概述电火花的加工

第七章特种加工§7-1概述§7-2电火花加工§7-3电解加工§7-4超声加工§7-5激光加工§7-6其他特种加工§7-1概述4特种加工的产生、发展的前提条件要解决机械制造部门面临的一系列工艺问题，仅仅依靠传统的切削加工方法很难实现，甚至根本无法实现，人们相继探索研究新的加工方法，特种加工因此而产生5特种加工的特点（1）不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量去除金属材料；（2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度，即能做到“以柔克刚”；（3）加工过程中工具和工件之间不存在显着的机械切削力；特种加工与传统切削加工的不同点1）主要依靠机械能以外的能量(如电、化学、光、声、热等)去除材料；多数属于“熔溶加工”的范畴。2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度，即能做到“以柔克刚”；3）加工过程中工具和工件之间不存在显着的机械切削力；4）主运动的速度一般都较低；理论上，某些方法可能成为“纳米加工”的重要手段；5）加工后的表面边缘无毛刺残留。微观形貌“圆滑”；我国特种加工技术的发展历程1、20世纪50年代中期，电火花穿孔机床、电火花表面强化机研制成功2、20世纪50年代末，营口电火花机床厂开始成批生产电火花强化机、电火花机床3、1979年我国成立了全国性的电加工学会4、1981年我国高校间成立了特种加工教学研究会5、1997年批量生产特种加工方法能量来源及形式作用原理英文缩写电火花加工电火花成型加工电能、热能熔化气化EDM电火花线切割加工电能、热能熔化气化WEDM电化学加工

电解加工电化学金属离子阳极溶解ECM（ELM）电解磨削电化学、机械能阳极溶解、磨削EGM（ECG）电解研磨电化学、机械能阳极溶解、研磨ECH电铸电化学能金属离子阴极沉淀EFM涂镀电化学能金属离子阴极沉淀EPM二、特种加工的分类特种加工方法能量来源及形式作用原理英文缩写

激光加工激光切割、打孔光能、热能熔化、气化LBM激光打标记光能、热能熔化、气化LBM激光处理表面改性光能、热能熔化、相变LBT电子束加工切割、打孔、焊接电能、热能熔化、气化EBM离子束加工蚀刻、注入、镀覆电能、动能原子撞击IBM等离子弧加工切割、喷镀电能、热能熔化、气化（涂覆）PAM特种加工的分类续表一特种加工方法能量来源及形式作用原理英文缩写超声加工

切割、打孔、雕刻声能、机械能磨料高频撞击USM化学加工化学铣削化学能腐蚀CHM化学抛光化学能腐蚀CHP光刻光、化学能光、化学腐蚀PCM快速成形液相固化法光、化学能增材法加工SL粉末烧结法SLS纸片叠层法光、机械能电、热、机械能LOM熔丝堆积法FDM加工方法可加工的材料工具损耗率(％)金属去除率/mm3min-1

尺寸精度/mm

表面粗糙度Ra/µm主要适用范围最低／平均最低／平均最低／平均最低／平均电火花加工任何导电的金属材，如硬质合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢等1／5030／30000.05／0.00510／0.16各种冲、压、锻模及三维成型曲面的加工电火花线切割极小(可补偿)

5／200.02／0.0055／0.63各种冲模及二维曲面的成型截割常用特种加工方法的综合比较(1)加工方法可加工的材料工具损耗率(％)金属去除率/mm3min-1

尺寸精度/mm

表面粗糙度Ra/µm主要适用范围最低／平均最低／平均最低／平均最低／平均电解加工任何导电的金属材，如硬质合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢等不损耗100／100000.1／0.011.25／0.16从细小零件到1t超大型工件电解磨削1/501／1000.02／0.0011.25／0.04硬质合金等难加工材料的磨削常用特种加工方法的综合比较(2)加工方法可加工的材料工具损耗率(％)金属去除率/mm3min-1

尺寸精度/mm

表面粗糙度Ra/µm主要适用范围最低／平均最低／平均最低／平均最低／平均超声加工任何脆性材料0.1/101／500.03／0.0050.63／0.16从细小零件到1t超大型工件激光加工任何材料不损耗瞬时去除率很高,平均去除率不高0.01／0.00110／1.25精密加工小孔、窄缝及成形切割、刻蚀常用特种加工方法的综合比较(3)加工方法可加工的材料工具损耗率(％)金属去除率/mm3min-1

尺寸精度/mm

表面粗糙度Ra/µm主要适用范围最低／平均最低／平均最低／平均最低／平均电子束加工任何材料不损耗瞬时去除率很高,平均去除率不高0.03／0.0050.63／0.16在各种难加工材料上打微孔、切缝、蚀刻、暴光、焊接离子束加工很低/0.01微米/0.01对零件表面进行超精密、超微量加工、抛光、蚀刻、搀杂、镀覆常用特种加工方法的综合比较(4)加工方法可加工的材料工具损耗率(％)金属去除率/mm3min-1

尺寸精度/mm

表面粗糙度Ra/µm主要适用范围最低／平均最低／平均最低／平均最低／平均水射流切割钢铁、石材不损耗＞3000.2／0.120／5在各种难加工材料上打微孔、切缝、蚀刻、暴光、焊接快速成形

增材加工,无可比性0.3/0.110/5对零件表面进行超精密、超微量加工、抛光、蚀刻、搀杂、镀覆常用特种加工方法的综合比较(6)三、特种加工对机械制造工艺技术产生的影响一、提高了材料的可加工性材料的可加工性不在与硬度、强度、韧性、脆性等成直接关系，对电火花、线切割加工而言，淬火钢比未淬火钢更易加工。特种加工方法使材料的可加工范围从普通材料发展到硬质合金、超硬材料和特殊材料。二、改变了零件的典型工艺路线以前的典型工艺路线是先加工后淬火，特种加工的工艺路线是先淬火后加工三、改变了试制新产品的模式特种加工可以直接加工出各种标准和非标准件，各种特殊、复杂的二次曲面体零件，省去设计制造相应刀具、夹具、量具、模具、工装，大大缩短了试制周期。快速成型技术，成为试制新产品的必要也是重要手段。四、特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响各种复杂冲模过去采用拼镶结构,有了特种加工可以作成整体结构花键的齿根加工,用拉削方法时,刀齿只能是清棱清角的齿根,电解加工时,非采用小圆角的齿根不可五、重新衡量传统的结构工艺性的好坏过去认为工艺性很坏的小孔、窄缝等，因为有了特种加工方法，现代产品结构中可以大量采用六、特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段§7-2电火花加工电火花加工又称放电加工、电蚀加工(E1ectro－DischargeMachining，简称EDM)，是一种利用脉冲放电产生的热能进行加工的方法。一、电火花加工的原理及特点2）可以加工特殊及复杂形状的零件由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工等。数控技术电火花加工可以简单形状的电极加工复杂形状零件。⑴电火花加工的优点1）适合于难切削材料的加工可以突破传统切削加工对刀具的限制，实现用软的工具加工硬韧的工件，甚至可以加工象聚晶金刚石、立方氮化硼一类超硬材料。目前电极材料多采用紫铜或石墨，因此工具电极较容易加工。3）主要用于加工金属等导电材料，一定条件下也可以加工半导体和非导体材料。4）加工表面微观形貌圆滑，工件的棱边、尖角处无毛刺、塌边；5）工艺灵活性大，本身有“正极性加工”（工件接电源正极）和“负极性加工”（工件接电源负极）加工之分；还可与其他工艺结合，形成复合加工，如与电解加工复合；⑵电火花加工的局限性1）一般加工速度较慢安排工艺时可采用机械加工去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率。最近新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率甚至高于切削加工。2）存在电极损耗和二次放电电极损耗多集中在尖角或底面，最近的机床产品已能将电极相对损耗比降至0.1％，甚至更小；电蚀产物在排除过程中与工具电极距离太小时会引起二次放电，形成加工斜度，影响成型精度。二次放电甚至会使得加工无法继续。3)主要用于加工金属等金属材料,一定条件下才可以加工半导体和非导体材料电火花加工的基本规律(一)加工精度的规律影响因素1、火花放电间隙的大小及其一致性2、工具电极加工损耗大小及其稳定性3、机床的精度和刚度，工具电极的制造精度安装精度（二）表面质量的规律1、表面粗糙度2、表面变质层（1）融化层（2）热影响层（3）显微裂纹3、表面力学性能显微硬度及耐磨性，残余应力，耐疲劳性三、工具电极损耗的规律1、极性效应概念由于正负极性不同而电蚀量不一样的现象叫极性效应原因解释电子的质量和惯性均小，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，把能量传递给阳极，使电极材料迅速熔化和汽化；而正离子质量和惯性较大，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阴极表面，因而材料融化较少2、电参数对电蚀量的影响单个脉冲的蚀除量与单个脉冲能量在一定范围内成正比关系3、金属材料热学性能对电蚀量的影响当脉冲放电能量相同时，金属的熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热愈高，电蚀量将减少，愈难加工，生产率也愈低4、工作液对电蚀量的影响四、电火花线切割加工1．工作原理电火花线切割加工是通过电极和工件之间脉冲放电时的电腐蚀作用，对工件进行加工的一种方