第2章 電火花加工

1、第第2 2章章 數(shù)控電火花加工數(shù)控電火花加工 v電火花加工（電火花加工（electrical discharge machining, electrical discharge machining, EDMEDM） （放電加工或電蝕加工）：（放電加工或電蝕加工）：v利用工具電極和工件電極間瞬時(shí)火花放電所產(chǎn)生的利用工具電極和工件電極間瞬時(shí)火花放電所產(chǎn)生的高溫來熔蝕材料。高溫來熔蝕材料。 一、電火花加工的原理一、電火花加工的原理1-1-工件工件 2-2-脈沖電源脈沖電源 3-3-自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置 4-4-工具工具 5-5-工作液工作液 6-6-過濾器過濾器 7-7-工作液泵工作液泵

2、 8-8-被蝕除的材料被蝕除的材料工具和工件與電源的兩極相接，均浸工具和工件與電源的兩極相接，均浸在有一定絕緣度的流體介質(zhì)（通常用在有一定絕緣度的流體介質(zhì)（通常用煤油或礦物油）中。煤油或礦物油）中。脈沖電壓加到兩極之間，在工具電極脈沖電壓加到兩極之間，在工具電極向工件電極運(yùn)動(dòng)中，將極間最近點(diǎn)的向工件電極運(yùn)動(dòng)中，將極間最近點(diǎn)的液體介質(zhì)擊穿，形成火花放電。由于液體介質(zhì)擊穿，形成火花放電。由于放電通道截面積很小，通道中的瞬時(shí)放電通道截面積很小，通道中的瞬時(shí)高溫使材料熔化和氣化。單個(gè)脈沖能高溫使材料熔化和氣化。單個(gè)脈沖能使工件表面形成微小凹坑，而無數(shù)個(gè)使工件表面形成微小凹坑，而無數(shù)個(gè)脈沖的積累將工件上

3、的高點(diǎn)逐漸熔蝕。脈沖的積累將工件上的高點(diǎn)逐漸熔蝕。隨著工具電極不斷地向工件作進(jìn)給運(yùn)隨著工具電極不斷地向工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，工具電極的形狀便被復(fù)制在工件動(dòng)，工具電極的形狀便被復(fù)制在工件上。上。加工過程中所產(chǎn)生的金屬微粒，則被加工過程中所產(chǎn)生的金屬微粒，則被流動(dòng)的工作液流帶走。流動(dòng)的工作液流帶走。同時(shí)，總能量的一小部分也釋放到工同時(shí)，總能量的一小部分也釋放到工具電極上形成一定的工具損耗。具電極上形成一定的工具損耗。電火花加工應(yīng)具備如下條件：電火花加工應(yīng)具備如下條件：v（）工具電極和工件電極之間必須保持一定的間（）工具電極和工件電極之間必須保持一定的間隙。隙。v這可由自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)。間隙可在幾微米

4、至這可由自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)。間隙可在幾微米至幾百微米之間，間隙過大極間電壓不能擊穿兩極間幾百微米之間，間隙過大極間電壓不能擊穿兩極間介質(zhì)而不能產(chǎn)生火花放電，間隙過小則會(huì)引起拉弧介質(zhì)而不能產(chǎn)生火花放電，間隙過小則會(huì)引起拉弧燒傷或短路。燒傷或短路。v由于工件不斷被蝕除，工具電極也有一定的損耗，由于工件不斷被蝕除，工具電極也有一定的損耗，間隙將不斷擴(kuò)大。這就要求工具不但要隨著工件材間隙將不斷擴(kuò)大。這就要求工具不但要隨著工件材料的不斷蝕除而進(jìn)給，形成工件要求的尺寸和形狀，料的不斷蝕除而進(jìn)給，形成工件要求的尺寸和形狀，而且還要不斷地調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，有時(shí)甚至要停止進(jìn)而且還要不斷地調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，有時(shí)甚至要停

5、止進(jìn)給或回退以保持恰當(dāng)?shù)姆烹婇g隙。給或回退以保持恰當(dāng)?shù)姆烹婇g隙。v由于放電間隙很小，且位于工作液中無法觀察和直由于放電間隙很小，且位于工作液中無法觀察和直接測量，因此必須要有自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)來保持恰接測量，因此必須要有自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)來保持恰當(dāng)?shù)姆烹婇g隙。當(dāng)?shù)姆烹婇g隙。v（）必須采用脈沖電源。（）必須采用脈沖電源。v因火花放電必須是瞬時(shí)的脈沖放電，放電延因火花放電必須是瞬時(shí)的脈沖放電，放電延續(xù)一段時(shí)間（通常續(xù)一段時(shí)間（通常1010-7-71010-8-8s s）后，需停歇）后，需停歇一段時(shí)間。一段時(shí)間。v（）必須在有一定絕緣性能的流動(dòng)的工作（）必須在有一定絕緣性能的流動(dòng)的工作液中進(jìn)行火花放電液

6、中進(jìn)行火花放電. .v這有利于產(chǎn)生脈沖性火花放電，并排除放電這有利于產(chǎn)生脈沖性火花放電，并排除放電間隙中的電蝕物，以免間隙中電蝕產(chǎn)物過多間隙中的電蝕物，以免間隙中電蝕產(chǎn)物過多而引起已加工過的側(cè)表面間而引起已加工過的側(cè)表面間“二次放電二次放電”，影響加工精度，還可以對(duì)電極及工件表面起影響加工精度，還可以對(duì)電極及工件表面起較好的冷卻作用。較好的冷卻作用。v（）可加工難切削加工的導(dǎo)電材料，如淬火鋼、硬質(zhì)合（）可加工難切削加工的導(dǎo)電材料，如淬火鋼、硬質(zhì)合金、不銹鋼、工業(yè)純鐵等。金、不銹鋼、工業(yè)純鐵等。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（）加工時(shí)無顯著機(jī)

7、械切削力，有利于小孔、窄槽、型（）加工時(shí)無顯著機(jī)械切削力，有利于小孔、窄槽、型孔、曲線孔及薄壁零件加工，也適合于精密細(xì)微加工?？住⑶€孔及薄壁零件加工，也適合于精密細(xì)微加工。v（）脈沖參數(shù)可任意調(diào)節(jié)，加工中只要更換工具電極或（）脈沖參數(shù)可任意調(diào)節(jié)，加工中只要更換工具電極或采用階梯形工具電極就可以在同一機(jī)床上連續(xù)進(jìn)行粗、半采用階梯形工具電極就可以在同一機(jī)床上連續(xù)進(jìn)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，再用電火花精加工。再用電火花精加工。v（）放電過程中有一部分能量消耗于工具電極而導(dǎo)致工（）放電過程中有一部

8、分能量消耗于工具電極而導(dǎo)致工具電極消耗，對(duì)成形精度有一定影響。具電極消耗，對(duì)成形精度有一定影響。二、電火花加工的特點(diǎn)二、電火花加工的特點(diǎn)三、電火花加工的基本工藝規(guī)律三、電火花加工的基本工藝規(guī)律1 1加工速度和工具損耗速度加工速度和工具損耗速度v加工速度：單位時(shí)間內(nèi)工件的電蝕量，即生加工速度：單位時(shí)間內(nèi)工件的電蝕量，即生產(chǎn)率；產(chǎn)率；v損耗速度：單位時(shí)間內(nèi)工具的電蝕量損耗速度：單位時(shí)間內(nèi)工具的電蝕量（）加工速度（）加工速度 vq qp p-正極的總蝕除量；正極的總蝕除量；vk kp p-工藝系數(shù)（與電極材料、脈沖參數(shù)和工作液有關(guān)）；工藝系數(shù)（與電極材料、脈沖參數(shù)和工作液有關(guān)）；vw wM M-單個(gè)

9、脈沖能量；單個(gè)脈沖能量；vf -f -脈沖頻率；脈沖頻率；vt t-加工時(shí)間；加工時(shí)間；vv vp p-正極蝕除速度。正極蝕除速度。v有效脈沖利用率，有效脈沖利用率，% %；fwktqvMPPP/提高加工速度途徑提高加工速度途徑 v）提高脈沖頻率：）提高脈沖頻率： 縮小脈沖停歇時(shí)間或壓窄脈縮小脈沖停歇時(shí)間或壓窄脈沖寬度。沖寬度。v）增加單個(gè)脈沖能量：）增加單個(gè)脈沖能量： 加大脈沖電流或增加脈加大脈沖電流或增加脈沖寬度，但會(huì)影響表面質(zhì)量和加工精度，通常只用沖寬度，但會(huì)影響表面質(zhì)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）提高工藝參數(shù)）提高工藝參數(shù) ：如合理選用電極材料、工作

10、：如合理選用電極材料、工作液及放電參數(shù)，改善工作液循環(huán)過濾方式等，來有液及放電參數(shù)，改善工作液循環(huán)過濾方式等，來有效地提高脈沖利用率，以達(dá)到提高工藝參數(shù)的目的。效地提高脈沖利用率，以達(dá)到提高工藝參數(shù)的目的。v）正確選擇工件的極性：）正確選擇工件的極性： 窄脈沖加工選用正極窄脈沖加工選用正極性加工（工件接脈沖電源的正極），而采用寬脈沖性加工（工件接脈沖電源的正極），而采用寬脈沖加工時(shí)，采用負(fù)極性加工（工件接電源的負(fù)極）。加工時(shí)，采用負(fù)極性加工（工件接電源的負(fù)極）。（）工具的相對(duì)損耗 v 加工中衡量工具電極是否耐損耗，不僅要看加工中衡量工具電極是否耐損耗，不僅要看工具損耗速度，還要看同時(shí)能達(dá)到的加

11、工速工具損耗速度，還要看同時(shí)能達(dá)到的加工速度，所以采用相對(duì)損耗（損耗比）作為衡量度，所以采用相對(duì)損耗（損耗比）作為衡量工具電極耐損耗之指標(biāo)。工具電極耐損耗之指標(biāo)。vvN/100%100%降低工具電極的相對(duì)損耗途徑：降低工具電極的相對(duì)損耗途徑： v）極性效應(yīng)）極性效應(yīng) v）覆蓋效應(yīng)：黑膜只能在正極表面形成，）覆蓋效應(yīng)：黑膜只能在正極表面形成，因此須采用負(fù)極性加工因此須采用負(fù)極性加工 v）傳熱效應(yīng)）傳熱效應(yīng) v4 4）沉積效應(yīng)）沉積效應(yīng) v5 5）選擇合適的工具電極材料）選擇合適的工具電極材料 工具電極材料工具電極材料v銅：制成各種精密復(fù)雜電極，可用于中小型腔加工銅：制成各種精密復(fù)雜電極，可用于中

12、小型腔加工v鎢、鉬：熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較高、損耗少，但其機(jī)械加工鎢、鉬：熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較高、損耗少，但其機(jī)械加工性能不好，價(jià)格較貴，一般僅用于線切割。性能不好，價(jià)格較貴，一般僅用于線切割。v石墨：用于型腔加工石墨：用于型腔加工v銅碳、銅鎢和銀鎢合金等合金材料：導(dǎo)熱性好，熔銅碳、銅鎢和銀鎢合金等合金材料：導(dǎo)熱性好，熔點(diǎn)高，電極損耗少，價(jià)格較貴、制造成型困難，通點(diǎn)高，電極損耗少，價(jià)格較貴、制造成型困難，通常只用于精密電火花加工。常只用于精密電火花加工。2 2影響加工精度的主要因素影響加工精度的主要因素v（）放電間隙的大小和一致性（）放電間隙的大小和一致性 v（）工具電極的損耗及（）工具電極的損耗及“二次放電二

13、次放電” v二次放電是指已加工表面上由于電蝕產(chǎn)物等二次放電是指已加工表面上由于電蝕產(chǎn)物等的介入而再次進(jìn)行的非正常放電。的介入而再次進(jìn)行的非正常放電。v二次放電主要是在加工深度方向的側(cè)面產(chǎn)生二次放電主要是在加工深度方向的側(cè)面產(chǎn)生斜度和使加工棱角邊變鈍。斜度和使加工棱角邊變鈍。圖圖3-4 3-4 加工斜度的產(chǎn)生加工斜度的產(chǎn)生a)a)工具損耗產(chǎn)生加工斜度工具損耗產(chǎn)生加工斜度 b)b)輪廓對(duì)比圖輪廓對(duì)比圖1-1-工具電極無損耗時(shí)的輪廓線工具電極無損耗時(shí)的輪廓線2-2-工具電極有損耗但不考慮二次放電時(shí)的工具電極有損耗但不考慮二次放電時(shí)的工件輪廓線工件輪廓線1-1-工具電極有損耗時(shí)的輪廓線工具電極有損耗時(shí)

14、的輪廓線2-2-工具電極有損耗且產(chǎn)生二次放電時(shí)的工工具電極有損耗且產(chǎn)生二次放電時(shí)的工件輪廓線件輪廓線3-3-工件工件 4-4-工具電極工具電極v另外，工具的尖角或凹角很難精確地復(fù)制在另外，工具的尖角或凹角很難精確地復(fù)制在工件的表面上。工件的表面上。圖圖3-5 3-5 尖角變圓現(xiàn)象尖角變圓現(xiàn)象a)a)加工外表面加工外表面 b)b)加工內(nèi)表面加工內(nèi)表面1-1-工件電極工件電極 2-2-工具電極工具電極3 3影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素v（）表面粗糙度（）表面粗糙度 ：單個(gè)脈沖能量、工具：單個(gè)脈沖能量、工具電極的表面粗糙度電極的表面粗糙度 、加工速度、加工速度 。 v（）表面變質(zhì)層（）表面變

15、質(zhì)層 ：熔化凝固層、熱影響：熔化凝固層、熱影響層及顯微裂紋。層及顯微裂紋。v（）表面力學(xué)性能：表面最外層硬度與耐（）表面力學(xué)性能：表面最外層硬度與耐磨性、殘余應(yīng)力磨性、殘余應(yīng)力 、耐疲勞性能耐疲勞性能 v電火花加工應(yīng)用在穿孔加工、型腔加工、線電火花加工應(yīng)用在穿孔加工、型腔加工、線切割加工、電火花磨削與鏜磨加工、電火花切割加工、電火花磨削與鏜磨加工、電火花展成加工、表面強(qiáng)化、非金屬電火花加工或展成加工、表面強(qiáng)化、非金屬電火花加工或用于打印標(biāo)記、刻字、跑合齒輪嚙合件、取用于打印標(biāo)記、刻字、跑合齒輪嚙合件、取出折斷在零件中的絲錐或鉆頭等方面。出折斷在零件中的絲錐或鉆頭等方面。四、電火花加工的應(yīng)用四、

16、電火花加工的應(yīng)用1 1穿孔加工穿孔加工v常指貫通的等截面或變截面的二維型孔（圓孔、方常指貫通的等截面或變截面的二維型孔（圓孔、方孔、多邊孔、異形孔）、曲線孔（彎孔、螺旋孔）、孔、多邊孔、異形孔）、曲線孔（彎孔、螺旋孔）、小孔、微孔等加工的電火花加工。小孔、微孔等加工的電火花加工。 a)a)圓孔圓孔 b)b)方槽方槽 c)c)異形孔異形孔 d)d)彎孔彎孔v穿孔加工的尺寸精度主要取決于工具電極的穿孔加工的尺寸精度主要取決于工具電極的尺寸和放電間隙。尺寸和放電間隙。v工具電極的截面輪廓尺寸要比預(yù)定加工的型工具電極的截面輪廓尺寸要比預(yù)定加工的型孔尺寸均勻地縮小一個(gè)加工間隙，其尺寸精孔尺寸均勻地縮小一

17、個(gè)加工間隙，其尺寸精度要比工件高一級(jí)，表面粗糙度應(yīng)比工件的度要比工件高一級(jí)，表面粗糙度應(yīng)比工件的小。小。v一般電火花加工后尺寸公差可達(dá)一般電火花加工后尺寸公差可達(dá)IT7IT7級(jí)，表面級(jí)，表面粗糙度粗糙度RaRa值值1.251.25。v電火花加工較大孔時(shí)，一般先預(yù)制孔，留合電火花加工較大孔時(shí)，一般先預(yù)制孔，留合適余量（單邊余量為適余量（單邊余量為0.50.51mm1mm左右），余量左右），余量太大，生產(chǎn)率低，電火花加工時(shí)不好定位。太大，生產(chǎn)率低，電火花加工時(shí)不好定位。v細(xì)微孔：直徑小于細(xì)微孔：直徑小于0.2mm0.2mm的孔。的孔。v國外目前可加工出深徑比為國外目前可加工出深徑比為5 5，直徑為

18、，直徑為0.015mm0.015mm的細(xì)微孔。在我國一般可加工出深徑的細(xì)微孔。在我國一般可加工出深徑比為比為1010，直徑為，直徑為0.05mm0.05mm的細(xì)微孔。的細(xì)微孔。v但加工細(xì)微孔的效率較低，因?yàn)楣ぞ唠姌O制但加工細(xì)微孔的效率較低，因?yàn)楣ぞ唠姌O制造困難，排屑也困難，單個(gè)脈沖的放電能量造困難，排屑也困難，單個(gè)脈沖的放電能量須有特殊的脈沖電源控制，對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)須有特殊的脈沖電源控制，對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)要求更嚴(yán)。要求更嚴(yán)。 v電火花主要應(yīng)用在直徑為電火花主要應(yīng)用在直徑為0.30.33mm3mm的高速小孔的加的高速小孔的加工，可避免小直徑鉆頭工，可避免小直徑鉆頭（d1mmd1mm）易折斷問題。）

19、易折斷問題。v還適用于斜面和曲面上加還適用于斜面和曲面上加工小孔，并可達(dá)較高尺寸工小孔，并可達(dá)較高尺寸精度和形狀精度。精度和形狀精度。 v在加工時(shí)可采用管狀電極，在加工時(shí)可采用管狀電極，內(nèi)通高壓工作液，工具電內(nèi)通高壓工作液，工具電極在回轉(zhuǎn)的同時(shí)又作軸向極在回轉(zhuǎn)的同時(shí)又作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，速度可達(dá)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，速度可達(dá)60mm/min60mm/min。電火花型腔加工電火花型腔加工v一般指三維型腔和型面加工，如擠壓模、壓一般指三維型腔和型面加工，如擠壓模、壓鑄模、塑料模及膠木模等型腔的加工及整體鑄模、塑料模及膠木模等型腔的加工及整體式葉輪、葉片等曲面零件的加工。式葉輪、葉片等曲面零件的加工。v型腔多為盲孔

20、加工，且形狀復(fù)雜，致使工作液難以循環(huán)，排出型腔多為盲孔加工，且形狀復(fù)雜，致使工作液難以循環(huán)，排出蝕除渣困難，因此比穿孔加工困難。蝕除渣困難，因此比穿孔加工困難。v為了改善加工條件，有時(shí)在工具電極中間開有沖油孔，以便冷為了改善加工條件，有時(shí)在工具電極中間開有沖油孔，以便冷卻和排出加工產(chǎn)物卻和排出加工產(chǎn)物 電火花線切割加工電火花線切割加工v電火花線切割加工簡稱電火花線切割加工簡稱“線切割線切割”，它是通過線狀工具電極，它是通過線狀工具電極按規(guī)定的軌跡與工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割出所需工件的。按規(guī)定的軌跡與工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割出所需工件的。 1-1-儲(chǔ)絲筒儲(chǔ)絲筒 2-2-工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 3-

21、3-導(dǎo)輪導(dǎo)輪 4-4-電極絲電極絲5-5-工件工件 6-6-脈沖電源脈沖電源v我國：高速往復(fù)走絲方式，一般走絲速度為我國：高速往復(fù)走絲方式，一般走絲速度為8 810m/s10m/s，v國外：慢速單向走絲方式，通常走絲速度低國外：慢速單向走絲方式，通常走絲速度低于于0.2m/s0.2m/s。v線切割機(jī)床普遍采用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（線切割機(jī)床普遍采用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNCCNC）裝置。裝置。 電火花線切割加工特點(diǎn)：電火花線切割加工特點(diǎn)：v（1 1）由于加工表面的輪廓是由）由于加工表面的輪廓是由CNCCNC控制的復(fù)合運(yùn)動(dòng)所獲得，控制的復(fù)合運(yùn)動(dòng)所獲得，所以可切割復(fù)雜表面。所以可切割復(fù)雜表面。v（2 2）可加工細(xì)微的幾何形狀，切縫和很小的內(nèi)角半徑。線）可加工細(xì)微的幾何形狀，切縫和很小的內(nèi)角