《特种加工》全册配套完整教学课件.pptx

1、特种加工全册配套特种加工全册配套完整教学课件完整教学课件第一章 概论第一节 特种加工的产生及发展n传统的机械加工？车、磨、刨、铣、镗、钻 n由来已久，贡献巨大工具的加工蒸汽机汽缸镗床，18世纪70年代n第一次产业革命进步=需求牵引+技术推动第一次产业革命第二次世界大战：n传统的机械加工n150年n无迫切需求，也无发展特种加工的充分条件n特种加工的产生：新技术推动：1943年：前苏联，拉扎林柯夫妇，开关触点，电火花放电腐蚀，发明了电火花加工方法，铜丝在淬火钢表面加工出小孔，“以柔克刚”。国防需求：二战后，尖端科技产品高速发展n具体需求：解决难切削材料的加工问题：硬质合金、金刚石、不锈钢等高硬度、

2、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料。解决各种特殊复杂表面的加工问题：汽轮机叶片、整体涡轮、炮管膛线、模具等。各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题：陀螺仪、伺服阀，细长轴等低刚度零件传统的机械加工很难，甚至根本无法实现n具体需求：解决难切削材料的加工问题：硬质合金、金刚石、不锈钢等高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料。解决各种特殊复杂表面的加工问题：汽轮机叶片、整体涡轮、炮管膛线、模具等。各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题：陀螺仪、伺服阀，细长轴等低刚度零件传统的机械加工很难，甚至根本无法实现传统的机械加工很难，甚至根本无法实现n切削加工的本质：硬工具-加工软

3、材料靠机械能切割n探索：软工件-加工硬材料其它能量来源：力力、热、声、光、电、电化学、热、声、光、电、电化学、化学化学无显著的机械切削力特种加工的特征特种加工的发展第二节 特种加工的分类分类依据：能量来源及形式作用原理力热声光电化学电化学熔化、气化、相变阳极溶解、阴极沉积磨削、研磨原子撞击、磨料高频撞击腐蚀、光化学腐蚀n快速成形加工n液体中放电成形加工n电磁成形加工n爆炸成形加工第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响n（1）提高了材料的可加工性n（2）改变了零件的典型工艺路线n（3）改变了试制新产品的模式n（4）对新产品零件的结构设计带来很大的影响n（5）对传统的结构工艺性的好坏，

4、需要重新衡量n（6）成为微细加工和纳米加工的主要手段1. 如何在淬火钢上加工一个直径为6mm，深为10mm的定位销孔？2. 如何在厚12mm的硬质合金板上加工一个四方形或六角形的型孔？3. 如何在中碳钢的气动、液压元件上加工一个直径为1.0mm，深为100mm的小孔？4. 有哪些方法可以在0.2mm厚不锈钢板上加工出一排20 个直径为(0.10.03)mm的小孔？5. 有哪些方法可以在0.1mm厚的钨箔上加工出直径为(0.050.002)mm的微孔？ 谢谢！第二章第二章 电火花加工电火花加工 2017.春季材料2014概念概念n电火花加工：英美日：n放电加工 nElectrical disch

5、arge Machining, EDM前苏联：n电蚀加工nElectroerosion Machining,现象原因结果第一节第一节 电火花加工的基本原理及其分类电火花加工的基本原理及其分类 第二节第二节 电火花加工的机理电火花加工的机理 第三节第三节 电火花加工中的一些基本规律电火花加工中的一些基本规律 第四节第四节 电火花加工的自动进给调节系统电火花加工的自动进给调节系统第五节第五节 电火花加工机床电火花加工机床第六节第六节 电火花成形加工电火花成形加工目录第一节第一节 电火花加工的电火花加工的基本原理及其分类基本原理及其分类返回返回 电火花加工的原理电火花加工的原理: :基于工具和工件（

6、正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。 一、一、电火花加工的原理电火花加工的原理 电火花腐蚀的主要电火花腐蚀的主要原因原因： 电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。 （3）火花放电必须是瞬时的脉冲性放电.电火花加工必须采用脉冲电源。如右图所示： 图 4-1 脉冲电源电压波形（2）绝缘性介质: 三个作用 对导电材料进行加工 液体介质； 材料表面强化 气体介质。 利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工应具备的条件： （1） 放电间隙：随加工条件而定，通

7、常约为几mm至几百mm。 图 4-2 电火花加工原理示意图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 图图 4-2 4-2 电火花加工原理示意图电火花加工原理示意图工件1与工具4分别与脉冲电源2的两输出端相联接。 自动进给调节装置控制工具电极间隙图4.3 电火花加工表面局部放大图1凹坑 2凸边重复上述过程，完成加工过程左图表示单个脉冲放电后的电蚀坑 右图表示多次脉冲放电后的电极表面 这样以相当高的频率，连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可将工具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件，整个加工表面将由无数个小凹坑所组成。 间隙最小处或绝缘强度最低

8、处脉冲电压击穿介质瞬时高温材料蚀除二、电火花加工的特点及其应用1、主要优点（1）适合于难切削导电材料的加工手段：电热作用取决于：导电性及热学性质无关：强度硬度工具电极：一般为Cu，易于加工（2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件n2、局限性n（1）金属材料，也可加工半导体和非导体材料n（2）一般加工速度较慢n（3）存在电极损耗n三、电火花加工工艺方法分类：六大类电火花穿孔成形加工：30%电火花磨削和镗磨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与刻字等电火花线切割：60%电火花成形加工第二节第二节 电火花加工的机理电火花加工的机理 返回返回1 1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道

9、、极间介质的电离、击穿，形成放电通道 也就是电火花加工的物理本质。这一过程大致可分为以下四个连续的阶段： 图 4-4 极间放电电压和电流波形a）电压波形 b）电流波形液体介质中杂质，自由电子，使介质呈现一定的电导率，使极间电场更不均匀。 产生场致发射。带电粒子雪崩式增多，使介质击穿而形成放电通道 。电火花加工的机理电火花加工的机理 脉冲电压dE=U/dE 105V/mm+阴极阳极图 4-4 极间放电电压和电流波形a）电压波形 b）电流波形雪崩电离建立放电通道小于0.1s间隙电阻绝缘几分之一欧姆间隙电流几安几百安间隙电压电压击穿电压火花维持电压25V热效应负电粒子等离子体高达10000C以上正离

10、子中性粒子高速运动相互碰撞图 4-4 极间放电电压和电流波形a）电压波形 b）电流波形热效应磁压缩效应放电通道气化形成的气体强烈的冲击波通道结构一般认为是单通道 高温的形成：极间介质一旦被击穿、电离、形成放电通道后，脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极，正离子奔向负极。电能变成动能，动能通过碰撞又转变为热能。于是在通道内，正极和负极表面分别成为瞬时热源，分别可达5000以上的温度。 2 2、能量的转换、能量的转换介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀 分解及气化：首先把工作液介质气化，进而热裂分解气化（煤油等裂解为 H2、C2H2、CH4、C2H4和游离碳等，水

11、基工作液则热分解为 H2、O2 的分子甚至原子等）。也使金属材料熔化、直至沸腾气化。 膨胀：气化后的工作液和金属蒸气，瞬时间体积猛增，迅速热膨胀，就像火药爆炸。见到小气泡，工作液逐渐变黑，听到轻微而清脆的爆炸声。 3 3、蚀除产物的抛出、蚀除产物的抛出 气泡上下、内外的瞬时压力并不相等，压力高处的熔融金属液体和蒸气，就被排挤、抛出而进入工作液中。 当放电结束后，气泡温度不再升高，但由于液体介质惯性作用使气泡继续扩展，致使气泡内压力急剧降低，甚至降到大气压以下，形成局部真空，使在高压下溶解在熔化和过热材料中的气体析出，再加上材料本身在低压下再沸腾的特性。由于压力的骤降，使熔融金属材料及其蒸气从小

12、坑中再次爆沸飞溅而被抛出。 如何抛出：被抛出的金属高温熔滴、小屑-桔红色甚至蓝白色的火花四溅电加工产物：显微镜游离碳粒大小不等的铜和钢的球状颗粒钢包铜、铜包钢空心球状电极表面:钢上粘有铜，铜上粘有钢的痕迹游离碳粒这种互相飞溅、镀覆以及吸附的现象，在某些条件下可以用来减少或补偿工具电极在加工过程中的损耗。 实际上熔化和气化了的金属在抛离电极表面时，向四处飞溅，除绝大部分抛入工作液中收缩成小颗粒外，有一小部分飞溅、镀覆、吸附在对面的电极表面上。由于表面张力和内聚力的作用，使抛出的材料具有最小的表面积，冷凝时凝聚成细小的圆球颗粒。抛出物形态：熔融材料抛出后，在电极表面形成单个脉冲的放电痕。熔化区未被

13、抛出的材料冷凝后残留在电极表面，形成熔化凝固层，在四周形成稍凸起的翻边。熔化凝固层下面是热影响层，再往下才是无变化的材料基体。 总之，材料的抛出是热爆炸力、电动力、流体动力等综合作用的结果， 对这一复杂的抛出机理的认识还在不断深化中。 注意：注意： 正极、负极分别受电子、正离子撞击的能量、热量不同；不同电极材料的熔点、气化点不同；脉冲宽度、脉冲电流大小不同，正、负电极上被抛出材料的数量也不会相同目前还无法定量计算。 图 4-6 单个脉冲放电痕剖面放大示意图1无变化区 2热影响层 3翻边凸起 4放电通道 5气化区 6熔化区 7熔化凝固层抛出后的残余表面形态：4 4、极间介质的消电离、极间介质的消

14、电离 间隔时间短：间隔时间短：1.消电离不充分 2.积碳 随着脉冲电压的下降，脉冲电流也迅速降为零，图4-4中45段，标志着一次脉冲放电结束。间隔时间，使间隙介质消电离：放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度作用三原则 图 4-4 极间放电电压和电流波形a）电压波形 b）电流波形第三节第三节 电火花加工中的一些基本电火花加工中的一些基本规律规律 返回返回返回返回一、影响材料放电腐蚀的主要因素一、影响材料放电腐蚀的主要因素 1 1极性效应极性效应 极性效应定义：单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象。 “正极性”加工；“负极性”加工。极性效应极性效应原因

15、原因： 在火花放电过程中，正、负电极表面分别受到，在两极表面所分配到的能量不一样，因而熔化、气化抛出的电蚀量也不一样。 窄脉冲加工：电子的撞击作用大于离子的撞击作用，正极的蚀除速度大于负极的蚀除速度，这时工件应接正极。 长脉冲加工：负极性加工离子数将随放电时间的延长而增多；由于正离子的质量大，对负极表面的撞击破坏作用强，正离子到达负极后与电子结合释放位能 因此因此, ,当采用当采用精加工精加工时，应选用时，应选用例如：纯铜电极加工钢时，例如：纯铜电极加工钢时，t ti i10 80 80s s极性效应愈显著愈好极性效应愈显著愈好当用交变的脉冲电流交变的脉冲电流加工时，单个脉冲的极性效应便相互抵

16、消极性效应便相互抵消，增加了工具的损耗。电火花加工一般都采用单向脉冲电源单向脉冲电源。 正的电极表面能吸附工作液中分解游离出来的碳微粒碳微粒，形成碳黑膜碳黑膜（覆盖层）减小电极损耗减小电极损耗。 得到较得到较和较和较： 2 2电参数电参数 电参数:电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te峰值电流 、峰值电压脉冲间隔to、脉冲频率极性等eiu 式中:q 在t时间内的总蚀除量；v 蚀除速度,亦即工件生产率或工具损耗速度；t 加工时间；K 与电极材料、脉冲参数、工作液等有关的工艺系数；WM单个脉冲能量； 脉冲频率；有效脉冲利用率。 fKWtqvtfKWqMM单个脉冲的蚀除量与单个脉冲能量 在一定范围内成正

17、比的关系。正极或负极都存在蚀除量单个脉冲能量单个脉冲放电所释放的能量单个脉冲放电所释放的能量取决于极间放电电压、放电电流和放电持续时间: 在通常的晶体管脉冲电源中，脉冲电流近似近似地为一矩形波矩形波，故当纯铜电极加工钢时的单个脉冲能量为: dttituWet)()(0M式中WM单个脉冲放电能量te单个脉冲实际放电时间 放电间隙中随时间而变化的电压 放电间隙中随时间而变化的电流)(tu)(tiWM （2025）eiet式中: 脉冲电流幅值； 电流脉宽。 eiet单脉冲能量提高电蚀量和生产率的提高电蚀量和生产率的参数途径在于：参数途径在于： 提高脉冲，增加单个脉冲或者说增加（对矩形脉冲即为峰值电流

18、）和； 减小脉冲并提高有关的工艺参数。 在实际生产时到这些因素之间的相互关系和对其它工艺指标的影响，例如脉冲间隔时间过短，将产生电弧放电；随着单个脉冲能量的增加，加工表面粗糙度值也随之增大等等。 热学常数：熔点、沸点（气化点）、热导率、比热容、熔化热、气化热等。常见材料的热学常数可查相应手册。 3 3金属材料热学常数金属材料热学常数 每次脉冲放电正、负电极放电点所获得的热能的分配：热传导散失到电极其它部分和工作液中外其余部分将依次消耗在： 使局部金属材料温度升高直至达到熔点-比热容； 熔化-熔化热； 使熔化的金属液体继续升温至沸点-比热容； 使熔融金属气化-气化热； 使金属蒸气继续加热成过热蒸

19、气-比热容。 音频信号音频信号当脉冲放电能量相同时，金属的熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热愈高，电蚀量将愈少，愈难加工电蚀量将愈少，愈难加工； 热导率热导率较大的金属，会将瞬时产生的热量传导散失到其它部位，因而降低低了本身的蚀除量蚀除量。 当单个脉冲能量一定时，脉冲电流幅值愈小电流幅值愈小，脉冲宽度愈长宽度愈长，散失的热量也愈多，从而使电蚀量减少电蚀量减少； 若脉冲宽度愈短宽度愈短，脉冲电流幅值愈大电流幅值愈大，由于热量过于集中而来不及传导扩散，虽使散失的热量减少，但抛出的金属中气化部分比例增大，多耗用了气化热多耗用了气化热，电蚀量也会降低电蚀量也会降低。

20、因此，电极的蚀除量蚀除量与电极材料的热导率热导率以及其它热学常数其它热学常数、放电持续时放电持续时间间、单个脉冲能量单个脉冲能量等有密切关系。 提高电蚀量和生产率的提高电蚀量和生产率的参数途径在于：参数途径在于： 电火花加工，一般在液体介质液体介质中进行，介质面通常高出高出加工工件几十毫米几十毫米。液体介质通常叫工作液工作液，工作液的作用作用是： 4 4工作液工作液 形成火花击穿放电通道击穿放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态绝缘状态； 帮助电蚀产物的抛出抛出和排除； 对工具和工件具有冷却冷却作用。 对放电通道产生压缩压缩作用； 目前工作液有3种: 第一种：有机化合物有机化合物常用

21、第二种：乳化液乳化液乳化液的优点是成本低, 配置简便, 也有补偿工具电极损耗的作用, 且不腐蚀机床和零件。乳化液多用于电火花线切割加工电火花线切割加工。 第三种：水水水的优点是流动性好、散热性好, 不易起弧, 不燃、无味和价格低廉。 工作液性能对加工质量加工质量的。介电性能好、密度和粘度大有利于:压缩压缩放电通道，提高放电的能量密度能量密度，强化电蚀产物的抛出效应抛出效应，不利于:电蚀产物的排出排出，影响正常放电。 工作液选择工作液选择: :粗加工粗加工：选用介电性能好、粘度较大的全损耗系统用油（即机油机油），且全损耗系统用油的燃点较高，大能量加工时着火燃烧的可能性小； 在中、精加工中、精加工

22、：一般均选用粘度小、流动性好、渗透性好的煤油煤油作为工作液。 由于油类油类工作液有味、容易燃烧，尤其在大能量粗加工时工作液高温分解产生的烟气很大，故寻找一种像水那样的流动性好、不产生碳黑、不燃烧、无色无味、价廉的工作液介质一直是努力的目标。 水基工作液水基工作液就是其中研究、应用的一种。5 5其它因素其它因素 电火花加工过程中电极材料瞬时熔化或气化的抛出。正极上的形成将起“保护”作用，大大降低正电极的蚀除量（损耗量）。 如果较，而采用的加工较，的增加，或加工的影响。对加工稳定性的影响。脉冲电源的及其影响着输入能量的集中或分散程度，对电蚀量也有很大影响。 二、电火花加工的加工速度和工具的损耗速度

23、二、电火花加工的加工速度和工具的损耗速度 1 1影响影响加工速度加工速度的主要因素的主要因素 加工速度：加工速度：电火花加工时，工具和工件同时遭到不同程度的电蚀，单位时间内工件的电蚀量，亦即生产率生产率；损耗速度：损耗速度：单位时间内工具的电蚀量。 体积加工速度： /t （mm3/min）质量加工速度： =(g/min) 影响因素：提高脉冲频率；增加单个脉冲能量WM；设法提高工艺系数K。同时还应考虑这些因素间的相互制约关系和对其它工艺指标的影响。 wvmv提高工艺系数K的途径很多。例如合理选用电极材料、电参数和工作液，改善工作液的循环过滤方式等，从而，达到提高工艺系数K的目的。 电火花成形加工

24、的加工速度：粗加工（加工表面粗糙度Ra1020）时可达2001000 mm3/min，半精加工（Ra2.510）时降低到20100 mm3/min，精加工（Ra0.32 2.5）时一般都在10 mm3/min以下。随着表面粗糙度值的减小，加工速度显著下降。提高脉冲频率，可通过减小脉冲停歇时间实现。相对损耗（损耗比）相对损耗（损耗比）产生加工误差的主要原因之一 。衡量工具电极耐损耗工具电极耐损耗的指标。2.2.工具相对损耗工具相对损耗 体积相对损耗：以 mm3/min为单位长度相对损耗：等截面的穿孔加工质量相对损耗：以g/min为单位%100/wevv加工速度损耗速度降低工具电极的损耗降低工具电

25、极的损耗一直是人们努力追求的目标。手段主要包括：p 极性效应极性效应p 吸附效应吸附效应p 传热效应传热效应 p 电极材料电极材料图4-8 脉冲宽度和极性与电极相对损耗的关系1正极性加工； 2负极性加工 右图是在工具电极为6mm 的纯铜，加工工件为钢，工作液为煤油，矩形波脉冲电源，加工电流峰值为10A的试验条件下得出的试验曲线。 一般在短脉冲精加工时采用正极性加工（即工件接电源正极）长脉冲粗加工时则采用负极性加工。1)极性效应（正确选择极性和脉宽） 2)吸附效应 当采用煤油等碳氢化合物作工作液时，在放电过程中将发生热分解而产生大量的碳，碳可和金属结合形成金属碳化物的微粒胶团。只适合于负极性加工

26、。 为了保持合适的温度场和吸附碳黑有足够的时间，增加脉冲宽度是有利的。 影响“吸附效应”的除上述电参数外，还有冲、抽油的影响。控制压力。中性的胶团可动层脱离负电荷碳胶粒吸附在正极表面电场作用碳黑膜碳黑膜温度为400保持一定时间3)传热效应 对电极表面温度场分布表面放电点的瞬时温度瞬时放电的总热量放电通道的截面积电极材料的导热性放电初期放电初期限制限制脉冲电流的增脉冲电流的增长率长率降低电降低电极损耗极损耗导热性能比导热性能比工件好的工工件好的工具电极具电极较大的较大的脉冲宽脉冲宽度度较小的较小的脉冲电脉冲电流流表面温度较低而损耗小应考虑：经济成本、加工性能、耐腐蚀性能、导电性能等几方面的因素。

27、 4)工具电极材料的选择 钨、钼：钨、钼：除线切割线切割加工外很少采用。 铜：铜：常用作中、小型腔中、小型腔加工用的工具电极。 石墨石墨：目：目前已广泛广泛用作型腔型腔加工的电极。 铜碳、铜钨、银钨合金铜碳、铜钨、银钨合金等复合材料，一般只在精密精密电火花加工时采用。 三、影响加工精度的主要因素三、影响加工精度的主要因素 影响加工精度的主要因素有：放电间隙的大小及其一致性工具电极的损耗及其稳定性。p 放电间隙的大小实际上是变化的，无法进行误差补偿。 间隙大小对加工精度也有影响：间隙越大，仿形的逼真度越差，影响越严重。 为了减少尺寸加工误差，应：采用较小的加工规准，缩小放电间隙：提高仿形精度间隙

28、变化量也愈小尽可能使加工过程稳定 二次放电：电蚀产物等的介入，在已加工表面上，产生再次非正常放电影响：在加工深度方向的侧面，产生斜度和加工棱角或棱边的变钝。n 工具电极损耗：对尺寸精度和形状精度都有影响图 4-9 电火花加工时的加工斜度1工件实际轮廓线2工件理论轮廓线 3电极无损耗时的轮廓线斜度工具的尖角或凹角很难精确地复制在工件上。图4-10 电火花成形加工时圆角的形成a)工具电极有尖角时 b)工具电极有凹角时采用高频窄脉宽精加工，放电间隙小，圆角半径可以明显减小，可以提高仿形精度，获得圆角半径小于 0.01mm的尖棱。四、电火花加工的表面质量四、电火花加工的表面质量( (表面粗糙度、表面变

29、质层表面粗糙度、表面变质层和表面力学性能和表面力学性能) ) 1.1.表面粗糙度表面粗糙度 电火花加工表面粗糙度的形成：由无方向性的无数电蚀小凹坑所组成，特别有利于保存润滑油；对表面粗糙度影响最大的是单个脉冲能量。表面粗糙度和脉冲能量之间的关系，可用如下实验公式来表示： 4 . 03 . 0maxeeRitKR式中： Rmax实测的表面粗糙度（）； KR常数，铜加工钢时常取 2.3； 脉冲放电时间（s）； 峰值电流（A）。etei（4-7） 返回返回 工件材料的工件材料的影响，在相同能量下，熔点高的材料（如硬质合金）比熔点低的材料（如钢）表面粗糙度好。当然，加工速度会相应下降。 精加工时，工具

30、电极的表面粗糙度电极的表面粗糙度也将影响到加工粗糙度。由于石墨电极很难加工到非常光滑的表面，因此用石墨电极的加工表面粗糙度较差。 即使单脉冲能量很小，但在电极面积电极面积较大时，Rmax很难低于2（约为 Ra0.32），而且加工面积愈大，可达到的最佳表面粗糙度愈差。 这是因为在煤油工作液中的工具和工件相当于电容器的两个极电容器的两个极，具有“潜布电容”，当小能量的单个脉冲到达工具和工件时，电能被此电容“吸收”，只能起“充电”作用而不会引起火花放电。只有经过多个脉冲充电达到较高的电压、积累了较多的电能后，才能引起击穿放电，形成较大的放电凹坑。 2.2.表面变质层表面变质层 图 4-6 单个脉冲放

31、电痕剖面放大示意图1无变化区 2热影响层 3翻边凸起 4放电通道 5气化区 6熔化区 7熔化凝固层熔化凝固层热影响层表面最上层表面最上层，它被放电时瞬时高温熔化熔化而又滞留滞留下来，受工作液快速冷却作用而凝固凝固。对于碳钢碳钢来说，熔化层在金相照片上呈现白色白色，故又称之为白层白层，它与基体金属完全不同，是一种树枝状的淬火铸造组织，与内层的结合也不甚牢固。 1)1)熔化凝固层熔化凝固层 熔化层的厚度厚度随脉冲能量的增大而变厚，大约为12倍的 Rmax，但一般不超过0.1mm。 2)2)热影响层热影响层 由于温度场分布和冷却速度的不同：对淬火钢，热影响层包括再淬火区、高温回火区和低温回火区；对未

32、淬火钢，热影响层主要为淬火区。因此，淬火钢的热影响层厚度比未淬火钢大。 介于熔化层和基体之间。材料的金相组织发生了变化，它与基体材料并没有明显的界限。 不同金属材料的热影响层金相组织结构是不同的，耐热合金的热影响层与基体组织差异不大。 图 4-6 单个脉冲放电痕剖面放大示意图1无变化区 2热影响层 3翻边凸起 4放电通道 5气化区 6熔化区 7熔化凝固层3)3)显微裂纹显微裂纹 工件材料工件材料不同对裂纹的敏感性不同，硬质合金等硬脆材料容易产生裂纹。工件加工前的热处理状态对裂纹产生的影响也很明显 脉冲能量脉冲能量对显微裂纹的影响是非常明显的，能量愈大，显微裂纹愈宽愈深。脉冲能量很小时，加工表面

33、粗糙度小于Ra1.25时，一般不会出现显微裂纹。 电火花加工表面由于受到瞬时高温作用并迅速冷却而产生残余拉应力，往往出现显微裂纹。 实验表明，一般裂纹仅在熔化层内出现，只有在脉冲能量很大情况下（粗加工时）才有可能扩展到热影响层。 3.3.表面力学性能表面力学性能 1)显微硬度及耐磨性 耐磨性好耐磨性好。对于滚动摩擦滚动摩擦，由于是交变载荷，尤其是干摩擦，则因熔化凝固层和基和基体的结合不牢固体的结合不牢固，产生疲劳破坏疲劳破坏，容易剥落而磨损。 电火花加工后表面层的硬度表面层的硬度一般均比较高比较高。对未淬火钢未淬火钢，特别是原来含碳量低的钢，热影响层的硬度都比基体材料高。对淬火钢淬火钢，热影响

34、层中的再淬火区硬度稍高或接近于基体硬度，而回火区的硬度比基体低，高温回火区又比低温回火区的硬度低。 2)残余应力 由于电火花加工表面存在着瞬时先热后冷作用而形成的残余应力，而且大部分表现为拉应力拉应力。 残余应力的大小和分布，主要和材料在加工前的热处理状态前的热处理状态及加工时的脉冲能量脉冲能量有关。因此，对表面层要求质量较高的工件，应注意工件预备热处理的质量预备热处理的质量，并尽量避免避免使用较大的加工规准较大的加工规准。 3)疲劳性能 采用回火处理回火处理、喷丸处理喷丸处理等，有助于降低残余应力，或使残余拉应力转变为压应力，从而提高其耐疲劳性能提高其耐疲劳性能。 电火花加工后，表面存在着较

35、大的拉应力，还可能存在显微裂纹，因此其耐疲劳性能比机械加工表面低许多倍低许多倍。 试验表明，当表面粗糙度在表面粗糙度在Ra0.32Ra0.320.080.08 范围内时，电火花加范围内时，电火花加工表面的耐疲劳性能将与机械加工表面相近工表面的耐疲劳性能将与机械加工表面相近，这是因为电火花精微加工表面所使用的加工规准很小，熔化凝固层和热影响层均非常薄，不会出现显微裂纹，而且表面残余拉应力也较小的原因。 第四节第四节 电火花加工的自动进给电火花加工的自动进给调节系统调节系统 自动进给调节系统一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类1. 作用作用维持加工所

36、需的维持加工所需的“平均平均”放电间隙放电间隙 S S , ,保证电火花保证电火花加工正常进行。加工正常进行。放电间隙放电间隙 S S 与蚀除速度之间的关系？与蚀除速度之间的关系？为达到最佳放电间隙为达到最佳放电间隙 S S，应如何设定进给调节特性，应如何设定进给调节特性 ？注意：注意：利用间隙蚀除特性曲线和调节特性曲线只能进行静利用间隙蚀除特性曲线和调节特性曲线只能进行静态的调节特性分析。实际进给系统中电动机、工作台、工态的调节特性分析。实际进给系统中电动机、工作台、工件的质量，电路中的电容、电感都有惯性、滞后现象，往件的质量，电路中的电容、电感都有惯性、滞后现象，往往产生往产生“欠进给欠进

37、给”和和“过进给过进给”，甚至出现主轴，甚至出现主轴“上下振上下振荡荡”。自动进给调节系统2.对自动进给调节系统的要求对自动进给调节系统的要求（1）、有较广的速度调节跟踪范围；）、有较广的速度调节跟踪范围；（2）、有足够的灵敏度和快速性；）、有足够的灵敏度和快速性；（3）、有必要的稳定性；）、有必要的稳定性；能适应加工规准、加工面积等条件的变化。能适应加工规准、加工面积等条件的变化。能根据间隙状态的微弱信号进行快速调节。能根据间隙状态的微弱信号进行快速调节。能均匀、稳定的进给，避免低速爬行。能均匀、稳定的进给，避免低速爬行。3 3. .自动进给调节系统的分类（按执行元件分）自动进给调节系统的分

38、类（按执行元件分）（1 1）电液压式（喷嘴）电液压式（喷嘴- -挡板式）；挡板式）；自动进给调节系统（2 2）步进电动机式；）步进电动机式；（3 3）宽调速力矩电动机式；）宽调速力矩电动机式；（4 4）直流伺服电动机式；）直流伺服电动机式；（5 5）交流伺服电动机式；）交流伺服电动机式；（6 6）直线电动机式；）直线电动机式；二、自动进给调节系统的基本组成部分：二、自动进给调节系统的基本组成部分：自动进给调节系统1、测量对象：、测量对象：测量与间隙大小成比例的测量与间隙大小成比例的电信号电信号间接间接 反映反映 放电间隙的大小。放电间隙的大小。自动进给调节系统测量环节2、测量方法：、测量方法：

39、（1）平均间隙电压法）平均间隙电压法 （2）峰值电压检测法）峰值电压检测法 （3）放电率检测法）放电率检测法二、自动进给调节系统的基本组成部分：二、自动进给调节系统的基本组成部分：自动进给调节系统测量环节测量环节测量间隙的大小测量间隙的大小平均间隙电压法平均间隙电压法：工具工件极性变换不会影响输出信号工具工件极性变换不会影响输出信号U的极性的极性利用稳压管测量利用稳压管测量脉冲电压的峰值信号脉冲电压的峰值信号平平均间隙电压检测电路峰值电压检测电路二、自动进给调节系统的基本组成部分：二、自动进给调节系统的基本组成部分：自动进给调节系统平平均间隙电压检测电路峰值电压检测电路二、自动进给调节系统的基

40、本组成部分：二、自动进给调节系统的基本组成部分：自动进给调节系统比较环节比较环节与给定值比较，决定进给速度与给定值比较，决定进给速度放大环节放大环节比较环节给出的信号需要放大后才能驱动电机比较环节给出的信号需要放大后才能驱动电机执行环节执行环节执行机构，伺服电机执行机构，伺服电机调节对象调节对象电极与工件之间的放电间隙电极与工件之间的放电间隙三、电三、电-液自动进给调节系统：液自动进给调节系统：自动进给调节系统自动进给调节系统四、电四、电-机械式自动进给调节系统：机械式自动进给调节系统：低速性能好，可直接带动滚珠丝杠进退低速性能好，可直接带动滚珠丝杠进退，因而传动链短，因而传动链短，灵敏度灵敏

41、度 高，体积小，结构简单，惯性小，有利于实现加高，体积小，结构简单，惯性小，有利于实现加工过程中的自动控制。工过程中的自动控制。作业：1、电火花加工的物理本质是什么？ 2、什么是极性效应，在电火花加工中 如何充分利用极性效应？第五节第五节 电火花加工机床电火花加工机床 返回返回一、机床型号、规格、分类一、机床型号、规格、分类 例如: D7135 中，D 表示电加工成型机床(若该机床为数控电加工机床，则在 D 后加 K，即 DK)；71 表示电火花成型机床；32 表示机床工作台的宽度为 320 mm。 我国国标规定，电火花成型机床均用 D71 加上机床工作台面宽度（mm）的 1/10 表示。 在

42、中国大陆外，电火花加工机床的型号没有采用统一标准，由各个生产企业自行确定。 电火花加工机床主要由：电火花加工机床主要由：机床主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。 图 4-12 电火花加工机床主轴头：结构简单，传动链短，传动间隙小; 惯性小，灵敏性好能承受一定负载要求数控电火花加工机床D7135电火花成型机n一、D7135电火花成型机的主要规格及技术参电火花成型机的主要规格及技术参数数n二、二、 电火花成型机床的结构电火花成型机床的结构n三、脉冲电源三、脉冲电源n四、电火花成型机床的自动进给调节系统四、电火花成型机床的自动进给调节系统n五、五、 工作液循环过滤系统

43、工作液循环过滤系统 一、D7135电火花成型机的主要规格电火花成型机的主要规格及技术参数及技术参数n主要规格主要规格工作台台面尺寸：工作台台面尺寸： 650 mm350 mm； 工作台纵、工作台纵、 横向移动量：横向移动量： 350mm250 mm； 主轴伺服行程：主轴伺服行程：250 mm；主轴座行程主轴座行程(液压缸驱动液压缸驱动)： 380 mm； 工作台与主轴装夹面最大距离：工作台与主轴装夹面最大距离： 660 mm； 工作台油箱内腔尺寸工作台油箱内腔尺寸(长、长、 宽、宽、 高高)：1050 mm1400 mm450 mm。 n技术参数技术参数工件最大允许重量：工件最大允许重量： 5

44、00 kg； 电极最大允许重量：电极最大允许重量： 50 kg； 最大输出电流：最大输出电流： 100 A；最低电极损耗：最低电极损耗：0.1%; 外形尺寸外形尺寸(长、长、 宽、宽、 高高)： 主机主机1760 mm1760 mm2300 mm， 过滤油箱过滤油箱1050 mm1400 mm450mm， 重量：重量： 主机主机1300 kg； 容量：容量： 油压油箱油压油箱(20号液压油号液压油)1.6 L, 过滤油箱过滤油箱(煤油煤油)600 L； 输入电压：输入电压： 380 V， 50 Hz输入总功率：输入总功率： 9 kW。床身 立柱主轴头工作台工作液箱二、二、 电火花成型机床的结构

45、电火花成型机床的结构n一、机床的传动系统一、机床的传动系统 D7135型电火花成型机床的传动系统主要包括两个部分， 如右所示。 电火花成型机床的传动系统电火花成型机床的传动系统 1) 工作台的纵横向移动工作台的纵横向移动 工作台的纵横向移动是用于工件工作台的纵横向移动是用于工件的安装和调整的。的安装和调整的。 2) 主轴头座的升降主轴头座的升降 主轴头的升降采用机动的方式，主轴头的升降采用机动的方式， 可以调节电极与工件之间的上下可以调节电极与工件之间的上下距离距离 手轮手轮丝杠丝杠锁紧手柄电机螺母丝杠n二、机床结构二、机床结构(1) 床身与立柱床身与立柱 床身与立柱为机床的基床身与立柱为机床

46、的基础件。础件。 (2) 主轴头主轴头 主轴头是电火花成型主轴头是电火花成型机床的关键部件。机床的关键部件。 要要求主轴头能满足以下求主轴头能满足以下几点：几点：百分表电极连接法兰游标拖板标尺外罩壳齿轮伺服电机32101、保证稳定加工，、保证稳定加工， 维持最佳放电间隙，维持最佳放电间隙， 充分发挥脉冲电充分发挥脉冲电源的能力。源的能力。 2、放电加工过程中，、放电加工过程中， 发生暂时的短路或拉弧时，发生暂时的短路或拉弧时， 要求主要求主轴能迅速抬起，轴能迅速抬起， 使电弧中断。使电弧中断。 3、为满足精密加工的要求，、为满足精密加工的要求， 需保证主轴移动的直线性。需保证主轴移动的直线性。

47、 4、主轴应有足够的刚度，、主轴应有足够的刚度， 使电极上不均匀分布的工作液使电极上不均匀分布的工作液喷射力所形成的侧面位移最小。喷射力所形成的侧面位移最小。n三、工作台三、工作台 工作台由台面、工作台由台面、 上拖板、上拖板、 下拖板等构成，下拖板等构成， 采用镶钢滚子导轨，采用镶钢滚子导轨， 运动轻便、运动轻便、 灵活、灵活、 无无间隙。间隙。 工作台与拖板间是绝缘的，工作台与拖板间是绝缘的， 以保证以保证加工中的人身安全。加工中的人身安全。n四、工作油箱四、工作油箱 工作油箱固定在工作台上拖板上面，工作油箱固定在工作台上拖板上面， 是一是一个带门的空箱结构。个带门的空箱结构。 松开搭攀可

48、将油箱前松开搭攀可将油箱前门打开，门打开， 以便进行工件的安装等操作。以便进行工件的安装等操作。 油油箱前门与箱体间有耐油橡胶，箱前门与箱体间有耐油橡胶， 以防止油箱以防止油箱体与油箱前门间漏油。体与油箱前门间漏油。 工作油箱的左面有工作油箱的左面有挡板，挡板， 可用来控制液面的高度，可用来控制液面的高度， 在加工完在加工完成后，成后， 可提起挡板，可提起挡板， 使工作液快速流返油使工作液快速流返油箱。箱。 工作油箱工作油箱主要机床附件n1. 1. 平动头平动头 平动头主要用于型腔平动头主要用于型腔加工。加工。 使用平动头是使使用平动头是使电极产生一个平面平移电极产生一个平面平移运动。运动。

49、电极上的每一点电极上的每一点都回绕着其原始位置作都回绕着其原始位置作圆周运动，圆周运动， 如图所示。如图所示。 平动头的运动轨迹 n2. 2. 油杯油杯q油杯亦为机床附件之一。油杯亦为机床附件之一。 油杯固定在工作台面上，油杯固定在工作台面上， 加工工件装夹在油杯上。加工工件装夹在油杯上。 可利用油杯对工件进行可利用油杯对工件进行冲油和抽油。冲油和抽油。 q 电火花成型机床的油杯结构大同小异，电火花成型机床的油杯结构大同小异， 一般如图一般如图所示，所示， 由外套由外套3、 内套内套2、 面板面板1及管接头及管接头4等组成。等组成。 1面板；内套；外套；管接头1234BAn图5-8 油杯 三、

50、脉冲电源ti-脉冲宽度；to-脉冲间隔；tp-脉冲周期；ui-峰值电压四、电火花成型机床的自动进给调节系统进给方式恒速进给切割速度较低按设计速度进给，无视加工间隙的变化（早期低速）伺服进给切割速度较高根据加工间隙的变化，自动修正进给速度（高速）自适应进给切割速度较高根据加工形状，自动改变进给速度，调整电源参数，工作液喷射强度和走丝参数五、五、 工作液循环过滤系统工作液循环过滤系统n电火花加工一般是在液体介质中进行的。电火花加工一般是在液体介质中进行的。 液体介液体介质主要起绝缘作用，质主要起绝缘作用， 而液体介质的循环流动又起而液体介质的循环流动又起到排出电蚀产物和热量的作用。到排出电蚀产物和