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1、第二章 电火花加工电火花加工的基本概念： 要点：脉冲性电火花、局部瞬时放电、高温将金属蚀除第一节 电火花加工的基本原理及其分类一、电火花加工的原理和设备组成1、电火花加工的原理：基于工具和工件之间脉冲性火花放电，电腐蚀多余金属，达到对零件尺寸、形状及表面质量预定的加工。2、电火花腐蚀的原因：火花放电时，火花通道中瞬时产生大量的热，温度很高，足以将金属材料局部熔化、气化而蚀除，形成凹坑。1严选课件3、电火花加工条件1）经常保持一定的放电间隙 a 放电间隙大小与加工条件有关，一般为几微米 几百位米；b 间隙大：极间电压不能击穿介质，不会产生不会产生电火花；c 间隙小：断路，不能形成不能形成火花放电
2、；d 需要工具电极自动调节，保持一定的放电间隙。 2严选课件 脉冲峰值电压或空载电压脉冲宽度脉冲间隙脉冲周期脉冲电源电压波形2）瞬时脉冲放电（11000微秒）将每一次放电局限在很小的范围内大：表面烧伤，无法用于加工3严选课件3）在具有一定绝缘性能的液体介质中进行电火花加工对工作液的要求及作用：1、绝缘性能好，有利于产生脉冲式的电火花；2、将碎屑从放电间隙中排掉；3、冷却作用。4严选课件电火花加工原理示意图5严选课件二、电火花加工的特点及其应用1、主要优点（1）适合于任何难切削加工材料：金刚石、立方氮化硼（2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件没有宏观的切削力，加工低刚性零件；将电极形状复制。2
3、、局限性（1）导电材料（2）加工速度慢：切削大部分金属，电火花精加工（3）存在电极损耗：在尖角处，影响成型精度6严选课件 电火花加工，主要用来解决难加工材料、复杂形状零件加工问题3 用电火花方法加工，材料的可加工性： 取决于被加工材料的导电性及其热学特性，而几乎与其力学性能（硬度、强度无关） 材料的热学特性：熔点、沸点、比热容、导电率。 材料的导电特性：电阻率等电火花加工电极常用材料纯铜（俗称紫铜）、石墨7严选课件三、电火花加工工艺方法分类1、电火花穿孔成形加工2、线切割3、内孔、外圆和成型磨削4、电火花同步共轭回转5、电火花高速小孔加工6、电火花表面强化、刻字8严选课件第二节电火花加工的机理
4、从大量的实验资料看来：电火花腐蚀的微观过程，是：电场力、磁力、热力、流体动力、电化学、胶体化学复合作用的结果。这一过程，主要分为以下4个阶段、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、电极材料的抛出：二次爆炸飞溅、极间介质的消电离9严选课件一、极间介质的电离、击穿，形成放电通道（1）和段：工具电极与工件间加电压到约80V；电场强度与电压正比，与距离反比；电场强度不均匀：1）微观凹凸 2）杂质离子导电当阴极表面电场强度达到100V/um左右时，产生场致电子发射，阴极表面向阳极逸出电子；在电场的作用下，负电子高速向阴极运动，撞击介质中的分子或中性原子，形成带负电的离
5、子（主要是电子）和带正电的粒子（正粒子），导致带电粒子雪崩是增多，使介质击穿形成放电通道。10严选课件（2）放电通道形成，间隙电阻在0.1um时间内，电阻从绝缘状态降低到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大（几安几百安）；间隙电压则有击穿电压迅速下降到维持电压（一般25V）。图中23段；（3）放电通道由带电正粒子、带电负离子及中性粒子（原子或分子）组成“等离子体”，带电粒子高速运动，相互碰撞，产生大量的热，通道中心温度可达10000度以上； 高压的形成：1）放电时电流产生的磁场，磁场反过来对电子流产生向心的磁压缩效应； 2）周围介质惯性动力压所作用。 高温高压形成的初始压力可达数十兆帕。（4）
6、高温高压的放电通道，以及随后瞬时气化形成的气体（以后发展为气泡），急速扩展，产生强烈的冲击波向四周传播。放电过程中，同时伴随派生现象：热效应、电磁效应、光效应、声效应、频率范围很窄的电磁波辐射、局部爆炸冲击波等。11严选课件二、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀1、放电通道中的高温，首先把工作液介质气化，进而进行热分解气化。2、正负极表面的高温，除使工作液气化、热分解气化外，也使金属材料熔化、直至沸腾气化。3、气化后的工作液和金属蒸气，瞬时体积猛增，迅速热膨胀，爆炸。4、热膨胀、局部爆炸，使熔化、气化了的电极材料抛出、蚀除。对应于图中34段，此时80V降为25V维持电压。12严选课件三 电极
7、材料的抛出13严选课件1、电极材料的抛出1）放电点瞬时高温、热膨胀，产生很高的瞬时压力；2）通道中心压力最高，使气化了的气体不断向外膨胀，形成气泡；3）气泡上下内外压力不相等，压力高处熔融的金属液体和蒸气，被抛出，进入工作液。2、二次抛出现象放电结束后，气泡温度不再继续上升， 但惯性力使其不断扩展，甚至低于大气压，形成局部真空；低压下，熔融的金属及其蒸汽再次沸腾，抛出。3、电极的保护作用气化了的金属，在抛离电极时，四处飞溅，有一小部分镀覆在对面的电极表面，用来补偿工具电极的消耗。4、单个脉冲电痕的组成凝固层、热影响层、材料基体14严选课件5、影响正、负电极上抛出材料的因素1）电子、正离子撞击的
8、能量、热量不同；2）电机材料的熔点、气化点不同；3）脉冲宽度、脉冲电流的大小不同。现在无法详细的计算。四、极间介质的消电离对应图中45段。放电结束后，应有一段的时间间隔。作用：1）使带电粒子符合为中性粒子，恢复放电通道间隙介质的绝缘强度。2）电蚀物排出15严选课件第三节电火花加工中的一些基本规律一、影响材料放电腐蚀的主要因素1、极性效应1）极性效应的概念：单纯由于正、负电极不同，导致电蚀量不同 的现象2）原因：两极表面分配的能量不。电子：轻，惯性小；粒子：重，惯性大。3）“正极性”加工：工件接正极。短脉冲加工，精加工（小于10微秒）；4）“负极性”加工：工件解负极。长脉冲加工，粗加工（大于80
9、微妙）。16严选课件5）特例工作液中游离出来的碳微粒子，形成碳黑膜（碳黑膜一般带负电），减小电极损耗。例1：纯铜电极加工钢：脉宽小于8微妙时，通常采用正极加工；采用分组脉冲时，却采用负极加工。例2：脉宽不变，脉间的影响：正、负加工可变。p146）影响极性效应的因素脉宽、脉间、脉冲峰值电流、放电电压、工作液、电极对材料7）极性效应越显著越好8）降低工具电极损耗的措施（P14）工具电极材料、电极对材料、电参数、选择极性17严选课件2、电参数对电蚀量的影响1）电参数的基本概念电压脉冲宽度、电流脉冲宽度、脉冲间隙、脉冲频率、峰值电流、峰值电压、极性2）提高电蚀量和生产效率的途径qa 正极总蚀除量， q
10、c 负极总蚀除量18严选课件提高电蚀量和生产效率的途径：1）提高脉冲频率；2）提高单个脉冲能量，即：提高平均放电电流和脉宽；3）减小脉间；4）设法提高工艺系数。但任何事物都是两方面的：脉冲间隔短电弧，单个脉冲能量增加降低表面粗糙度。19严选课件3、金属材料热学常数对电蚀量的影响（1）热学常数的基本概念熔点、沸点（气化点）、热导率、比热容、熔化热、气化热等。（解释，P15）（2）金属材料热学常数对电蚀量的影响1）熔点、沸点（气化点）、比热容、熔化热、气化热的影响；2）热导率的影响3）脉冲幅值/脉宽的影响：脉冲电流幅值小，脉宽越长，散失的热量越多；脉冲电流幅值大，脉宽越短，热量过于集中来不及扩散，
11、致使抛出的金属部分比例增大，多好用气化热20严选课件问题：1、材料已定的情况下，影响最大蚀除量因素？ 2、通过2-7图，如何理解材料对的概念？21严选课件4、工作液对电蚀量的影响（1）工作液的作用1）形成火花放电通道；放电结束后，迅速恢复绝缘2）对放电通道有压缩作用3）帮助电蚀产物的抛出和排除4）对工具和工件的冷却作用（2）工作液粘度的影响（1）粘度大时：（2）粘度小时：粗加工时，选用粘度大的工作液；精加工时，选用粘度小的工作液。水基工作液：22严选课件5、其它因素1）加工过程的稳定性的影响2）加工面积过小，电流大，使电蚀产物浓度过高，不能分散转移，造成过热，形成电弧；3）电极材料的影响：钢电
12、极加工钢时，不稳定；4）电蚀材料抛出速度的影响： 抛出速度太高，冲击另一电极表面，加大蚀除量；抛出速度较低时，喷射到另一电极表面，起保护作用。23严选课件二、电火花加工 的加工速度和工具损耗速度1、提高电火花加工速度的措施1）提高脉冲频率。过短的不利影响P172）增加单个脉冲能量好处：不利影响：3）提高工艺系数K措施：合理选用电极材料；合理选用电参数；合理选用工作液。24严选课件2、工具相对损耗（1）衡量工具电极是否耐用的标准：相对损耗：25严选课件（2）减少工具电极的措施：1）正确的选择极性和脉宽（图2-8）短脉冲、精加工，采用正极加工；长脉冲、粗加工，采用负极加工；2）利用吸附效应吸附效应
13、的形成：煤油等碳氢工作液，放电过程产生碳、形成碳化物微粒（胶团），带负电，吸附在正极，高温下形成碳黑膜，保护层。要利用碳黑膜的保护作用，必须采用负极加工；为了保持合适的温度场和吸附碳黑的时间，适当增加脉宽是有利的。控制冲、抽油压力。26严选课件3）利用热传效应电流增长率不要太高。电流增长率太高时，热冲击作用下，工具电极易裂。采用宽脉冲、小电流加工。4）合理选用电极材料熔点沸点高材料：钨、钼；铜；导热性能好石墨；热性能好，粗加工时补偿电极复合材料：铜碳、铜钨、银钨等，导热好，熔点高。27严选课件三、影响加工精度的因素1、放电间隙的大小及其一致性；放电间隙稳定时，可通过修正电极尺寸，获得高的加工精
14、度。为了减小加工误差，采用较小的电规，缩小放电间隙。原因：棱角部位电厂强度分布不均，间隙越大，影响越大。精加工单面间隙0.01mm；粗加工0.5mm以上。2、工具电极的损耗3、二次放电的影响：产生坡度4、尖角或凹角难以复制，影响加工精度(解决办法：高频窄脉宽加工) 目前，电火花可达到的精度0.010.05mm28严选课件图图2-9 2-9 电火花加工时的加工斜度电火花加工时的加工斜度二次放电二次放电加工斜度加工斜度电极损耗电极损耗棱角变钝棱角变钝29严选课件四、电火花加工的表面质量1、表面质量的含义：表面粗糙度、表面变质层、表面力学性能2、电火花加工表面粗糙度的影响1）单个脉冲能量2）工件材料
15、的硬度：硬度高，好3）工具电极表面粗糙度4）加工面积：加工面积大，粗糙度低。3、表面变质层1）熔化凝固层：结合不牢固的淬火铸造组织2）热影响层：形成淬火区3）显微裂纹：影响因素3个，P2230严选课件4、表面力学性能1）显微硬度及耐磨性：硬度高、耐磨性好，结合层不牢固。2）残余应力：表面质量要求较高时，避免用较大的加工规准3）耐疲劳性能：显微裂纹的存在，耐疲劳性能比机械加工表面低许多倍。采用回火处理、喷丸处理31严选课件第四节 电火花加工用脉冲电源一、电火花脉冲电源的的要求1、所产生的脉冲式单项的；2、脉冲电压波形的前后沿应该陡3、脉冲的主要参数应能在很宽的范围内调节；4、可靠性高、成本低、寿
16、命长、操作方便，节省电能二、RC线路脉冲电源：充电回路、放电回路三、晶体管式脉冲电源：依靠功率电子元件，获得单项脉冲32严选课件四、各种派生电源1、高低压复合电源2、多回路脉冲电源：同时给多回路供电3、等脉冲电源：脉冲电流宽度相等，保证粗糙度，提高零件的加工精度。4、高频分组脉冲和梳形波电源5、自选加工规准电源 和 智能化、自适应控制电源：1）查表方式；2）智能化自动控制33严选课件第五节 电火花加工的自动进给调节系统Vw：工件蚀除速度；Vd：工具电极进给速度34严选课件放电间隙小时，电蚀产物难以排出，火花放电率减小，工具电极蚀除速度小；放电间隙大时，工具电极蚀除速度大，到达最佳间隙B点后，蚀
17、除速度下降。Vd0=200300mm/min35严选课件一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类对自动进给调解系统的一般要求：1、有较广的速度调节跟踪范围；2、有足够的灵敏度和快速性3、 有必要的稳定性：避免低速爬行、超调量要小，传动刚性高二、自动进给调解系统的基本组成部分（后图）1、测量环节：原理：非直接测量，测量与放电间隙成比例关系的电参数（如间隙电压）2、比较环节：从测量环节得来的信号，与“给定值”进行比较，跟据差值对加工过程进行控制。3、放大驱动4、执行环节5、调节对象：既调节放电间隙。控制间隙0.010.10mm36严选课件37严选课件第六节 电火花机床的组成1、机床总体部分：床身
18、、立柱、工作台、工作液槽2、主轴头（要求：P34）3、工具电极夹具4、工作液循环、过滤系统 冲油式：电蚀物通过加工区，少影响加工精度； 抽油式：有死角，易“放炮”。参见图2-2938严选课件第七节 电火花穿孔成形机床电火花穿孔成形加工的概念：利用电火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件进行复制加工。一、冲模的电火花加工优点：1）工件可以在淬火后进行，避免了热变性；2）冲模配合间隙均匀，刃口耐磨；3）不受材料硬度限制，扩大了磨具材料选用范围4）对于中小型复杂程度的凹模，可以不用镶拼结构，采用整体式39严选课件1、冲模加工工艺方法L2=L1+2SL近年来，由于线切割技术的发展，凹凸模多采用线切割
19、加工2、工具电极（1）电极材料的选择。凸模：T8A、T10A等高碳钢，铬钢Cr12、GCr15，硬质合金。注意：凹凸模不要选用同一材料，否则电火花加工不稳定（）工具电极的设计工具电极的截面轮廓尺寸=配合尺寸-火花放电间隙工具电极的尺寸精度及表面粗糙度，比凹模高一级，不低于IT7级。（3）电极的制造：机械加工、成形研磨3、工件的准备予加工凹模型孔，并留有电火花加工余量。单边余量0.51.5mm40严选课件4、电规的选择及转换电规的概念：一组电参数，如：电压、电流、脉宽、脉间等。冲模加工中，常采用粗（50500uS）、中（10100uS 、精（26uS)三种电规。二、型腔的加工1、型腔模电火花加工
20、的工艺方法（1）型腔模加工的难点：盲孔，工作液循环和电蚀产物排出条件差；加工面积大，加工过程中电规准的变化范围大，电极损耗不均匀，影响加工精度41严选课件（2）型腔加工的主要方法a单电极平动法：用一个电极完成型腔的粗、中、精加工。加工过程：利用平动头，作平面小圆运动，按照粗、中、精的顺序，逐级改变电规准，依次加大电极的平动量。优点：只需一个电极、一次定位装夹。缺点：难以达到高精度的型腔模，难以加工出清棱、清角的型腔。b多电极更换法：采用多个电极，依次更换加工同一型腔，一般用粗、精两个电极即可。要求：1、多个电极一致性要好 2、更换电极时，要求定位装夹精度高c分解电极加工法：它是单电极平动法和多
21、电极更换法的综合运用。先加工主型腔，然后用副型腔电极加工棱角等。42严选课件43严选课件2、型腔模加工用电极（1）电极材料的选择选用耐腐蚀性高的材料作电极，如：纯铜、铜钨合金、银钨合金、石墨。常用：纯铜、石墨。特点：采用宽脉冲粗加工时，损耗低。A、纯铜电极的优点：不宜产生电弧；精加工时比石墨电极损耗小精微加工时，粗糙度高电极用过后，经锻造，可制作加工其他型腔的电极，材料利用率高。B、石墨电极的特点容易成形及修正；在宽脉冲大电流的情况下，具有更小的电极消耗缺点：容易产生电弧烧伤。44严选课件（2）电极设计a=AKb式中 a-电极水平方向尺寸；A-型腔图纸上名义尺寸K-直径方向（双边）K=2,半径
22、方向（单边）K=1；b-电极单边缩放量（包括平动头偏心量，一般取0.50.9mm）。H=l+L l-型腔在垂直方向上的有效高度；L-电极夹具和工件压板不接触时， 需要增加的高度。（3）排气孔和冲油孔的设计在不易排屑的拐角、窄缝处，应开有冲油孔；在蚀除面积大，电极表面有凹入的地方，设有排气孔。45严选课件3、工作液强迫循环的应用由于型腔加工属于盲孔加工，当型腔较浅时，可设计上排气孔，以避免“放炮”现象的发生；当型腔小而深时，往往采用强迫冲油的方式；电极上应开有冲油孔。冲油的不利影响：冲油速度过高，使电蚀产物不容易反粘到电极表面； 游离碳弄度降低，影响了黑膜的生成； 流畅不均，使电极造成局部冲刷，
23、使反粘及黑膜厚度不均，影响工件的加工精度。46严选课件4、电规准的选择、转换，平动量的分配粗加工时：采用较宽的脉冲（脉宽400微秒以上）；半精加工时：脉宽20400微妙；精加工时：采用较窄的脉冲（脉宽220微妙）。平动量的分配：原则上，每次平动量的扩大量，应等于或稍小于上次遗留下来的Rmax值，至少应为（1/2）Rmax。47严选课件5、电火花加工工艺参数表正确的选择电火花加工规准，可跟据书中介绍的各工艺参数曲线图，进行选择。图2-35说明了表面粗糙度表面粗糙度与脉宽、电流峰值之间的关系；图2-36单边放电间隙单边放电间隙与脉宽、电流风制止建的关系；图2-37说明了工件蚀除速度工件蚀除速度与脉
24、宽、电流峰值之间的关系图2-38说明了电极损耗率电极损耗率与脉宽、电流峰值之间的关系粗加工型腔模具时，电极损耗率必须低于1%。48严选课件三、小孔电火花加工三、小孔电火花加工小孔的特点：加工面积小，深度大， 盲孔加工，排屑难。小孔加工时，为避免空心管造成的-留有毛刺料心，采用专业厂特制冷拔双孔管状电极。管中通入15MPa的高压工作液，钻孔速度比普通钻孔快；在工具电极上，加电磁振动头，可显著改善排屑条件。电火花-超声波复合加工。49严选课件高速小孔加工工艺高速小孔加工工艺 管状电极回转并沿轴向管状电极回转并沿轴向进给，进给，15MPa高压工作液高压工作液（去离子水、乳化液等）排（去离子水、乳化液
25、等）排屑屑,加工速度达加工速度达60mm/min左左右，孔深径比可超过右，孔深径比可超过100。 国外公司样品直径为国外公司样品直径为3mm,深度达深度达330mm。50严选课件四、小深孔的高速电火花加工四、小深孔的高速电火花加工 加工示意图，见后。加工要点：1、采用中空管状电极；2、管中通高压工作液，冲走电蚀物；3、电极作回转运动：电极端部磨损均匀，不走偏。五、异形小孔的电火花加工（自己看一下）五、异形小孔的电火花加工（自己看一下）51严选课件第八节第八节 其它电火花加工其它电火花加工一、电火花小孔磨削：加工要点：工具电极旋转、工件旋转、工具电极作往复运动。电火花小孔镗削：工件旋转、工具电极
26、作往复和进给运动。工具电极不旋转。二、电火花铲磨硬质合金小模数滚刀三、电火花共轭同步回转加工螺纹：基本原理 加工区域，线速度存在差异，对电极螺纹局部的微量缺损，有均化作用52严选课件非接触加工非接触加工53严选课件54严选课件四、电火花双轴回转，展成法磨削凹凸球面及球头五、聚晶金刚石等高抗性材料的电火花加工原理：1、高温，将导电的粘结剂熔化、气化，蚀除掉；2、电火花高温，使金刚石微粉“碳化”，成为可加工的石墨；3、也可能因粘结剂被蚀除掉后，整个金刚石颗粒自行脱落下来。55严选课件六、金属电火花表面强化、刻字（一）金属电火花表面强化1、电火花强化工艺电火花强化也称为-电火花表面合金化。结构组成：
27、RC电源、振动器。2、工艺过程：电火花放电、电极和工件材料局部熔化甚至气化、电极接触工件形成短路、电极以适当的压力压向工件、熔化了的材料相互粘结扩散形成熔渗层、在振动器作用下电极离开工件、工件上熔化层急剧冷凝、电极材料粘结覆盖在工件上。56严选课件3、电火花表面强化层的特性 1）硬度高，用硬质合金作电极材料时，HRC70以上； 2）耐磨性好：使用铬锰、钨铬钴合金、硬质合金作工具电极，强化45号钢，耐磨性提高25倍； 3）提高耐腐蚀性：用石墨电极强化45钢，提高耐蚀性90%、用WC、CrMn强化不锈钢提高耐蚀性35倍； 4）提高了耐热性； 5）疲劳强度提高2倍以上； 6）硬化层厚度约为0.010.3mm。同学们发挥想象力，开拓期应用范围。磨具等方面。（二）电火花刻字（1）字、图案用铜片做成阴极，工具一边振动一边放电，电蚀产物镀覆在工件表面上。（2）手动电笔。57严选课件58严选课件
