1、“十二五十二五”职业教育国家规划教材职业教育国家规划教材特种加工技术主编：李玉青第一章第一章 特种加工概述特种加工概述u 了解特种加工及其发展趋势；了解特种加工及其发展趋势；u 掌握特种加工的特点及分类；掌握特种加工的特点及分类；u 理解特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响。理解特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响。学习目标1.1 1.1 特种加工及其发展趋势特种加工及其发展趋势 从蒸汽机的使用到第二次世界大战，传统的切削加工从蒸汽机的使用到第二次世界大战，传统的切削加工几乎占据了整个机械加工业。几乎占据了整个机械加工业。前苏联科学家拉扎连科夫妇在研究开关触点受电火花放前苏联科学家拉扎
2、连科夫妇在研究开关触点受电火花放电腐蚀损坏的现象时，发现电火花放电所产生的瞬间高温电腐蚀损坏的现象时，发现电火花放电所产生的瞬间高温对金属材料有熔化和气蚀作用，于是产生了一种新的金属对金属材料有熔化和气蚀作用，于是产生了一种新的金属加工方法加工方法电火花加工。电火花加工。“特种加工（特种加工（NTM，Non-Traditional Machining）”技技术。即利用电能、热能、光能、化学能等，在不产生切削术。即利用电能、热能、光能、化学能等，在不产生切削力的情况下，以低于工件硬度的工具去除工件上多余材料，力的情况下，以低于工件硬度的工具去除工件上多余材料，达到达到“以柔克刚以柔克刚”的目的。
3、的目的。1. 1. 特种加工的由来特种加工的由来2. 2. 特种加工的发展趋势特种加工的发展趋势（1 1）设备向自动化、柔性化方向发展；）设备向自动化、柔性化方向发展；（2 2）大力开发特种加工领域中的新方法，充分发挥特种）大力开发特种加工领域中的新方法，充分发挥特种加工的优势；加工的优势；（3 3）某些特种加工方法的应用会造成环境污染，充分做）某些特种加工方法的应用会造成环境污染，充分做好防污、治污处理，向绿色加工方向发展。好防污、治污处理，向绿色加工方向发展。1.2 特种加工的特点及分类特种加工的特点及分类 （1 1）不是主要依靠机械能，而是采用其他能量（电能、）不是主要依靠机械能，而是采
4、用其他能量（电能、热能、光能、化学能、电化学能等）去除工件上多余材料；热能、光能、化学能、电化学能等）去除工件上多余材料；与加工对象的力学性能无关，故可加工各种硬、软、脆、耐与加工对象的力学性能无关，故可加工各种硬、软、脆、耐腐蚀、高熔点、高强度等金属或非金属材料。腐蚀、高熔点、高强度等金属或非金属材料。 （2 2）非接触加工，即加工时工具与工件不发生直接接触，）非接触加工，即加工时工具与工件不发生直接接触，工具与工件间不存在作用力，故可加工高耐磨、刚性低和弹工具与工件间不存在作用力，故可加工高耐磨、刚性低和弹性工件。性工件。1. 1. 特种加工的特点特种加工的特点 特种加工无论在加工机理和加
5、工形式上与传统的切削加特种加工无论在加工机理和加工形式上与传统的切削加工有着本质的区别，主要体现在以下几点：工有着本质的区别，主要体现在以下几点： （3 3）加工时由于工具与工件不发生直接接触，故热应）加工时由于工具与工件不发生直接接触，故热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小。可获得较低的表面力、残余应力、冷作硬化等均比较小。可获得较低的表面粗糙度，尺寸稳定性好。粗糙度，尺寸稳定性好。 （4 4）两种或两种以上的不同类型能量可以相互组合，）两种或两种以上的不同类型能量可以相互组合，形成新的复合加工，更突出其优越性，综合加工效果明显，形成新的复合加工，更突出其优越性，综合加工效果明显，且便于推广
6、使用。如电解电火花加工（且便于推广使用。如电解电火花加工（ECDM）、电化学）、电化学电弧加工（电弧加工（ECAM）就是两种特种加工复合而成的新的加）就是两种特种加工复合而成的新的加工方法。工方法。2. 2. 特种加工存在的问题特种加工存在的问题 虽然特种加工已解决了传统切削加工难以解决的许虽然特种加工已解决了传统切削加工难以解决的许多问题，在提高产品质量、生产效率和经济效益上显示出多问题，在提高产品质量、生产效率和经济效益上显示出很大的优越性，但目前仍存在一些问题与不足。很大的优越性，但目前仍存在一些问题与不足。 （1 1）有些特种加工机理（如超声加工、激光加工等）有些特种加工机理（如超声加
7、工、激光加工等）还不十分清楚，其工艺参数的选择、加工过程的稳定性均还不十分清楚，其工艺参数的选择、加工过程的稳定性均需进一步提高。需进一步提高。 （2 2）有些特种加工（如电化学加工）在加工过程中会）有些特种加工（如电化学加工）在加工过程中会产生有毒的废渣、废气，若排放、处理不当会造成环境污产生有毒的废渣、废气，若排放、处理不当会造成环境污染，影响工人健康。染，影响工人健康。 （3 3）有些特种加工（如快速成型、等离子弧加工等）有些特种加工（如快速成型、等离子弧加工等）加工精度和生产效率有待提高。加工精度和生产效率有待提高。 （4 4）有些特种加工（如电火花成型加工、电火花线切）有些特种加工（
8、如电火花成型加工、电火花线切割加工等）只能加工导电材料，加工领域有待拓宽。割加工等）只能加工导电材料，加工领域有待拓宽。加工方法加工方法主要能量形式主要能量形式作用形式作用形式英文缩写英文缩写电火花加工电火花加工电火花成型加工电火花成型加工电、热能电、热能熔化、汽化熔化、汽化EDMEDM电火花线切割加工电火花线切割加工电、热能电、热能熔化、汽化熔化、汽化WEDMWEDM电化学加工电化学加工电解加工电解加工电化学能电化学能阳极溶解阳极溶解ECMECM电铸加工电铸加工电化学能电化学能阴极溶解阴极溶解EFMEFM涂镀加工涂镀加工电化学能电化学能阴极溶解阴极溶解EPMEPM电解磨削电解磨削电化学能、机
9、械能电化学能、机械能阳极溶解、机械磨削阳极溶解、机械磨削ECGECG高能束加工高能束加工激光束加工激光束加工光、热能光、热能熔化、汽化熔化、汽化LBMLBM电子束加工电子束加工电、热能电、热能熔化、汽化熔化、汽化EBMEBM离子束加工离子束加工电、机械能电、机械能切蚀切蚀IBMIBM等离子弧加工等离子弧加工电、热能电、热能熔化、汽化熔化、汽化PAMPAM物料切蚀加工物料切蚀加工超声加工超声加工声、机械能声、机械能切蚀切蚀USMUSM磨料流加工磨料流加工流体能、机械能流体能、机械能切蚀切蚀AFMAFM液体喷射加工液体喷射加工流体能、机械能流体能、机械能切蚀切蚀LJCLJC快速成型加工快速成型加工
10、光固化法光固化法光、化学能光、化学能增加材料增加材料SLSL粉末烧结法粉末烧结法光、热能光、热能SLSSLS叠层实体法叠层实体法光、机械能光、机械能LOMLOM熔丝堆积法熔丝堆积法电、热、机械能电、热、机械能FDMFDM复合加工复合加工电化学电弧加工电化学电弧加工电化学能电化学能熔化、汽化腐蚀熔化、汽化腐蚀ECAMECAM电解电火花磨削电解电火花磨削电、热能电、热能阳极溶解、熔化、切削阳极溶解、熔化、切削MEECMEEC电化学腐蚀加工电化学腐蚀加工电化学能、热能电化学能、热能熔化、汽化腐蚀熔化、汽化腐蚀ECPECP超声放电加工超声放电加工声、热、电能声、热、电能熔化、切蚀熔化、切蚀USECUS
11、EC复合电解加工复合电解加工电化学、机械能电化学、机械能切蚀切蚀CECMCECM复合切削加工复合切削加工机械、声、磁能机械、声、磁能切削切削CSMMCSMM其他加工方法其他加工方法化学铣削加工化学铣削加工化学能化学能腐蚀腐蚀CMCM光化学加工光化学加工光、化学能光、化学能光化学、腐蚀光化学、腐蚀OCM/OCCOCM/OCC刻蚀加工刻蚀加工化学能化学能腐蚀腐蚀CECE3. 3. 特种加工的分类特种加工的分类第二章第二章 电火花加工技术电火花加工技术u 理解电火花加工原理基础；理解电火花加工原理基础；u 了解电火花加工设备；了解电火花加工设备；u 掌握电火花加工工艺；掌握电火花加工工艺；u 掌握电
12、火花加工方法。掌握电火花加工方法。学习目标2.1 电火花加工原理基础电火花加工原理基础电火花加工原理及特点电火花加工原理及特点图图2-1 -1 电火花加工原理图电火花加工原理图1 1工件工件 2进给装置进给装置 3工具电极工具电极 4工作液工作液 5泵泵图图 2-2 -2 加工表面放大图加工表面放大图 与传统的金属切削加工相比，电火花加工有如下优点：与传统的金属切削加工相比，电火花加工有如下优点： （1）便于加工在传统切削加工中难以加工甚至是无法加工）便于加工在传统切削加工中难以加工甚至是无法加工的材料；的材料； (2) 便于加工深孔、型腔及复杂形状的工件；因此适宜加工便于加工深孔、型腔及复杂
13、形状的工件；因此适宜加工低刚度零件和微细加工；低刚度零件和微细加工； (3)电极材料不必比工件材料硬；电极材料不必比工件材料硬；（4）直接利用电能、热能作为加工能源，便于实现加工过）直接利用电能、热能作为加工能源，便于实现加工过程的自动化。程的自动化。电火花加工的特点电火花加工的特点 （1）一般只能加工金属等导电材料。）一般只能加工金属等导电材料。 （2）加工速度较慢，效率低。）加工速度较慢，效率低。 （3）电火花加工中，电极也会损耗，影响加工精度。）电火花加工中，电极也会损耗，影响加工精度。 （4）电蚀产物在排除过程中常会引起二次放电，形成加）电蚀产物在排除过程中常会引起二次放电，形成加工斜
14、度，进而影响加工精度。工斜度，进而影响加工精度。电火花加工也有一定的局限性：电火花加工也有一定的局限性：2.2 电火花加工设备电火花加工设备机床型号、规格和分类：机床型号、规格和分类：我国国标规定，电火花加工机床均用我国国标规定，电火花加工机床均用D71加上机床工作台面加上机床工作台面宽度的宽度的1/10表示。表示。例如：例如： D 71 32 71表示电火花机床；表示电火花机床； 32表示机床工作台宽度为表示机床工作台宽度为320mmD表示电加工机床（若该机表示电加工机床（若该机 床床为数控电加工机床，则在为数控电加工机床，则在D后面后面加上加上K，即，即DK）；）；电火花加工机床结构电火花
15、加工机床结构211床身 2液压油箱 3工作液槽 4主轴头 5立柱 6数控电源柜图23 电火花机床 电火花机床外观机床主机床主体体床身与立柱床身与立柱工作台工作台主轴头主轴头机床附件机床附件夹头夹头平动头平动头1）保证加工稳定性，维持最佳放电时间。）保证加工稳定性，维持最佳放电时间。2）放电过程中，如发现短路或起弧时，）放电过程中，如发现短路或起弧时，主轴头能迅速抬起使电弧中断。主轴头能迅速抬起使电弧中断。3）保证主轴移动的直线性，以满足精密）保证主轴移动的直线性，以满足精密加工的要求。加工的要求。4）主轴应有足够的刚性。）主轴应有足够的刚性。5）主轴应有均匀进给而无爬行现象。）主轴应有均匀进给
16、而无爬行现象。(a) 电极在最左(b) 电极在最上(c) 电极在最右(e) 电极平动后的轨迹(d) 电极在最下电极永磁吸盘永磁吸盘油杯油杯工作介质循环过滤系统工作介质循环过滤系统21图图29 工作介质循环过滤系统油路工作介质循环过滤系统油路1粗过滤器粗过滤器 2单向阀单向阀3涡旋泵涡旋泵 4电机电机 5安全阀安全阀 6压力表压力表 7精过滤器精过滤器8压力调节阀压力调节阀 9射流抽吸管射流抽吸管 10冲油选择阀冲油选择阀 11快速进油控制阀快速进油控制阀 12冲油冲油压力表压力表 13抽油压力表抽油压力表210 工作液强迫循环方式冲油抽油图211纸质过滤芯电火花加工脉冲电源电火花加工脉冲电源图
17、图212 脉冲电源系统电路简图脉冲电源系统电路简图嵌入式系嵌入式系统模糊控统模糊控制制电源控制电源控制+工具工具-工件工件间隙电压检测间隙电压检测自动进给调节系统自动进给调节系统组成组成伺服进给系统伺服进给系统作用作用有较广的速度调节跟踪范围，有较广的速度调节跟踪范围，以适应粗、半精、精加工的要以适应粗、半精、精加工的要求；求； 有足够的灵敏度和快速性，有足够的灵敏度和快速性，及时应对间隙变化和调整间隙。及时应对间隙变化和调整间隙。这就要求伺服进给系统的惯性、这就要求伺服进给系统的惯性、摩擦、放大倍数等尽量小；摩擦、放大倍数等尽量小； 有必要的稳定性，以提高有必要的稳定性，以提高抗干扰能力和避
18、免执行机构的抗干扰能力和避免执行机构的低速爬行现象；低速爬行现象； 结构简单、工作可靠；结构简单、工作可靠；比较比较环节环节放大放大环节环节执行执行环节环节测测量量环节环节间隙间隙进给进给速度速度设定设定值值图图213 伺服进给系统的基本组成伺服进给系统的基本组成代码代码功功 能能代码代码功功 能能G00快速移动，定位指令快速移动，定位指令G81移动到机床的极限移动到机床的极限G01直线插补直线插补G82回到当前位置与零点的一半处回到当前位置与零点的一半处G02顺时针圆弧插补指令顺时针圆弧插补指令G90绝对坐标指令绝对坐标指令G03逆时针圆弧插补指令逆时针圆弧插补指令G91增量坐标指令增量坐标
19、指令G04暂停指令暂停指令G92制定坐标原点制定坐标原点G17XOYM00暂停指令暂停指令G18XOZM02程序结束指令程序结束指令G19YOZM05忽略接触感知忽略接触感知G20英制英制M08旋转头开旋转头开G21公制公制M09旋转头关旋转头关G40取消电极补偿取消电极补偿M80冲油、工作液流动冲油、工作液流动G41电极左补偿电极左补偿M84接通脉冲电源接通脉冲电源G42电极右补偿电极右补偿M85关断脉冲电源关断脉冲电源G54选择工作坐标系选择工作坐标系M89工作液排除工作液排除G55选择工作坐标系选择工作坐标系M98子程序调用子程序调用G56选择工作坐标系选择工作坐标系M99子程序结束子程
20、序结束G80移动轴直到接触感知移动轴直到接触感知 电火花加工数控系统电火花加工数控系统如图如图2-15所示，所示，ABCD为矩形工件，为矩形工件，AB、BC边为设计边为设计基准，现欲用电火花加工一圆形图案，图案的中心为基准，现欲用电火花加工一圆形图案，图案的中心为O点，点，O到到AB边、边、BC边的距离如图中所标。已知圆形电极的直边的距离如图中所标。已知圆形电极的直径为径为20 mm，请写出电极定位于，请写出电极定位于O点的具体过程。点的具体过程。平动与摇动平动与摇动摇动：对数控电火花机床，由于工作台是数控的，摇动：对数控电火花机床，由于工作台是数控的，可以实现工件加工轨迹逐步向外扩张。可以实
21、现工件加工轨迹逐步向外扩张。平动：普通电火花加工机床为了修光侧壁和提高其平动：普通电火花加工机床为了修光侧壁和提高其尺寸精度而添加平动头，使工具电极轨迹向外可以尺寸精度而添加平动头，使工具电极轨迹向外可以逐步扩张。逐步扩张。 LN STEP 摇动半径（摇动半径（m）摇动幅度摇动幅度05摇动轨迹形状摇动轨迹形状02摇动加工所在平面摇动加工所在平面02摇动加工伺服方式摇动加工伺服方式摇动加工摇动加工数控摇动的伺服方式数控摇动的伺服方式自由摇动自由摇动锁定摇动锁定摇动步进摇动步进摇动(a) 自由摇动(b) 步进摇动(c) 锁定摇动摇动轨迹摇动轨迹 类型类型 所在平面所在平面无摇动无摇动 自由摇动自由
22、摇动000000001001002002003003004004005010010011011012012013013014014015020020021021022022023023024024025步进摇动步进摇动100100101101102102103103104104105110110111111112112113113114114115120120121121122122123123124124125锁定摇动锁定摇动200200201201202202203203204204205210210211211212212213213214214215220220221221222222
23、223223224224225电火花数控摇动类型电火花数控摇动类型数控电火花机床常见的功能数控电火花机床常见的功能Center searching(Inside)Center searching(Outside)Z-axis machining(Z-) Z-axis machining(Z+)Repeat machining Corner machining角落加工重复加工Z轴垂直加工(Z+)Z轴垂直加工(Z-)寻找中心(外部)寻找中心(内部)旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工Rotation machiningRotation machiningRotation machini
24、ngRotation machiningRotation machiningRotation machining旋转加工Rotation machiningSide machiningFan shap machiningStep machiningC-axis positioningmachining(optional)C-axis helical gearmachining(optional)侧面加工扇形加工等级化加工C轴标示加工(特殊)C轴螺旋齿轮加工(特殊)2.3.2 影响加工速度的主要因素影响加工速度的主要因素电参数的影响电参数的影响峰值电流的影响峰值电流的影响脉冲间隔对加工速度的影响
25、脉冲间隔对加工速度的影响脉冲宽度对加工速度的影响脉冲宽度对加工速度的影响2.3 电火花加工工艺规律电火花加工工艺规律2.3.1 影响材料电蚀量的因素影响材料电蚀量的因素1. 极性效应对电蚀量的影响极性效应对电蚀量的影响“正极性”接线法“负极性”接线法脉冲电源工具电极工件电极脉冲电源工具电极工件电极2. 覆盖效应对电蚀量的影响覆盖效应对电蚀量的影响3电参数对电蚀量的影响电参数对电蚀量的影响 4金属材料对电蚀量的影响金属材料对电蚀量的影响5工作液对电蚀量的影响工作液对电蚀量的影响01101001000ti/ s101001000vw/ (mm3/ min)峰值电流峰值电流150A峰值电流峰值电流8
26、0A峰值电流峰值电流40A峰值电流峰值电流20Ato/ svw/ (m m3/ m in)0100 200300 400 500600100200300脉冲间隔脉冲间隔1200s0102030405060100200300400vw/ (mm3/ min)ie/ A脉冲间隔脉冲间隔100s脉冲间隔脉冲间隔50s脉冲间隔脉冲间隔20s图图219脉冲宽度与加工速度的关系脉冲宽度与加工速度的关系图图2 220 20 脉冲间隔与加工速度关系脉冲间隔与加工速度关系图图221 峰值电流与加工速度关系峰值电流与加工速度关系2.3.2 影响加工速度的主要因素影响加工速度的主要因素电极材料和加工极性的影响电极材
27、料和加工极性的影响排屑条件的影响排屑条件的影响加工面积的影响加工面积的影响工件材料的影响工件材料的影响工作液的影响工作液的影响“抬刀抬刀”对加工速度的影对加工速度的影响响冲冲( (抽抽) )油压力的影响油压力的影响 非电参数的影响非电参数的影响vw/ (mm3/ min)010002000 300040005000A / mm3100200300峰值电流峰值电流48A峰值电流峰值电流30A 加工面积与加工速度的关系加工面积与加工速度的关系自适应抬刀自适应抬刀定时抬刀定时抬刀抬刀方式对加工速度的影响抬刀方式对加工速度的影响06 01 2 01 8 02 4 03 0 051 01 52 02 5
28、3 0t / m inH/ m m2.3.3 影响电极损耗的主要因素影响电极损耗的主要因素峰值电流的影响峰值电流的影响脉冲间隔的影响脉冲间隔的影响脉冲宽度的影响脉冲宽度的影响加工极性的影响加工极性的影响电参数的影响电参数的影响02004006008001000 ti / s5101520 / %电极纯铜工件钢加工极性负脉冲宽度与电极相对损耗的关系脉冲宽度与电极相对损耗的关系0102030405060246810/ %A/ei脉冲宽度脉冲宽度50s脉冲宽度脉冲宽度200s脉冲宽度脉冲宽度1000s峰值电流与电极损耗的关系峰值电流与电极损耗的关系工件工件钢钢工具工具铜铜负极性加负极性加工工0100
29、 200 300 400 500 6000.20.40.60.8to / s / %电极铜工件T10A加工极性负ti1200 s脉冲间隔对电极相对损耗的影响脉冲间隔对电极相对损耗的影响15102050200 500 1000ti/ s0. 11. 03. 05. 0103050100/ %0加工极性对电极损耗的影响加工极性对电极损耗的影响负极性负极性正极性正极性2.3.3 影响电极损耗的主要因素影响电极损耗的主要因素冲油或抽油的影响冲油或抽油的影响电极的形状和尺寸的影响电极的形状和尺寸的影响加工面积的影响加工面积的影响电极材料的影响电极材料的影响非电参数的影响非电参数的影响0100020003
30、0004000A / mm2/ %12300.050.112/ %P/ (kg / cm2)加工面积对电极损耗的影响加工面积对电极损耗的影响 冲油压力对电极损耗的影响冲油压力对电极损耗的影响石墨石墨纯铜纯铜(a ) 型腔(b ) 加工主型腔(c ) 加工副型腔 电极加工方式电极加工方式影响因素影响因素说明说明减少点击损耗的措施减少点击损耗的措施脉冲宽度脉冲宽度脉宽越大，损耗越小脉宽越大，损耗越小脉冲宽度足够大脉冲宽度足够大峰值电流峰值电流峰值电流越大，电极损耗越大峰值电流越大，电极损耗越大减小峰值电流减小峰值电流加工面积加工面积影响不大影响不大大于最小加工面积大于最小加工面积极性极性影响很大。
31、应根据电源、电参数、工作液、电影响很大。应根据电源、电参数、工作液、电极材料、工件材料，选择合适的极性极材料、工件材料，选择合适的极性脉宽大时用正极性；脉宽小时用负脉宽大时用正极性；脉宽小时用负极性；钢电极用负极性极性；钢电极用负极性电极材料电极材料黄铜的电极损耗最大，纯铜、铸铁和钢次之，黄铜的电极损耗最大，纯铜、铸铁和钢次之，石墨和铜钨、银钨合金较小石墨和铜钨、银钨合金较小石墨适宜做粗加工电极；纯铜适宜石墨适宜做粗加工电极；纯铜适宜做精加工电极做精加工电极工件材料工件材料硬质合金工件的电极损耗比铜工件大硬质合金工件的电极损耗比铜工件大采用高压脉冲或水做工作液采用高压脉冲或水做工作液工作液工作
32、液水和水溶液比煤油容易实现低损耗加工水和水溶液比煤油容易实现低损耗加工在许可条件下，最好不采用强迫冲在许可条件下，最好不采用强迫冲（抽）油（抽）油排屑条件和排屑条件和二次放电二次放电在损耗较小加工时，排屑条件越好则损耗越大；在损耗较小加工时，排屑条件越好则损耗越大；在损耗较大的参数加工时，二次放电会使损耗在损耗较大的参数加工时，二次放电会使损耗增加增加影响电极损耗的因素影响电极损耗的因素2.3.4 影响加工精度的主要因素影响加工精度的主要因素加工斜度加工斜度放电间隙放电间隙d dad其中：其中：d d为单边起始放电间隙；为单边起始放电间隙；a为单边放电蚀除量；为单边放电蚀除量；d为电极单边损耗
33、量。为电极单边损耗量。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实际工件轮廓线工具电极工件工具电极的损耗工具电极的损耗2.3.5 影响表面质量的因素影响表面质量的因素1.影响表面粗糙度的主要因素影响表面粗糙度的主要因素 电火花加工表面粗糙度直接影响其使用性能，如耐电火花加工表面粗糙度直接影响其使用性能，如耐磨性、配合性质、接触刚度、疲劳强度和抗腐蚀性等。磨性、配合性质、接触刚度、疲劳强度和抗腐蚀性等。尤其对于高速、高压条件下工作的模具和零件，其表面尤其对于高速、高压条件下工作的模具和零件，其表面粗糙度往往决定其使用性能和使用寿命。粗糙度往往决定其
34、使用性能和使用寿命。 电火花加工工件表面的凹坑大小与单个脉冲放电能电火花加工工件表面的凹坑大小与单个脉冲放电能量有关，单个脉冲能量越大，则凹坑越大。若把粗糙量有关，单个脉冲能量越大，则凹坑越大。若把粗糙度值大小简单地看成与电蚀凹坑的深度成正比，则电度值大小简单地看成与电蚀凹坑的深度成正比，则电火花加工表面粗糙度随单个脉冲能量的增加而增大。火花加工表面粗糙度随单个脉冲能量的增加而增大。2.3.5 影响表面质量的因素影响表面质量的因素2. 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电火花加工表面电火花加工表面熔化层熔化层热影响层热影响层基体金属基体金属疲劳性能疲劳性能力学性能力学
35、性能显微硬度及耐磨性显微硬度及耐磨性表面变化层表面变化层残余应力残余应力2.3.6 加工稳定性和电参数的选择加工稳定性和电参数的选择电火花加工稳定性电火花加工稳定性电参数与加工稳定性电参数与加工稳定性电极进给速度电极进给速度蚀除物的排出情况蚀除物的排出情况电极材料与工件材料电极材料与工件材料极性极性加工形状加工形状 加工速度 电极损耗 表面粗糙度值 备 注 峰值电流? 加工间隙，型腔加工锥度 脉冲宽度? 加工间隙，加工稳定性 脉冲间歇? 加工稳定性 介质清洁度 中粗加工精加工 稳定性 注：表示影响较小，注：表示影响较小，表示降低或减小，表示降低或减小，表示增大。表示增大。 常用参数对电火花加工
36、工艺的影响常用参数对电火花加工工艺的影响2.4 电火花加工工艺电火花加工工艺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
37、 耗表 面 粗 糙 度图235 电火花加工步骤电极材料电极材料电加工性能电加工性能机械加工机械加工性能性能说明说明稳定性稳定性电极损耗电极损耗钢钢较差较差中等中等好好在选择电参数时注意加工稳定性在选择电参数时注意加工稳定性铸铁铸铁一般一般中等中等好好加工冷冲模时常用的电极材料加工冷冲模时常用的电极材料黄铜黄铜好好大大较好较好电极损耗太大电极损耗太大紫铜紫铜好好较大较大较差较差机械加工性好，易成形；电加工稳定性好，不易产机械加工性好，易成形；电加工稳定性好，不易产生烧弧。但磨削困难生烧弧。但磨削困难石墨石墨较好较好小小较好较好极易成形；密度小，易于大型电极的制作；成本低极易成形；密度小，易于大型
38、电极的制作；成本低仅为纯铜电极的仅为纯铜电极的铜钨合金铜钨合金好好小小较好较好价格贵，在深孔、直壁孔、硬质合金模具加工中使价格贵，在深孔、直壁孔、硬质合金模具加工中使用用银钨合金银钨合金好好小小较好较好价格贵，一般少用价格贵，一般少用 2.4.1 电火花加工准备工作电火花加工准备工作 1. 电极准备电极准备2. 电极设计电极设计加工电极加工电极实线为工件电极的理论形状、实线为工件电极的理论形状、尺寸尺寸虚线为工件修正后的理虚线为工件修正后的理论形状、尺寸论形状、尺寸工件型腔工件型腔电极补偿图电极补偿图（1）电极的结构形式）电极的结构形式 整体电极整体电极 整体电极整体电极(a) 阶梯电极L1L
39、2(b) 粗加工(c) 精加工阶梯电极阶梯电极 组合电极组合电极校正棒电极连接杆01.0 03.0 10组合电极组合电极 镶拼式电极镶拼式电极工件(凹模)主轴头(a)工具电极L3L2 L1(b)L1(c)L1L2L夹具电极工件 电极垂直尺寸图电极垂直尺寸图a1a2a3r1(a) 型腔A1A2A3R1R2r2(b) 电极电极水平截面尺寸缩放示意图电极水平截面尺寸缩放示意图在电极端部有凹入部位开排气孔(a)冲液孔过大，出现铁屑(e)(f)(g)(h)小冲液孔(直径2倍的单边放电间隙)倾斜冲液孔平动(电极必须小一点)(b)(c)(d)冲液困难冲液较好电极开孔示意图电极开孔示意图3. 电极的制造电极的
40、制造 在进行电极制造时，尽可能将要加工的电极坯料装夹在在进行电极制造时，尽可能将要加工的电极坯料装夹在即将进行电火花加工的装夹系统上，避免因装卸而产生定位即将进行电火花加工的装夹系统上，避免因装卸而产生定位误差。误差。常用的电极制造方法有：切削加工、线切割加工常用的电极制造方法有：切削加工、线切割加工(b)(a) 电极的机械加工（电极的机械加工（a）与线切割加工）与线切割加工(b)4.电极装夹与校正电极装夹与校正121标准套筒；2电极 标准套筒形夹具标准套筒形夹具 螺纹夹头夹具螺纹夹头夹具211钻夹头；2电极钻夹头夹具钻夹头夹具(a)(b)石墨电极的装夹石墨电极的装夹按辅助基准面校正电极按辅助
41、基准面校正电极5.工件的准备工件的准备(1)工件的预加工工件的预加工 所留余量要合适，尽量做到余量均匀，否则会影响型腔所留余量要合适，尽量做到余量均匀，否则会影响型腔表面粗糙度和电极不均匀的损耗，破坏型腔的精度。表面粗糙度和电极不均匀的损耗，破坏型腔的精度。 对一些形状复杂的型腔，可直接进行电火花加工。对一些形状复杂的型腔，可直接进行电火花加工。 预加工后使用的电极上可能有铣削等机加工痕迹，如用预加工后使用的电极上可能有铣削等机加工痕迹，如用这种电极精加工则可能影响到工件的表面粗糙度。这种电极精加工则可能影响到工件的表面粗糙度。 预加工过的工件进行电火花加工时，在起始阶段加工稳预加工过的工件进
42、行电火花加工时，在起始阶段加工稳定性可能存在问题。定性可能存在问题。(2) 热处理热处理(3) 其它工序其它工序 工件在预加工后，便可以进行淬火、回火等热处理，即工件在预加工后，便可以进行淬火、回火等热处理，即热处理工序尽量安排在电火花加工前面，因为这样可避免热处理工序尽量安排在电火花加工前面，因为这样可避免热处理变形对电火花加工尺寸精度、型腔形状等的影响。热处理变形对电火花加工尺寸精度、型腔形状等的影响。工件在电火花加工前还必须除锈去磁，否则在加工工件在电火花加工前还必须除锈去磁，否则在加工中工件吸附铁屑，很容易引起拉弧烧伤。中工件吸附铁屑，很容易引起拉弧烧伤。6.工件的装夹与找正工件的装夹
43、与找正工件可直接装夹在垫块或工作台上，通过压板压紧即工件可直接装夹在垫块或工作台上，通过压板压紧即可，也可采用永磁吸盘将工件吸牢在工作台上。若工可，也可采用永磁吸盘将工件吸牢在工作台上。若工作台有坐标移动时，应使工件基准线与拖板一轴移动作台有坐标移动时，应使工件基准线与拖板一轴移动方向一致，便于电极与工件间的校正与定位。方向一致，便于电极与工件间的校正与定位。7.电极相对于工件的定位电极相对于工件的定位XYXY电极找正工件中心找正工件中心2.4.2 电火花加工方法电火花加工方法1.电火花穿孔加工方法电火花穿孔加工方法SL 凹模的电火花加工凹模的电火花加工L1L2若凹模的尺寸为若凹模的尺寸为L2
44、，工具电极，工具电极相应的尺寸为相应的尺寸为L1单边火花间隙值单边火花间隙值为为SL，则，则 ： L2=L1+2SL 其中：火花间隙值其中：火花间隙值SL主要取决主要取决于脉冲参数与机床的精度。于脉冲参数与机床的精度。（1）间接法）间接法工件(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) 配制凸模间接法间接法 间接法的优点是：间接法的优点是： 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。 因为凸模是根据凹模另外进行配制，所以凸模和凹因为凸模是根据凹模另外进行配制，所以凸模和凹模的配合间隙与放电间隙无关
45、。模的配合间隙与放电间隙无关。 间接法的缺点是：电极与凸模分开制造，配合间隙间接法的缺点是：电极与凸模分开制造，配合间隙难以保证均匀。难以保证均匀。（2）直接法）直接法凸模刃口凸模刃口主轴头主轴头工具电极工具电极（冲头）（冲头）工件（凹模）工件（凹模）主轴头主轴头工件（凹模）工件（凹模）切除部分切除部分主轴头主轴头工具电极工具电极（冲头）（冲头）工件（凹模）工件（凹模）凸模刃口凸模刃口（a）加工前）加工前（c）切除损耗部分）切除损耗部分（b）加工后）加工后 直接法直接法直接法的优点是：直接法的优点是： 可以获得均匀的配合间隙、模具质量高。可以获得均匀的配合间隙、模具质量高。 无须另外制作电极。
46、无须另外制作电极。 无须修配工作，生产率较高。无须修配工作，生产率较高。直接法的缺点是：直接法的缺点是： 电极材料不能自由选择，工具电极和工件都是磁性电极材料不能自由选择，工具电极和工件都是磁性材料，易产生磁性，电蚀下来的金属屑可能被吸附在电极放材料，易产生磁性，电蚀下来的金属屑可能被吸附在电极放电间隙的磁场中而形成不稳定的二次放电，使加工过程很不电间隙的磁场中而形成不稳定的二次放电，使加工过程很不稳定，故电火花加工性能较差。稳定，故电火花加工性能较差。 电极和冲头连在一起，尺寸较长，磨削时较困难。电极和冲头连在一起，尺寸较长，磨削时较困难。（3）混合法）混合法凸模刃口凸模刃口主轴头主轴头工具
47、电极工具电极（冲头）（冲头）工件（凹模）工件（凹模）主轴头主轴头工件（凹模）工件（凹模）切除部分切除部分主轴头主轴头工具电极工具电极（冲头）（冲头）工件（凹模）工件（凹模）凸模刃口凸模刃口（a）加工前）加工前（c）切除损耗部分）切除损耗部分（b）加工后）加工后 混合法混合法凸模冲头凸模冲头混合法的特点是：混合法的特点是： 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。 无须另外制作电极。无须另外制作电极。 无须修配工作，生产率较高。无须修配工作，生产率较高。 电极一定要粘结在冲头的非刃口端。电极一定要粘结在冲头的非刃口端。 （4）阶梯工具电极加工法）阶梯工具电极加工法
48、 阶梯工具电极加工法在冷冲模具电火花成型加工中极阶梯工具电极加工法在冷冲模具电火花成型加工中极为普遍，其应用方面有两种：为普遍，其应用方面有两种： 无预孔或加工余量较大无预孔或加工余量较大时时; 在加工小间隙、无间隙的冷冲模具时，在加工小间隙、无间隙的冷冲模具时，精加工段精加工段工具电极工具电极（冲头）（冲头）粗加工段粗加工段工件工件精加工段精加工段精加工段精加工段工具电极工具电极（冲头）（冲头）工具电极工具电极冲头冲头粗加工段粗加工段工件工件工件工件粗加工段粗加工段(a)(b)(c) 阶梯工具电极加工冲模阶梯工具电极加工冲模2. 电火花成型加工方法电火花成型加工方法电火花成型加工和穿孔加工相
49、比有下列特点：电火花成型加工和穿孔加工相比有下列特点： 电火花成型加工为盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除电火花成型加工为盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差。条件差。 型腔多由球面、锥面、曲面组成，且在一个型腔内常有各种圆型腔多由球面、锥面、曲面组成，且在一个型腔内常有各种圆角、凸台或凹槽，有深有浅，还有各种形状的曲面相接，轮廓形状角、凸台或凹槽，有深有浅，还有各种形状的曲面相接，轮廓形状不同，结构复杂。这就使得加工中电极的长度和型面损耗不一，故不同，结构复杂。这就使得加工中电极的长度和型面损耗不一，故损耗规律复杂，且电极的损耗不可能由进给实现补偿，因此型腔加损耗规律复杂，且电极
50、的损耗不可能由进给实现补偿，因此型腔加工的电极损耗较难进行补偿。工的电极损耗较难进行补偿。 材料去除量大，表面粗糙度要求严格。材料去除量大，表面粗糙度要求严格。 加工面积变化大，要求电规准的调节范围相应也大。加工面积变化大，要求电规准的调节范围相应也大。电火花成型加工方法主要有：单电极直接成型工艺、多电极更换电火花成型加工方法主要有：单电极直接成型工艺、多电极更换成型工艺、数控平动成型工艺等。选择时要依据工件的技术要求、成型工艺、数控平动成型工艺等。选择时要依据工件的技术要求、复杂程度、以及机床类型等确定。复杂程度、以及机床类型等确定。（1）单电极直接成型法）单电极直接成型法单电极直接成型法是
