第3章电火花加工

第七章电火花加工

(ElectricalDischargeMachining)电火花加工的基本原理与设备电火花加工的机理电火花加工中的基本规律电火花加工机床电火花加工的应用电火花加工新技术

7.1电火花加工的基本原理与设备电火花加工的基本原理电腐蚀现象电腐蚀现象的原因火花放电→产生热量→高温→金属局部熔化、气化→被去除

电腐蚀现象用于尺寸加工的条件极间保持一定放电间隙→自动进给调节系统间隙过大：不能击穿间隙过小：短路接触瞬时的脉冲放电（10-7~10-3s）→脉冲电源连续放电：电弧放电，无法控制尺寸两电极之间必须充入介质→工作液循环过滤系统工作液：煤油、皂化液、去离子水工作液的作用有利于火花放电排除电蚀产物冷却电极和工件脉冲电压波形加工原理图电火花加工设备(SodickA35R)设备组成自动进给调节系统脉冲电源工作液循环过滤系统7.2电火花加工的机理一次电火花腐蚀的微观过程（1）极间介质的电离、击穿、形成放电通道

＋

－－一次电火花腐蚀的微观过程（2）介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀

7.2电火花加工的机理

+

－一次电火花腐蚀的微观过程（3）电极材料抛出 7.2电火花加工的机理

+－存在下面三种作用热爆炸力瞬时膨胀电动力正负离子对电极的冲击压力流体动力蒸发、分解气体一次电火花腐蚀的微观过程（3）电极材料抛出 7.2电火花加工的机理

气化区熔化区热影响区无变化区一次电火花腐蚀的微观过程（4）极间介质消电离 7.2电火花加工的机理

＋

－

带电离子→中性离子

介质恢复绝缘电蚀物排除热能排除电火花加工表面局部放大图

7.2电火花加工的机理7.3电火花加工中的基本规律7.3.1影响材料电蚀量的主要因素

极性效应电参数金属材料热学常数工作液其他因素

极性效应对电蚀量的影响极性效应电火花加工过程中，由于正、负极性不同而电蚀量不同的现象。产生极性效应的原因应用正极性加工：工件接在脉冲电源的正极负极性加工：工件接在脉冲电源的负极＋

－－＋

－＋电子的质量<正离子的质量电子的惯性小窄脉冲：正极性加工长脉冲：负极性加工

影响电蚀量的其他因素电参数（单个脉冲能量WM）工件材料热学常数比热容、熔点、熔化热等工作液工作液作用：放电通道、压缩、排除产物、冷却影响：介电性好、粘度大→压缩性好、排屑差粗加工：机油（压缩在作用好）半、精加工：煤油（排屑作用）线切割：去离子水（冷却）7.3.2电火花加工的速度和工具损耗速度加工速度

vw单位时间内工件的电蚀量损耗速度

vE单位时间内工具的电蚀量工具的相对损耗7.3.3降低工具电极损耗的方法（1）利用极性效应正极性加工：工件接正极，窄脉冲、精加工负极性加工：工件接负极，长脉冲、粗加工

θ脉宽ti（μs）负极性加工正极性加工工具：纯铜工件：钢工作液：煤油＋

—－7.3.3降低工具电极损耗的方法（2）利用吸附效应（碳黑膜）碳氢化合物碳电极金属高温热分解金属碳化物微粒碳胶粒（带负电荷）化学吸附碳层（炭黑膜）电场作用加工前的电极

加工后的电极只适用于负极性加工对形成炭黑膜有利的因素脉宽大、脉间小工作液流动速度和压力小7.3.3降低工具电极损耗的方法（3－4）利用传热效应工具材料的导热性＞工件控制脉冲电流增长率（di/dt）优选电极材料（热学性能好）采用熔点、沸点高的难加工材料常用电极材料铜钨、银钼：熔点高、工艺性差（精加工）铜：熔点低、但导热性好，工艺性好（常用）石墨：热学性能好、吸附游离碳（常用）7.3.4电火花加工的表面质量（1）表面粗糙度无方向性的小坑和硬凸边组成一般可达到Ra1.25~0.32μm采用平动工艺时，可达到Ra0.63~0.04μm电火花磨削时，可达到Ra0.04~0.02μm影响表面粗糙度的因素电蚀量大（WM），Ra下降难加工材料（熔点高），相同WM下Ra小工具表面Ra小，加工表面的Ra小电火花加工表面粗糙度粗加工表面半精加工表面精加工表面7.3.5电火花加工的表面质量（2）表面变质层熔化凝固层：熔化但未抛出后冷却热影响区：没熔化，但金相组织有变化，与基层无明显界限显微裂纹：由聚冷聚热产生的拉应力引起微裂纹显微硬度、耐磨性表层硬度较高，类似淬火耐磨性好，但对于滚动干摩擦，表层（熔化凝固层）易脱落残余应力聚冷聚热作用下产生，取较小的WM耐疲劳性显微裂纹、内应力影响耐疲劳性回火、喷丸处理，降低残余应力电火花加工表面缺陷加工表面微裂纹加工变质层示意图机床主体三坐标五坐标脉冲电源自动进给调节系统工作液净化循环系统7.4电火花加工机床电火花加工用的脉冲电源一、电火花加工对机床的要求：总的要求：

1、有较高的加工速度

2、工具电极损耗低；

3、加工过程稳定性好；

4、工艺范围广对脉冲电源的具体要求：

1、单向脉冲；

2、脉冲波形前后沿要陡；

3、脉冲参数可调；

4、节能。二、脉冲电源的分类按主回路中主要元件种类：

RC线路驰张式、晶体管式、大功率集成器件式按输出脉冲波形：

矩形波、阶梯波、高低压复合波按间隙状态对脉冲参数的影响：

独立式、非独立式按工作回路数：单回路、多回路三、RC线路脉冲电源四、晶体管式脉冲电源五、各种派生脉冲电源

1、高低压复合脉冲电源

2、多回路脉冲电源

3、等脉冲电源

4、高频分组脉冲和梳形波脉冲电源

5、智能脉冲电源

电火花加工的自动进给调节系统1、什么是自动进给调节系统？2、自动进给调节的作用、要求、分类。3、自动进给调节的基本组成部分。4、典型实例及应用。一、自动进给调节系统的作用、要求、和分类1、什么是自动进给调节系统？2、自动进给调节的作用、要求、分类（1）作用（2）要求范围，灵活，稳定（3）分类：电液式、电-机械式二、自动进给调节系统的基本组成部分1、测量环节2、比较环节3、放大驱动环节4、执行环节5、调节对象电火花成形加工机床组成部分：

床身、立柱、主轴头、工作液循环系统、电源、控制系统等7.5电火花加工的应用7.5.1电火花加工的特点适于难加工材料的加工（应为导电材料）可加工特殊、复杂形状的零件无明显的机械力，可加工低刚度件、微细件调节电参数，可进行粗、精加工加工效率低，0.01～10g/min电极有损耗，影响加工精度只能加工导电材料7.5.2电火花穿孔成形加工加工方法加工对象应用例穿孔加工模具冲模、粉末冶金模、挤压模型孔各种型孔、小孔、深孔型腔加工型腔模锻模、塑料模型腔零件各种复杂曲面电火花穿孔成形加工的分类：冲模的电火花加工利用电火花加工的优点便于加工硬脆的冲模可在淬火后加工可采用整体式硬质合金冲模，不用镶嵌结构配合间隙均匀、刃口耐磨L1SLL2型腔模的电火花加工型腔模加工难度大属于盲孔加工电蚀物不易排除电极损耗不易补偿加工面积大各点的电极损耗不均匀电极损耗不均匀小孔的电火花加工难点及其解决方法孔径小电极截面积小刚性差导热差排屑难导向装置刚性好的电极导热好的材料冷却空心电极+强迫循环电极上下震动（电磁、超声）一般为盲孔孔径：φ0.05~2mm电火花小孔加工实例实例1：在钢球中加工φ0.3~3mm孔实例2：喷嘴上加工φ0.3~1mm孔异型小孔的电火花加工单片扁电极组合（利用钟表游丝）化学纤维喷丝板的异型孔异型小孔的电火花加工关键问题：工具电极的制造与装夹工具电极的制造方法冷拔整体电极：精度低、成本低、用于大批量线切割加工电火花反拷贝加工精度高、成本高异型小孔的电火花加工反拷加工法原理图7.6电火花加工新技术

7.6.1混粉电火花大面积光泽加工存在问题 两极之间产生寄生电容，WM小到一定程度时，几个脉冲充电后才能被击穿，因而减小WM

受限制。解决方法

加入φ1～2μm的硅、铝微粉，降低工作液的电阻率混粉与常规电火花加工的对比工作液导电率变小可增大放电间隙寄生电容变小单个脉冲能量小排屑好、稳定性好散热好放电点分散放电通道直径变大混粉电火花加工效果7.6.2电火花微细加工分类微细孔加工微三维结构的加工关键技术微电极制作技术微三维结构的加工技术电极微驱动装置微电极在线修正 微电极制作技术线电极电火花磨削原理

微细探针的制作技术原理图探针加工实例横向探针三方向探针微细电火花加工机床

微细孔加工实例实例1：φ10μm孔实例2：φ90μm孔

微三维结构的加工技术微细三维结