素影响材料放电腐蚀的主要因素v2.3.2 电火花加工的速度和工具损耗速度电火花加工的速度和工具损耗速度v2.3.3 影响加工精度的主要因素影响加工精度的主要因素v2.3.4 电火花加工的表面质量电火花加工的表面质量232.3.1 2.3.1 影响材料放电腐蚀的
16、主要因素影响材料放电腐蚀的主要因素(影响电蚀量影响电蚀量/生产率的主要因素生产率的主要因素)极性效应极性效应极性效应极性效应电参数电参数电参数电参数金属材料热学常数金属材料热学常数金属材料热学常数金属材料热学常数工作液工作液工作液工作液其他因素其他因素其他因素其他因素24极性效应对电蚀量的影响vv极性效应极性效应极性效应极性效应这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象。现象。现象。现象。正极性加工：工件接在脉冲电源的正极正极性加工：工件接在脉冲电源的正极正极性加工：工件接在脉冲电源的正极正极性加工：工件接在脉冲电源的正极负极性加工：工件接在脉冲电源的负极负极性加工：工件接在脉冲电源的负极负极性加工：工件接在脉冲电源的负极负极性加工：工件接在脉冲电源的负极25产生极性效应的原因产生极性效应的原因 电子的质量电子的质量 正离子的质量正离子的质量 （1 1）窄脉冲：正极性加工）窄脉冲：正极性加工 （2 2）长脉冲：负极性加工）长脉冲：负极性加工
