电火花加工论文++电火花技术.doc

现 代 加 工 技 术论文题目： 电火花加工技术学 院： 机械与材料工程学院专 业： 机电一体化班 级: B0612班 姓 名: 林龙龙 学 号: 16 电火花加工论文九江学院机械与材料工程学院机械系B0612班林龙龙【摘 要】电火花加工又称为放电加工（Electrical Discharge Machining，简称为EDM），是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。电火花加工技术作为特种加工领域的一门重要技术，本文从电火花加工的发展历程、基本原理、特点、加工规律、新技术进展等五方面入手加以论述。 【关键词】电火花加工的发展历程、基本原理、特点、规律、技术进展。Abstract EDM, also known as EDM (Electrical Discharge Machining, referred to as EDM), is a direct use of electricity and thermal energy for processing of new technology. EDM as a special processing technology in the field of an important technology, this article from the EDM development of the basic principles and characteristics, processing rules, new technologies, such as progress in five aspects to be discussed. Key words EDM course of development, basic principles and characteristics of the law, technology一、电火花加工技术的发展历程电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。 早在十九世纪，人们就发现了电器开光的触点开闭时，以为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电副食产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。研究结果表明，当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。 二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。在中国电火花加工技术起步稍晚。根据中国的国情，实现电火花加工技术的原始创新是很困难的，只能采取引进消化吸收再创新的策略，因为这套系统集成了很多学科领域的知识，如计算机的软硬件、微电子、数控、电力半导体、机械技术、电气技术等，是多方面、多学科集成的产品，是比较复杂的高科技产品。国内现在显然还没有一个能够独立进行原始创新的团队，因此注定要经历一个长时间痛苦的积淀过程，所以我认为中国的电火花技术创新之路别无选择。政府也越来越认识到高校已经不再是创新的主战场，必须依托企业才能实现。 制造业是一个传统行业。一个国家的发展终归要落脚于制造业，因此作为基础工业，制造业必定拥有永久的生命力，而电加工行业也不例外。随着各项技术的不断发展，电加工技术也在进步，至于一项技术能够发展多久，也要看这个行业中的人怎样去尽心敬业、钻研并推进它。 众所周知，模具也是一个国家发展的基础行业，许多批量生产的产品都离不开模具，而电火花加工是制造模具的最主要技术之一。电火花加工仿形逼真以柔克刚，只要是导电的材料均可加工，而不受硬度、脆性、粘性等材料特性的限制，这是其他加工方法无法比拟的。电火花加工的另一个特点是可进行精密微细加工，微小孔、异型腔等的微细加工是其他设备无法替代的。这些特点决定了其在制造业中的地位，其未来的发展前景会更好。 从技术发展过程来看，电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。控制系统也越来越复杂，从单轴数控到3轴数控、再到多轴联动。20世纪90年代初期，3轴电火花机在国内还是空白，主要是从日本和瑞士引进。直到90年代中期，北京市电加工研究所才和日本沙迪克公司合作开始制造3轴电火花加工机，也可以说开始步入国内电火花加工机的真正快速发展轨道，后来在此基础上又生产研发了4轴4联动电火花加工机。以该合作为例，可以看出北京市电加工研究所的消化吸收再创新的道路大概经历了以下几个阶段：首先制造主机，也就是机械部分，相对较为简单；此后是数控系统部分，可以理解为引进；之后是整个电源，是消化阶段。经历这三个阶段之后是吸收，最后是再创新。对电火花加工而言，最核心的部分就是数控系统部分，当然花费的精力也最多。 我认为电火花成形机下一步的发展空间在精密微细和特殊材料两个方面。特殊材料（如航空航天领域用的材料）专机，窄槽窄缝、异型腔的加工，精密模具等领域都是发展重点。在精加工方面，曾经有过高速铣要代替电火花的传言，现在证明这是不现实的。现在粗加工、大电流的火花机又有回头的趋势，在家电、汽车很多行业中应用。人类新开发出来的导电的特殊材料都可进行放电加工，而高速铣通常很难实现。精密微细加工比如喷丝板等微小型零件都离不开电火花加工；航空航天领域中很多零部件需要多轴联动电火花加工。我们国家在专用机型上有创新的能力，有很大的空间。二、电火花加工原理 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。实现电火花加工条件：（1）.工具电极和工件电极之间必须维持合理的距离在该距离范围内，既可以满足脉冲电压不断击穿介质，产生火花放电，又可以适应在火花通道熄灭后介质消电离以及排出蚀除产物的要求。若两电极距离过大，则脉冲电压不能击穿介质、不能产生火花放电，若两电极短路，则在两电极间没有脉冲能量消耗，也不可能实现电腐蚀加工。（2）.两电极之间必须充入介质在进行材料电火花尺寸加工时，两极间为液体介质(专用工作液或工业煤油);在进行材料电火花表面强化时，两极间为气体介（3）.输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大在火花通道形成后，脉冲电压变化不大，因此，通道的电流密度可以表征通道的能量密度。能量密度足够大，才可以使被加工材料局部熔化或气化，从而在被加工材料表面形成一个腐蚀痕(凹坑)，实现电火花加工。因而，通道一般必须有105-106A1em电流密度。放电通道必须具有足够大的峰值电流，通道才可以在脉冲期间得到维持。一般情况下，维持通道的峰值电流不小于2A.（4）.放电必须是短时间的脉冲放电脉冲。放电持续时间一般为10-1-10-3s。由于放电时间短，使放电时产生的热能来不及在被加工材料内部扩散，从而把能量作用局限在很小范围内，保持火花放电的冷极特性。（5）.脉冲放电需重复多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的这里包含两个方面的意义:其一时间上相邻的两个脉冲不在同一点上形成通道;其二，若在一定时间范围内脉冲放电集中发生在某一区域，则在另一段时间内，脉冲放电应转移到另一区域。只有如此，才能避免积碳现象，进而避免发生电弧和局部烧伤。（6）.脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外，使重复性放电顺利进行在电火花加工的生产实际中，上述过程通过两个途径完成。一方面，火花放电以及电腐蚀过程本身具备将蚀除产物排离的固有特性;蚀除物以外的其余放电产物如介质的气化物)亦可以促进上述过程;另一方面，还必须利用一些人为的辅助工艺措施，例如工作液的循环过滤，加工中采用的冲、抽油措施等等。以下是电火花加工原理图： 进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。 在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。 紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。 工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。 按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为五类：利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工；利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。 电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。 电火花加工的主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。三、电火花加工的特点电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现。具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，人们除了进一步发展和完善机械加工法之外，还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛的应用。电火花加工的特点如下- 1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。 2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围校 3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极校工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。 4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。基于上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项- 1)制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。 2)加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。 3)在金属板材上切割出零件。 4)加工窄缝。 5)磨削平面和圆面。 6)其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。四、电火花加工的基本规律1)影响材料放电腐蚀的主要因素： 1、极性效应 2、电参数对电蚀量的影响 3、金属材料热学常数对电蚀量的影响 4、工作液对电蚀量的影响 5、其它因素2)电火花加工的加工速度和工具的损耗速度： 1、加工速度 2、工具相对损耗 极性选择 吸附效应 传热效应 材料选择3)影响加工精度的主要因素4)电火花加工的表面质量: 1、表面粗糙度；2、表面变质层； 3、表面力学性能（硬度、耐磨性、残余应力、耐疲劳性能）.五、电火花加工最新技术进展1、放电堆积造型毛利尚武教授、斋藤长男教授和三菱电极名古屋制作所合作，在进行液中电火花放电表面改性处理时，在S45C钢上成功地堆积除WC厚膜（层），并进行了将电火花堆积和电火花去除加工相组合对工件进行修复的试验。毛利尚武教授还用钨电极（0.1mm）成功地进行了电火花堆积。日本名古屋工业大学早川伸哉波士等，通过计算钢打钢时正极和负极的温度分布，选择合适的电参数，使得工具电极的放电温度超过器材料的沸点，工件电极的温度在材料熔点和沸点之间，在空气中进行了电火花堆积造型试验。用此法在气体中电火花附着堆积出直径约140m，高2.2mm的微细圆柱，工件和电极都是S45C钢，电极直径0.1mm，放电电流2.5A，脉冲宽度5m，工件接脉冲电源负极，加工时间6.3h。2、气体中放电电火花加工日本东京农工大学国枝正典教授开展了气体中放电电火花加工和气体中线切割加工的研究。该方法使用管状电极中喷出，在工件与电极间隙形成绝缘介质，从而取代绝缘工作液进行电火花加工。此方法加工没有火灾隐患，不污染环境，电极损耗率非常低，放电加工时的反作用小，有利于微细加工，选择合适的气体，可使加工表面在凝固层（白层）非常薄。富山地方大学岩井等人还利用压缩空气作介质代替液体介质，通过放电修形、修锐金属基金刚石砂轮。结果表明，经过这样处理后的砂轮磨削性能同传统的修形方法几乎相同。这种方法可以修出曲线轮廓。3、钛合金表面电火花放电着色日本大阪府立产业技术综合研究所的增井清德和难久开展了钛合金线切割放电着色和钛合金电火花放电着色的研究。线切割着色使用单向脉冲电源，工件接脉冲电源正极，工具电极丝接脉冲电源的负极，工作液为去离子水，电阻率为（120）104.cm。其着色原理是利用线切割的放电作用，在钛合金形成透明的氧化钛膜，由于光的干涉，不同厚度的氧化钛膜将得到不同颜色的干涉光，通过控制氧化钛膜的厚度就可进行不同的颜色着色。4、反复拷贝法微细电极电火花加工日本松下电气与东京大学增泽隆久教授合作开发生产GMG-ED82W型超微细电火花加工机床后，为解决高密度、大深径比、复杂形状微细孔、微细轴、销、冲头等的的加工问题，松下电气生产技术研究所的正本健、和田纪彦开发了先用WEDG加工法加工微细电极，然后用该微细电极加工出具有多孔的中间电极，在用中加电极加工除具有多个微细轴形状的工作电极。用这样的电极可以一次加工出多个小孔。姑且将其称为发反拷贝法微细电极电火花加工方法，即EDMN 加工法，其中代表微细，EDM代表电火花加工，n带便反复次数，即反复多次微细电火花加工。例如n=1,用WEDG加工法加工简单的圆柱微细电极；n=2，用生产的微细圆柱电极在薄板上加工多个微细孔；n=3，用薄板中间电极在大的圆柱棒或块状工件上加工出一体化的具有多个微细轴的工作电极，也可作为销或冲头等工具；n=4，用上述工作电极进行多孔同时加工。在n2