1、 第二章第二章 电火花加工电火花加工电火花加工（我国）又称为电火花加工（我国）又称为放电加工放电加工（日、美、（日、美、英）或英）或电蚀加工电蚀加工（俄罗斯）（俄罗斯）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一、电火花加工原理及设备组成：一、电火花加工原理及设备组成：电火花加工原理电火花加工原理: 基于基于工具工具和和工件工件之间之间脉冲性火花放电脉冲性火花放电时的时的电腐蚀现象电腐蚀现象来蚀除多余金属来蚀除多余金属,以达到对零件的尺以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花腐蚀的主要原因：电火花腐蚀的主要原因：利用
2、电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工必须解决下列问题：必须解决下列问题：1、必须使工具电极和工件被加工表面之间必须使工具电极和工件被加工表面之间经经常常保持一定的保持一定的放电间隙放电间隙，这一间隙随加工条，这一间隙随加工条件而定，通常越为件而定，通常越为几几微米至微米至几百几百微米。微米。 电火花加工过程中必须具有工具电极的电火花加工过程中必须具有工具电极的自动自动进给调节装置进给调节装置，使和工件保持某一放电间隙。，使和工件保持某一放电间隙。2、火花放电必须是火花放电必须是瞬时瞬时的的脉冲性脉冲性放电，放电放电，放电延续一段时间后，需延续一段时间后，需停歇停
3、歇一段时间，放电延一段时间，放电延续时间一般为续时间一般为11000s。 电火花加工必须采用电火花加工必须采用脉冲电源脉冲电源 图图2-1为脉冲电源的电压、电流波形为脉冲电源的电压、电流波形3、火花放电必须在有一定、火花放电必须在有一定绝缘性能绝缘性能的的液体液体介介质中进行，绝缘强度为质中进行，绝缘强度为103107.cm，例如：煤油、皂化液或去离子水等。例如：煤油、皂化液或去离子水等。 电火花加工必须有电火花加工必须有循环过滤系统循环过滤系统以上这些问题的综以上这些问题的综合解决，是通过合解决，是通过电电火花加工系统火花加工系统来实来实现的：现的：二、电火花加工的特点及其应用二、电火花加工
4、的特点及其应用1、主要优点：、主要优点：（1）适合任何难切削材料的加工）适合任何难切削材料的加工（2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件2、电火花加工的局限性：、电火花加工的局限性：（1）主要用于加工金属等导电材料，但在一）主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非导体材料定条件下也可以加工半导体和非导体材料（2）一般加工速度较慢）一般加工速度较慢（3）存在电极损耗）存在电极损耗三、电火花加工工艺方法分类：三、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用按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同分类。途的不同分类。前五类前
5、五类属电火花成形、尺寸属电火花成形、尺寸加工，加工，后者后者属于表面加工方法，用于改善或属于表面加工方法，用于改善或改变零件表面性质。改变零件表面性质。 见表见表2-1 第二节 电火花加工的机理 从大量实验资料来看：每次电火花腐蚀的微观过程是电场力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。这一过程大致可分为以下四个阶段（后图放电波形）一、极间介质的电离、击穿形成放电通道 （图2-4中01段、12段、23段）二、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀 （ 图2-4中34段）三、电极材料的抛出三、电极材料的抛出四、极间介质的消电离四、极间介质的消电离 （ 图图2-4中中45段）段）熔
6、融材料抛出后，在电极表面形成单个脉冲的熔融材料抛出后，在电极表面形成单个脉冲的放电痕如图放电痕如图2-6所示所示（P12）加工后的表面情况如后图所示加工后的表面情况如后图所示矩形波脉冲放电时的电压与电流波形 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、极性效应、极性效应: 极性效应的现象极性效应的现象: 正极性加工正极性加工: 负极性加工负极性加工: 产生极性效应的原因产生极性效应的原因(笼统解释笼统解释): 在火花放电过程中在火花放电过程中,正负电极表面分别受到正负电极表面分别受到负负电子电子和和正离子正离
7、子的轰击和瞬时热源的作用的轰击和瞬时热源的作用,在在两极表面所分配到的能量不一样两极表面所分配到的能量不一样,因而熔化、因而熔化、气化抛出的电蚀量也不一样。气化抛出的电蚀量也不一样。 电子质量小容易加速。电子质量小容易加速。 质子质量大不易加速。质子质量大不易加速。结论：结论：1、短脉冲（放电时间短）加工时，正极的蚀、短脉冲（放电时间短）加工时，正极的蚀除速度大于负极的蚀除速度，应采用正极性除速度大于负极的蚀除速度，应采用正极性加工。加工。2、长脉冲（放电时间长）加工时，负极的蚀、长脉冲（放电时间长）加工时，负极的蚀除速度大于正极的蚀除速度，应采用负极性除速度大于正极的蚀除速度，应采用负极性加
8、工。加工。（吸附效应）（吸附效应）注意：1、极性效应极性效应越明显越好越明显越好，在电火花加工过程中必须，在电火花加工过程中必须充分充分利用利用，电火花加工一般都采用，电火花加工一般都采用单向单向脉冲电源。脉冲电源。2、极性效应是一个较为复杂的问题极性效应是一个较为复杂的问题，影响极性效应，影响极性效应的因素有：的因素有：脉宽脉宽、脉间、脉冲峰值电流、放电电、脉间、脉冲峰值电流、放电电压、工作液及电极对材料等。为了充分利用极性压、工作液及电极对材料等。为了充分利用极性效应，应效应，应合理选择合理选择工具电极的材料，选用工具电极的材料，选用最佳最佳的的电参数、正确的电参数、正确的选用选用极性。极
9、性。2、电参数对电蚀量的影响：、电参数对电蚀量的影响：电参数电参数主要是指：电压脉冲宽度主要是指：电压脉冲宽度ti、电流脉冲、电流脉冲宽度宽度te、脉冲间隔、脉冲间隔to、脉冲频率、脉冲频率f、峰值电、峰值电流流ie、峰值电压、峰值电压u和极性。和极性。研究结果表明研究结果表明：在电火花加工过程中，无论正：在电火花加工过程中，无论正极或负极，都存在极或负极，都存在单个脉冲的蚀除量单个脉冲的蚀除量与与单个单个脉冲能量脉冲能量在一定范围内在一定范围内成正比成正比关系。某一段关系。某一段时间内的总蚀除量约等于这段时间内各单个时间内的总蚀除量约等于这段时间内各单个有效脉冲蚀除量的总和。故有效脉冲蚀除量
10、的总和。故正负极的蚀除速正负极的蚀除速度与单个脉冲能量、脉冲频率成正比。度与单个脉冲能量、脉冲频率成正比。公式公式2-1、2-2、2-3、2-4讨论讨论:提高电蚀量和生产率的途径：提高电蚀量时的注意事项： 3、金属材料、金属材料热学常数热学常数对电蚀量的影响对电蚀量的影响热学常数热学常数-是指熔点、沸点（气化点）、是指熔点、沸点（气化点）、热导率、比热容、融化热、气化热等热导率、比热容、融化热、气化热等几种常见的热学常数见表几种常见的热学常数见表2-2 每次每次脉冲放电时，通道内及脉冲放电时，通道内及正正、负电极负电极放电点都瞬时获得大量放电点都瞬时获得大量热能热能。而正、负电极放电点获得的热
11、能被分而正、负电极放电点获得的热能被分配为配为两两部分部分1）、由于热传导散失到电极其它部分和）、由于热传导散失到电极其它部分和工作液中工作液中2）、使局部金属材料温度升高直至达到）、使局部金属材料温度升高直至达到熔点、使金属融化、沸腾、气化，并进熔点、使金属融化、沸腾、气化，并进一步成为过热蒸汽。一步成为过热蒸汽。结论结论:1、电极的蚀除量与电极材料的热导率以及其、电极的蚀除量与电极材料的热导率以及其它热学常数、放电的持续时间、单个脉冲能它热学常数、放电的持续时间、单个脉冲能量有密切的关系。量有密切的关系。2、当、当单个脉冲能量相同单个脉冲能量相同时，电极材料的时，电极材料的热导热导率越大率
12、越大、其、其热学常数越高热学常数越高，(结论？结论？) 电蚀量越少，越难加工。电蚀量越少，越难加工。3、当、当单个脉冲能量相同单个脉冲能量相同时，都会各有一个使时，都会各有一个使工件电蚀量最大的工件电蚀量最大的最佳脉宽最佳脉宽。（为什么）（。（为什么）（金属金属材料不同，所获得的最佳脉宽不同，各金属材料不同，所获得的最佳脉宽不同，各金属材料的热学常数不同。）材料的热学常数不同。）4、工作液对电蚀量的影响工作液对电蚀量的影响在电火花加工中，在电火花加工中，工作液的作用工作液的作用:（1）帮助形成火花击穿放电通道，并在）帮助形成火花击穿放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态放电结束后迅速恢
13、复间隙的绝缘状态（2）对放电通道产生压缩作用）对放电通道产生压缩作用（3）帮助电蚀产物的抛出和排除）帮助电蚀产物的抛出和排除（4）对工具和工件起冷却作用）对工具和工件起冷却作用影响如下：影响如下：介电性能介电性能好、好、密度密度、粘度粘度大的工大的工作液有利于压缩放电通道，可作液有利于压缩放电通道，可以提高放电的能量密度，有利以提高放电的能量密度，有利于电蚀产物的于电蚀产物的抛出抛出。但但不利于电蚀产物从加工间隙中不利于电蚀产物从加工间隙中排除排除，影响以后的正常放电。，影响以后的正常放电。应用：应用：（电火花成形加工目前主要采用（电火花成形加工目前主要采用油类油类工作液）工作液）粗加工时粗加
14、工时，使用粘度大、介电性能，使用粘度大、介电性能好的材料。如：好的材料。如：机油机油（另外，机（另外，机油的燃点较高，在油的燃点较高，在大能量加工大能量加工时时着火着火燃烧的燃烧的可能性小可能性小）中、精加工时中、精加工时，一般使用粘度小，一般使用粘度小，流动性好，渗透性好的流动性好，渗透性好的煤油煤油作为作为工作液。工作液。讨论：讨论：（1）油类油类工作液的工作液的缺点缺点：有味、容易燃有味、容易燃烧，加工时容易产生烟气烧，加工时容易产生烟气 （2）奋斗）奋斗目标目标：寻找一种无色无味、不：寻找一种无色无味、不然烧、流动性好、不产生碳黑、价廉然烧、流动性好、不产生碳黑、价廉（3）最新研究）最
15、新研究成果成果：水基工作液水基工作液（在水（在水中加入各种添加剂），在粗加工时的加中加入各种添加剂），在粗加工时的加工速度可大大高于煤油，甚至高于切削工速度可大大高于煤油，甚至高于切削加工，但在大面积精加工中还不能代替加工，但在大面积精加工中还不能代替煤油。煤油。（1）加工过程的稳定性：）加工过程的稳定性： 加工过程不稳定，会影响正常的放电加工，降加工过程不稳定，会影响正常的放电加工，降低有效的脉冲利用率低有效的脉冲利用率对稳定性影响最大的是对稳定性影响最大的是电火花加工的电火花加工的自动进给自动进给和调节系统和调节系统，以及以及正确加工参数正确加工参数的选择和调的选择和调节。节。2、影响影响
16、电蚀量电蚀量的一些其它因素的一些其它因素其它影响其它影响加工稳定性的加工稳定性的因素因素： A、随着加工、随着加工深度深度及加工及加工面积面积的的增加增加 、加工、加工复复杂杂程度的增大。程度的增大。 B、加工、加工面积面积较较小小，而采用的加工，而采用的加工电流电流较较大。大。（以上因素都（以上因素都不利于不利于电蚀产物的电蚀产物的排出排出，影响加工，影响加工稳定性，降低加工速度，严重时将造成结碳稳定性，降低加工速度，严重时将造成结碳拉弧，使加工难以进行）拉弧，使加工难以进行） 措施措施：采用强迫冲油：采用强迫冲油 工作电极定时抬刀工作电极定时抬刀C、电极材料、电极材料 措施：用措施：用铜铜
17、加工加工钢钢（2）其它影响因素：）其它影响因素：脉冲电源的脉冲电源的波形波形及其前后沿陡度：及其前后沿陡度： 影响能量的集中、分散程度。影响能量的集中、分散程度。 电蚀产物电蚀产物抛出抛出的的速度：速度： 过快会冲击另一个电极。过快会冲击另一个电极。 过慢会粘在另一个电极上。过慢会粘在另一个电极上。 碳黑膜碳黑膜的形成的形成二、电火花加工的加工速度和工具的损耗速二、电火花加工的加工速度和工具的损耗速 度度加工速度：加工速度：单位时间内工件的蚀除量（也称单位时间内工件的蚀除量（也称生产率）生产率） 损耗速度：损耗速度：单位时间内工具的蚀除量单位时间内工具的蚀除量1）加工速度：加工速度： Vw=V
18、 / t 或或 Vm=m / t Vw体积加工速度（体积加工速度（mm3 /min） Vm质量加工速度（质量加工速度（g /min） V被加工掉的体积（被加工掉的体积（mm3） m-被加工掉的质量被加工掉的质量( g ) t加工时间（加工时间（min） 提高提高加工速度的途径：（加工速度的途径：（提高蚀除量提高蚀除量）1）提高脉冲频率（）提高脉冲频率（f） 缩小脉冲缩小脉冲间歇间歇时间，可以提高脉冲频率，但脉时间，可以提高脉冲频率，但脉冲间歇时间冲间歇时间不不能能过短过短2）增加单个脉冲的能量）增加单个脉冲的能量途径途径：增大电流：增大电流 增大脉宽（放电时间）增大脉宽（放电时间）说明说明：增
19、加单个脉冲的能量，可以提高加工速度，：增加单个脉冲的能量，可以提高加工速度，但会降低零件加工精度和使表面粗糙度变坏。但会降低零件加工精度和使表面粗糙度变坏。3）提高工艺系数）提高工艺系数K及有效脉冲利用率及有效脉冲利用率途径途径：合理选择电极材料、参数、工作液，改善：合理选择电极材料、参数、工作液，改善工作液的循环过滤方式工作液的循环过滤方式 2、工具相对损耗、工具相对损耗生产实际中用工具相对损耗或称损耗比生产实际中用工具相对损耗或称损耗比作为作为工具电极耐损耗的指标，即：工具电极耐损耗的指标，即： =VE / VW100%损耗速度损耗速度VE 的的单位单位也为也为mm3 /min 或或g /
20、min相应的损耗比相应的损耗比也为也为体积相对损耗体积相对损耗或或质量相对质量相对损耗损耗电火花加工中降低工具电极损耗具有重大意义，电火花加工中降低工具电极损耗具有重大意义，一直是人们努力追求的目标一直是人们努力追求的目标。要降低工具电极损耗必须充分要降低工具电极损耗必须充分利用利用极性效应极性效应、吸吸附效应附效应、传热效应传热效应等，这些效应又等，这些效应又相互影响相互影响，综合作用综合作用，具体如下：，具体如下：、正确选择极性和脉宽、正确选择极性和脉宽一般，短脉宽精加工时采用正极性加工，长脉宽一般，短脉宽精加工时采用正极性加工，长脉宽粗加工时采用负极性加工。粗加工时采用负极性加工。（如图
21、）（如图）另外，实验表明：增大脉宽可降低工具电极的另外，实验表明：增大脉宽可降低工具电极的损耗。当脉宽增大到一定程度时，且为负极损耗。当脉宽增大到一定程度时，且为负极性加工时，电极损耗率小于，可以实现性加工时，电极损耗率小于，可以实现低损耗加工低损耗加工、利用吸附效应：、利用吸附效应：什么是什么是吸附效应吸附效应？煤油热分解大量碳微粒碳和金属结煤油热分解大量碳微粒碳和金属结合（胶团）胶团外层脱落（合（胶团）胶团外层脱落（带负电荷带负电荷的碳的碳胶粒）胶粒）吸附在正极吸附在正极当正极表面温度在当正极表面温度在00度左右，并能维持一段时度左右，并能维持一段时间时，就能形成一定强度和厚度的化学吸附膜
22、间时，就能形成一定强度和厚度的化学吸附膜（碳黑膜）。（碳黑膜）。由于碳的熔点、气化点很高，所以，由于碳的熔点、气化点很高，所以，碳黑膜碳黑膜可对可对电极起到电极起到保护和补偿保护和补偿作用，从而实现低损耗加作用，从而实现低损耗加工。工。结论：结论：碳黑膜碳黑膜只能在只能在正极正极表面形成表面形成，若，若利用吸附效利用吸附效应应的补偿作用来实现电极的低损耗，就必的补偿作用来实现电极的低损耗，就必须须采用采用负极性负极性加工加工（）电参数的影响：（）电参数的影响：当峰值电流和脉冲间隔一定时，当峰值电流和脉冲间隔一定时，增加脉宽增加脉宽碳黑膜的碳黑膜的厚度增加厚度增加。当峰值电流、脉冲宽度一定时，当
23、峰值电流、脉冲宽度一定时，增加脉间增加脉间碳黑膜的碳黑膜的厚度减小厚度减小。（解释原因）（解释原因）（）冲抽油的影响：（）冲抽油的影响： （解释原因）（解释原因）加工过程中采用冲抽油时，冲抽油的加工过程中采用冲抽油时，冲抽油的压压力不要过大。力不要过大。影响吸附效应的因素：影响吸附效应的因素：（）利用传热效应（）利用传热效应限制限制放电初期脉冲电流的增长率。（热冲击）放电初期脉冲电流的增长率。（热冲击）一般一般采用采用工具电极的导热性能比工件好。工具电极的导热性能比工件好。 （解释原因）（解释原因）（4）选择适当的电极材料）选择适当的电极材料钨、钼、铜、石墨、铜碳、铜钨、银钨钨、钼、铜、石墨、铜碳、铜钨、银钨 （比较说明适用范围）（比较说明适用范围）
