第二节电火花加工

1、第一节第一节 电火花加工电火花加工v电火花加工（电火花加工（electrical discharge machining, electrical discharge machining, EDMEDM） （放电加工或电蚀加工）：（放电加工或电蚀加工）：v利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温来熔蚀材料。高温来熔蚀材料。 一、电火花加工的原理一、电火花加工的原理1-1-工件工件 2-2-脉冲电源脉冲电源 3-3-自动进给调节装置自动进给调节装置 4-4-工具工具 5-5-工作液工作液 6-6-过滤器过滤器 7-7-工作液泵工作液泵 8-8-被

2、蚀除的材料被蚀除的材料工具和工件与电源的两极相接，均浸工具和工件与电源的两极相接，均浸在有一定绝缘度的流体介质（通常用在有一定绝缘度的流体介质（通常用煤油或矿物油）中。煤油或矿物油）中。脉冲电压加到两极之间，在工具电极脉冲电压加到两极之间，在工具电极向工件电极运动中，将极间最近点的向工件电极运动中，将极间最近点的液体介质击穿，形成火花放电。由于液体介质击穿，形成火花放电。由于放电通道截面积很小，通道中的瞬时放电通道截面积很小，通道中的瞬时高温使材料熔化和气化。单个脉冲能高温使材料熔化和气化。单个脉冲能使工件表面形成微小凹坑，而无数个使工件表面形成微小凹坑，而无数个脉冲的积累将工件上的高点逐渐熔

3、蚀。脉冲的积累将工件上的高点逐渐熔蚀。随着工具电极不断地向工件作进给运随着工具电极不断地向工件作进给运动，工具电极的形状便被复制在工件动，工具电极的形状便被复制在工件上。上。加工过程中所产生的金属微粒，则被加工过程中所产生的金属微粒，则被流动的工作液流带走。流动的工作液流带走。同时，总能量的一小部分也释放到工同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上形成一定的工具损耗。具电极上形成一定的工具损耗。电火花加工应具备如下条件：电火花加工应具备如下条件：v（）工具电极和工件电极之间必须保持一定的间（）工具电极和工件电极之间必须保持一定的间隙。隙。v这可由自动进给调节装置调节。间隙可在几微米至这可由自动

4、进给调节装置调节。间隙可在几微米至几百微米之间，间隙过大极间电压不能击穿两极间几百微米之间，间隙过大极间电压不能击穿两极间介质而不能产生火花放电，间隙过小则会引起拉弧介质而不能产生火花放电，间隙过小则会引起拉弧烧伤或短路。烧伤或短路。v由于工件不断被蚀除，工具电极也有一定的损耗，由于工件不断被蚀除，工具电极也有一定的损耗，间隙将不断扩大。这就要求工具不但要随着工件材间隙将不断扩大。这就要求工具不但要随着工件材料的不断蚀除而进给，形成工件要求的尺寸和形状，料的不断蚀除而进给，形成工件要求的尺寸和形状，而且还要不断地调节进给速度，有时甚至要停止进而且还要不断地调节进给速度，有时甚至要停止进给或回退

5、以保持恰当的放电间隙。给或回退以保持恰当的放电间隙。v由于放电间隙很小，且位于工作液中无法观察和直由于放电间隙很小，且位于工作液中无法观察和直接测量，因此必须要有自动进给调节系统来保持恰接测量，因此必须要有自动进给调节系统来保持恰当的放电间隙。当的放电间隙。v（）必须采用脉冲电源。（）必须采用脉冲电源。v因火花放电必须是瞬时的脉冲放电，放电延因火花放电必须是瞬时的脉冲放电，放电延续一段时间（通常续一段时间（通常1010-7-71010-8-8s s）后，需停歇）后，需停歇一段时间。一段时间。v（）必须在有一定绝缘性能的流动的工作（）必须在有一定绝缘性能的流动的工作液中进行火花放电液中进行火花放

6、电. .v这有利于产生脉冲性火花放电，并排除放电这有利于产生脉冲性火花放电，并排除放电间隙中的电蚀物，以免间隙中电蚀产物过多间隙中的电蚀物，以免间隙中电蚀产物过多而引起已加工过的侧表面间而引起已加工过的侧表面间“二次放电二次放电”，影响加工精度，还可以对电极及工件表面起影响加工精度，还可以对电极及工件表面起较好的冷却作用。较好的冷却作用。v（）可加工难切削加工的导电材料，如淬火钢、硬质合（）可加工难切削加工的导电材料，如淬火钢、硬质合金、不锈钢、工业纯铁等。金、不锈钢、工业纯铁等。v（）工具的硬度可以低于被加工材料的硬度。（）工具的硬度可以低于被加工材料的硬度。v（）加工时无显著机械切削力，有

7、利于小孔、窄槽、型（）加工时无显著机械切削力，有利于小孔、窄槽、型孔、曲线孔及薄壁零件加工，也适合于精密细微加工。孔、曲线孔及薄壁零件加工，也适合于精密细微加工。v（）脉冲参数可任意调节，加工中只要更换工具电极或（）脉冲参数可任意调节，加工中只要更换工具电极或采用阶梯形工具电极就可以在同一机床上连续进行粗、半采用阶梯形工具电极就可以在同一机床上连续进行粗、半精和精加工。精和精加工。v（）通常效率低于切削加工，可先用切削加工粗加工，（）通常效率低于切削加工，可先用切削加工粗加工，再用电火花精加工。再用电火花精加工。v（）放电过程中有一部分能量消耗于工具电极而导致工（）放电过程中有一部分能量消耗于

8、工具电极而导致工具电极消耗，对成形精度有一定影响。具电极消耗，对成形精度有一定影响。二、电火花加工的特点二、电火花加工的特点三、电火花加工的基本工艺规律三、电火花加工的基本工艺规律1 1加工速度和工具损耗速度加工速度和工具损耗速度v加工速度：单位时间内工件的电蚀量，即生加工速度：单位时间内工件的电蚀量，即生产率；产率；v损耗速度：单位时间内工具的电蚀量损耗速度：单位时间内工具的电蚀量（）加工速度（）加工速度 vq qp p-正极的总蚀除量；正极的总蚀除量；vk kp p-工艺系数（与电极材料、脉冲参数和工作液有关）；工艺系数（与电极材料、脉冲参数和工作液有关）；vw wM M-单个脉冲能量；单

9、个脉冲能量；vf -f -脉冲频率；脉冲频率；vt t-加工时间；加工时间；vv vp p-正极蚀除速度。正极蚀除速度。v有效脉冲利用率，有效脉冲利用率，% %；fwktqvMPPP/提高加工速度途径提高加工速度途径 v）提高脉冲频率：）提高脉冲频率： 缩小脉冲停歇时间或压窄脉缩小脉冲停歇时间或压窄脉冲宽度。冲宽度。v）增加单个脉冲能量：）增加单个脉冲能量： 加大脉冲电流或增加脉加大脉冲电流或增加脉冲宽度，但会影响表面质量和加工精度，通常只用冲宽度，但会影响表面质量和加工精度，通常只用于粗、半精加工之中。于粗、半精加工之中。v）提高工艺参数）提高工艺参数 ：如合理选用电极材料、工作：如合理选用

10、电极材料、工作液及放电参数，改善工作液循环过滤方式等，来有液及放电参数，改善工作液循环过滤方式等，来有效地提高脉冲利用率，以达到提高工艺参数的目的。效地提高脉冲利用率，以达到提高工艺参数的目的。v）正确选择工件的极性：）正确选择工件的极性： 窄脉冲加工选用正极窄脉冲加工选用正极性加工（工件接脉冲电源的正极），而采用宽脉冲性加工（工件接脉冲电源的正极），而采用宽脉冲加工时，采用负极性加工（工件接电源的负极）。加工时，采用负极性加工（工件接电源的负极）。（）工具的相对损耗 v 加工中衡量工具电极是否耐损耗，不仅要看加工中衡量工具电极是否耐损耗，不仅要看工具损耗速度，还要看同时能达到的加工速工具损耗

11、速度，还要看同时能达到的加工速度，所以采用相对损耗（损耗比）作为衡量度，所以采用相对损耗（损耗比）作为衡量工具电极耐损耗之指标。工具电极耐损耗之指标。vvN/100%100%降低工具电极的相对损耗途径：降低工具电极的相对损耗途径： v）极性效应）极性效应 v）覆盖效应：黑膜只能在正极表面形成，）覆盖效应：黑膜只能在正极表面形成，因此须采用负极性加工因此须采用负极性加工 v）传热效应）传热效应 v4 4）沉积效应）沉积效应 v5 5）选择合适的工具电极材料）选择合适的工具电极材料 工具电极材料工具电极材料v铜：制成各种精密复杂电极，可用于中小型腔加工铜：制成各种精密复杂电极，可用于中小型腔加工v

12、钨、钼：熔点和沸点较高、损耗少，但其机械加工钨、钼：熔点和沸点较高、损耗少，但其机械加工性能不好，价格较贵，一般仅用于线切割。性能不好，价格较贵，一般仅用于线切割。v石墨：用于型腔加工石墨：用于型腔加工v铜碳、铜钨和银钨合金等合金材料：导热性好，熔铜碳、铜钨和银钨合金等合金材料：导热性好，熔点高，电极损耗少，价格较贵、制造成型困难，通点高，电极损耗少，价格较贵、制造成型困难，通常只用于精密电火花加工。常只用于精密电火花加工。2 2影响加工精度的主要因素影响加工精度的主要因素v（）放电间隙的大小和一致性（）放电间隙的大小和一致性 v（）工具电极的损耗及（）工具电极的损耗及“二次放电二次放电” v

13、二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电。的介入而再次进行的非正常放电。v二次放电主要是在加工深度方向的侧面产生二次放电主要是在加工深度方向的侧面产生斜度和使加工棱角边变钝。斜度和使加工棱角边变钝。图图3-4 3-4 加工斜度的产生加工斜度的产生a)a)工具损耗产生加工斜度工具损耗产生加工斜度 b)b)轮廓对比图轮廓对比图1-1-工具电极无损耗时的轮廓线工具电极无损耗时的轮廓线2-2-工具电极有损耗但不考虑二次放电时的工具电极有损耗但不考虑二次放电时的工件轮廓线工件轮廓线1-1-工具电极有损耗时的轮廓线工具电极有损耗时的轮廓线2-

14、2-工具电极有损耗且产生二次放电时的工工具电极有损耗且产生二次放电时的工件轮廓线件轮廓线3-3-工件工件 4-4-工具电极工具电极v另外，工具的尖角或凹角很难精确地复制在另外，工具的尖角或凹角很难精确地复制在工件的表面上。工件的表面上。图图3-5 3-5 尖角变圆现象尖角变圆现象a)a)加工外表面加工外表面 b)b)加工内表面加工内表面1-1-工件电极工件电极 2-2-工具电极工具电极3 3影响表面质量的因素影响表面质量的因素v（）表面粗糙度（）表面粗糙度 ：单个脉冲能量、工具：单个脉冲能量、工具电极的表面粗糙度电极的表面粗糙度 、加工速度、加工速度 。 v（）表面变质层（）表面变质层 ：熔化

15、凝固层、热影响：熔化凝固层、热影响层及显微裂纹。层及显微裂纹。v（）表面力学性能：表面最外层硬度与耐（）表面力学性能：表面最外层硬度与耐磨性、残余应力磨性、残余应力 、耐疲劳性能耐疲劳性能 v电火花加工应用在穿孔加工、型腔加工、线电火花加工应用在穿孔加工、型腔加工、线切割加工、电火花磨削与镗磨加工、电火花切割加工、电火花磨削与镗磨加工、电火花展成加工、表面强化、非金属电火花加工或展成加工、表面强化、非金属电火花加工或用于打印标记、刻字、跑合齿轮啮合件、取用于打印标记、刻字、跑合齿轮啮合件、取出折断在零件中的丝锥或钻头等方面。出折断在零件中的丝锥或钻头等方面。四、电火花加工的应用四、电火花加工的

16、应用1 1穿孔加工穿孔加工v常指贯通的等截面或变截面的二维型孔（圆孔、方常指贯通的等截面或变截面的二维型孔（圆孔、方孔、多边孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、孔、多边孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔、微孔等加工的电火花加工。小孔、微孔等加工的电火花加工。 a)a)圆孔圆孔 b)b)方槽方槽 c)c)异形孔异形孔 d)d)弯孔弯孔v穿孔加工的尺寸精度主要取决于工具电极的穿孔加工的尺寸精度主要取决于工具电极的尺寸和放电间隙。尺寸和放电间隙。v工具电极的截面轮廓尺寸要比预定加工的型工具电极的截面轮廓尺寸要比预定加工的型孔尺寸均匀地缩小一个加工间隙，其尺寸精孔尺寸均匀地缩小一个加工间隙，

17、其尺寸精度要比工件高一级，表面粗糙度应比工件的度要比工件高一级，表面粗糙度应比工件的小。小。v一般电火花加工后尺寸公差可达一般电火花加工后尺寸公差可达IT7IT7级，表面级，表面粗糙度粗糙度RaRa值值1.251.25。v电火花加工较大孔时，一般先预制孔，留合电火花加工较大孔时，一般先预制孔，留合适余量（单边余量为适余量（单边余量为0.50.51mm1mm左右），余量左右），余量太大，生产率低，电火花加工时不好定位。太大，生产率低，电火花加工时不好定位。v细微孔：直径小于细微孔：直径小于0.2mm0.2mm的孔。的孔。v国外目前可加工出深径比为国外目前可加工出深径比为5 5，直径为，直径为0.

18、015mm0.015mm的细微孔。在我国一般可加工出深径的细微孔。在我国一般可加工出深径比为比为1010，直径为，直径为0.05mm0.05mm的细微孔。的细微孔。v但加工细微孔的效率较低，因为工具电极制但加工细微孔的效率较低，因为工具电极制造困难，排屑也困难，单个脉冲的放电能量造困难，排屑也困难，单个脉冲的放电能量须有特殊的脉冲电源控制，对伺服进给系统须有特殊的脉冲电源控制，对伺服进给系统要求更严。要求更严。 v电火花主要应用在直径为电火花主要应用在直径为0.30.33mm3mm的高速小孔的加的高速小孔的加工，可避免小直径钻头工，可避免小直径钻头（d1mmd1mm）易折断问题。）易折断问题。

19、v还适用于斜面和曲面上加还适用于斜面和曲面上加工小孔，并可达较高尺寸工小孔，并可达较高尺寸精度和形状精度。精度和形状精度。 v在加工时可采用管状电极，在加工时可采用管状电极，内通高压工作液，工具电内通高压工作液，工具电极在回转的同时又作轴向极在回转的同时又作轴向进给运动，速度可达进给运动，速度可达60mm/min60mm/min。电火花型腔加工电火花型腔加工v一般指三维型腔和型面加工，如挤压模、压一般指三维型腔和型面加工，如挤压模、压铸模、塑料模及胶木模等型腔的加工及整体铸模、塑料模及胶木模等型腔的加工及整体式叶轮、叶片等曲面零件的加工。式叶轮、叶片等曲面零件的加工。v型腔多为盲孔加工，且形状

20、复杂，致使工作液难以循环，排出型腔多为盲孔加工，且形状复杂，致使工作液难以循环，排出蚀除渣困难，因此比穿孔加工困难。蚀除渣困难，因此比穿孔加工困难。v为了改善加工条件，有时在工具电极中间开有冲油孔，以便冷为了改善加工条件，有时在工具电极中间开有冲油孔，以便冷却和排出加工产物却和排出加工产物 电火花线切割加工电火花线切割加工v电火花线切割加工简称电火花线切割加工简称“线切割线切割”，它是通过线状工具电极，它是通过线状工具电极按规定的轨迹与工件间相对运动，切割出所需工件的。按规定的轨迹与工件间相对运动，切割出所需工件的。 1-1-储丝筒储丝筒 2-2-工作台驱动电机工作台驱动电机 3-3-导轮导轮

21、 4-4-电极丝电极丝5-5-工件工件 6-6-脉冲电源脉冲电源v我国：高速往复走丝方式，一般走丝速度为我国：高速往复走丝方式，一般走丝速度为8 810m/s10m/s，v国外：慢速单向走丝方式，通常走丝速度低国外：慢速单向走丝方式，通常走丝速度低于于0.2m/s0.2m/s。v线切割机床普遍采用计算机数字控制（线切割机床普遍采用计算机数字控制（CNCCNC）装置。装置。 电火花线切割加工特点：电火花线切割加工特点：v（1 1）由于加工表面的轮廓是由）由于加工表面的轮廓是由CNCCNC控制的复合运动所获得，控制的复合运动所获得，所以可切割复杂表面。所以可切割复杂表面。v（2 2）可加工细微的几何形状，切缝和很小的内角半径。线）可加工细微的几何形状，切缝和很小的内角