第一节电火花加工

1、安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院引言引言高硬度、高韧性、高强度高硬度、高韧性、高强度精密细小、形状复杂和结构特殊精密细小、形状复杂和结构特殊安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院第四章第四章模具的特种加工及其他加工方法模具的特种加工及其他加工方法 直接利用电能、光能、化学能、直接利用电能、光能、化学能、电化学能、声能等进行加工。可以电化学能、声能等进行加工。可以加工高强度、高硬度、高韧性、高加工高强度、高硬度、高韧性、高脆性、耐高温等材料。脆性、耐高温等材料。应用：电火花成型加工、数控线切应用：电火花成型加工、数控线切割加工、电解加工、电铸加工、超割加工、电解

2、加工、电铸加工、超声加工和化学加工声加工和化学加工本章要点本章要点电加工原理电加工原理型孔电加工型孔电加工型腔电加工型腔电加工线切割加工线切割加工电化学加工电化学加工安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院1 1、理解电火花加工原理、特点和应用范围；、理解电火花加工原理、特点和应用范围；2 2、影响加工速度的主要因素；、影响加工速度的主要因素；4 4、影响加工精度的主要因素；、影响加工精度的主要因素；5 5、影响表面质量的主要因素；、影响表面质量的主要因素；6 6、工具电极的相对损耗。、工具电极的相对损耗。本节知识要点本节知识要点安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院

3、一、加工原理和特点一、加工原理和特点 1 1、背景和原理、背景和原理第一节第一节 电火花加工电火花加工1943年，前苏联拉扎林柯夫妇研究年，前苏联拉扎林柯夫妇研究开关触点开关触点遭受遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉。从而开创和发明了电火花加工方法。掉。从而开创和发明了电火花加工方法。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院原理原理：在一定的介质中，：在一定的介质中，通过工具电极和工件通过工具电极和工件（正、负电极）（正、负电极）之间的之间的脉

4、冲放电产生电腐蚀作脉冲放电产生电腐蚀作用，对工件进行加工的用，对工件进行加工的一种方法。一种方法。 1) 电极：电极： 铜铜 、钢、石墨、钢、石墨 2) 加工介质：加工介质： 煤油、煤油和机油、煤油、煤油和机油、水基工作液水基工作液 3) 脉冲电源脉冲电源 1工件 2脉冲电源 3自动进给调节系统4工具 5工作液 6过滤器 7工作液泵电火花加工原理示意图电火花加工原理示意图3214567安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院2、加工条件：、加工条件：1）必须使接在不同极性上的工具和）必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距

5、离以形成放电工件之间保持一定的距离以形成放电间隙。间隙。2）放电必须在具有一定绝缘性的液）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行。体介质中进行。3）脉冲波形基本是单向的。脉冲波形基本是单向的。4）有足够的脉冲放电能量，以保证）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属溶化或气化放电部位的金属溶化或气化 脉冲电流波形安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院3、加工过程加工过程1 1）电离）电离: :电场强度大电场强度大, ,液体介质液体介质电子、离子电子、离子2 2）放电：）放电： 电子电子正极正极 离离子子 负极负极 介质绝缘形成介质绝缘形成电通道电通道3 3）热膨胀：电子、离子

6、碰撞，）热膨胀：电子、离子碰撞， 阴、阳极碰撞、阴、阳极碰撞、10000120001000012000工件表面熔工件表面熔化、汽化介质汽化化、汽化介质汽化4 4）抛出金属：爆炸力使工件表）抛出金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形成凹坑。面抛出金属，形成凹坑。5 5）消电离：带电粒子转变成中）消电离：带电粒子转变成中性粒子，介质恢复成绝缘状态。性粒子，介质恢复成绝缘状态。为下一次准备为下一次准备安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院一次脉冲放电可分为以下四个主要阶段：一次脉冲放电可分为以下四个主要阶段：介质击穿和通道形成；介质击穿和

7、通道形成；能量的转换、分布与传递；能量的转换、分布与传递；电极材料的抛出；电极材料的抛出；极间介质的消电离。极间介质的消电离。电火花加工表面局部放大图电火花加工表面局部放大图单个脉冲单个脉冲多个脉冲多个脉冲uititotput脉冲电源空载电压波形脉冲电源空载电压波形安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院 四、电火花加工的特点四、电火花加工的特点 （一）优点（一）优点 1 1、适合任何难切削材料的加工适合任何难切削材料的加工； 材料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热学特性（如熔点、沸点等），而几乎与其力学性能无关。从而可以用软的工具加工硬韧的工件，即“以柔克刚”。 2 2、可以

8、加工特殊及复杂形状的表面和零件可以加工特殊及复杂形状的表面和零件； 加工中工具和工件不直接接触，没有机械加工的宏观切削力，因而适宜加工低刚度工件及微细加工； 可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的加工； 安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院 （二）局限性（二）局限性 1 1、必须制作工具电极必须制作工具电极； 增加了制作电极的费用和时间，并且存在电极损耗。 2 2、加工部分形成残留变质层加工部分形成残留变质层； 工件上电加工部位要经受上万度高温加热后急速冷却，表面受到强烈的热影响，生成电加工表面变质层。这种变质层容易造成加工部位的碎裂与崩刃。

9、3 3、放电间隙使加工误差增大放电间隙使加工误差增大； 4 4、加工精度受到电极损耗的影响加工精度受到电极损耗的影响； 5 5、主要用于加工金属等导电材料主要用于加工金属等导电材料； 6 6、加工速度较慢加工速度较慢； 为弥补这一局限，通常在安排工艺时先采用切削加工去除大部分金属。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院二、电火花加工的基本规律二、电火花加工的基本规律 电火花加工的工艺指标主要有：加工速度、加工精度、电火花加工的工艺指标主要有：加工速度、加工精度、加工表面质量、工具电极的相对损耗。加工表面质量、工具电极的相对损耗。1 1、影响加工速度的主要因素、影响加工速度的主要因

10、素 加工速度（或称生产率）是指在一定的规准（脉冲电源的加工速度（或称生产率）是指在一定的规准（脉冲电源的脉冲宽度、脉冲间隙和峰值电流等一组电参数）下单位时间脉冲宽度、脉冲间隙和峰值电流等一组电参数）下单位时间内从工件上蚀除的金属体积内从工件上蚀除的金属体积V V或质量或质量mm。 影响因素主要有：影响因素主要有： 电参数、电参数、极性效应、极性效应、工件材料的热物理常数、工件材料的热物理常数、工作液工作液安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院电参数（电规准）对加工速度的影响电参数（电规准）对加工速度的影响 脉冲电源提供给电火花成形加工的脉冲电源提供给电火花成形加工的脉冲宽度、脉冲

11、间隙脉冲宽度、脉冲间隙和峰值电流和峰值电流这一组电参数，称为电规准。单位时间内的金属这一组电参数，称为电规准。单位时间内的金属工件材料蚀除量工件材料蚀除量v vv v等于该时间内各单个有效脉冲蚀除量等于该时间内各单个有效脉冲蚀除量v vi i之之和。和。 v vv v=v=vi i =60fK =60fKWW uititotput脉冲电源空载电压波形脉冲电源空载电压波形增加单个脉冲能量增加单个脉冲能量提高脉冲频率提高脉冲频率提高工艺参数提高工艺参数脉冲量愈大，蚀除量就愈大。脉冲量愈大，蚀除量就愈大。W=（2025）ui ti安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院粗规准：粗规准：生

12、产率高（不低于生产率高（不低于50mm3/min），工具电极损耗），工具电极损耗小，主要采用较大电流，较长脉宽。小，主要采用较大电流，较长脉宽。V速度速度2001000中规准：中规准：过渡性加工，以减少精加工时的加工余量，提过渡性加工，以减少精加工时的加工余量，提高加工速度，采用的脉宽小于粗规准高加工速度，采用的脉宽小于粗规准. V速度速度20100精规准：精规准：精加工，最终保证模具所要求的配合间隙、表精加工，最终保证模具所要求的配合间隙、表面粗糙度、刃口斜度等，故应采用小电流、高频率、短面粗糙度、刃口斜度等，故应采用小电流、高频率、短脉宽。脉宽。 V速度速度10以下以下粗规准和精规准的正确

13、配合，可以适当的解决电火粗规准和精规准的正确配合，可以适当的解决电火花加工时的质量和生产率之间的矛盾！花加工时的质量和生产率之间的矛盾！安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院极性效应对加工速度的影响极性效应对加工速度的影响 由于极性不同而发生蚀除速度不一样的现象叫做极性效由于极性不同而发生蚀除速度不一样的现象叫做极性效应。习惯上常把工件接正极时的电火花加工称为应。习惯上常把工件接正极时的电火花加工称为正极性加工正极性加工，把工件接负极时的加工称为把工件接负极时的加工称为负极性加工负极性加工。 极性效应与脉冲宽度、电极材料、单个脉冲的能量有关。极性效应与脉冲宽度、电极材料、单个脉冲

14、的能量有关。 1 1）采用单向脉冲电源）采用单向脉冲电源 2 2）选择不同脉冲放电能量、合理选择脉冲宽度）选择不同脉冲放电能量、合理选择脉冲宽度 3 3）正确选择加工极性）正确选择加工极性 脉冲电源工具电极工件电极脉冲电源工具电极工件电极安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院工件材料的热物理常数对加工速度的影响工件材料的热物理常数对加工速度的影响 所谓热学常数是指所谓热学常数是指熔点、沸点、热导率熔点、沸点、热导率、比热容、熔化、比热容、熔化潜热、汽化潜热等，其中前三者对电蚀量影响较大。潜热、汽化潜热等，其中前三者对电蚀量影响较大。 每次脉冲放电时，通道内及正、负电极放电点瞬间分

15、别每次脉冲放电时，通道内及正、负电极放电点瞬间分别获得大量热能，除了一部分由于热传导散失到电极其他部分获得大量热能，除了一部分由于热传导散失到电极其他部分和工作液中外，大部分热能消耗在金属的熔化、汽化过程中。和工作液中外，大部分热能消耗在金属的熔化、汽化过程中。热导率：单位时间、单位面积、温差为热导率：单位时间、单位面积、温差为11时所传递的热量时所传递的热量比热容：单位质量的金属，温度升高比热容：单位质量的金属，温度升高11所需的热量所需的热量安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院工作液对加工速度的影响工作液对加工速度的影响在电火花成形加工时，工作液的作用是：在电火花成形加工时

16、，工作液的作用是：1 1 介电作用。工作液一般都具有一定的介电能力，有助于产生脉介电作用。工作液一般都具有一定的介电能力，有助于产生脉冲式的火花放电，形成放电通道，放电结束之后又能恢复极间冲式的火花放电，形成放电通道，放电结束之后又能恢复极间绝缘状态。绝缘状态。2 2 压缩放电通道，提高火花放电能量密度，从而提高生产效率。压缩放电通道，提高火花放电能量密度，从而提高生产效率。3 3 冷却工具与工件，并传散放电结束后的极间放电通道余热。冷却工具与工件，并传散放电结束后的极间放电通道余热。4 4 工作液在脉冲放电时急剧汽化，产生局部高压有利于电蚀产物工作液在脉冲放电时急剧汽化，产生局部高压有利于电

17、蚀产物的抛出。的抛出。 粗加工选绝缘性能强、粘度大的机油。粗加工选绝缘性能强、粘度大的机油。 半精、精加工选粘度小、流动性好的煤油。半精、精加工选粘度小、流动性好的煤油。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院工作液对电蚀量的影响工作液对电蚀量的影响电火花加工一般在液体介质中进行。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院其他条件对加工速度的影响其他条件对加工速度的影响 在电火花加工过程中，极间在电火花加工过程中，极间局部区域电蚀产物局部区域电蚀产物过高，加过高，加之放电引起的温度升高，常会影响加工过程的稳定性，以致之放电引起的温度升高，常会影响加工过程的稳定性，以致破坏

18、正常的火花放电，使加工速度降低，甚至无法继续加工。破坏正常的火花放电，使加工速度降低，甚至无法继续加工。 电极材料电极材料也会影响加工过程的稳定性，钢电极加工钢工也会影响加工过程的稳定性，钢电极加工钢工件不稳定，改用铜电极较稳定。件不稳定，改用铜电极较稳定。 生产中常用强迫冲油和将工具电极定期自动抬起，增加生产中常用强迫冲油和将工具电极定期自动抬起，增加脉冲停歇时间等措施脉冲停歇时间等措施改善排屑条件改善排屑条件，限制电蚀产物浓度过大，限制电蚀产物浓度过大，以保证加工稳定性。以保证加工稳定性。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院2 2、影响电火花加工精度、影响电火花加工精度（1

19、 1）电极损耗对加工精度的影响）电极损耗对加工精度的影响 1 1）型腔加工；用电极的体积损耗率）型腔加工；用电极的体积损耗率 来衡量。来衡量。 2 2）穿孔加工：用长度损耗率来衡量。）穿孔加工：用长度损耗率来衡量。（2 2）放电间隙对加工精度的影响）放电间隙对加工精度的影响 放电间隙在精加工时一般为放电间隙在精加工时一般为0.0l0.0l0.1mm0.1mm，粗加工时可达，粗加工时可达0.5 mm0.5 mm以上以上( (单边单边) )。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院(3)(3)加工斜度对加工精度的影响加工斜度对加工精度的影响 在加工过程中随着加工深度的增加，二次放电次数

20、增多，在加工过程中随着加工深度的增加，二次放电次数增多，侧面间隙逐渐增大，使加工孔入口处的间隙大于出口处的间侧面间隙逐渐增大，使加工孔入口处的间隙大于出口处的间隙，出现加工斜度，使加工表面产生形状误差，隙，出现加工斜度，使加工表面产生形状误差， smaxsmin工具二次二次放电放电加工加工斜度斜度电极电极损耗损耗棱角棱角变钝变钝安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院(4)(4)圆角圆角 工具电极上的尖角或者凹角，很难精确的复制到工件上，工具电极上的尖角或者凹角，很难精确的复制到工件上，而形成一个小圆角。而形成一个小圆角。工具电极工件安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤

21、学院3 3影响表面质量的工艺因素影响表面质量的工艺因素（1 1）表面粗糙度）表面粗糙度 电火花加工后的表面是由脉冲放电时形成的大量凹坑排列重电火花加工后的表面是由脉冲放电时形成的大量凹坑排列重叠而形成的。表面粗糙度和脉冲能量之间的关系，可表达为经叠而形成的。表面粗糙度和脉冲能量之间的关系，可表达为经验公式：验公式：式中：式中：R Ra a实测的表面粗糙度（实测的表面粗糙度（mm）；）； K KRaRa常数常数, ,铜加工钢时常取铜加工钢时常取2.32.3（负极性加工）；（负极性加工）； titi单个脉冲放电时间（单个脉冲放电时间（ss）；）； IeIe峰值电流峰值电流(A)(A)。3030.e

22、iRaaItKR安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院（2 2）表面变化层）表面变化层 经电火花加工后的表面将产生包括凝经电火花加工后的表面将产生包括凝固层和热影响层的表面变化层固层和热影响层的表面变化层基体金属热影响层熔化层电火花加工表面安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院1 1） 凝固层凝固层是工件表层材料在脉冲放电的瞬间高温作用下熔化后未是工件表层材料在脉冲放电的瞬间高温作用下熔化后未能抛出，在脉冲放电结束后迅速冷却、凝固而保留下来能抛出，在脉冲放电结束后迅速冷却、凝固而保留下来的金属层。的金属层。 2 2）热影响层）热影响层 位于凝固层和工件基体材料之间，

23、该层金属受到放电点位于凝固层和工件基体材料之间，该层金属受到放电点传来的高温影响，使材料的金相组织发生了变化。传来的高温影响，使材料的金相组织发生了变化。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院4 4 影响电极相对损耗的主要因素影响电极相对损耗的主要因素 电极损耗分为绝对损耗和相对损耗。绝对损耗是指单位时电极损耗分为绝对损耗和相对损耗。绝对损耗是指单位时间内工具电极损耗的质量或体积，即质量绝对损耗或体积间内工具电极损耗的质量或体积，即质量绝对损耗或体积绝对损耗。绝对损耗。相对损耗是指工具电极的绝对损耗与加工速度的百分比，即相对损耗是指工具电极的绝对损耗与加工速度的百分比，即质量相对

24、损耗或体积相对损耗。质量相对损耗或体积相对损耗。 =(V=(VE E/V/VW W) )* *100%100%式中式中 -工具电极的相对损耗工具电极的相对损耗(%);(%); V VE E - -工具电极的损耗速度工具电极的损耗速度( (mmmm3 3/m/minin或或g/min);g/min); V VW W - -加工速度加工速度( (mmmm3 3/m/minin或或g/min).g/min). 安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院电参数对电极损耗的影响电参数对电极损耗的影响1) 1) 脉冲宽度的影响脉冲宽度的影响在峰值电流一定的情况下，随着脉冲宽度的减小，电极在峰值电

25、流一定的情况下，随着脉冲宽度的减小，电极损耗增大。脉冲宽度越窄，电极损耗损耗增大。脉冲宽度越窄，电极损耗 上升的趋势越明显。上升的趋势越明显。所以精加工时的电极损耗比粗加工时的电极损耗大。所以精加工时的电极损耗比粗加工时的电极损耗大。 02004006008001000ti / s5101520 / %电极纯铜工件钢加工极性负脉冲宽度与电极相对损耗的关系脉冲宽度与电极相对损耗的关系安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院脉冲宽度增大，电极相对损耗降低的原因总结如下：脉冲宽度增大，电极相对损耗降低的原因总结如下：(1) (1) 脉冲宽度增大，单位时间内脉冲放电次数减少，使放脉冲宽度增

26、大，单位时间内脉冲放电次数减少，使放电击穿引起电极损耗的影响减少。同时，负极电击穿引起电极损耗的影响减少。同时，负极( (工件工件) )承受承受正离子轰击的机会增多，正离子加速的时间也长，极性正离子轰击的机会增多，正离子加速的时间也长，极性效应比较明显。效应比较明显。(2) (2) 脉冲宽度增大，电极脉冲宽度增大，电极“覆盖效应覆盖效应”增加，也减少了电增加，也减少了电极损耗。在加工中电蚀产物极损耗。在加工中电蚀产物( (包括被熔化的金属和工作液包括被熔化的金属和工作液受热分解的产物受热分解的产物) )不断沉积在电极表面，对电极的损耗起不断沉积在电极表面，对电极的损耗起补偿作用。但如这种飞溅沉

27、积的量大于电极本身损耗，补偿作用。但如这种飞溅沉积的量大于电极本身损耗，就会破坏电极的形状和尺寸，影响加工效果；如飞溅沉就会破坏电极的形状和尺寸，影响加工效果；如飞溅沉积的量恰好等于电极的损耗，两者达到动态平衡，则可积的量恰好等于电极的损耗，两者达到动态平衡，则可得到无损耗加工。由于电极端面、角部、侧面损耗的不得到无损耗加工。由于电极端面、角部、侧面损耗的不均匀性，因此无损耗加工是难以实现的。均匀性，因此无损耗加工是难以实现的。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院2) 2) 峰值电流的影响峰值电流的影响对于一定的脉冲宽度，加工时的峰值电流不同，电极损对于一定的脉冲宽度，加工时的

28、峰值电流不同，电极损耗也不同。耗也不同。用紫铜电极加工钢时，随着峰值电流的增加，用紫铜电极加工钢时，随着峰值电流的增加，电极损耗也增加。下图是峰值电流对电极相对损耗的影电极损耗也增加。下图是峰值电流对电极相对损耗的影响。由图可知，要降低电极损耗，应减小峰值电流。因响。由图可知，要降低电极损耗，应减小峰值电流。因此，对一些不适宜用长脉冲宽度粗加工而又要求损耗小此，对一些不适宜用长脉冲宽度粗加工而又要求损耗小的工件，应使用窄脉冲宽度、低峰值电流的方法。的工件，应使用窄脉冲宽度、低峰值电流的方法。由上可见，脉冲宽度和峰值电流对电极损耗由上可见，脉冲宽度和峰值电流对电极损耗的影响效果是综合性的。只有脉

29、冲宽度和峰值电流保持的影响效果是综合性的。只有脉冲宽度和峰值电流保持一定关系，才能实现低损耗加工。一定关系，才能实现低损耗加工。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院峰值电流与电极相对损耗的关系 0102030405060246810 / %电极纯铜工件钢加工极性负A/eiti1000 sti200 sti50 s安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院3) 3) 脉冲间隔的影响脉冲间隔的影响在脉冲宽度不变时，随着脉冲间隔的增加，电极在脉冲宽度不变时，随着脉冲间隔的增加，电极损耗增大损耗增大( (如图所示如图所示) )。因为脉冲间隔加大，引起放电间。因为脉冲间隔加大，

30、引起放电间隙中介质消电离状态的变化，使电极上的隙中介质消电离状态的变化，使电极上的“覆盖效应覆盖效应”减少。减少。随着随着脉冲间隔的减小脉冲间隔的减小，电极损耗也随之减少电极损耗也随之减少，但，但超过一定限度，放电间隙将来不及消电离而造成超过一定限度，放电间隙将来不及消电离而造成拉弧拉弧烧伤烧伤，反而影响正常加工的进行。尤其是粗规准、大，反而影响正常加工的进行。尤其是粗规准、大电流加工时，更应注意。电流加工时，更应注意。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院图3-15 脉冲间隔对电极相对损耗的影响0100 200 300 400 500 6000.20.40.60.8to / s

31、 / %电极铜工件T10A加工极性负ti1200 s安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院4) 4) 加工极性的影响加工极性的影响 在其他加工条件相同的情况下，加工极性不同对电极在其他加工条件相同的情况下，加工极性不同对电极损耗影响很大损耗影响很大( (如图所示如图所示) )。当脉冲宽度。当脉冲宽度ti ti小于某一数值时，小于某一数值时，正极性损耗小于负极性损耗；反之，当脉冲宽度正极性损耗小于负极性损耗；反之，当脉冲宽度ti ti大于某大于某一数值时，负极性损耗小于正极性损耗。一数值时，负极性损耗小于正极性损耗。1 5102050 2005001000ti / s0.11.03

32、.05.0103050100负极性正极性电极Cu工件T10A / %A 48 ei0安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院2. 2. 非电参数对电极损耗的影响非电参数对电极损耗的影响1) 1) 加工面积的影响加工面积的影响在脉冲宽度和峰值电流一定的条件下，加工面积对电在脉冲宽度和峰值电流一定的条件下，加工面积对电极损耗影响不大，是非线性的极损耗影响不大，是非线性的( (如图所示如图所示) )。当电极相对损。当电极相对损耗小于耗小于l%l%，并随着加工面积的继续增大，电极损耗减小的，并随着加工面积的继续增大，电极损耗减小的趋势越来越慢。当加工面积过小时，则随着加工面积的减趋势越来越

33、慢。当加工面积过小时，则随着加工面积的减小而电极损耗急剧增加。小而电极损耗急剧增加。01000 2000 3000 4000A / mm2 / %123电极Cu工件CrWMnti1200 s 48 Aei安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院2) 2) 电极的形状和尺寸的影响电极的形状和尺寸的影响在电极材料、电参数和其他工艺条件完全相同的情况下，在电极材料、电参数和其他工艺条件完全相同的情况下，电极的形状和尺寸对电极损耗影响也很大电极的形状和尺寸对电极损耗影响也很大( (如电极的尖角、棱如电极的尖角、棱边、薄片等边、薄片等) )。如图。如图3-20(a)3-20(a)所示的型腔，

34、用整体电极加工较所示的型腔，用整体电极加工较困难。在实际中首先加工主型腔困难。在实际中首先加工主型腔( (如图如图3-20(b)3-20(b)所示所示) )，再用小，再用小电极加工副型腔电极加工副型腔( (如图如图3-20(c)3-20(c)所示所示) )。(a) 型腔(b) 加工主型腔(c) 加工副型腔安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院3) 3) 工具电极材料的影响工具电极材料的影响工具电极损耗与其材料有关，损耗的大致顺序如工具电极损耗与其材料有关，损耗的大致顺序如下：银钨合金下：银钨合金 铜钨合金铜钨合金 石墨石墨( (粗规准粗规准) ) 紫铜紫铜 钢钢 铸铁铸铁 黄铜黄

35、铜 边损耗边损耗 端面损耗。端面损耗。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院(1)(1)正确选用电极材料正确选用电极材料 任何可导电材料都可以制作电极，但对电极材料有以任何可导电材料都可以制作电极，但对电极材料有以下要求：下要求： 1 1）有良好的电火花加工性能，损耗小、过程稳定、效）有良好的电火花加工性能，损耗小、过程稳定、效率高。率高。 2 2）有足够的机械强度，机械加工性能好。）有足够的机械强度，机械加工性能好。 3 3）来源丰富、价格低廉。）来源丰富、价格低廉。 钨、钼的熔点和沸点较高，损耗小，但其机械加工钨、钼的熔点和沸点较高，损耗小，但其机械加工性能不好，价格又贵，所

36、以除线切割用钨钼丝外，其他性能不好，价格又贵，所以除线切割用钨钼丝外，其他很少采用。目前用得最多的电极材料是石墨和纯铜。很少采用。目前用得最多的电极材料是石墨和纯铜。 安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院正确选用电极材料正确选用电极材料 石墨电极密度较小、容易成形、价格低廉、重石墨电极密度较小、容易成形、价格低廉、重量轻，适合做大、中型电极；使用高密度高强度量轻，适合做大、中型电极；使用高密度高强度石墨制作的薄片电极，刚性好，不易变形；石墨石墨制作的薄片电极，刚性好，不易变形；石墨作电极加工效率高、损耗小；石墨较脆，加工性作电极加工效率高、损耗小；石墨较脆，加工性能好；但石墨加

37、工污染环境严重，要使用专用设能好；但石墨加工污染环境严重，要使用专用设备加工。备加工。 纯铜组织致密，适合于形状复杂、轮廓清晰、纯铜组织致密，适合于形状复杂、轮廓清晰、精度要求较高的塑料模、胶木模、压铸模电极；精度要求较高的塑料模、胶木模、压铸模电极；但纯铜较软，刚性和加工性能较差，不宜制作细但纯铜较软，刚性和加工性能较差，不宜制作细长薄壁电极，且价格较贵，不宜制作大、中型电长薄壁电极，且价格较贵，不宜制作大、中型电极。极。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院(2)(2)正确选择加工极性正确选择加工极性 一般来说，为了减小电极损耗，在短脉冲精加工时一般来说，为了减小电极损耗，在

38、短脉冲精加工时采用正极性加工，而在长脉冲粗加工时则采用负极性加采用正极性加工，而在长脉冲粗加工时则采用负极性加工。随着脉冲宽度的增加，电极的相对损耗都是下降的，工。随着脉冲宽度的增加，电极的相对损耗都是下降的，但在脉冲宽度小于但在脉冲宽度小于15s15s时，时， 正极性加工的相对损耗比负极性加工的小。正极性加工的相对损耗比负极性加工的小。（3 3）利用吸附效应）利用吸附效应 在用煤油之类的碳氢化合物做工作液时，在放电过在用煤油之类的碳氢化合物做工作液时，在放电过程中工作液将发生热分解，而产生大量的碳和金属碳化程中工作液将发生热分解，而产生大量的碳和金属碳化物微粒。如果电极表面温度合适且能保持一

39、定时间，即物微粒。如果电极表面温度合适且能保持一定时间，即能形成一定厚度的化学吸附层（黑膜）吸附在正极，对能形成一定厚度的化学吸附层（黑膜）吸附在正极，对电极起保护作用。由于黑膜只能吸附在正极，故必须采电极起保护作用。由于黑膜只能吸附在正极，故必须采用负极性加工。用负极性加工。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院1、电火花加工应具备哪些条件？一次脉冲放电可分为哪、电火花加工应具备哪些条件？一次脉冲放电可分为哪几个阶段？几个阶段？2、电火花加工的工艺指标主要包括、电火花加工的工艺指标主要包括3、影响加工速度的主要因素；、影响加工速度的主要因素；上节回顾上节回顾安徽机电职业技术学院

40、模 具 制 造 东南大学成贤学院三、电火花成型加工设备及附件三、电火花成型加工设备及附件1.1.机床型号、规格、分类机床型号、规格、分类 国标规定国标规定: :电火花成型机床均用电火花成型机床均用D71D71加上机床工作台面宽度加上机床工作台面宽度1/101/10表示。例如表示。例如D7132D7132中，中，D71D71表示电火花成型机床；表示电火花成型机床；3232表示工作台宽表示工作台宽度为度为320 mm.320 mm.。 国外机床型号没有采用统一标准，由各个企业自行确定如日本国外机床型号没有采用统一标准，由各个企业自行确定如日本沙迪克沙迪克(Sodick)(Sodick)公司生产公司

41、生产A3RA3R、A10RA10R，瑞士夏米尔，瑞士夏米尔(Charmilles)(Charmilles)技技术公司术公司ROBOFORM20/30/35ROBOFORM20/30/35等。等。电火花加工机床按其大小可分为电火花加工机床按其大小可分为小型小型(D7125以下以下)、中型、中型(D7125D7163)和大型和大型(D7163以上以上)；按数控程度分为按数控程度分为非数控、单轴数控和三轴数控非数控、单轴数控和三轴数控。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院名称：普通电火花名称：普通电火花 成型机床成型机床 型号：D7

42、132N、40N、50N、60N 安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院名称：机电一体电火名称：机电一体电火 花成型机床花成型机床 型号：型号：D7125ND、32ND 安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院 2. 2.电火花加工机床结构电火花加工机床结构 主要由脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、主要由脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、机床本体、数控系统等部分组成。机床本体、数控系统等部分组成。间 隙参考值增益设定控制装置进给系统自动进给调节系统比较器放大器间 隙传感器脉冲电源床 身工作液循环过 滤 系 统（a) 原理图（b) 实物安

43、徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院、脉冲电源、脉冲电源脉冲电源的作用：把工频正弦交流电流转变成频率较高的脉冲电源的作用：把工频正弦交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加工间隙提供所需单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。要的放电能量以蚀除金属。脉冲电源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、表面脉冲电源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、表面质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院脉冲电源输入为脉冲电源输入为380 V、50 Hz

44、的交流电，其输出应满足如的交流电，其输出应满足如下要求：下要求： (1) 要有一定的脉冲放电能量，否则不能使工件金属气化。要有一定的脉冲放电能量，否则不能使工件金属气化。 (2) 火花放电必须是短时间的脉冲性放电。火花放电必须是短时间的脉冲性放电。 (3) 脉冲波形是单向的。脉冲波形是单向的。 (4) 脉冲波形的主要参数有较宽的调节范围。脉冲波形的主要参数有较宽的调节范围。 (5) 有适当的脉冲间隔时间。有适当的脉冲间隔时间。 电源的好坏直接关系到电火花加工机床的性能，所以电电源的好坏直接关系到电火花加工机床的性能，所以电源往往是电火花机床制造厂商的核心机密之一。从理论上讲，源往往是电火花机床

45、制造厂商的核心机密之一。从理论上讲，电源一般有如下几种。电源一般有如下几种。 安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院1) 弛张式脉冲电源弛张式脉冲电源 弛张式脉冲电源是最早使用的电源，它是利用电容器弛张式脉冲电源是最早使用的电源，它是利用电容器充电储存电能，然后瞬时放出，形成火花放电来蚀除金属充电储存电能，然后瞬时放出，形成火花放电来蚀除金属的。的。弛张式脉冲电源结构简单，使用维修方便，加工精度较高，弛张式脉冲电源结构简单，使用维修方便，加工精度较高，粗糙度值较小，但生产率低，电能利用率低，加工稳定性粗糙度值较小，但生产率低，电能利用率低，加工稳定性差，故目前这种电源的应用已逐渐

46、减少。差，故目前这种电源的应用已逐渐减少。VCARE(a) 原理图(b) 波形图uuducE0t安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院2) 闸流管脉冲电源闸流管脉冲电源由于这种电源的电参数与加工间隙无关，故又称为独由于这种电源的电参数与加工间隙无关，故又称为独立式电源。闸流管脉冲电源的立式电源。闸流管脉冲电源的生产率较高，加工稳定，但生产率较高，加工稳定，但脉冲宽度较窄，电极损耗较大脉冲宽度较窄，电极损耗较大。3) 晶体管脉冲电源晶体管脉冲电源晶体管脉冲电源是近年来晶体管脉冲电源是近年来发展起来的以晶体元件作为开关发展起来的以晶体元件作为开关元件的用途广泛的电火花脉冲电元件的用途

47、广泛的电火花脉冲电源，源，其输出功率大，电规准调节其输出功率大，电规准调节范围广，电极损耗小，故适应于范围广，电极损耗小，故适应于型孔、型腔、磨削等各种不同用型孔、型腔、磨削等各种不同用途的加工途的加工。晶体管脉冲电源已越。晶体管脉冲电源已越来越广泛地应用在电火花加工机来越广泛地应用在电火花加工机床上。床上。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院目前普及型目前普及型(经济型经济型)的电火花加工机床都采用的电火花加工机床都采用高低压复高低压复合的晶体管脉冲电源合的晶体管脉冲电源，中、高档电火花加工机床都采，中、高档电火花加工机床都采用用微机数字化控制的脉冲电源微机数字化控制的脉冲电

48、源，而且内部存有电火花，而且内部存有电火花加工规准的数据库，可以通过微机设置和调用各挡粗、加工规准的数据库，可以通过微机设置和调用各挡粗、中、精加工规准参数。中、精加工规准参数。例如汉川机床厂、日本沙迪克公司的电火花加工机床，例如汉川机床厂、日本沙迪克公司的电火花加工机床，这些加工规准用这些加工规准用C代码代码(例如例如C320)表示和调用，三菱表示和调用，三菱公司则用公司则用 E代码表示。代码表示。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院. 自动进给调节系统自动进给调节系统直接影响加工稳定性和加工效果。直接影响加工稳定性和加工效果。主要包含主要包含伺服进给系统伺服进给系统和和参数

49、控制系统参数控制系统。伺服进给系统主要用于控制放电间隙的大小，而参数控制伺服进给系统主要用于控制放电间隙的大小，而参数控制系统主要用于控制电火花成型加工中的各种参数系统主要用于控制电火花成型加工中的各种参数(如放电电如放电电流、脉冲宽度、脉冲间隔等流、脉冲宽度、脉冲间隔等)，以便能够获得最佳的加工工，以便能够获得最佳的加工工艺指标等。艺指标等。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院1) 伺服进给系统的作用及要求伺服进给系统的作用及要求在电火花成型加工中，电极与工件必须保持一定的放电在电火花成型加工中，电极与工件必须保持一定的放电间隙。间隙。 在实际生产中，放电间隙变化范围很小，且

50、与加工规准、在实际生产中，放电间隙变化范围很小，且与加工规准、加工面积、工件蚀除速度等因素有关，因此很难靠人工进加工面积、工件蚀除速度等因素有关，因此很难靠人工进给，也不能像钻削那样采用给，也不能像钻削那样采用“机动机动”、等速进给，而必须、等速进给，而必须采用伺服进给系统。这种不等速的伺服进给系统也称为自采用伺服进给系统。这种不等速的伺服进给系统也称为自动进给调节系统。动进给调节系统。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院(1) 有较广的速度调节跟踪范围。有较广的速度调节跟踪范围。(2) 有足够的灵敏度和快速性。有足够的灵敏度和快速性。(3) 有较高的稳定性和抗干扰能力。有较高

51、的稳定性和抗干扰能力。 伺服进给系统种类较多，可参考其他相关资料。伺服进给系统种类较多，可参考其他相关资料。伺服进给系统一般有如下要求：伺服进给系统一般有如下要求：2) 参数控制系统的基本组成参数控制系统的基本组成测量环节、比较环节、放大环节、执行环节测量环节、比较环节、放大环节、执行环节安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院、工作液过滤和循环系统、工作液过滤和循环系统 为了改善电火花加工的条件，一种办法是使电极振动，以加强为了改善电火花加工的条件，一种办法是使电极振动，以加强排屑作用；另一种办法是对工作液进行强迫循环排屑作用；另一种办法是对工作液进行强迫循环( (冲油冲油 和抽

52、和抽油油 ）过滤，以改善间隙状态。）过滤，以改善间隙状态。 冲油冲油抽油抽油安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院、机床本体、机床本体包括主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽包括主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院、电火花机床常见功能、电火花机床常见功能 电火花机床的常见功能如下：电火花机床的常见功能如下：(1) (1) 回原点操作功能。数控电火花在加工前首先要回到回原点操作功能。数控电火花在加工前首先要回到机械坐标的零点，即机械坐标的零点，即X X、Y Y、Z Z轴回到其轴的正极限处。这轴回到其轴的正极限处。这样，机床的控制系

53、统才能复位，后续操作机床运动不会样，机床的控制系统才能复位，后续操作机床运动不会出现紊乱。出现紊乱。(2) (2) 置零功能。将当前点的坐标设置为零。置零功能。将当前点的坐标设置为零。（3) 3) 接触感知功能。让电极与工件接触，以便定位。接触感知功能。让电极与工件接触，以便定位。(4) (4) 其他常见功能其他常见功能( (如图所示如图所示) )。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院Center searching(Inside)Center searching(Outside)Z-axis machining(Z-) Z-axis machining(Z+)Repeat m

54、achiningCorner machining角落加工重复加工Z轴垂直加工(Z+)Z轴垂直加工(Z-)寻找中心(外部)寻找中心(内部)旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工Rotation machiningRotation machiningRotation machiningRotation machiningRotation machiningRotation machining旋转加工Rotation machiningSide machiningFan shap machiningStep machiningC-axis positioningmachining(opti

55、onal)C-axis helical gearmachining(optional)侧面加工扇形加工等级化加工 C轴标示加工(特殊)C轴螺旋齿轮加工(特殊)安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院Center searching(Inside)Center searching(Outside)Z-axis machining(Z-) Z-axis machining(Z+)Repeat machining Corner machining角落加工重复加工Z轴垂直加工(Z+)Z轴垂直加工(Z-)寻找中心(外部)寻找中心(内部)旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工Rota

56、tion machiningRotation machiningRotation machiningRotation machiningRotation machiningRotation machining旋转加工Rotation machiningSide machiningFan shap machiningStep machiningC-axis positioningmachining(optional)C-axis helical gearmachining(optional)侧面加工扇形加工等级化加工C轴标示加工(特殊)C轴螺旋齿轮加工(特殊)安徽机电职业技术学院模 具 制 造

57、东南大学成贤学院Center searching(Inside)Center searching(Outside)Z-axis machining(Z-) Z-axis machining(Z+)Repeat machiningCorner machining角 落 加 工重 复 加 工Z轴 垂 直 加 工 (Z+)Z轴 垂 直 加 工 (Z-)寻 找 中 心 (外 部 )寻 找 中 心 (内 部 )旋 转 加 工旋 转 加 工旋 转 加 工旋 转 加 工旋 转 加 工旋 转 加 工Rotation machiningRotation machiningRotation machiningRo

58、tation machiningRotation machiningRotation machining旋 转 加 工Rotation machiningSide machiningFan shap machiningStep machiningC-axis positioningmachining(optional)C-axis helical gearmachining(optional)侧 面 加 工扇 形 加 工等 级 化 加 工C轴 标 示 加 工 (特 殊 )C轴 螺 旋 齿 轮 加 工 (特 殊 )Center searching(Inside)Center searching(

59、Outside)Z-axis machining(Z-)Z-axis machining(Z+)Repeat machiningCorner machining角落加工重复加工Z轴垂直加工(Z+)Z轴垂直加工(Z-)寻找中心(外部)寻找中心(内部)旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工Rotation machiningRotation machiningRotation machiningRotation machiningRotation machiningRotation machining旋转加工Rotation machiningSide machiningFan shap

60、 machiningStep machiningC-axis positioningmachining(optional)C-axis helical gearmachining(optional)侧面加工扇形加工等级化加工C轴标示加工(特殊)C轴螺旋齿轮加工(特殊)安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院电火花加工的实例电火花加工的实例安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院电火花加工的事例电火花加工的事例安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院 穿孔成型加工冲模的电火花加工冲模的电火花加工安徽机电职业技术学院模 具 制 造 东南大学成贤学院型腔模的电火花