第三讲电火花加工

第三讲电火花加工第一页，共四十页，编辑于2023年，星期四电火花加工的原理利用工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电，产生瞬时高温，工件材料被熔化和气化。同时，该处绝缘液体也被局部加热，急速气化，体积发生膨胀，随之产生很高的压力。在这种高压作用下，已经熔化、气化的材料就从工件的表面迅速被除去。其加工原理如图所示。第二页，共四十页，编辑于2023年，星期四a)加工原理示意图b)、c)加工表面局部放大图1——工件2——脉冲电源3——自动进给调节装置4——工具5——工作液6——过滤器7——工作液泵8——被蚀除的材料第三页，共四十页，编辑于2023年，星期四工具和工件与电源的两极相接，均浸在有一定绝缘度的流体介质（通常用煤油或矿物油）中。

脉冲电压加到两极之间，在工具电极向工件电极运动中，将极间最近点的液体介质击穿，形成火花放电。由于放电通道截面积很小，通道中的瞬时高温使材料熔化和气化。单个脉冲能使工件表面形成微小凹坑，而无数个脉冲的积累将工件上的高点逐渐熔蚀。随着工具电极不断地向工件作进给运动，工具电极的形状便被复制在工件上。

加工过程中所产生的金属微粒，则被流动的工作液流带走。同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上形成一定的工具损耗。第四页，共四十页，编辑于2023年，星期四4个阶段：1）介质电离、击穿，形成放电通道；2）火花放电产生熔化、气化、热膨胀；3）抛出蚀除物；4）间隙介质消电离（恢复绝缘状态）。

第五页，共四十页，编辑于2023年，星期四电火花加工的实现条件：1、工具电极和工件电极之间必须保持一定的间隙；2、必须采用脉冲电源、脉冲放电需要重复多次进行、放电通道具有很大的电流密度；3、两极之间应冲入介质，火花放电在绝缘介质中进行；4、放电应是短时间的脉冲放电；5、电蚀产物应能及时排出至放电间隙外。第六页，共四十页，编辑于2023年，星期四脉冲电源电压波形第七页，共四十页，编辑于2023年，星期四电极材料——要求导电，损耗小，易加工；常用材料：紫铜、石墨、铸铁、钢、黄铜等，其中石墨最常用。铜：制成各种精密复杂电极，可用于中小型腔加工钨、钼：熔点和沸点较高、损耗少，但其机械加工性能不好，价格较贵，一般仅用于线切割。石墨：用于型腔加工铜碳、铜钨和银钨合金等合金材料：导热性好，熔点高，电极损耗少，价格较贵、制造成型困难，通常只用于精密电火花加工。工作要素第八页，共四十页，编辑于2023年，星期四工作液——主要功能压缩放电通道区域，提高放电能量密度，加速蚀物排出；常用工作液有煤油、机油、去离子水、乳化液等。放电间隙——合理的间隙是保证火花放电的必要条件。为保持适当的放电间隙，在加工过程中，需采用自动调节器控制机床进给系统，并带动工具电极缓慢向工件进给。脉冲宽度与间隔——影响加工速度、表面粗糙度、电极消耗和表面组织等。脉冲频率高、持续时间短，则每个脉冲去除金属量少，表面粗糙度值小，但加工速度低。通常放电持续时间在2μs至2ms范围内，各个脉冲的能量2mJ到20J（电流为400A时）之间。第九页，共四十页，编辑于2023年，星期四电火花加工的特点1、可加工任何高强度、高硬度、高韧性、高熔点的

难切削加工的导电材料，不受被加工材料的物理

机械性能影响。2、工具的硬度可以低于被加工材料的硬度。3、加工时无显著机械切削力，工具电极并不回转，

有利于小孔、窄槽、型孔、曲线孔及薄壁零件加

工，也适合于精密细微加工。第十页，共四十页，编辑于2023年，星期四4、脉冲参数可任意调节，加工中只要更换工具电极

或采用阶梯形工具电极就可以在同一机床上连续

进行粗、半精和精加工。5、通常效率低于切削加工，可先用切削加工粗加

工，再用电火花精加工。6、放电过程中有一部分能量消耗于工具电极而导致

电极消耗，对成形精度有一定影响。第十一页，共四十页，编辑于2023年，星期四电火花加工的用途及分类主要用来解决难切削加工及复杂形状工件的加工。可分为电火花穿孔成型加工、电火花线切割、电火花磨削和镗削、电火花表面强化与刻字等。第十二页，共四十页，编辑于2023年，星期四1.加工速度和工具损耗速度

当电火花加工时，工具和工件（正、负极）同时遭到不同程度的电蚀，单位时间内工件的电蚀量称为加工速度，即生产率；单位时间内工具的电蚀量称为损耗速度，它们是一个问题的两个方面。电火花加工的基本工艺规律第十三页，共四十页，编辑于2023年，星期四(1)加工速度

一般采用体积加工速度来表示，有时也用质量加工速度来表示，以方便测量正负极的蚀除速度与单个脉冲能量、脉冲频率成正比。第十四页，共四十页，编辑于2023年，星期四qp--正极的总蚀除量；kp--工艺系数（与电极材料、脉冲参数和工作液有关）；wM--单个脉冲能量；f--脉冲频率；t--加工时间；vp--正极蚀除速度。φ——有效脉冲利用率，%；第十五页，共四十页，编辑于2023年，星期四提高加工速度途径

１）提高脉冲频率：缩小脉冲停歇时间或压窄脉冲宽度。２）增加单个脉冲能量：加大脉冲电流或增加脉冲宽度，但会影响表面质量和加工精度，通常只用于粗、半精加工之中。３）提高工艺参数：如合理选用电极材料、工作液及放电参数，改善工作液循环过滤方式等，来有效地提高脉冲利用率，以达到提高工艺参数的目的。４）正确选择工件的极性：窄脉冲加工选用正极性加工（工件接脉冲电源的正极），而采用宽脉冲加工时，采用负极性加工（工件接电源的负极）。第十六页，共四十页，编辑于2023年，星期四

加工中衡量工具电极是否耐损耗，不仅要看工具损耗速度，还要看同时能达到的加工速度，所以采用相对损耗（损耗比）作为衡量工具电极耐损耗之指标。100%(2)工具的相对损耗第十七页，共四十页，编辑于2023年，星期四1)极性效应2)覆盖效应3)传热效应4)吸附效应5)选择合适的工具电极材料第十八页，共四十页，编辑于2023年，星期四影响加工精度的主要因素提问：影响普通切削加工精度的因素有哪些？（工件的安装误差、机床的几何精度、工具误差、机床振动、热等）放电间隙的大小和一致性(2)工具电极的损耗及“二次放电”第十九页，共四十页，编辑于2023年，星期四加工斜度的产生

尖角变圆现象a)加工外表面b)加工内表面1-工件电极2-工具电极第二十页，共四十页，编辑于2023年，星期四3.影响表面质量的因素

电火花加工的表面质量主要包括三个方面：(1)表面粗糙度

影响表面粗糙度的主要因素：单个脉冲能量、工具电极表面的粗糙度值、电极丝的抖动、冷却液供应、排屑情况、进给速度等。第二十一页，共四十页，编辑于2023年，星期四放电痕剖面显示的表面变质层(2)表面变质层第二十二页，共四十页，编辑于2023年，星期四(3)表面力学性能

应力：电火花加工后的工件表面易形成残余应力，且大多为拉应力。

硬度：一般来说，电火花加工表面最外层的硬度比较高，耐磨性好。

耐疲劳性能：采用回火、喷丸处理来降低残余应力或者使残余拉应力转变为压应力。第二十三页，共四十页，编辑于2023年，星期四1.穿孔加工

常指贯通的等截面或变截面的二维型孔的电火花加工。弯孔异形孔方槽

圆孔电火花加工的应用范围第二十四页，共四十页，编辑于2023年，星期四电火花小孔加工电火花主要应用在直径为0.3～3mm的高速小孔的加工，可避免小直径钻头（d≤1mm）易折断问题。还适用于斜面和曲面上加工小孔，并可达较高尺寸精度和形状精度。在加工时可采用管状电极，内通高压工作液，工具电极在回转的同时又作轴向进给运动，速度可达60mm/min。第二十五页，共四十页，编辑于2023年，星期四穿孔加工的尺寸精度主要取决于工具电极的尺寸和放电间隙。工具电极的截面轮廓尺寸要比预定加工的型孔尺寸均匀地缩小一个加工间隙，其尺寸精度要比工件高一级，表面粗糙度应比工件的小。一般电火花加工后尺寸公差可达IT7级，表面粗糙度Ra值1.25。第二十六页，共四十页，编辑于2023年，星期四电火花加工较大孔时，一般先预制孔，留合适余量（单边余量为0.5～1mm左右），余量太大，生产率低，电火花加工时不好定位。第二十七页，共四十页，编辑于2023年，星期四细微孔：直径小于0.2mm的孔。国外目前可加工出直径为0.015mm的细微孔。在我国一般可加工出深径比为10，直径为0.05mm的细微孔。但加工细微孔的效率较低，因为工具电极制造困难，排屑也困难，单个脉冲的放电能量须有特殊的脉冲电源控制，对伺服进给系统要求更严。第二十八页，共四十页，编辑于2023年，星期四2.电火花型腔加工电火花型腔加工a)普通工作电极b)工具电极开有冲油孔第二十九页，共四十页，编辑于2023年，星期四型腔多为盲孔加工，且形状复杂，致使工作液难以循环，排出蚀除渣困难，因此比穿孔加工困难。为了改善加工条件，有时在工具电极中间开有冲油孔，以便冷却和排出加工产物。

第三十页，共四十页，编辑于2023年，星期四3.电火花磨削和镗削加工Dk6825数控旋转电火花机床加工范围磨削各种工件，如小孔、深孔、内圆、外圆、平面等磨削和成型磨削。第三十一页，共四十页，编辑于2023年，星期四电火花镗磨第三十二页，共四十页，编辑于2023年，星期四4.电火花线切割加工电火花线切割加工原理图1-储丝筒2-工作台驱动电机3-导轮4-电极丝5-工件6-脉冲电源第三十三页，共四十页，编辑于2023年，星期四

与成型穿孔加工比较，有如下特点：1)由于加工表面的轮廓是由CNC控制的复合运动所获得，所以可切割复杂表面。2)可加工细微的几何形状，切缝和很小的内角半径。3)无需特定形状的工具电极，降低、节约生产成本及准备工时。4)在电参数相同情况下，比穿孔加工生产率高，自动化程度高，操作使用方便。第三十四页，共四十页，编辑于2023年，星期四5)加工同样的工件，其总蚀除量少，材料利用率高，对加工贵重金属有着重要意义。6)线切割的缺点是不能加工盲孔类零件和阶梯成形表面。第三十五页，共四十页，编辑于2023年，星期四电火花线切割加工是在电火花加工基础上发展起来的一种加工工艺（简称WEDM）。其工具电极为金属丝（钼丝或铜丝），在金属丝与工件间施加脉冲电压，利用脉冲放电对工件进行切割加工，因而也称线切割。1.电火花线切割加工的原理电火花线切割加工的电蚀原理与电火花加工的原理相同，其加工原理如图所示。电火花线切割加工的基本设备是数控电火花切割机，它由床身部分、坐标工作台部分（一般均采用十字和滚动导轨、滚动丝杠）、走丝机构和锥度切割装置等主要部件组成。

第三十六页，共四十页，编辑于2023年，星期四电火花线切割加工：用连续移动的钼丝（或铜丝）作工具阴极，工件为阳极。机床工作台带动工件在水平面内作两个方向移动，可切割出二维图形（图7-65）。同时，丝架可作小角度摆动，可切割出斜面。图7-65电火花线切割原理图XY储丝筒导轮电极丝工件Ral第三十七页，共四十页，编辑于2023年，星期四电火花线切割机床图7-66电火花线切割加工加工过程显示第三十八页，共四十页，编辑于2023年，星期四我国：高速往复走丝方式，一般走丝速度为8～10m/s，国外：慢速单向走丝方式，通常走丝速度低于0.2m/s。线切割机床普遍采用计算机数字控制（CNC）装置。第三十