第三章电火花介质击穿放电微观物理过程和电火花加工新技术第一节 放电的伏安特性和电火花加工的基本原理 一、放电的伏安特性二、电火花加工原理 三、条件 四、特点 五、分类 编辑课件 一、放电的伏安特性1.放电现象与电加工方法⒉放电现象的基础和放电的伏安特性编辑课件 1.放电现象与电加工方法放电加工是通过人工设定的放电现象，利用其能量进行加工的方法19世纪末期，在美国发明了电笔，它是在电极与被加工工件金属之间，通过低电压、大电流时进行刻印或写字的； 进入20世纪后，通过在介电液体中放电，能够制作金属粉末等 ； 苏联学者拉扎连柯夫妇 1943年在金属上打孔获得成功 发明电火花加工日本把电火花加工作为精密加工，用于金属模具加工来研究电火花加工已经成为金属模具加工的主要手段 编辑课件 ⒉放电现象的基础和放电的伏安特性把在固体、液体、气体的绝缘体内通过电流时的现象称为放电使其产生绝缘破坏，就会从电晕放电(corona)开始，经过火花放电(spark)、电弧放电(arc)的形式，完成绝缘的破坏 暗流 ： a-b段电晕放电(b) 火花放电(b-c段) 电弧放电(d-e段以后) 编辑课件 气体中放电类型编辑课件 起始放电间隙与放电电压编辑课件 二、电火花加工原理电火花加工原理： 工件和工具之间脉冲性放电的电腐蚀现象来蚀除多余金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。
编辑课件 二、条件⒈经常保持一定的间隙 几微米到几百微米 ⒉脉冲放电 1μs～1000μs ⒊绝缘介质 103～107Ω·㎝ 编辑课件 三、电火花加工的特点：⒈优点：⑴难切削材料⑵特殊、复杂零件 ⑶无明显作用力⒉缺点：⑴导电材料⑵加工速度慢⑶电极损耗⑷角半径有限制 编辑课件 四、电火花加工的分类： ⒈穿孔成型加工⒉线切割加工⒊电火花磨、镗削⒋同步共轭回转加工⒌高速小孔加工⒍表面强化、刻字⒎电火花铣削加工⒏微细电火花加工⒐电火花表面沉积加工⒑电火花表面着色编辑课件 第二节电火花介质击穿放电微观物理过程•电火花加工过程中，包含着加工间隙中的电蚀产物产物从工件电极和工具电极上蚀除、间隙中电蚀产物从间隙中排出、间隙尺寸增大、电极跟进等过程•从微观上看，加工间隙中的电蚀产物产物是如何（怎样）从工件电极和工具电极上蚀除下来的？电火花介质击穿放电微观物理过程编辑课件 第二节电火花介质击穿放电微观物理过程 一、极间介质的电离、击穿、形成放电通道二、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀三、电极材料的抛出四、极间介质的消电离编辑课件 第二节电火花介质击穿放电微观物理过程编辑课件 第二节电火花介质击穿放电微观物理过程一、极间介质的电离、击穿、形成放电通道 场强： 105V／mm（100 V／µm）时间： 0.1～0.01µs电阻： 绝缘→几分之一欧姆电流密度： 105～106 A／cm2（103～104 A／mm2） 20～25 V温度： 10000℃初始压力： 数至数十Mpa二、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀电子→正极正离子→负极电能→动能→热能通道高温→工作液热分解表面瞬时热源热膨胀小气泡 爆炸声 编辑课件 第二节电火花介质击穿放电微观物理过程三、电极材料的抛出向外膨胀气泡内外各处压力不等排挤、抛出，进入工作液飞溅镀覆吸附抛出作用：热爆炸力电动力流体动力四、极间介质的消电离恢复绝缘消电离时间电蚀产物排除编辑课件 第三节 电火花加工方法和新技术一、电火花加工方法二、电火花加工新技术编辑课件 一、电火花加工方法㈠ 冲模的电火花加工 ㈡ 型腔模的电火花加工 ㈢ 小孔加工 ㈣ 异形小孔的电火花加工㈤ 电火花小孔磨削㈥ 电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀㈦ 电火花共轭同步回转加工螺纹㈧ 金属电火花表面强化和刻字㈨ 电火花双轴回转展成法磨削凹凸球面球头编辑课件 一、电火花加工方法电火花穿孔成型加工电火花穿孔加工电火花成型加工 冲模（凸凹模、卸料板 、固定板） 粉末冶金模 挤压模（型腔） 型孔零件 小孔（φ0.01 ～φ3mm小圆 孔、异形孔） 型腔零件 型腔模（锻模、压铸模、塑 料模、胶木模）编辑课件 ㈠ 冲模的电火花加工一、冲模的电火花加工⒈冲模的电火花加工工艺⒉工具电极优点： ⑴在工件淬火后进行加工，避免热处理变形。
⑵配合间隙均匀，刃口耐磨 ⑶不受材料硬度限制，扩大了模具材料的选用范围 ⑷中、小型复杂凹模、整体式、简化结构、提高强度编辑课件 ㈠ 冲模的电火花加工⒈冲模的电火花加工工艺 凹模的尺寸精度：主要靠电极来保证 L2=L1＋2SL L2：凹模的尺寸 L1：工具电极的尺寸 SL：单面火花间隙值 直接配合法： 直接用加长的钢凸模作为电极加工凹模，反向加工，加工后把损耗部分切除或低熔点合金浇固 钢打钢：磁性，300V高低压复合回路 绝大多数冲模采用线切割加工编辑课件 ㈠ 冲模的电火花加工⒉工具电极 ⑴电极材料： T8A，T10A Cr12，GCr15 硬质合金 ⑵电极的设计电极结构： 整体式 镶拼式 组合式：多孔落料模、级进模编辑课件 ㈠ 冲模的电火花加工 硬质合金：电极适当加长 工具电极的截面轮廓尺寸比预定加工的型孔尺寸均匀地缩小一个加工间隙 重心位于主轴中心线上。
电极减重：开减轻孔（不能是通孔）⑶电极的制造 机加→成型磨 钳工精修 线切割加工 酸洗 镀铜、镀锌编辑课件 ㈡ 型腔模的电火花加工⒈型腔模电火花加工的工艺方法 锻模、压铸模、胶木模、塑料模、挤压模 特点： 盲孔加工，循环、排除差，无法靠进给补偿精度，加工面积大，损耗不均匀，精度加工方法: ⑴单电极平动法 ⑵多电极更换法 ⑶分解电极法编辑课件 ㈡ 型腔模的电火花加工⑴单电极平动法一个电极：粗、中、精主轴头上数控：摇动加工： 工作台按一定轨迹做微量移动编辑课件 ㈡ 型腔模的电火花加工⑵多电极更换法 多电极依次更换加工同一型腔 编辑课件 ㈡ 型腔模的电火花加工⑶分解电极法 单电极平动加工法和多电极更换加工法的综合应用 主型腔和副型腔电极 先主后副编辑课件 ㈡ 型腔模的电火花加工编辑课件 ㈡ 型腔模的电火花加工编辑课件 ⒉型腔模加工用工具电极⑴电极材料的选择铜钨合金、银钨合金、石墨常用：紫铜、石墨编辑课件 ⒉型腔模加工用工具电极⑵电极的设计截面尺寸：a=A±Kba－电极水平方向的尺寸A－型腔图纸上名义尺寸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=1b－电极半径缩放量（或平动头偏心量0.7～0.9㎜）b=SL＋Hmax＋hmaxSL－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±：缩：－ 放：＋编辑课件 ⒉型腔模加工用工具电极电极高度：H=L＋lH－总高度l－有效长度L－增加长度⑶排气孔和冲油孔设计 直径：φ1～φ2mm 孔距：20～40mm 拐角、窄缝、凹入编辑课件 ㈢ 小孔加工特点： ⑴加工面积小、深度大，直径一般为φ0.05～φ2㎜，深径比达20以上。
⑵盲孔加工，排屑困难 电极截面积小，容易变形，不易散热，排屑困难，电极损耗大，电极： 铜钨合金丝、钨丝、钼丝、黄铜丝 导向装置 电磁振动头 超声波振动编辑课件 ㈢ 小孔加工电火花高速小孔加工 管状电极：回转、轴向进给 1～5Mpa高压工作液 去离子水、蒸溜水、乳化液、煤油 加工速度：可达60㎜/min左右 φ0.3mm～φ3mm，深径比超过100 φ3mm深330㎜ 预穿丝孔 喷嘴编辑课件 ㈣ 异形小孔的电火花加工喷丝板电极制造： ⑴冷拔整体电极 ⑵线切割加工整体电极 ⑶电火花反拷加工整体电极编辑课件 ㈤ 电火花小孔磨削 电火花小孔磨削 电火花镗磨与磨削不同点是： 只有工件的旋转运动，电极的往复运动和进给运动，而电极工具没有转动运动 镗： 锥度、椭圆度达0.003～0.005㎜， 表面粗糙度优于Ra0.32μm。
编辑课件 ㈤ 电火花小孔磨削编辑课件 ㈥ 电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀㈦ 电火花共轭同步回转加工螺纹电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀电火花共轭同步回转加工螺纹 优点： ⑴没有喇叭口 ⑵好的几何精度，表面粗糙度、高的稳定性 ⑶降低对电极设计和制造的要求 材料：紫铜、黄铜 应用： ⑴各类螺纹环规、塞规 ⑵精密内、外齿轮加工 ⑶精密旋转圆弧面、锥面加工 ⑷静压轴承油腔、回转泵体 ⑸梳刀、滚刀编辑课件 ㈦ 电火花共轭同步回转加工螺纹各类螺纹环规、塞规编辑课件 ㈧ 金属电火花表面强化和刻字⒈电火花表面强化特性：⑴当采用硬质合金作电极时，硬度可达1100～1400HV（约70HRC以上）或更高⑵当使用铬锰、钨铬钴合金、硬质合金作工具电极强化45钢时，其耐磨性比原表层提高2～2.5倍⑶用石墨作电极材料强化45钢，用食盐水作腐蚀性试验时，其耐腐蚀性提高90％用WC、CrMn作电极强化不锈钢时，耐蚀性提高3～5倍。
⑷耐热性大大提高，提高了工件使用寿命⑸疲劳强度提高2倍左右⑹硬化层厚度约为0.01～0.08㎜编辑课件 ㈧ 金属电火花表面强化和刻字编辑课件 ㈧ 金属电火花表面强化和刻字⒉ 电火花刻字工艺及装置编辑课件 ㈨ 电火花双轴回转展成法磨削凹凸球面球头编辑课件 二、电火花加工新技术微小孔加工：区别在于制造电极反拷电极：用电火花加工方法加工电极 块规法WEDG法单次放电扫描创成（电火花铣削）气体放电铣削多次反拷加工法 混粉电火花加工气体电火花加工 电火花扫描创成（电火花铣削）液中电火花放电表面改性电火花放电沉积电火花表面着色电火花弯曲孔加工电火花镗削加工绝缘材料电火花加工 编辑课件 WEDG法图19气中WEDG加工的微细轴直径25μm,长1mm编辑课件 单次放电编辑课件 多次反拷加工法编辑课件 扫描创成（电火花铣削）编辑课件 混粉电火花加工粉末颗粒工件电极电蚀产物电极工件放电间隙增大减小了放电集中发生编辑课件 混粉电火花加工编辑课件 混粉电火花加工镜面电火花加工样件照片面积分别为100100mm2和Ø100mm时加工表面编辑课件 液中电火花放电表面改性编辑课件 液中电火花放电表面改性距表面的距离（μm）硬度（HV）图5表面处理WC的断面硬度分布和材料分布硬度编辑课件 。