二電火花成形加工課件

1、放電加工新技術20061第二章 電火花成形加工 放電加工新技術20061第二章 電火花成形加工 放電加工新技術20062HEART cavityElectrode material: CopperWorkpiece material: SteelSurface finish: Ra 0.2 mProgramming: AEPNr. of Electrode: 1 / Fp 2.5 cm2Flushing: NoneErosion Depth: -5 mmErosion Time: 4 h 20 min. 放電加工新技術20062HEART cavity放電加工新技術20063 PYRAMID

2、cavityElectrode material: Copper - TungstenWorkpiece material: CarbideSurface finish: Ra 0.2 mProgramming: AEPNr. of Electrode: 5 / Fp 2.5 cm2Flushing: NoneErosion Depth: -5 mmErosion Time: 12 h 20 min.放電加工新技術20063 PYRAMID cavit放電加工新技術20064JEWELRY cavityElectrode material: Copper Workpiece material:

3、 SteelSurface finish: Ra 0.2 mProgramming: AEPNr. of Electrode: 1/ Fp 2 cm2Flushing: NoneErosion Depth: -1.3 mmErosion Time: 2 h 20 min放電加工新技術20064JEWELRY cavity放電加工新技術20065 BIJOUX cavityElectrode material: Graphite Workpiece material: SteelSurface finish: Ra 0.2 mProgramming: AEPNr. of Electrode: 1

4、 / Fp 3 cm2Flushing: NoneErosion Depth: -1.2 mmErosion Time: 2 h 15 min放電加工新技術20065 BIJOUX cavity放電加工新技術20066放電加工新技術20066放電加工新技術20067 放電加工新技術20067 放電加工新技術20068放電加工新技術20068放電加工新技術20069放電加工新技術20069放電加工新技術2006102.1 電火花成形加工的基本規(guī)律和特點2.1.1 極性效應電火花加工過程中，無論是正極還是負極，都會受到電腐蝕。但即使是相同的電極材料，正、負電極的電蝕量也是不同的。這種由于正、負極性

5、不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫做極性效應。如果兩極材料不同，則極性效應更加復雜。在生產中，通常把工件接脈沖電源的正極(工具電極接負極)時，稱“正極性”加工；反之，工件接脈沖電源的負極(工具電極接正極)時，稱“負極性”加工。放電加工新技術2006102.1 電火花成形加工的基本規(guī)律放電加工新技術200611極性效應是火花放電過程中一種重要現(xiàn)象，產生這一現(xiàn)象的原因很復雜，通常對這一問題的解釋是：在火花放電過程中，正、負電極表面分別受到負電子和正離子的轟擊和瞬時熱源的作用，在兩極表面所分配到的能量不一樣，因而熔化、氣化拋出的電蝕量也不一樣。這是因為電子的質量和慣性均小，容易獲得很高的加速度和速度，在

6、擊穿放電的初始階段就有大量的電子奔向正極，把能量傳遞給陽極表面，使電極材料迅速熔化和氣化；而正離子則由于質量和慣性較大，起動和加速較饅，在擊穿放電的初始階段，大量的正離子來不及到達負極表面，到達負極表面并傳遞能量的只有一小部分離子。放電加工新技術200611極性效應是火花放電過程中一種重要現(xiàn)放電加工新技術200612在用短脈沖加工時，電子的轟擊作用大于離子的轟擊作用。正極的蝕除速度大于負極的蝕除速度，這時工件應接正極。當采用長脈沖(即放電持續(xù)時間較長)加工時質量和慣性大的正離子將有足夠的時間加速，到達并轟擊負極表面的離子數(shù)將隨放電時間的增長而增多；由于正離子的質量大，對負極表面的轟擊破壞作用強

7、，這時工件應接負極。因此，當采用窄脈沖精加工時，應選用正極性加工；當采用長脈沖粗加工時，應采用負極性加工，可以得到較高的蝕除速度和較低的電極損耗。放電加工新技術200612在用短脈沖加工時，電子的轟擊作用大放電加工新技術200613為什么加工中需要使用單向脈沖電源從提高加工生產率和減少工具損耗的角度來看，極性效應愈顯著愈好，故在電火花加工過程中必須充分利用。當用交變的脈沖電流加工時，單個脈沖的極性效應便相互抵消，增加了工具的損耗。因此，電火花加工一般都采用單向脈沖電源。 放電加工新技術200613為什么加工中需要使用單向脈沖電源從放電加工新技術2006142.1.2 影響金屬去除率的因素 電參

8、數(shù)的影響金屬材料熱學常數(shù)的影響工作液的影響其它因素 放電加工新技術2006142.1.2 影響金屬去除率的因素放電加工新技術200615一、電參數(shù)的影響 研究結果表明，在電火花加工過程中，無論正極或負極，單個脈沖的蝕除量與單個脈沖能量在一定范圍內成正比的關系，而比例系數(shù)與電極材料、脈沖參數(shù)、工作液等有關。某一段時間內的總蝕除量約等于這段時間內各單個有效脈沖蝕除量的總和，故正、負極的蝕除速度，與單個脈沖能量、脈沖頻率成正比。 目前的研究還發(fā)現(xiàn)蝕除量不僅與能量的大小有關，還與脈寬的大小有關，對于窄脈寬高峰值電流的情況產生的蝕除形式主要是汽化，而大脈寬低峰值電流主要產生的蝕除形式是熔化，汽化的蝕除效

9、率比熔化的要高3050，并且表面質量有明顯差異。放電加工新技術200615一、電參數(shù)的影響 研究結果表放電加工新技術200616 放電加工新技術200616 放電加工新技術200617提高電蝕量和生產率的途徑提高脈沖頻率；增加單個脈沖能量，或者說增加平均放電電流(對矩形脈沖即為峰值電流大小)和脈沖寬度,減小脈間。 當然，實際生產時要考慮到這些因素之間的相互制約關系和對其它工藝指標的影響，例如脈沖間隔時間過短，將產生電弧放電；隨著單個脈沖能量的增加，加工表面粗糙度值也隨之增大等。 放電加工新技術200617提高電蝕量和生產率的途徑提高脈沖頻放電加工新技術200618二、金屬材料熱學常數(shù)的影響金屬

10、熱學常數(shù)是指熔點、沸點(氣化點)、熱導率、比熱容、熔化熱、氣化熱等。顯然當脈沖放電能量相同時，金屬的熔點、沸點、比熱容、熔化熱、氣化熱愈高，電蝕量將愈少，愈難加工；另一方面，熱導率愈大，瞬時產生的熱量容易傳導到其它部位，因而也會降低放電點本身的蝕除量。鎢、鉬、硬質合金等熔點、沸點較高、所以難以蝕除；銅的熔點雖然比鐵的低，但因導熱性好，所以耐蝕性比鐵好；鋁的導熱系數(shù)雖然比鐵(鋼)的大好幾倍，但其熔點較低，所以耐蝕性比鐵差。石墨的熔點、沸點相當高，導熱系數(shù)也不太低，故耐蝕性好，適合于制作電極。除了熱物理常數(shù)的影響外，電極對的材料還對放電能量的分布和傳遞、電蝕產物的拋出過程等有所影響。放電加工新技術

11、200618二、金屬材料熱學常數(shù)的影響放電加工新技術200619三、工作液的影響介電性能好、密度和粘度大的工作液有利于壓縮放電通道，提高放電的能量密度，強化電蝕產物的拋出效應，但粘度大不利于電蝕產物的排出，影響正常放電。目前電火花成形加工主要采用油類作為工作液，粗加工時采用的脈沖能量大、加工間隙也較大、爆炸排屑拋出能力強，往往選用介電性能、粘度較大的機油，且機油的燃點較高，大能量加工時著火燃燒的可能性?。欢谥?、精加工時放電間隙比較小，排屑比較困難，故一般均選用粘度小、流動性好、滲透性好的煤油作為工作液。水的絕緣性能和粘度較低，在同樣加工條件下，和煤油相比，水的放電間隙較大、對通道的壓縮作用差

12、、蝕除量較少、且易銹蝕機床，但經過采用各種添加劑，可以改善其性能，且最新的研究成果表明，水基工作液在粗加工時的加工速度可大大高于煤油。放電加工新技術200619三、工作液的影響放電加工新技術200620四、影響電蝕量的一些其它因素加工過程的穩(wěn)定性是影響電蝕量的一個重要因素。加工過程不穩(wěn)定將干擾以致破壞正常的火花放電，使有效脈沖利用率降低。隨著加工深度、加工面積的增加，或加工型面復雜程度的增加，都不利于電蝕產物的排出，影響加工穩(wěn)定性；降低加工速度，嚴重時將造成結碳拉弧，使加工難以進行。為了改善排屑條件，提高加工速度和防止拉弧，常采用強迫沖油和工具電極定時抬刀等措施。如果加工面積較小，而采用的加工

13、電流較大，也會使局部電蝕產物濃度過高，放電點不能分散轉移，放電后的余熱來不及傳播擴散而積累起來，造成過熱，形成電弧，破壞加工的穩(wěn)定性。放電加工新技術200620四、影響電蝕量的一些其它因素加工過放電加工新技術2006212.1.3 加工速度和電極損耗的關系電火花加工時，工具和工件同時遭到不同程度的電蝕，單位時間內工件的蝕除量稱之為加工速度，亦即生產率；單位時間內工具電極的蝕除量稱之為損耗速度。 放電加工新技術2006212.1.3 加工速度和電極損耗的放電加工新技術200622加工速度一般采用體積加工速度Vw(mm3min)來表示，即被加工掉的體積除以加工時間： Vw=V/t有時為了測量方便，

14、也采用質量加工速度Vm來表示，單位為gmin。提高加工速度的途徑在于增加單個脈沖能量；提高脈沖頻率；提高工藝系數(shù)；同時還應考慮這些因素間的相互制約關系和對其它工藝指標的影響。單個脈沖能量的增加，即增大脈沖電流和增加脈沖寬度，可以提高加工速度，但同時會使表面粗糙度變壞和降低加工精度，因此一般只用于粗加工和半精加工的場合。提高脈沖頻率可有效地提高加工速度，但脈沖停歇時間過短，會使加工區(qū)工作液來不及消電離、不能及時排除電蝕產物及氣泡以恢復其介電性能，從而形成破壞性的穩(wěn)定電弧放電，使電火花加工過程不能正常進行。提高工藝系數(shù)的途徑很多，例如合理選用電極材料、電參數(shù)和工作液，改善工作液的循環(huán)過濾方式等，從

15、而提高有效脈沖利用率，達到提高工藝系數(shù)尺的目的。 加 工 速 度放電加工新技術200622加工速度一般采用體積加工速度Vw(放電加工新技術200623電極損耗衡量工具電極是否耐損耗，不能只看工具損耗速度Ve，還要看同時能達到的加工速度Vw ，即以相對損耗或損耗比作為衡量工具電極耐損耗的指標。即 VeVw 100 為了降低工具電極的相對損耗，必須正確選擇電極極性，電參數(shù)和電極材料。一般來說，在短脈沖(例如純銅電極加工鋼時，ti50s)精加工時采用正極性加工(即工件接電源正極)，而在長脈沖(例如純銅加工鋼時，ti80s)粗加工時則采用負極性加工。 放電加工新技術200623電極損耗衡量工具電極是否

16、耐損耗，不放電加工新技術200624吸附效應 在用煤油之類的碳氫化合物作工作液時，在放電過程中將發(fā)生熱分解，而產生大量的碳，還能和金屬結合形成金屬碳化物的微粒，即膠團，膠團在電場作用下會向正極移動，并吸附在正極表面，形成一定強度和厚度的化學吸附碳層，通常稱之為炭黑膜，由于碳的熔點和氣化點很高，可對電極起到保護和補償作用。 由于炭黑膜只能在正極表面形成，因此，要利用炭黑膜的補償作用來實現(xiàn)電極的低損耗，必須采用負極性加工。實驗表明，當峰值電流、脈沖間隔一定時，黑膜厚度隨脈寬的增加而增厚；而當脈沖寬度和峰值電流一定時，炭黑膜厚度隨脈沖間隔的增大而減薄。這是由于脈沖間隔加大，引起放電間隙中介質消電離作

17、用增強，膠粒擴散，放電通道分散，電極表面溫度降低，使“吸附效應”減少。反之，隨著脈沖間隔的減少，電極損耗隨之降低。但過小的脈沖間隔將使放電間隙來不及消電離和使電蝕產物擴散，因而造成拉弧燒傷。 放電加工新技術200624吸附效應 在用煤油之類的碳氫化合放電加工新技術200625電極材料要減少工具電極損耗，還應選用合適的材料。鎢、鉬的熔點和沸點較高，損耗小，但其機械加工性能不好，價格又貴，所以除線切割外很少采用。銅的熔點雖較低，但其導熱性好,因此損耗也較少，又能制成各種精密、復雜電極。常用作中、小型腔加工用的工具電極。石墨電極不僅熱學性能好，而且在長脈沖粗加工時能吸附游離的碳來補償電極的損耗，所以

18、相對損耗很低，目前已廣泛用作型腔加工的電極。 放電加工新技術200625電極材料要減少工具電極損耗，還應選放電加工新技術2006262.1.4 影響加工精度和表面質量的因素電火花加工精度電火花加工的表面質量 放電加工新技術2006262.1.4 影響加工精度和表面質放電加工新技術200627影響加工精度的主要因素與傳統(tǒng)的機械加工一樣，機床本身的各種誤差，以及工件和工具電極的定位、安裝誤差都會影響到加工精度，但是，電火花加工精度主要還是取決于與電火花加工工藝有關的因素。影響加工精度的主要因素有放電間隙的大小及其一致性、工具電極的損耗及其穩(wěn)定性。放電加工新技術200627影響加工精度的主要因素與傳

19、統(tǒng)的機械放電加工新技術200628放電間隙的影響電火花加工時，工具電極與工件之間存在著一定的放電間隙，如果加工過程中放電間隙能保持不變，則可以通過修正工具電極的尺寸對放電間隙進行補償，以獲得較高的加工精度。然而，放電間隙的大小實際上是變化的，影響著加工精度。除了間隙能否保持一致性外，間隙大小對加工精度也有影響，尤其是對復雜形狀的加工表面，棱角部位電場強度分布不均，間隙越大，影響越嚴重。因此，為了減少加工誤差，應該采用較弱小的加工規(guī)準，縮小放電間隙，這樣不但能提高仿形精度，而且放電間隙愈小，可能產生的間隙變化量也愈??；另外，還必須盡可能使加工過程穩(wěn)定。放電加工新技術200628放電間隙的影響電火

20、花加工時，工具電放電加工新技術200629電極損耗的影響工具電極的損耗對尺寸精度和形狀精度都有影響。電火花穿孔加工時，電極可以貫穿型孔而補償電極的損耗，型腔加工時則無法采用這一方法，精密型腔加工時可采用更換電極的方法。放電加工新技術200629電極損耗的影響工具電極的損耗對尺寸放電加工新技術200630二次放電影響電火花加工形狀精度的因素還有“二次放電”，二次放電是指在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，集中反映在加工深度方向產生斜度和加工棱角棱邊變鈍方面。加工過程中，由于工具電極下端部加工時間長，絕對損耗大，而電極入口處的放電間隙則由于電蝕產物的存在，“二次放電”的機率大

21、而擴大，因而產生了加工斜度。 放電加工新技術200630二次放電影響電火花加工形狀精度的因放電加工新技術200631加工斜度 間隙不均勻造成斜度電極工件放電加工新技術200631加工斜度 間隙不均勻造成斜度電極工放電加工新技術200632尖角或凹角的加工 電火花加工時，工具的尖角或凹角很難精確地復制在工件上，這是因為當工具為凹角時，工件上對應的尖角處放電蝕除的機率大，容易遭受腐蝕而成為圓角。采用高頻窄脈寬精加工，放電間隙小，圓角半徑可以明顯減小，從而可以提高仿形精度。放電加工新技術200632尖角或凹角的加工 電火花加工時，工放電加工新技術200633電火花加工的表面質量電火花加工的表面質量主

22、要包括三部分表面粗糙度表面變質層表面力學性能。 放電加工新技術200633電火花加工的表面質量放電加工新技術2006341表面粗糙度電火花加工表面和機械加工的表面不同，它是由無方向性的無數(shù)放電凹坑和硬凸邊疊加而成，特別有利于保存潤滑油；而機械加工表面則存在著切削或磨削刀痕，具有方向性。兩者相比，在相同的表面粗糙度和有潤滑油的情況下，其表面的潤滑性能和耐磨損性能均比機械加工表面好。放電加工新技術2006341表面粗糙度放電加工新技術200635單個脈沖能量的影響對表面粗糙度影響最大的因素是單個脈沖能量，因為脈沖能量大，每次脈沖放電的蝕除量也大，放電凹坑既大又深，從而使表面粗糙度惡化。電火花加工的

23、表面粗糙度和加工速度之間存在著很大的矛盾，例如從Ra2.5m提高到1.25m，加工速度要下降十多倍。為獲得較好的表面粗糙度,需要采用很低的加工速度。因此，一般電火花加工到Ra 2.50.63m后,通常采用研磨方法改善其表面粗糙度比較經濟。 放電加工新技術200635單個脈沖能量的影響對表面粗糙度影響放電加工新技術200636工件材料和工具電極的影響工件材料對加工表面粗糙度也有影響，熔點高的材料(如硬質合金)，在相同能量下加工的表面粗糙度要比熔點低的材料(如鋼)好。當然，加工速度會相應下降。精加工時，工具電極的表面粗糙度也將影響到加工粗糙度。由于石墨電極很難加工到非常光滑的表面，因此用石墨電極的

24、加工表面粗糙度較差。 放電加工新技術200636工件材料和工具電極的影響工件材料對放電加工新技術200637混粉加工近年來國內外出現(xiàn)了“混粉加工”工藝，它可以較大面積地加工出Ra 0.05m0.1m的光亮表面。其方法是在煤油工作液中混入硅或鋁等導電微粉，使工作液的電阻率降低，放電間隙成倍擴大，潛布、寄生電容成倍減?。煌瑫r每次從工具到工件表面的放電通道，被微粉顆粒分割形成多個小的火花放電通道，到達工件表面的脈沖能量“分散”成很小，相應的放電痕也就較小，可以穩(wěn)定獲得大面積的光整表面。放電加工新技術200637混粉加工近年來國內外出現(xiàn)了“混粉加放電加工新技術2006382表面變質層電火花加工過程中，

25、在火花放電的瞬時高溫和工作液的快速冷卻作用下，材料的表面層發(fā)生了很大的變化，其化學成分和組織結構發(fā)生很大變化，材料改變了的這一部分稱為表面變質層，它又包括熔化層和熱影響層。 放電加工新技術2006382表面變質層電火花加工過程中，放電加工新技術200639 放電加工新技術200639 放電加工新技術200640熔化層熔化層位于工件表面最上層，它被放電時瞬時高溫熔化而又滯留下來，受工作液快速冷卻而凝固。對于碳鋼來說，熔化層在金相照片上呈現(xiàn)白色，故又稱之為白層，它與基體金屬完全不同，是一種樹枝狀的淬火鑄造組織。放電加工新技術200640熔化層熔化層位于工件表面最上層，它放電加工新技術200641白

26、 層放電加工新技術200641白 層放電加工新技術200642熱影響層熱影響層介于熔化層和基體之間。熱影響層的金屬材料并沒有熔化，只是受到高溫的影響，使材料的金相組織發(fā)生了變化，對淬火鋼，熱影響層包括再淬火區(qū)、高溫回火區(qū)和低溫回火區(qū)；對未淬火鋼，熱影響層主要為淬火區(qū)。因此，淬火鋼的熱影響層厚度比未淬火鋼大。放電加工新技術200642熱影響層熱影響層介于熔化層和基體之放電加工新技術200643變質層厚度熔化層和熱影響層的厚度隨著脈沖能量的增加而加厚。由于熔化層是一種晶粒細小的樹枝狀的淬火鑄造組織，因此，一般來說，電火花加工表面最外層的硬度比較高、耐磨性好。但對于滾動摩擦，由于是交變載荷，尤其是干

27、摩擦，則因熔化凝固層和基體的結合不牢固，容易剝落而磨損。因此，有些要求高的模具需把電火花加工后的表面變質層事先研磨掉。放電加工新技術200643變質層厚度熔化層和熱影響層的厚度隨放電加工新技術200644顯微裂紋電火花加工表面由于受到瞬時高溫作用并迅速冷卻而產生拉應力，往往出現(xiàn)顯微裂紋。實驗表明，一般裂紋僅在熔化層內出現(xiàn)，只有在脈沖能量很大情況下(粗加工時)才有可能擴展到熱影響層。脈沖能量對顯微裂紋的影響是非常明顯的，能量愈大，顯微裂紋愈寬愈深。不同工件材料對裂紋的敏感性也不同，硬脆材料容易產生裂紋。工件預先的熱處理狀態(tài)對裂紋產生的影響也很明顯，加工淬火材料要比加工淬火后回火或退火的材料容易產生裂紋，因為淬火材料脆硬，原始內應力也較大。放電加