电火花加工技术介绍

电火花加工技术介绍第1页/共54页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、分类第2页/共54页一、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第3页/共54页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第4页/共54页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)第5页/共54页气体中放电类型第6页/共54页起始放电间隙与放电电压第7页/共54页二、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。第8页/共54页二、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～1000μs⒊绝缘介质

103～107Ω·㎝第9页/共54页三、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

第10页/共54页四、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电火花表面着色第11页/共54页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。第12页/共54页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、极间介质的消电离第13页/共54页第二节电火花介质击穿放电微观物理过程第14页/共54页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（100V／µm）时间：

0.1～0.01µs电阻：绝缘→几分之一欧姆电流密度：

105～106A／cm2（103～104A／mm2）

20～25V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

第15页/共54页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第16页/共54页第三节

电火花加工方法和新技术一、电火花加工方法二、电火花加工新技术第17页/共54页一、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第18页/共54页一、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）第19页/共54页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。第20页/共54页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＋2SLL2：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第21页/共54页

㈠冲模的电火花加工⒉工具电极⑴电极材料：

T8A，T10ACr12，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、级进模第22页/共54页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、镀锌第23页/共54页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分解电极法第24页/共54页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第25页/共54页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

第26页/共54页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第27页/共54页㈡型腔模的电火花加工第28页/共54页㈡型腔模的电火花加工第29页/共54页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、石墨第30页/共54页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：＋第31页/共54页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、凹入第32页/共54页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第33页/共54页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100φ3mm深330㎜

预穿丝孔喷嘴第34页/共54页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第35页/共54页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。

第36页/共54页㈤电火花小孔磨削第37页/共54页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、滚刀第38页/共54页㈦电火花共轭同步回转加工螺纹各类螺纹环规、塞规第39页/共54页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㎜。第40页/共54页㈧金属电火花表面强化和刻字第41页/共54页㈧金属电火花表面强化和刻字⒉

电火花刻字工艺及装置第42页/共54页㈨电火花双轴回转展成法磨削凹凸球面球头第43页/共54页二、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

第44页/共54页WEDG法图19气中WEDG加工的微细轴直径25μm,长1mm第45页/共54页单次放电第46页/共54页多次反拷加工法第47页/共54页扫描创成（电火花铣削）第48