（模具零件电加工） 理论1

1、项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东1 项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工【项目描述】【项目描述】图图1-1 显示器壳体及型芯中筋体的分布显示器壳体及型芯中筋体的分布(a) 显示器壳体零件；（显示器壳体零件；（b）筋体在型芯周边的分布情况。）筋体在型芯周边的分布情况。项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东2 【知识目标】【知识目标】 1. 掌握电火花加工原理及物理本质。掌握电火花加工原理及物理本质。 2. 了解电火花机床结

2、构。了解电火花机床结构。 3掌握电火花加工安全操作规程。掌握电火花加工安全操作规程。 4. 掌握极性效应和覆盖效应。掌握极性效应和覆盖效应。 5掌握电火花加工的必备条件及工作掌握电火花加工的必备条件及工作 液的作用。液的作用。【技能目标】【技能目标】 1. 熟练启动、关闭机床。熟练启动、关闭机床。 2. 熟练操作电火花机床操作面板。熟练操作电火花机床操作面板。 3较熟练装夹电极。较熟练装夹电极。项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东3【相关知识】【相关知识】 （一）、电火花加工概述（一）、电火花加工概述 1、电火花加工

3、的概念、电火花加工的概念 电火花加工又称放电加工电火花加工又称放电加工(EDM)，其加工过程与传统的机，其加工过程与传统的机械加工完全不同。电火花加工是一种电、热能加工方法。加工械加工完全不同。电火花加工是一种电、热能加工方法。加工时，工件与加工所用的工具为极性不同的电极对，电极对之间时，工件与加工所用的工具为极性不同的电极对，电极对之间多充满工作液，主要起压缩放电通道、恢复电极间的绝缘状态多充满工作液，主要起压缩放电通道、恢复电极间的绝缘状态及带走放电时产生的热量的作用，以维持电火花加工的持续放及带走放电时产生的热量的作用，以维持电火花加工的持续放电。在正常电火花加工过程中，电极与工件并不接

4、触，而是保电。在正常电火花加工过程中，电极与工件并不接触，而是保持一定的距离持一定的距离(称为放电间隙称为放电间隙)，在工件与电极间施加一定的脉，在工件与电极间施加一定的脉冲电压，当电极向工件进给至某一距离时，两极间的工作液介冲电压，当电极向工件进给至某一距离时，两极间的工作液介质被击穿，局部产生火花放电，放电产生的瞬时高温将电极对质被击穿，局部产生火花放电，放电产生的瞬时高温将电极对的材料表面熔化甚至气化，使材料表面形成电腐蚀的坑穴。的材料表面熔化甚至气化，使材料表面形成电腐蚀的坑穴。项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东

5、孙庆东4 2电火花加工的特点电火花加工的特点 在电火花加工过程中，工件的加工性能主要取在电火花加工过程中，工件的加工性能主要取决于材料的导电性及热学特性决于材料的导电性及热学特性(如熔点、沸点、比如熔点、沸点、比热容及电阻率等热容及电阻率等)，而与工件材料的力学特性，而与工件材料的力学特性(硬度、硬度、强度等强度等)几乎无关。另外，加工时的宏观力远小于几乎无关。另外，加工时的宏观力远小于传统切削加工时的切削力，所以在加工相同规格的传统切削加工时的切削力，所以在加工相同规格的尺寸时，电火花机床的刚度和主轴驱动功率要求比尺寸时，电火花机床的刚度和主轴驱动功率要求比机械切削机床低得多。机械切削机床低

6、得多。 由于电火花加工时工件材料是靠一个个火花放由于电火花加工时工件材料是靠一个个火花放电予以蚀除的，加工速度相对切削加工而言是很低电予以蚀除的，加工速度相对切削加工而言是很低的。所以，从提高生产率、降低成本方面考虑，一的。所以，从提高生产率、降低成本方面考虑，一般情况下凡能采用切削加工工艺时，就尽可能不要般情况下凡能采用切削加工工艺时，就尽可能不要采用电火花加工工艺。采用电火花加工工艺。项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东5 归纳起来，电火花加工有如下优点。归纳起来，电火花加工有如下优点。 (1) 适用于无法采用刀

7、具切削或切削加工十分困难的场合，适用于无法采用刀具切削或切削加工十分困难的场合，如航天、航空领域的众多发动机零件、深窄槽及狭缝等加工，如航天、航空领域的众多发动机零件、深窄槽及狭缝等加工，特别适宜于加工弱刚度、薄壁工件的复杂外形，异型孔以及形特别适宜于加工弱刚度、薄壁工件的复杂外形，异型孔以及形状复杂的型腔模具，弯曲孔等。状复杂的型腔模具，弯曲孔等。 (2) 加工时，工具电极与工件并不直接接触，两者之间宏加工时，工具电极与工件并不直接接触，两者之间宏观作用力极小，工具电极不必比工件材料硬，因此工具电极容观作用力极小，工具电极不必比工件材料硬，因此工具电极容易制造。易制造。 (3) 直接利用电能

8、进行加工，因此易于实现加工过程的自动直接利用电能进行加工，因此易于实现加工过程的自动控制及实现无人化操作；并可减少机械加工工序，加工周期短，控制及实现无人化操作；并可减少机械加工工序，加工周期短，劳动强度低，使用维护方便。劳动强度低，使用维护方便。项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东6 同时，电火花加工还有一些局限性，归纳如下：同时，电火花加工还有一些局限性，归纳如下： (1) 电火花加工速度较慢。通常安排工艺时多采用切削电火花加工速度较慢。通常安排工艺时多采用切削加工来去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生

9、加工来去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率。产率。 (2) 被加工的工件只能是金属等导电材料，但在一定条被加工的工件只能是金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非导体材料。件下也可以加工半导体和非导体材料。 (3) 存在电极损耗。由于火花放电时工件与电极均会被存在电极损耗。由于火花放电时工件与电极均会被蚀除，因此电极的损耗对加工形状及尺寸精度的影响比切削蚀除，因此电极的损耗对加工形状及尺寸精度的影响比切削加工时刀具的影响要大。特别是电极损耗多集中在尖角或底加工时刀具的影响要大。特别是电极损耗多集中在尖角或底部，影响成形精度。这点在选择加工方式时应予以充分考虑。部，影响成

10、形精度。这点在选择加工方式时应予以充分考虑。但近年来电火花粗加工时已能将电极相对损耗降至但近年来电火花粗加工时已能将电极相对损耗降至0.1以以下，甚至更小。下，甚至更小。 (4) 加工表面有变质层，改变了材料表面的力学性能。加工表面有变质层，改变了材料表面的力学性能。 (5) 电火花加工时放电部位必须在工作液中，否则将引电火花加工时放电部位必须在工作液中，否则将引起异常放电。起异常放电。 (6) 线切割加工有厚度极限，工件过厚将使加工不稳定，线切割加工有厚度极限，工件过厚将使加工不稳定，甚至无法进行。甚至无法进行。项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零

11、件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东73电火花加工的应用电火花加工的应用(1)制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。(2)加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹、螺孔。纹、螺孔。(3)在金属板材上切割出零件。在金属板材上切割出零件。(4)加工窄缝。加工窄缝。(5)其他其他(如强化金属表面，取出折断的工具，如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等)。项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东

12、8 4 、发展概况、发展概况 20世纪世纪40年代，苏联科学家鲍年代，苏联科学家鲍.洛洛.拉扎林科夫妇针对拉扎林科夫妇针对插头或电器开关在闭合与断开时经常发生电火花烧蚀这一插头或电器开关在闭合与断开时经常发生电火花烧蚀这一现象，经过反复的试验研究，他终于发明了电火花加工技现象，经过反复的试验研究，他终于发明了电火花加工技术，把对人类有害的电火花烧蚀转化为对人类有益的一种术，把对人类有害的电火花烧蚀转化为对人类有益的一种全新工艺方法。全新工艺方法。20世纪世纪50年代初研制出电火花加工装置，年代初研制出电火花加工装置，采用双继电器作控制元件，控制主轴头电动机的正、反转，采用双继电器作控制元件，控

13、制主轴头电动机的正、反转，达到调节电极与工件间隙的目的。这台装置只能加工出简达到调节电极与工件间隙的目的。这台装置只能加工出简单形状的工件，自动化程度很低。一些先进工业国，如瑞单形状的工件，自动化程度很低。一些先进工业国，如瑞士、日本也加入电火花加工技术研究行列，使电火花加工士、日本也加入电火花加工技术研究行列，使电火花加工工艺在世界范围取得巨大发展，应用范围也日益广泛工艺在世界范围取得巨大发展，应用范围也日益广泛。项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东9 5.应用前景应用前景 伴随现代制造技术的快速发展，传统切削加工

14、工艺也有了长足的进步，伴随现代制造技术的快速发展，传统切削加工工艺也有了长足的进步，四轴、五轴甚至更多轴的数控加工中心先后面世，其主轴最高转速已高达四轴、五轴甚至更多轴的数控加工中心先后面世，其主轴最高转速已高达(78)105r/min。机床的精度与刚度也大大提高，再配上精密超硬材。机床的精度与刚度也大大提高，再配上精密超硬材料刀具，切削加工的范围，加工速度与精度均有了大幅度提高。料刀具，切削加工的范围，加工速度与精度均有了大幅度提高。 面对现代制造业的快速发展，电火花加工技术在面对现代制造业的快速发展，电火花加工技术在“一特二精一特二精”方面具方面具有独特的优势。有独特的优势。“一特一特”即

15、特殊材料加工即特殊材料加工(如硬质合金、聚晶金刚石以及如硬质合金、聚晶金刚石以及其他新研制的难切削材料其他新研制的难切削材料)，在这一领域，切削加工难以完成，但这一领，在这一领域，切削加工难以完成，但这一领域也是电加工的最佳研究开发领域。域也是电加工的最佳研究开发领域。“二精二精”是精密模具及精密微细加工。是精密模具及精密微细加工。如整体硬质合金凹模或其他凸模的精细补充加工，可获得较高的经济效益。如整体硬质合金凹模或其他凸模的精细补充加工，可获得较高的经济效益。微精加工是切削加工的一大难题，而电火花加工由于作用力小，对加工微微精加工是切削加工的一大难题，而电火花加工由于作用力小，对加工微细零件

16、非常有利。细零件非常有利。 随着计算机技术的快速发展，将以往的成功工艺经验进行归纳总结，随着计算机技术的快速发展，将以往的成功工艺经验进行归纳总结，建立数据库，开发出专家系统，使电火花成形加工及线切割加工的控制水建立数据库，开发出专家系统，使电火花成形加工及线切割加工的控制水平及自动化、智能化程度大大提高。新型脉冲电源的不断研究开发，使电平及自动化、智能化程度大大提高。新型脉冲电源的不断研究开发，使电极损耗大幅度降低，再辅以低能耗新型电极材料的研究开发，有望将电火极损耗大幅度降低，再辅以低能耗新型电极材料的研究开发，有望将电火花成形加工的成形精度及线切割加工的尺寸精度再提高一个数量级，达到花成

17、形加工的成形精度及线切割加工的尺寸精度再提高一个数量级，达到亚微米级，则电火花加工技术在精密微细加工领域可进一步扩大其应用范亚微米级，则电火花加工技术在精密微细加工领域可进一步扩大其应用范围。围。项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东10（二）、电火花加工基本原理及物理本质（二）、电火花加工基本原理及物理本质 1 、电火花加工的基本原理、电火花加工的基本原理 电火花加工的原理是基于工具和工件电火花加工的原理是基于工具和工件(正、正、负电极负电极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多

18、余的金属，以达到对零件的尺寸、形状蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。研究结果表明，及表面质量预定的加工要求。研究结果表明，电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、气化而被蚀除足以使任何金属材料局部熔化、气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。掉，形成放电凹坑。项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东11 图图12所示为脉冲电源的空载电压波形。以上这些问所

19、示为脉冲电源的空载电压波形。以上这些问题的综合解决，是通过图题的综合解决，是通过图13 所示的电火花加工系统来所示的电火花加工系统来实现的。实现的。 图图12脉冲电源电压波形脉冲电源电压波形 图图13 电火花加工系统原理示意图电火花加工系统原理示意图 1工件；工件；2脉冲电源；脉冲电源；3自动进给调节装置；自动进给调节装置； 4工具；工具；5工作液；工作液；6过滤器；过滤器；7工作液泵工作液泵项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东12线切割加工项目5个其中左图表示单个脉冲放电后的电蚀坑，右图表示多次脉冲放电其中左图表示

20、单个脉冲放电后的电蚀坑，右图表示多次脉冲放电后的电极表面。脉冲放电结束后，经过一段间隔时间后的电极表面。脉冲放电结束后，经过一段间隔时间(即脉冲间即脉冲间隔隔to)，使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。就这样以相当高的频率，连续不断地重复放电蚀出一个小凹坑。就这样以相当高的频率，连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可将工具的形状复制在工件上，工具电极不断地向工件进给，就可将工具的形状复制在工件上，

21、加工出所需要的零件，整个加工表面将由无数个小凹坑组成。，加工出所需要的零件，整个加工表面将由无数个小凹坑组成。图图14 电火花加工表面局部放大图电火花加工表面局部放大图 1凹坑；凹坑；2凸边凸边项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东13 2、电火花加工的物理本质、电火花加工的物理本质 （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，形成放电通道图图15 极间放电电压和电流波形极间放电电压和电流波形项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东

22、孙庆东14 （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 气化后的工作液和金属蒸气，瞬时间体积猛增，气化后的工作液和金属蒸气，瞬时间体积猛增，迅速热膨胀，就像火药、爆竹点燃后那样具有爆炸的迅速热膨胀，就像火药、爆竹点燃后那样具有爆炸的特性。观察电火花加工过程，可以见到放电间隙间冒特性。观察电火花加工过程，可以见到放电间隙间冒出很多小气泡，工作液逐渐变黑，听到轻微而清脆的出很多小气泡，工作液逐渐变黑，听到轻微而清脆的爆炸声。主要靠此热膨胀和局部微爆炸，使熔化、气爆炸声。主要靠此热膨胀和局部微爆炸，使熔化、气化了的电极材料抛出而形成蚀除，相当于图化了的电极材料抛

23、出而形成蚀除，相当于图15中中34段，此时段，此时80V的空载电压降为的空载电压降为25V左右的火花维左右的火花维持电压，由于它含有高频成分而呈锯齿状，电流则上持电压，由于它含有高频成分而呈锯齿状，电流则上升为锯齿状的放电峰值电流。升为锯齿状的放电峰值电流。项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电火花加工2022年3月25日模具零件电加工模具零件电加工孙庆东孙庆东15 （3）蚀除产物的抛出）蚀除产物的抛出 通道中心的压力最高，使气化了的气体体积不断向外膨胀，通道中心的压力最高，使气化了的气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的形成一个扩张的“气泡气泡”。气泡上下、内外的瞬时压力并不相等，。气泡上下、内外的瞬时压力并不相等，压力高处的熔融金属液体和蒸气，就被排挤、抛出而进入工作液压力高处的熔融金属液体和蒸气，就被排挤、抛出而进入工作液中。图中。图1-6 (a)、(b)、(c)、(d)为放电过程中为放电过程中4阶段放电间隙状阶段放电间隙状态的示意图。态的示意图。 图图1-6 放电间隙状况示意图放电间隙状况示意图项目一项目一 筋体型腔的电火花加工筋体型腔的电