第一章 电火花加工原理难点.doc

相城中等专业学校 机电工程部教 案 授课日期授课班级13数控模具授课地点一楼西教学内容（标题）1.1 电火花技术介绍教学目标了解电火花加工是一种新工艺重点难点与普通机械加工的区别教学形式理论课 实践课 现场实训 社会调查 其它教学手段普通讲授 多媒体 演示模型 展示挂图 实物教学 其它板书设计1.1 电火花技术介绍1. 生活中的放电现象2. 电火花加工定义3. 电火花加工与机械加工相比特点讲授 主 要 内 容 随着社会生产的需要和科学技术的进步，20世纪40年代，前苏联科学家拉扎连柯夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被腐蚀掉，开创和发明了电火花加工。后来，由于各种先进技术的不断应用，产生了多种有别于传统机械加工的新加工方法。这些新加工方法从广义上定义为特种加工(NTM，Non-Traditional Machining)，也被称为非传统加工技术，其加工原理是将电、热、光、声、化学等能量或其组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除。 与传统的机械加工相比，特种加工的不同点是： (1) 不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量(如电、化学、光、声、热等)去除金属材料。 (2) 加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力，故加工的难易与工件硬度无关。 (3) 各种加工方法可以任意复合、扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。如目前的电解电火花加工(ECDM)、电解电弧加工(ECAM) 就是两种特种加工复合而形成的新加工方法目前电火花技术已广泛用于加工淬火钢、不锈钢、模具钢、硬质合金等难加工材料；用于加工模具等具有复杂表面的零部件。补充：常用特种加工方法的分类几种常见特种加工方法的综合比较：教 案 授课日期授课班级13数控模具授课地点一楼西教学内容（标题）1.1.1 电火花加工的基本原理教学目标掌握放电存在的必要条件重点难点合适的放电间隙，还有脉冲电源教学形式理论课 实践课 现场实训 社会调查 其它教学手段普通讲授 多媒体 演示模型 展示挂图 实物教学 其它板书设计1原理：基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除去金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量等预定的加工要求。2放电条件：1）放电间隙2）脉冲性电源3）一定绝缘的液体介质讲授 主 要 内 容 原理：基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除去金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量等预定的加工要求。放电条件：1）放电间隙2）脉冲性电源3）一定绝缘的液体介质教 案 授课日期授课班级13数控模具授课地点一楼西教学内容（标题）1.1.2 脉冲放电过程 教学目标了解一次放电经历的几个阶段重点难点放电的微观过程教学形式理论课 实践课 现场实训 社会调查 其它教学手段普通讲授 多媒体 演示模型 展示挂图 实物教学 其它板书设计1放电加工四个连续阶段：1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道2）介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀3）电极材料的抛出4）极间介质消电离讲授 主 要 内 容 放电加工四个连续阶段：1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道2、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀3、电极材料的抛出4、极间介质消电离在脉冲电压波形的0123段和脉冲电流的23段，对应了放电通道的形成，而在脉冲电压波形的34和脉冲电流波形的34段，对应了介质的热分解、电极材料熔化、汽化和电极材料的抛出，在脉冲电压波形的45和脉冲电流波形的45段，对应了极间介质的消电离。教 案 授课日期授课班级13数控模具授课地点一楼西教学内容（标题）1.1.3 极性效应 1.21影响材料放电腐蚀量的主要因素教学目标掌握极性效应的概念，知道影响材料放电腐蚀量的主要因素重点难点极性效应产生的根本原因教学形式理论课 实践课 现场实训 社会调查 其它教学手段普通讲授 多媒体 演示模型 展示挂图 实物教学 其它板书设计1.1.3极性效应概念：1.2.1影响材料放电腐蚀量的主要因素1、极性效应2、电参数3、材料的热学物理常数4、工作液5、加工过程的稳定性、加工的形状、电极材料、喷流、电流密度等其它因素讲授 主 要 内 容 1.1.3极性效应概念：单纯的由于极性不同，造成放电蚀除的腐蚀速度不一样的现象叫做机型效应。1.2.1影响材料放电腐蚀量的主要因素1、极性效应的原因火花放电过程中，正负电极表面分别受到负电子和正离子的轰击和瞬间热源的作用，在两极表面所分配到的能量不一样，因为熔化和气化的电蚀量也不一样。电子质量小、惯性小，容易获得很高的加速度和速度，在击穿放电的初始阶段就有大量的电子奔向正极，能把能量传递给正极表面，使电极材料很快地熔化和气化；正离子质量大、惯性大，启动和加速较慢，在击穿放电的初始阶段，大量的正离子来不及到达负极表面，达到负极表面并传递能量的只有一小部分的正离子；所以在短脉宽的加工时，负电子对正极的轰击作用大于正离子对负极的作用，所以正极的蚀除速度大于负极的蚀除速度，这时工件应该接正以得到更大的工件加工速度当采用长脉宽加工时(即加工电流维持时间较长)加工时质量大、惯性大的正离子有足够的时间加速，达到并轰击负极表面的正离子数将随时间的加长而增多，由于正离子的质量大，对负极表面的轰击破坏作用强。同时电子挣脱负极时要从负极获得溢出功，而正离子到达负极表面时与电子结合释放位能，故长脉宽负极的蚀除速度将大于正极，这时工件就应该接负极。近年来的生产实践和研究结果表面，正的电极表面能吸附分解出来的碳微粒，减少损耗。 覆盖和镀覆作用对极性效用的影响在某些条件下也不可忽视。在特定条件下（如铜打钢脉宽12s、脉间15s时）脉宽不变，逐步减小脉间，有利于炭黑膜在正极的形成，使负极蚀除速度大于正极而必须改用负极性加工。这种现象实际上是极性效用和正极吸附炭黑膜之后对正极的保护作用的综合效果2、电参数对电蚀量的影响 工件电极的蚀除速度取决于单脉冲能量单脉冲能量取决于极间电压、放电电流、放电维持时间是他们的乘积，击穿后间隙电压等于火花维持电压，火花维持电压与电极对材料和工作液有关。(一般煤油中铜打钢在25V、石墨打钢2530V,皂化液中钼丝加工钢件是为1820V)，与脉冲电压幅值、加工电流、极间距离等关系不大。加工极性(正、负) 加工极性以工件为基准，工件接脉冲电源正电极为正极性加工，工件接负极为负极性加工伺服参考电压：电火花加工伺服进给时事先设定的一个参考电压，用它与加工时的平均间隙电压作比较决定伺服进给方向伺服速度：空载时伺服进给的主轴移动速度教 案 授课日期授课班级13数控模具授课地点一楼西教学内容（标题）1.2.2 加工速度和工具电极的损耗速度1.2.3 影响电火花加工精度的主要因素教学目标掌握加工中影响工具的损耗和加工精度的因素重点难点吸附效应的概念及好处，二次放电的概念及影响教学形式理论课 实践课 现场实训 社会调查 其它教学手段普通讲授 多媒体 演示模型 展示挂图 实物教学 其它板书设计1.2.1影响材料放电腐蚀量的主要因素3、材料的热学物理常数4、工作液5、加工过程的稳定性、加工的形状、电极材料、喷流、电流密度等其它因素1.2.2 加工速度和工具电极的损耗速度（1）工件的加工速度（2）工具电极损耗的影响因素1.2.3 影响电火花加工精度的主要因素1、工具电极的损耗及其稳定性2、放电间隙的大小和一致性3、二次放电现象讲授 主 要 内 容 1.2.1影响材料放电腐蚀量的主要因素3、金属材料热学常数对电蚀量的影响热学常数是指熔点、沸点、导热率、比热容、融化热、气化热等每次放电时，通道内及正负电极放电点都瞬时获得大量热能。正负极放电点所获得的热能除一部分由于传到散失到电极其它部分和工作液外，其余部分将依次消耗在1、使局部材料温度升高到熔点，相关参数还有比热容2、熔化热3、使熔化金属加热到气化的沸点温度，相关液化材料的比热容，4、气化热，5、使气化金属继续加热成热蒸气，相关气化材料的比热容显然当脉冲能量相同时，金属的熔点、沸点、比热容、融化热、气化热越高，则电蚀量越小，越难加工。热导率越大的材料由于更多的热量被传导散失到工件的其它部位，因为降低了本身的蚀除量，也不易加工。各种金属材料的难易程度依次为钨、铜、银、钼、铝、钽、铂、铁、镍、不锈钢、钛 当脉冲能量一定时，脉冲电流幅值越小，即脉宽越大散失的热量越多，从而影响电蚀量减小，相反脉宽小，脉冲电流大，由于热量过于集中而来不及传导扩散，使抛出的金属气化的比例增多，多消耗在气化热上，故而蚀除量也会减少。故而当脉冲能量一定时都会有一个使工件电蚀量最大的最佳脉宽工作液对电蚀量的影响 工作液的作用是形成火花击穿通道，并在放电结束后迅速回复间隙的绝缘；对放电通道产生压缩作用；帮助电蚀产物的抛出和排除，对工具电极和工件进行冷却。因为它对电蚀量也有较大的影响。 介电性能好、密度和黏度大的工作液有利于压缩放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效果，但黏度大的不利于电蚀产物的排出影响正常放电5、影响电蚀量的其它因素加工过程的稳定性加工深度增加、加工面积增加、型面复杂都不利于电蚀产物的排出会影响加工的稳定性减低加工速度严重时造成积炭拉弧使加工难以进行，为改善排屑条件提高加工速度，和防止拉弧，通常采用强迫冲油和工具电极定时抬刀等措施。加工面积小，才有较大电流加工时，会使局部电蚀产物浓度过高，放电点不能分散转移，放电的余热来不及传播扩散而积累起来，造成过热形成电弧，破坏加工的稳定性电极材料对加工稳定性也有影响，钢电极加工钢时电极间隙容易磁化吸附铁屑加工不宜稳定，铜加工钢就比较稳定脉冲电源的波形及其前后延陡度影响着输入能量的集中和分散程度，对电蚀量有很大的影响电火花加工过程中电极材料抛出速度很高时，会冲击另一电极表面使其蚀除量增大，如果速度慢则当喷射到另一电极表面时会反粘和涂覆在电极表面减少起蚀除量通常和机械加工一样，机床本身的各种误差以及工件、工具电极的定位、安装误差都会直接影响加工精度）1、工具电极的损耗及其稳定性2、放电间隙的大小和一致性3、二次放电现象1、工具电极的损耗及其稳定性工具电极的损耗对尺寸精度和形状精度都有影响电火花穿孔加工时可以贯穿型孔而补偿电极的损耗型腔加工时则无法采用这一方式，精密型腔加工时可采用更换电极的方法2、放电间隙的大小和一致性放电间隙可以通过修正电极形状尺寸进行补偿，以获得较高的加工精度放电间隙的大小实际上是变化的，会影响加工精度间隙大小对加工精度（特别是仿形精度）也有影响，尤其对复杂的加工表面，棱角部位电场强度分布不均匀，间隙越大影响越严重，因此减小加工误差，应该选用较弱小的加工规准，缩小放电间隙电参数对放电间隙的影响是非常显著的，精加工的单边放电间隙一般只有0.01而粗加工要达到0.5左右3、二次放电现象由于工具电极下端部加工时间长，绝对损耗大，而电极入口处的放电间隙则由于电蚀产物的存在，“二次放电”的几率大，使放电间隙扩大，因为产生加工斜度，俗称喇叭口所谓二次放电其实是多次放电的结果教 案 授课日期授课班级13数控模具授课地点一楼西教学内容（标题）1.3电火花加工的特点、适用范围1.3.1 电火花加工的特点、适用范围1.3.2 电火花加工的缺点教学目标掌握加工特点，了解适用范围重点难点加工的局限性教学形式理论课 实践课 现场实训 社会调查 其它教学手段普通讲授 多媒体 演示模型 展示挂图 实物教学 其它板书设计1.3.1 电火花加工的特点、适用范围（1）适合于难切削材料的加工。（2）可以加工特殊及复杂形状的零件。（3）易于实现加工过程自动化。（4）可以改进结构设计，改善结构的工艺性1.3.2 电火花加工的缺点（1）只能用于金属等导电材料（2）加工速度一般较慢（3）存在电极损耗（4）最小角部半径有限制讲授 主 要 内 容 1.3.1 电火花加工的特点、适用范围（1）适合于难切削材料的加工。（2）可以加工特殊及复杂形状的零件。（3）易于实现加工过程自动化。（4）可以改进结构设计，改善结构的工艺性1.3.2 电火花加工的缺点（1）只能用于金属等导电材料（2）加工速度一般较慢（3）存在电极损耗（4）最小角部半径有限制