第二節(jié)電火花加工

1、第一節(jié)第一節(jié) 電火花加工電火花加工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火花放電所產生的利用工具電極和工件電極間瞬時火花放電所產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-自動進給調節(jié)裝置自動進給調節(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 8-8-被

2、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（通常用在有一定絕緣度的流體介質（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動中，將極間最近點的向工件電極運動中，將極間最近點的液體介質擊穿，形成火花放電。由于液體介質擊穿，形成火花放電。由于放電通道截面積很小，通道中的瞬時放電通道截面積很小，通道中的瞬時高溫使材料熔化和氣化。單個脈沖能高溫使材料熔化和氣化。單個脈沖能使工件表面形成微小凹坑，而無數個使工件表面形成微小凹坑，而無數個脈沖的積累將工件上的高點逐漸熔

3、蝕。脈沖的積累將工件上的高點逐漸熔蝕。隨著工具電極不斷地向工件作進給運隨著工具電極不斷地向工件作進給運動，工具電極的形狀便被復制在工件動，工具電極的形狀便被復制在工件上。上。加工過程中所產生的金屬微粒，則被加工過程中所產生的金屬微粒，則被流動的工作液流帶走。流動的工作液流帶走。同時，總能量的一小部分也釋放到工同時，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。電火花加工應具備如下條件：電火花加工應具備如下條件：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這可由自動進給調節(jié)裝置調節(jié)。間隙可在幾微米至這可由自動

4、進給調節(jié)裝置調節(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而不能產生火花放電，間隙過小則會引起拉弧介質而不能產生火花放電，間隙過小則會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，間隙將不斷擴大。這就要求工具不但要隨著工件材間隙將不斷擴大。這就要求工具不但要隨著工件材料的不斷蝕除而進給，形成工件要求的尺寸和形狀，料的不斷蝕除而進給，形成工件要求的尺寸和形狀，而且還要不斷地調節(jié)進給速度，有時甚至要停止進而且還要不斷地調節(jié)進給速度，有時甚至要停止進給或回退

5、以保持恰當的放電間隙。給或回退以保持恰當的放電間隙。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，因此必須要有自動進給調節(jié)系統(tǒng)來保持恰接測量，因此必須要有自動進給調節(jié)系統(tǒng)來保持恰當的放電間隙。當的放電間隙。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的脈沖放電，放電延因火花放電必須是瞬時的脈沖放電，放電延續(xù)一段時間（通常續(xù)一段時間（通常1010-7-71010-8-8s s）后，需停歇）后，需停歇一段時間。一段時間。v（）必須在有一定絕緣性能的流動的工作（）必須在有一定絕緣性能的流動的工作液中進行火花放電液中進行火花放

6、電. .v這有利于產生脈沖性火花放電，并排除放電這有利于產生脈沖性火花放電，并排除放電間隙中的電蝕物，以免間隙中電蝕產物過多間隙中的電蝕物，以免間隙中電蝕產物過多而引起已加工過的側表面間而引起已加工過的側表面間“二次放電二次放電”，影響加工精度，還可以對電極及工件表面起影響加工精度，還可以對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電材料，如淬火鋼、硬質合（）可加工難切削加工的導電材料，如淬火鋼、硬質合金、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（）加工時無顯著機械切削力，有

7、利于小孔、窄槽、型（）加工時無顯著機械切削力，有利于小孔、窄槽、型孔、曲線孔及薄壁零件加工，也適合于精密細微加工。孔、曲線孔及薄壁零件加工，也適合于精密細微加工。v（）脈沖參數可任意調節(jié)，加工中只要更換工具電極或（）脈沖參數可任意調節(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床上連續(xù)進行粗、半采用階梯形工具電極就可以在同一機床上連續(xù)進行粗、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致工（）放電過程中有一部分能量消耗于

8、工具電極而導致工具電極消耗，對成形精度有一定影響。具電極消耗，對成形精度有一定影響。二、電火花加工的特點二、電火花加工的特點三、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：單位時間內工件的電蝕量，即生加工速度：單位時間內工件的電蝕量，即生產率；產率；v損耗速度：單位時間內工具的電蝕量損耗速度：單位時間內工具的電蝕量（）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（與電極材料、脈沖參數和工作液有關）；工藝系數（與電極材料、脈沖參數和工作液有關）；vw wM M-單個脈沖能量；單

9、個脈沖能量；vf -f -脈沖頻率；脈沖頻率；vt t-加工時間；加工時間；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： 縮小脈沖停歇時間或壓窄脈縮小脈沖停歇時間或壓窄脈沖寬度。沖寬度。v）增加單個脈沖能量：）增加單個脈沖能量： 加大脈沖電流或增加脈加大脈沖電流或增加脈沖寬度，但會影響表面質量和加工精度，通常只用沖寬度，但會影響表面質量和加工精度，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）提高工藝參數 ：如合理選用電極材料、工作：如合理選用

10、電極材料、工作液及放電參數，改善工作液循環(huán)過濾方式等，來有液及放電參數，改善工作液循環(huán)過濾方式等，來有效地提高脈沖利用率，以達到提高工藝參數的目的。效地提高脈沖利用率，以達到提高工藝參數的目的。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，采用負極性加工（工件接電源的負極）。加工時，采用負極性加工（工件接電源的負極）。（）工具的相對損耗 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，還要看同時能達到的加工速工具損耗

11、速度，還要看同時能達到的加工速度，所以采用相對損耗（損耗比）作為衡量度，所以采用相對損耗（損耗比）作為衡量工具電極耐損耗之指標。工具電極耐損耗之指標。vvN/100%100%降低工具電極的相對損耗途徑：降低工具電極的相對損耗途徑： v）極性效應）極性效應 v）覆蓋效應：黑膜只能在正極表面形成，）覆蓋效應：黑膜只能在正極表面形成，因此須采用負極性加工因此須采用負極性加工 v）傳熱效應）傳熱效應 v4 4）沉積效應）沉積效應 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：制成各種精密復雜電極，可用于中小型腔加工銅：制成各種精密復雜電極，可用于中小型腔加工v

12、鎢、鉬：熔點和沸點較高、損耗少，但其機械加工鎢、鉬：熔點和沸點較高、損耗少，但其機械加工性能不好，價格較貴，一般僅用于線切割。性能不好，價格較貴，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：導熱性好，熔銅碳、銅鎢和銀鎢合金等合金材料：導熱性好，熔點高，電極損耗少，價格較貴、制造成型困難，通點高，電極損耗少，價格較貴、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“二次放電二次放電” v

13、二次放電是指已加工表面上由于電蝕產物等二次放電是指已加工表面上由于電蝕產物等的介入而再次進行的非正常放電。的介入而再次進行的非正常放電。v二次放電主要是在加工深度方向的側面產生二次放電主要是在加工深度方向的側面產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 加工斜度的產生加工斜度的產生a)a)工具損耗產生加工斜度工具損耗產生加工斜度 b)b)輪廓對比圖輪廓對比圖1-1-工具電極無損耗時的輪廓線工具電極無損耗時的輪廓線2-2-工具電極有損耗但不考慮二次放電時的工具電極有損耗但不考慮二次放電時的工件輪廓線工件輪廓線1-1-工具電極有損耗時的輪廓線工具電極有損耗時的輪廓線2-

14、2-工具電極有損耗且產生二次放電時的工工具電極有損耗且產生二次放電時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制在另外，工具的尖角或凹角很難精確地復制在工件的表面上。工件的表面上。圖圖3-5 3-5 尖角變圓現象尖角變圓現象a)a)加工外表面加工外表面 b)b)加工內表面加工內表面1-1-工件電極工件電極 2-2-工具電極工具電極3 3影響表面質量的因素影響表面質量的因素v（）表面粗糙度（）表面粗糙度 ：單個脈沖能量、工具：單個脈沖能量、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（）表面變質層（）表面變質層 ：熔化

15、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（）表面力學性能：表面最外層硬度與耐（）表面力學性能：表面最外層硬度與耐磨性、殘余應力磨性、殘余應力 、耐疲勞性能耐疲勞性能 v電火花加工應用在穿孔加工、型腔加工、線電火花加工應用在穿孔加工、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、表面強化、非金屬電火花加工或展成加工、表面強化、非金屬電火花加工或用于打印標記、刻字、跑合齒輪嚙合件、取用于打印標記、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、電火花加工的應用四、電火花加工的

16、應用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定加工的型工具電極的截面輪廓尺寸要比預定加工的型孔尺寸均勻地縮小一個加工間隙，其尺寸精孔尺寸均勻地縮小一個加工間隙，

17、其尺寸精度要比工件高一級，表面粗糙度應比工件的度要比工件高一級，表面粗糙度應比工件的小。小。v一般電火花加工后尺寸公差可達一般電火花加工后尺寸公差可達IT7IT7級，表面級，表面粗糙度粗糙度RaRa值值1.251.25。v電火花加工較大孔時，一般先預制孔，留合電火花加工較大孔時，一般先預制孔，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，生產率低，電火花加工時不好定位。太大，生產率低，電火花加工時不好定位。v細微孔：直徑小于細微孔：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，直徑為0.

18、015mm0.015mm的細微孔。在我國一般可加工出深徑的細微孔。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的細微孔。的細微孔。v但加工細微孔的效率較低，因為工具電極制但加工細微孔的效率較低，因為工具電極制造困難，排屑也困難，單個脈沖的放電能量造困難，排屑也困難，單個脈沖的放電能量須有特殊的脈沖電源控制，對伺服進給系統(tǒng)須有特殊的脈沖電源控制，對伺服進給系統(tǒng)要求更嚴。要求更嚴。 v電火花主要應用在直徑為電火花主要應用在直徑為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。）易折斷問題。

19、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，并可達較高尺寸工小孔，并可達較高尺寸精度和形狀精度。精度和形狀精度。 v在加工時可采用管狀電極，在加工時可采用管狀電極，內通高壓工作液，工具電內通高壓工作液，工具電極在回轉的同時又作軸向極在回轉的同時又作軸向進給運動，速度可達進給運動，速度可達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型腔多為盲孔加工，且形狀

20、復雜，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，有時在工具電極中間開有沖油孔，以便冷卻和排出加工產物卻和排出加工產物 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運動，切割出所需工件的。按規(guī)定的軌跡與工件間相對運動，切割出所需工件的。 1-1-儲絲筒儲絲筒 2-2-工作臺驅動電機工作臺驅動電機 3-3-導輪導輪

21、 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：高速往復走絲方式，一般走絲速度為我國：高速往復走絲方式，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線切割機床普遍采用計算機數字控制（線切割機床普遍采用計算機數字控制（CNCCNC）裝置。裝置。 電火花線切割加工特點：電火花線切割加工特點：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控制的復合運動所獲得，控制的復合運動所獲得，所以可切割復雜表面。所以可切割復雜表面。v（2 2）可加工細微的幾何形狀，切縫和很小的內角半徑。線）可加工細微的幾何形狀，切縫和很小的內角