第三章电火花加工

1、第三章第三章 电火花加工电火花加工第三章 电火花加工 概述概述 电火花加工原理电火花加工原理 电火花加工机床电火花加工机床 电火花加工应用电火花加工应用第三章第三章 电火花加工电火花加工工作原理工作原理：工具电极与工件电极间脉冲性火花放电，产生瞬时高温，工件材料被熔化气化。该处绝缘液体加热气化，体积膨胀，产生很高的压力，熔化气化材料从表面迅速除去。电火花加工原理图进给系统放电间隙工具电极工件电极直流脉冲电源工作液 概述概述第三章第三章 电火花加工电火花加工第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花加工机床第三章第三章 电火花加工电火花加工第三章第三章 电火花加工电火花加工第三章第三章 电火花加工

2、电火花加工实现电火花加工的条件 两极间有一定的距离（数微米到数百微米），且加工中维持这一距离。 两极之间充入介质。导电材料尺寸加工，为液体介质；材料表面强化，为气体介质。 两极间的能量要足够大，大的电流密度放电时产生大量的热，使任何导电材料局部熔化或气化。 第三章第三章 电火花加工电火花加工短时间脉冲放电10-710-3S，热量来不及扩散，放电点局限在很小范围内。脉冲放电重复多次进行。脉冲放电在时间和空间上不重复。避免发生局部烧伤。脉冲放电后的电蚀产物及时排运至放电间隙外。 第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花加工的特点脉冲放电能量密度高，加工普通机械加工方法难加工或无法加工的特殊材料、复

3、杂形状。脉冲放电持续时间极短，热量传导范围小，被加工表面受热影响的范围小。工具与工件不接触，宏观作用力小，工具不须比工件硬，工具电极制造容易。直接利用电能加工，便于实现加工自动化；工序少，加工周期短，劳动强度低。第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花加工的用途 各种金属及其合金材料、特殊的热敏感材料、半导体和非导体材料（一定条件）。 加工形状复杂的型孔和型腔，圆孔、方孔、异形孔、曲线孔、螺纹孔。从数微米的孔、槽到数米的超大型工件。 切割，材料的切断、切割微细窄缝及微细窄缝组成的工件，如金属栅网等。第三章第三章 电火花加工电火花加工 成型刀、样板、工具、量具、螺纹等成型零件。 磨削各种工件和成

4、型磨削。 刻字、打印铭牌和标记。 表面强化。如金属表面高速淬火、渗氮、渗碳、涂覆等。 辅助用途。如去除折断在工件中的丝锥、钻头等。第三章第三章 电火花加工电火花加工 电火花加工工艺方法分类按工具电极和工件相对运动的方式和加工用途不同，可分为电 火 花 穿 孔 成 型 加 工电 火 花 线 切 割电 火 花 内 外 圆 和 成 型 磨 削电 火 花 同 步 共 轭 回 转 加 工电 火 花 高 速 小 孔 加 工电 火 花 表 面 强 化 和 刻 字工 艺 类 型前五类改变零件形状或尺寸。后者改变工件表面性质。第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花加工原理电火花加工原理 电火花加工机理电火花加

5、工大致分为以下几个阶段：脉冲电源工具电极工件电极(a)(b )(c)(d )(e)BA极间介质的电离、击穿，形成放电通道。 当电极间隙电压升高时，在两极间的表面粗糙度峰顶处，电场强度最大，其间的液体介质将首先被击穿形成放电通道。 脉冲电源工具电极工 件 电 极(a)(b)(c)(d)(e)BA第三章第三章 电火花加工电火花加工电场强度增大到105Vcm2以上时，阴极逸出电子，电子高速奔向阳极。运动过程中撞击介质中的中性分子和原子，碰撞电离形成更多的负电子和正离子，在连锁反应下，电粒子雪崩式增加。当电子达到阳极时，介质瞬时击穿，产生火花放电，形成放电通道。同时，正离子也奔向阳极。脉冲电源工具电极

6、工 件 电 极(a)(b)(c)(d)(e)BA第三章第三章 电火花加工电火花加工介质击穿过程10-710-5S。击穿后，间隙电阻从绝缘状态骤降到几分之一欧姆，间隙电流急速上升，电流密度高达105108Acm2，间隙电压则由击穿电压迅速降至火花放电维持电压（2025V）。第三章第三章 电火花加工电火花加工 带电粒子高速运动碰撞，产生大量的热，温度高分布不均匀，从通道中心向两边降低，中心温度10000以上。 放电时电流产生磁场，磁场又对电子流产生向心的磁压缩效应和周围介质惯性动力压缩效应的作用，通道瞬间扩展受到很大阻力。放电通道截面小，压力达数十兆帕。第三章第三章 电火花加工电火花加工放电通道是

7、单通道单通道，但实验表明，在单个脉冲放电后会出现几个或形状极不规则的电蚀坑。脉冲电源工具电极工件电极(a)(b)(c)(d)(e)BA第三章第三章 电火花加工电火花加工能量的转换与分布能量的转换与分布 产生的热量熔化、气化放电点处的材料熔化、气化放电点处的材料。 还加热放电通道加热放电通道。热量大部分消耗在热辐射和热传导上。放电通道长度和放电时间增加，消耗的热量也增加，蚀除量受到影响。脉冲电源工具电极工件电极(a )(b )(c )(d )(e )BA第三章第三章 电火花加工电火花加工 放电瞬时释放能量大部分转换成热能，一部分转转换成动能、磁能、光能、声能及电磁波辐射能换成动能、磁能、光能、声

8、能及电磁波辐射能。转换成动能的，形成放电压力，使熔化、气化材料抛出；转换成光、声、电磁波等属于消耗性的能量。第三章第三章 电火花加工电火花加工 电蚀产物的抛出电蚀产物的抛出 。 通道中心压力高，工作液和金属气化后向外膨胀，形成内外瞬间压力差，将熔融金属抛出通道到工作液中。电火花加工可看到桔红色的火花四溅，就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。 脉冲电源工具电极工件电极(a )(b )(c )(d )(e )BA第三章第三章 电火花加工电火花加工极间介质的消电离极间介质的消电离。一次脉冲放电结束后应有一间隔时间，使放电通道中的带电粒子复合为中性粒子恢复介质的绝缘强度，以免重复在同一处放电而导致电弧放电

9、。 两次脉冲放电之间有足够间隔时间，考虑介质消电两次脉冲放电之间有足够间隔时间，考虑介质消电离的极限速度，还要考虑电蚀产物排出放电区域的时间离的极限速度，还要考虑电蚀产物排出放电区域的时间。脉冲电源工具电极工件电极( a )( b )( c )( d )( e )BA第三章第三章 电火花加工电火花加工上述步骤(1)(4)在一秒内数千次甚至数万次地往复式进行，即单个脉冲放电结束，经过一段时间工作液恢复绝缘后，第二个脉冲又作用到两极上，在极间距离最近或绝缘强度最弱处击穿放电，蚀出另一凹坑。工件表面由无数个相互重叠凹坑组成。第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花表面局部放大图电火花表面局部放大图第

10、三章第三章 电火花加工电火花加工电火花加工原理脉冲电源工具电极工件电极(a)(b)(c)(d)(e)BA第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花加工的常用术语电火花加工的常用术语电火花加工中常用的主要名词术语和符号如下： 工具电极电火花加工用的工具是电火花放电时的电极之一，故称为工具电极，简称电极。由于电极的材料常常是铜，又称铜公。 第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花加工示意图41231工具电极；2工件；3脉冲电源；4伺服进给系统第三章第三章 电火花加工电火花加工放电间隙 是放电时工具电极和工件间的距离，大小一般在0.010.5 mm之间，粗加工时较大，精加工时较小。 脉冲宽度ti(s)

11、 简称脉宽，电极和工件上放电间隙两端的电压脉冲的持续时间。粗加工用较大的脉宽，精加工用较小的脉宽。 空载火花电弧过渡电弧短路is时间 / s电流 / Aieui时间 / stitotdtetptito电压 / V第三章第三章 电火花加工电火花加工脉冲参数与脉冲电压、电流波形空载 火花电弧过渡电弧短路is时间 / s电流 / Aieui时间 / stitotdtetptito电压 / V第三章第三章 电火花加工电火花加工脉冲间隔to(s) 简称脉间，是两个电压脉冲之间的间隔时间。放电时间(电流脉宽)te(s) 工作液介质击穿后放电间隙中流过放电电流的时间，即电流脉宽，比电压脉宽稍小，二者相差一个

12、击穿延时。空载火花电弧过渡电弧短路is时间 / s电流 / Aieui时间 / stitotdtetptito电压 / V第三章第三章 电火花加工电火花加工脉冲周期tP(s) 一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时间称为脉冲周期，tP=ti+to。 脉冲频率fP(Hz) 是指单位时间内电源发出的脉冲个数。与脉冲周期tP互为倒数，即 pp1tf空载火花电弧过渡电弧短路is时间 / s电流 / Aieui时间 / stitotdtetptito电压 / V第三章第三章 电火花加工电火花加工火花维持电压 每次火花击穿后，在放电间隙上火花放电时的维持电压，25 V左右，是一个高频振荡的电压。加工

13、电压U(V)加工时电压表上指示的放电间隙两端的平均电压。空载火花电弧过渡电弧短路is时间 / s电流 / Aieui时间 / stitotdtetptito电压 / V第三章第三章 电火花加工电火花加工 峰值电流(A) 间隙火花放电时脉冲电流的最大值(瞬时)，Ip表示。峰值电流不易测量，是影响加工速度、表面质量的重要参数。加工电流I(A) 加工时电流表上指示的流过放电间隙的平均电流。精加工时小，粗加工时大，间隙偏开路时小，间隙合理或偏短路时则大。第三章第三章 电火花加工电火花加工影响材料放电腐蚀的因素影响材料放电腐蚀的因素 极性效应对电蚀量的影响极性效应对电蚀量的影响 在电火花加工时，相同材料

14、(如用钢电极加工钢)两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做极性效应。如果两电极材料不同，则极性效应更加明显。 工件接脉冲电源正极(工具电极接脉冲电源负极)的加工称为正极性加工正极性加工，反之称为负极性加工负极性加工。第三章第三章 电火花加工电火花加工“正极性”接线法图 脉冲电源工具电极工件电极第三章第三章 电火花加工电火花加工 “负极性”接线法脉冲电源工具电极工件电极第三章第三章 电火花加工电火花加工影响极性效应的主要原因是脉冲宽度。 窄脉冲宽度窄脉冲宽度加工时，电子惯性小，运动灵活，大量的电子奔向正极，并轰击其表面，使正极熔化和气化；正离子惯性大，运动缓慢

15、，只有一小部分到达负极表面，电子的轰击作用大于正离子，正极的电蚀量大于负极采用正极性加工正极性加工。第三章第三章 电火花加工电火花加工宽脉冲宽度宽脉冲宽度加工时，质量和惯性大的正离子有足够的时间到达负极，其质量大，对负极的轰击破坏作用比电子强，负极的电蚀量大于正极负极性加工负极性加工。充分利用极性效应，正确选择极性，最大限度地提高工件的蚀除量，降低工具电极的损耗。第三章第三章 电火花加工电火花加工极性效应极性效应工件正极工件正极正极性加工正极性加工工件负极工件负极负极性加工负极性加工精加工精加工短脉冲短脉冲ti 80 s为充分利用极性效应，一般都采用为充分利用极性效应，一般都采用单向脉冲电源单

16、向脉冲电源第三章第三章 电火花加工电火花加工覆盖效应对电蚀量的影响覆盖效应对电蚀量的影响 一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形成一定厚度的覆盖层，叫做覆盖效应覆盖效应。合理利用覆盖效应，有利于降低电极损耗。 在油类介质中加工时，覆盖层主要是石墨化的碳素层覆盖层主要是石墨化的碳素层。第三章第三章 电火花加工电火花加工碳素层碳素层的生成条件主要有以下几点： 足够高的温度。电极上待覆盖部分的表面温度不低于碳素层生成温度，但低于熔点，使碳粒子烧结成石墨化的耐蚀层。足够多的电蚀产物，尤其是介质的热解产物碳粒子。 在油类介质中加工。 足够的时间，表面上形成一定厚度的碳素层。 负极性加工，碳素层易在

17、阳极表面生成。第三章第三章 电火花加工电火花加工电参数对电蚀量的影响电参数对电蚀量的影响 总蚀除量等于这段时间内各单个有效脉冲蚀除量的总和。 Q=KWmft v=Qt=KWmf式中 Q 在 t时间内的总蚀除量； v 蚀除速度； Wm单个脉冲能量，J； f 脉冲频率， HZ； 有效脉冲利用率，； t 加工时间，s； K与电极材料、脉冲参数、工作液等有关的工艺参数。第三章第三章 电火花加工电火花加工 Wm取决于极间放电电压、放电电流和放电持续时间： Wm= 式中 te单个脉冲放电时间，S； u（t）放电间隙中随时间而变化的电压，V； i（t）放电间隙中随时间而变化的电流，A。 晶体管脉冲电源中，脉

18、冲电流近似一矩形波，近似用放电峰值电流和脉冲宽度来代替： Wm=（2025）ie te 式中Wm单个脉冲能量，J； ie 脉冲电流幅值，A； te 电流脉宽，s etdttitu0)()(第三章第三章 电火花加工电火花加工提高电蚀量和生产率：提高脉冲频率，增加单个提高脉冲频率，增加单个脉冲能量或增加平均放电电流（对短形脉冲即为峰值脉冲能量或增加平均放电电流（对短形脉冲即为峰值电流）和脉冲宽度；减小脉间；提高有关的工艺参数。电流）和脉冲宽度；减小脉间；提高有关的工艺参数。 脉间过短，电弧放电；单个脉冲能量增加，表面粗糙度值增大。 这些因素相互制约的，应具体情况综合考虑。Q=KWmft第三章第三章

19、 电火花加工电火花加工 金属材料对电蚀量的影响金属材料对电蚀量的影响 与电极材料的导热系数及热学常数有关。 脉冲放电能量相同时，金属工件的熔点、沸点、比热熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热等愈高，电蚀量愈少，愈难加工；导容、熔化热、气化热等愈高，电蚀量愈少，愈难加工；导热系数愈大的金属，热量传导、散失越多，蚀除量越小。热系数愈大的金属，热量传导、散失越多，蚀除量越小。第三章第三章 电火花加工电火花加工 工作液对电蚀量的影响工作液对电蚀量的影响电火花加工一般在液体介质中。液体介质叫做工作液，作用： 压缩放电通道，限制其扩展，使放电能量高度集中，加强了蚀除的效果。 加速间隙冷却和消电离，防止破坏性

20、电弧放电。 加剧放电的流体动力过程，有助于金属的抛出。第三章第三章 电火花加工电火花加工 电火花成形加工多采用油类做工作液。机油机油粘度大、燃点高，有利于压缩放电通道，提高放电能量密度，但不利于电蚀产物的排出；煤油煤油粘度低，流动性好，但排屑条件较好。在粗加工时，要求速度快，放电能量大，放电间隙粗加工时，要求速度快，放电能量大，放电间隙大，选用机油等粘度大的工作液；在中、精加工时，放大，选用机油等粘度大的工作液；在中、精加工时，放电间隙小，采用煤油等粘度小的工作液电间隙小，采用煤油等粘度小的工作液。第三章第三章 电火花加工电火花加工 水做工作液：水做工作液： 油类及碳氢化合物做工作液时，产生碳

21、黑，影响电蚀产物的排除及加工速度，在精密加工中尤为明显。 酒精C2H6O工作液，碳黑减少。 水是不含碳的介质，流动性好、散热性好、不易起弧、不燃、无味、价廉。但普通水是弱导电液，会产生离子导电的电解过程，在大能量粗加工中采用。精密加工采用蒸馏水、去离子水或乙醇水溶液来做工作液，绝缘强度比普通水高。第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花加工基本工艺规律电火花加工基本工艺规律 影响加工速度的主要因素影响加工速度的主要因素 加工速度：在一定电规准下，单位时间内工件被蚀除的体积V或质量m。 体积加工速度Vw=V/T(单位为mm3/mm) 质量加工速度Vm=m/t(单位为g/mm)在规定的表面粗糙度、

22、规定的相对电极损耗下的最大加工速度是电火花机床的重要工艺性能指标。机床说明书上所指的最高加工速度是机床在最佳状态下达到的。第三章第三章 电火花加工电火花加工影响加工速度的因素分电参数和非电参数两大类。 电规准的影响电规准的影响电火花加工时选用的电加工参数，主要有脉冲宽度ti(s)、脉冲间隙to(s)及峰值电流Ip等参数。第三章第三章 电火花加工电火花加工 脉冲宽度对加工速度的影响脉冲宽度对加工速度的影响脉宽增加，单个脉冲能量增大，加工速度提高。 脉宽过大，蚀除产物增多，排气排屑条件恶化，消电离时间不足，稳定性变差，加工速度降低。0 1101001000ti / s101001000ie30 A

23、ie40 Aie80 Aie150 A电极纯铜工件钢加工极性正vw / (mm3 / min)脉宽与加工速度的关系曲线第三章第三章 电火花加工电火花加工脉冲间隔对加工速度的影响脉冲间隔对加工速度的影响脉间减小脉间减小单位时间内工作脉冲数目增多，加工速度提高加工速度提高； 脉间过小脉间过小，来不及消电离，加工稳定性差，加工速度降低加工速度降低。to / s电极纯铜工件钢加工极性正vw / (mm3 / min)0100 200300 400 500600100200300ti1200 s脉宽一定的条件下，保证稳定加工的同时，尽量缩短脉间。带有脉间自适应控制的脉冲电源，能根据放电间隙的状态，调节脉

24、间大小，既能保证稳定加工，又获得大加工速度。第三章第三章 电火花加工电火花加工峰值电流的影响峰值电流的影响 峰值电流增加，峰值电流增加，单个脉冲能量加大，加工速度提高。 峰值电流增大，降低表面粗糙度和增加电极损耗。0102030405060100200300400ti50 svw / (mm3 / min)ti200 sti1000 sie / A峰值电流与加工速度的关系曲线 第三章第三章 电火花加工电火花加工 非电参数的影响非电参数的影响 加工面积的影响加工面积的影响加工面积较大，对加工速度影响不大。但小到某一临界面积时，加工速度显著降低，叫做“面积效应”。ti1200 svw / (mm3

25、 / min)ie30 Aie48 A01000 20003000 4000 5000A / mm3100200300工件CrWMn电极Cu加工极性负加工面积小，电蚀产物排除不畅，产生气体排除液体现象，放电加工在气体介质中进行，加工速度降低。第三章第三章 电火花加工电火花加工 排屑条件的影响排屑条件的影响加工过程中会不断产生气体、金属屑末和碳黑等，不及时排除，加工稳定性不好，加工速度降低 为便于排屑，采用冲油(或抽油)和电极抬起。第三章第三章 电火花加工电火花加工 工件材料的影响工件材料的影响取决于工件材料的物理性能取决于工件材料的物理性能(熔点、沸点、比热、熔点、沸点、比热、导热系数、熔化热

26、和汽化热等导热系数、熔化热和汽化热等)。工件材料的熔点、沸点越高，比热、熔化热和气化热越大，加工速度越低，越难加工。加工硬质合金钢比加工碳素钢的速度要低4060。 导热系数高工件，热量散失快，加工速度也低。第三章第三章 电火花加工电火花加工 工作液的影响工作液的影响 工作液的种类、粘度、清洁度对加工速度有影响。大致顺序是：高压水高压水(煤油机油煤油机油)煤油煤油酒精水溶液酒精水溶液。在电火花成形加工中，应用最多的工作液是煤油。 加工极性的影响加工极性的影响电极材料的影响电极材料的影响第三章第三章 电火花加工电火花加工 衡量工具电极是否耐损耗，不只是看工具电极损耗速度VE，还要看加工速度Vw，即

27、每蚀除单位重量金属工件时，工具相对损耗多少。相对损耗或损耗= vEvw式中 体积相对损耗； vE工具损耗速度； vw加工速度。同一电极的长度相对损耗：角损耗边损耗端面损耗。 影响工具相对损耗的主要因素影响工具相对损耗的主要因素第三章第三章 电火花加工电火花加工 低损耗电火花加工低损耗电火花加工：电极的相对损耗小于1%。能最大限度地保持加工精度。 实现电火花的低损耗加工实现电火花的低损耗加工：充分利用极性效应、覆盖效应及选择合适的工具电极材料，改善工作液，采用加入各种添加剂的水基工作液，可实现对紫铜或铸铁电极小于1%的低损耗电火花加工。 第三章第三章 电火花加工电火花加工 当脉宽ti小于某一数值

28、时，正极性损耗小于负极性损耗；反之，当脉宽ti大于某一数值时，负极性损耗小于正极性损耗。极性效应的影响极性效应的影响 负极性加工，脉宽大于120S，电极相对损耗小于1。 正极性加工，电极的相对损耗都难低于10。第三章第三章 电火花加工电火花加工吸附效应吸附效应 煤油等碳氢化合物作工作液时，在放电过程中发生热分解而产生大量的碳，碳与金属结合形成金属碳化物的胶团。中性的胶团在电场作用下与其外层脱离而成为带负电荷的碳胶粒，吸附在正极表面。电极表面瞬时温度在400，形成一定强度和厚度的化学吸附碳层，称为“炭炭黑膜黑膜”。 熔点和气化点很高，负极性加工电极起到保护补偿作用。第三章第三章 电火花加工电火花

29、加工传热效应传热效应 放电初期限制脉冲电流的增长，使电极表面温度不致过高，降低电极损耗； 工具电极的导热性比工件好，使工具表面温度较低减少损耗。工件温度高而蚀除。 第三章第三章 电火花加工电火花加工 工具电极材料的影响工具电极材料的影响 A、钨、钢钨、钢的熔点和沸点较高损耗小，机械加工性不好，价格贵，除线切割外很少用。 B、铜铜熔点低，但导热性好，损耗少，能制成各种精密、复杂电极，中、小型腔加工常用。金刚石金刚石:3550 钨:3410 纯铁纯铁:1535 钢:13001400 铸铁铸铁:1200左右 铜:1083 第三章第三章 电火花加工电火花加工 C、石墨石墨电极热学性能好（熔点38505

30、0，导电性、导热性好），且长脉冲粗加工时能吸附游离的碳补偿电极，相对损耗低，广泛用于型腔加工。 D、铜碳、铜钨、银钨合金铜碳、铜钨、银钨合金等复合材料，导热性好，熔点高，电极损耗小，但价较贵，制造成型困难，精密电火花加工时采用。 损耗顺序损耗顺序：银钨合金 铜钨合金 石墨(粗规准) 紫铜 钢 铸铁 黄铜 铝。第三章第三章 电火花加工电火花加工 电火花加工表面由若干电蚀小凹坑组成的，能存润滑油，耐磨性比同样粗糙度的机加工表面好，亮度低。 凹坑大小与单个脉冲放电能量单个脉冲放电能量有关。 峰值电流一定，脉宽越大脉宽越大，单个脉冲的能量大，凹坑越大越深，表面粗糙度增大表面粗糙度增大。 脉宽一定，峰值

31、电流增加峰值电流增加，单个脉冲能量增加，表表面粗糙度增大面粗糙度增大。 影响表面粗糙度的主要因素影响表面粗糙度的主要因素第三章第三章 电火花加工电火花加工熔点高的材料熔点高的材料表面粗糙度值要比熔点低的材料小。 工具电极表面的粗糙度值越大，工具电极表面的粗糙度值越大，加工出的工件表面粗糙度值也大。例如，石墨电极。工作液工作液中含杂质越多，越容易发生积炭，表面粗糙度值也大。第三章第三章 电火花加工电火花加工 影响加工精度的主要因素影响加工精度的主要因素 电加工精度包括尺寸精度和仿型精度(或形状精度)。 放电间隙放电间隙 若放电间隙是常数，根据工件加工表面的尺寸、形状可预先对工具尺寸、形状进行修正

32、。 但放电间隙随电参数、电极材料、工作液的绝缘性能等因素变化而变化的，从而影响了加工精度。A4A3a3a4a5A5A6a6bA2a2a1A1第三章第三章 电火花加工电火花加工 间隙大小对形状精度影响：间隙越大，复制精度越差。 如电极为尖角时，由于放电间隙的等距离，工件为圆角。放电间隙精加工0.0l0.1 mm，粗加工0.5 mm以上(单边)。第三章第三章 电火花加工电火花加工工件123工具x1电极无损耗时的工具轮廓线；2电极有损耗而不考虑二次放电时的工件轮廓线；3实际工件轮廓线加工斜度加工斜度 工具电极下面部分加工时间长，损耗大，电极变小，入口处电蚀产物的存在，易发生 “二次放电” ，产生斜度

33、。第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花加工时的加工斜度电火花加工时的加工斜度smaxsmin工具二次放电二次放电加工斜度加工斜度电极损耗电极损耗棱角变钝棱角变钝第三章第三章 电火花加工电火花加工 工具电极的损耗工具电极的损耗随着加工深度的增加，工具电极进入放电区域的时间是从端部向上逐渐减少。 电极的损耗从端面底部向上逐渐减少，形成了损耗锥度，反映到工件上是加工斜度。工具电极工件第三章第三章 电火花加工电火花加工 电火花加工表面变化层和机械性能电火花加工表面变化层和机械性能表面变化层表面变化层 工件在放电瞬时的高温和工作液迅速冷却的作用下，表面层发生了很大变化。表面变化层的厚度在0.010.

34、5 mm之间，分为熔化层和热影响层。基体金属热影响层熔化层电火花加工表面电火花加工表面变化层第三章第三章 电火花加工电火花加工 熔化层熔化层 位于工件表面的最上层，它被放电瞬时高温熔化，又受到工作液的快速冷却而凝固。碳钢熔化层在金相照片上呈现白色，又称为白层。 白层与基体金属不同，是一种树枝状的淬火铸造组织，与内层的结合不牢固。有渗碳、渗金属、气孔及其他夹杂物。厚度随脉冲能量增大而变厚，一般为0.010.1 mm。基体金属热影响层熔化层电火花加工表面第三章第三章 电火花加工电火花加工 热影响层热影响层 位于熔化层和基体之间，该层的金属未熔化，只是受热的影响而没有发生金相组织变化，与基体没有明显

35、的界限。 基体金属热影响层熔化层电火花加工表面第三章第三章 电火花加工电火花加工 显微裂纹显微裂纹 加工表面层受高温作用后又迅速冷却而产生残余拉应力，甚至出现细微裂纹。主要产生在熔化层，只有脉冲能量很大时才扩展到热影响层。 不同材料对裂纹的敏感性不同，硬脆材料容易产生裂纹。淬火钢表面残余拉应力比未淬火钢大，故淬火钢的热处理质量不高时，更易产生裂纹。 脉冲能量愈大，显微裂纹愈宽愈深；脉冲能量很小时，一般不会出现显微裂纹。 第三章第三章 电火花加工电火花加工 表面变化层的机械性能表面变化层的机械性能1) 显微硬度及耐磨性显微硬度及耐磨性 熔化层和基体结合不牢固，容易剥落磨损，因此要求较高的模具需把

36、电火花加工后的表面变化层要预先研磨掉。 2) 残余应力残余应力 瞬时先热后冷形成的残余拉应力。避免使用较大的加工规准，注意热处理质量。第三章第三章 电火花加工电火花加工3) 疲劳性能疲劳性能 工件耐疲劳性能比机加工低许多倍。采用回火处理、喷丸处理甚至去掉表面变化层，降低残余应力或使残余拉应力转变为压应力。或采用小的加工规准。第三章第三章 电火花加工电火花加工 合理选择电火花加工工艺合理选择电火花加工工艺粗、中、精逐挡过渡式加工方法粗、中、精逐挡过渡式加工方法。粗加工高速去除大量金属；中加工提高表面粗糙度；精加工保证工件达到要求。注意转换加工规准。先用机械加工去除大量的材料，再用电火花加工保证加

37、先用机械加工去除大量的材料，再用电火花加工保证加工质量。工质量。采用多电极。采用多电极。电极绝对损耗量达到一定程度，及时更换。第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花加工机床电火花加工机床 机床型号、规格、分类机床型号、规格、分类 电火花成型机床用D71加上机床工作台面宽度的1/10。第三章第三章 电火花加工电火花加工 中国大陆外，电火花加工机床的型号没有采用统一标准，由各企业自行确定，如日本沙迪克(Sodick)公司的A3R、A10R，瑞士夏米尔技术公司的ROBOFORM20/30/35，北京阿奇工业电子有限公司的SF100。第三章第三章 电火花加工电火花加工 按大小分：小型(D7125以下

38、)、中型(D7125D7163)和大型(D7163以上)； 按数控程度分：非数控、单轴数控和三轴数控。 国外已经大批生产三坐标数控电火花机床，以及带有工具电极库、能按程序自动更换电极的电火花加工中心。分分 类类第三章第三章 电火花加工电火花加工 电火花加工机床结构电火花加工机床结构由机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、数控系统等部分组成。间 隙参考值增益设定控制装置进给系统自动进给调节系统比较器放大器间 隙传感器脉冲电源床 身工作液循环过 滤 系 统(a) 原理图(b) 实物间 隙参考值增益设定控制装置进给系统自动进给调节系统比较器放大器间 隙传感器脉冲电源床 身工作液

39、循环过 滤 系 统(a) 原理图(b) 实物第三章第三章 电火花加工电火花加工YH-60D功能指标 输入电压 380V、50Hz 输入功率 6kVA最大平均加工电流 60A最佳底面粗糙度 Ra 0.8m 最低电极损耗 0.3%最高加工速度 400mm3/min脉冲宽度 1-2000s 脉冲间隙 10-2000s第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花成型机床电火花成型机床D7140D7140第三章第三章 电火花加工电火花加工小型电火花成型机床小型电火花成型机床第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花高速穿孔机电火花高速穿孔机第三章第三章 电火花加工电火花加工万向电火花取折断丝锥机床万向电火花取

40、折断丝锥机床摇臂式结构，可全方位加工折断在工件里的丝锥，钻头，不影响丝孔的精度。第三章第三章 电火花加工电火花加工第三章第三章 电火花加工电火花加工 机床本体机床本体由床身、立柱、主轴头及附件、工作台等组成，实现工件和工具电极的装夹固定和运动。宏观作用力小，对机械系统的强度无严格要求。机床主轴头和工作台有一些附件，如调节工具电极角度的夹头、平动头、油杯等。第三章第三章 电火花加工电火花加工 脉冲电源脉冲电源把工频正弦交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流。 脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电，输出满足： (1) 一定的脉冲放电能量，保证一定的生产率 。（成型加工约为10mm3minA，

41、线切割加工约为20 mm3minA） 第三章第三章 电火花加工电火花加工(2) 火花放电须是短时间的脉冲性放电，热量来不及扩散，有效蚀除金属。(3) 脉冲波形是单向的，充分利用极性效应，提高加工速度和降低工具电极损耗。 (4) 脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉冲间歇等)有较宽的调节范围，满足粗、中、精加工要求。第三章第三章 电火花加工电火花加工 (5) 适当的脉间，介质有足够时间消电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧烧伤工件。电源的好坏直接关系到电火花加工机床的性能，是电火花机床制造厂商的核心机密之一。第三章第三章 电火花加工电火花加工 弛张式脉冲电源弛张式脉冲电源 是最早使用的电源，利

42、用电容器充电储存电能，然后瞬时放出蚀除金属。电容器时而充电，时而放电，一弛一张，又称“弛张式”脉冲电源。 第三章第三章 电火花加工电火花加工最简单最基本的线路，两个回路组成： A、充电回路充电回路直流电源E、充电电阻R（防止电流过大电弧放电，又称限流电阻）和电容C组成B、放电回路放电回路由电容C、工具电极和工件及放电间隙组成 RC脉冲电源1工具电极;2工件第三章第三章 电火花加工电火花加工RC线路脉冲电源VCARE(a) 原理图(b) 波形图uuducE0t 直流电源接通后，电流经限流电阻R，向电容C充电，其两端电压按指数曲线上升到击穿电压时，间隙被击穿，电阻变得很小，电容器上储存的能量瞬时放

43、出，形成较大的脉冲电流。电容上的能量释放后，电压下降到接近于零，工作液恢复绝缘。又再次充电，重复前述过程。第三章第三章 电火花加工电火花加工优点优点：结构简单、工作可靠、成本低，在小功率时可获得很窄的脉宽用于小功率的精微加工或简式电火花加工。缺点缺点：1、大部分电能经限流电阻转化为热能损失，电能利用率只有3040；2、电容器充电时间较长，生产率低；3、电压的击穿受到间隙值、工作液绝缘性等影响，工艺参数不稳定；VCARE(a) 原理图(b) 波形图uuducE0t第三章第三章 电火花加工电火花加工4、放电回路存在寄生电感的影响有反向脉冲，工具电极损耗大；5、脉冲频率、脉冲能量等参数干扰，难于使用

44、长脉冲，无法实现电极损耗低、生产率高的加工。改进改进：在充电回路中加入电感L组成的RLC脉冲电源，电感对脉冲电流具有感抗阻力，起限流作用，且不会引起发热消耗电能，电能利用率可达6080；还可缩短电容充电时间。 第三章第三章 电火花加工电火花加工 闸流管脉冲电源闸流管脉冲电源 是一种特殊的电子管，对其栅极通入脉冲信号时， 控制管子的导通或截止，输出脉冲电流。电源的电参数与加工间隙无关，又称独立式电源。生产率较高，加工稳定，但脉宽较窄，电极损耗较大。 晶体管脉冲电源晶体管脉冲电源是近年来发展的以晶体元件作为开关元件的电火花脉冲电源，输出功率大，电规准调节范围广，电极损耗小，适应于型孔、型腔、磨削等

45、加工。应用越来越广泛。第三章第三章 电火花加工电火花加工目前普及型(经济型)的电火花加工机床采用高低压复合的晶体管脉冲电源。 中、高档机床采用微机数字化控制的脉冲电源，内部存有电规准的数据库，可通过微机设置和调用粗、中、精加工规准参数。第三章第三章 电火花加工电火花加工 自动进给调节系统自动进给调节系统性能直接影响加工稳定性和加工效果，包含伺服进给系统和参数控制系统。 伺服进给系统控制放电间隙的大小。 参数控制系统控制电参数(放电电流、脉宽、脉间等)。第三章第三章 电火花加工电火花加工 伺服）进给系统的作用及要求作用：作用：电极与工件必须保持一定的放电间隙。 工件被蚀除，电极损耗，放电间隙扩大

46、。电极不及时进给补偿，放电过程停止。反之，间隙过小引起短路，电极迅速离开工件，短路消除后再重新调节到适宜间隙。 放电间隙变化范围很小，与加工规准、加工面积、工件蚀除速度等有关，很难靠人工进给，“机动”、等速进给，须采用伺服进给系统。第三章第三章 电火花加工电火花加工电气-液压压式伺服自动进给系统工作原理工作原理是：测量环节从放电间隙检测出电压信号，与给定值比较后输出控制信号，再放大、传输给电-机械转换器，使液压放大器中的喷嘴挡板成比例位移，改变喷嘴的出油量，变化液压缸上下油腔压力差，主轴相应运动，调节放电间隙。10111298713Pt1415161712345 6P01液压箱；2溢流阀；3叶

47、片液压泵；4电动机；5压力表；6滤油器；7节流阀；8喷嘴；9电机械转换器；10动圈；11静圈；12挡板；13压力14液压缸；15活塞；16工具电极；17工件A2A1第三章第三章 电火花加工电火花加工喷嘴挡板式电液压自动调节器工作原理10111298713Pt14151617123456P01液压箱；2溢 流阀；3叶片液压泵 ；4电动机；5压 力表；6滤油器；7节流阀；8喷 嘴；9电机械转换 器；10动圈；11静 圈；12挡板；13压力14液压缸；15活塞；16工具电极 ；17工件A2A1间隙短路间隙短路时，动圈端电压为零，不受电磁力作用，挡板受弹簧力处最高位置，喷嘴与挡板门开口最大，上油腔的压

48、力下降到最小，活塞杆上升。活塞杆上升。间隙开路时间隙开路时，动圈电压最大，挡板被电磁力吸引移到最低位置，喷嘴封闭，上、下油腔压强相等，但下油腔面积小于上油腔，活塞杆下降。活塞杆下降。间隙最佳时间隙最佳时，电动力使挡板处于平衡位置，活塞静止活塞静止。 第三章第三章 电火花加工电火花加工特点特点：1、液压缸、活塞是执行机构，与机床主轴连成一体，传动链短。液体基本不可压缩，因此传动链中无间隙、刚度大、不灵敏区小；2、加工时进给速度很低，正、反向惯性很小，反应迅速，特别适合于电火花加工的低速进给。缺点缺点：漏油、油泵噪声大、占地面积较大。20世纪世纪80年代前得到了广泛的应用年代前得到了广泛的应用10

49、111298713Pt1415161712345 6P01液压箱；2溢流阀；3叶片液压泵；4电动机；5压力表；6滤油器；7节流阀；8喷嘴；9电机械转换器；10动圈；11静圈；12挡板；13压力14液压缸；15活塞；16工具电极；17工件A2A1第三章第三章 电火花加工电火花加工 工作液循环过滤系统工作液循环过滤系统蚀除产物一部分以气态形式抛出，大部分以球状固体微粒分散悬浮在工作液中，直径为几微米。当蚀除产物越来越多，充斥在电极和工件之间，或粘连在电极和工件的表面上形成二次放电。 电蚀产物靠自然扩散、定期抬刀、工具电极附加振动、强迫循环加以排除。第三章第三章 电火花加工电火花加工 循环系统：循环

50、系统：电蚀产物采用强迫循环加以排除，也可带走一部分热量。图图a a、b b为冲油式，较易实现，排屑冲刷能力强，一般常为冲油式，较易实现，排屑冲刷能力强，一般常采用采用图图C C、d d为抽油式，分解出来的气体积聚在抽油回路的死为抽油式，分解出来的气体积聚在抽油回路的死角处，遇电火花爆炸，用得较少，精加工时使用角处，遇电火花爆炸，用得较少，精加工时使用 第三章第三章 电火花加工电火花加工 工作液过滤系统：不使工作液越用越脏，影响加工性能。工作液过滤系统：不使工作液越用越脏，影响加工性能。 （l）自然沉淀法 速度慢，周期长，用于单件小批或精微加工。 （2）介质过滤法 常用黄砂、木屑、棉纱头、过滤纸

51、、硅藻土、活性炭等为过滤介质，过滤纸效率较高，性能较好。 （3）高压静电过滤、离心过滤法 比较复杂，采用较少。第三章第三章 电火花加工电火花加工抬刀：抬起电极以利排屑。抬刀：抬起电极以利排屑。定时定时“抬刀抬刀”： 放电间隙状况良好无需“抬刀”而电极却照样抬起多余多余“拾刀拾刀” 电蚀产物积聚较多急需“拾刀”时而“抬刀”时间未到却不“抬刀”未及时“抬刀”降低加工速度降低加工速度第三章第三章 电火花加工电火花加工目前较先进的电火花机床采用目前较先进的电火花机床采用自适应自适应“抬刀抬刀”： 根据放电间隙的状态，决定是否“拾刀”。 放电间隙状态不好，电蚀产物堆积多，“抬刀”频率自动加快； 放电间隙

52、状态好，电极少抬或不抬。电蚀产物的产生与排除基本保持平衡，避免不必要的电极抬起运动，提高加工速度。第三章第三章 电火花加工电火花加工 数控系统数控系统直线移动的X、Y、Z三个坐标轴系统，还有三个转动的坐标系统，即绕X轴转动的A轴，绕Y轴转动的B轴，绕Z轴转动的C轴。若Z轴可以连续转动但不是数控的，如电火花打孔机，则不能称为C轴，只能称为R轴。根据数控坐标轴的数目，有三轴数控电火花机床、四轴三联动数控电火花机床、四轴联动或五轴联动甚至六轴联动电火花加工机床。三轴数控电火花加工机床的主轴Z和工作台X、Y都是数控的。从数控插补功能上讲，又将这类型机床细分为三轴两联动机床和三轴三联动机床。第三章第三章

53、 电火花加工电火花加工 三轴两联动是指X、Y、Z三轴中，只有两轴(如X、Y轴)能进行插补运算和联动，电极只能在平面内走斜线和圆弧轨迹(电极在Z轴方向只能作伺服进给运动)。三轴三联动系统的电极可在空间作X、Y、Z方向的插补联动(例如可以走空间螺旋线)。四轴三联动数控机床增加了C轴，即主轴可以数控回转和分度。现在部分数控电火花机床还带有工具电极库，在加工中可以根据事先编制好的程序，自动更换电极。第三章第三章 电火花加工电火花加工第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花加工应用电火花加工应用电火花加工主要由三部分组成：准备工作、电火花加电火花加工主要由三部分组成：准备工作、电火花加工、检验工作。工、

54、检验工作。 电火花加工通孔，称为电火花穿孔加工电火花加工通孔，称为电火花穿孔加工 加工盲孔，称为电火花型腔加工加工盲孔，称为电火花型腔加工第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花加工的步骤电火花加工的步骤分析图纸选择加工方法工件准备材料选择去除余量热处理除锈退磁工件装夹通用压板专用夹具电极准备材料选择尺寸设计加工制作电极装夹通用夹具专用夹具校正定位垂直度平行度相互定位加工参数选择电参数非电参数脉冲宽度脉冲间隔峰值电流加工电压加工极性冲油方式冲油压力液面高度加工深度平动量加 工冲油压力调节进给调节规准转换平动量调节检 验加工时间加工精度电极损耗表面粗糙度第三章第三章 电火花加工电火花加工第三章第

55、三章 电火花加工电火花加工第三章第三章 电火花加工电火花加工电火花穿孔成型加工电火花穿孔成型加工第三章第三章 电火花加工电火花加工凹模的尺寸精度靠工具电极凹模的尺寸精度靠工具电极来保证。凹模的尺寸为来保证。凹模的尺寸为L2，工具电极相应的尺寸为工具电极相应的尺寸为L1，单边火花间隙值为单边火花间隙值为SL，则，则 L2=L1+2SL L2L1SL冲模加工冲模加工第三章第三章 电火花加工电火花加工第三章第三章 电火花加工电火花加工1直接法直接法将冲头长度适当增加，先作为电极加工凹模，然后将端部将冲头长度适当增加，先作为电极加工凹模，然后将端部损耗的部分去除直接成为冲头。配合间隙靠调节脉冲参数、控

56、损耗的部分去除直接成为冲头。配合间隙靠调节脉冲参数、控制火花放电间隙来保证。制火花放电间隙来保证。工件(凹模)工具电极(冲头)主轴头(a) 加工前工件(凹模)主轴头(b) 加工后工件(凹模)主轴头(c) 切除损耗部分凸模刃口工具电极(冲头)切除部分工具电极(冲头)凸模刃口第三章第三章 电火花加工电火花加工直接法的直接法的优点优点是：是：(1) 可获得均匀的配合间隙、模具质量高。可获得均匀的配合间隙、模具质量高。(2) 无须另外制作电极。无须另外制作电极。(3) 无须修配工作，生产率较高。无须修配工作，生产率较高。缺点缺点是：是：(1) 电极材料不能自由选择，工具和工件都是磁性材料，易电极材料不

57、能自由选择，工具和工件都是磁性材料，易产生磁性，电蚀的金属屑吸附在放电间隙磁场中形成二次产生磁性，电蚀的金属屑吸附在放电间隙磁场中形成二次放电。放电。(2) 电极和冲头连在一起，尺寸长，磨削困难。电极和冲头连在一起，尺寸长，磨削困难。工件(凹模)工具电极(冲头)主轴头( a ) 加工前工件(凹模)主轴头( b ) 加工后工件(凹模)主轴头( c ) 切除损耗部分凸模刃口工具电极(冲头)切除部分工具电极(冲头)凸模刃口第三章第三章 电火花加工电火花加工2修配冲头法修配冲头法冲头与加工凹模用的电极分开制造，先根据凹模尺寸冲头与加工凹模用的电极分开制造，先根据凹模尺寸设计电极，制造电极，进行凹模加工

58、，再根据间隙要求配设计电极，制造电极，进行凹模加工，再根据间隙要求配制冲头。制冲头。工件(凹模)工具电极主轴头(a) 加工前工件(凹模)工具电极主轴头(b) 加工后工件(凹模)凸模(另制)主轴头(c) 配制凸模第三章第三章 电火花加工电火花加工 修配冲头法的优点是：修配冲头法的优点是：(1) 可以自由选择电极材料，电加工性能好。可以自由选择电极材料，电加工性能好。(2)冲头是根据凹模另行配制，冲头和凹模的配合间隙与放冲头是根据凹模另行配制，冲头和凹模的配合间隙与放电间隙无关。电间隙无关。 缺点：电极与冲头分开制造，配合间隙难以保证均匀。缺点：电极与冲头分开制造，配合间隙难以保证均匀。工件(凹模

59、)工具电极主轴头(a) 加工前工件(凹模)工具电极主轴头(b) 加工后工件(凹模)凸模(另制)主轴头(c) 配制凸模第三章第三章 电火花加工电火花加工 3. 阶梯工具电极加工法阶梯工具电极加工法极为普遍（修配电极法）极为普遍（修配电极法）两种：两种：(1) 加工余量较大加工余量较大 粗加工采用电极损耗小、加工速度高的电规准，完成粗加工采用电极损耗小、加工速度高的电规准，完成后只剩下较小的加工余量后只剩下较小的加工余量(图图a)。精加工用类似于直接法的。精加工用类似于直接法的方法加工，达到凸凹模配合的技术要求方法加工，达到凸凹模配合的技术要求(图图b)。粗加工段精加工段工具电极(冲头)工件(a

60、)精加工段(b )粗加工段工件工具电极(冲头)工件粗加工段(c )精加工段工具电极冲头第三章第三章 电火花加工电火花加工(2) (2) 加工小间隙、无间隙的冷冲模具加工小间隙、无间隙的冷冲模具（修配电极法）（修配电极法） 配合间隙小于最小的放电间隙，将凸模加长，再加工配合间隙小于最小的放电间隙，将凸模加长，再加工或腐蚀成阶梯状或腐蚀成阶梯状 ( (图图c)c)。粗加工段精加工段工具电极(冲头)工件( a )精加工段( b )粗加工段工件工具电极(冲头)工件粗加工段( c )精加工段工具电极冲头阶梯形的工具电极可以由直柄阶梯形的工具电极可以由直柄形的工具电极用形的工具电极用“王水王水”酸洗、酸洗