《特种加工》第二版第2章

体结构，减少了加工和装配工时，延长了使用寿命。
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➢ 局限性：
（1）一般只能加工金属等导电材料； （2）加工速度一般较慢； （3）存在电极损耗； （4）最小角部半径有限制； （5）加工表面有变质层甚至微裂纹。
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2.1.3 电火花加工应具备的条件
➢ 实现电火花加工的必要条件： 1) 工具电极与工件保持一定的放电间隙；一般是几个微米至
➢ 极性：工件或电极接入电源回路的正极或负极。 ➢ 极性效应：单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样
的现象叫做极性效应。 ➢ 我国对极性的规定：以工件所接为准。
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➢ 影响因素：电子流、离子流，长脉宽与短脉宽、工作液和 电极对等都影响极性效应
➢ 产生原因：在火花放电过程中，正、负电极表面分别受到 负电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用，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。
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适用范围： 1）电火花穿孔成形加工
➢ 穿孔加工 ➢ 型腔加工 2）电火花线切割加工 ➢ 冲模 ➢ 下料、截割和窄缝 3）电火花内孔、外圆和成形磨削 ➢ 加工高精度、表面粗糙度值小的小孔 ➢ 外圆、小模数滚刀
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4 )电火花同步共扼回转加工 ➢ 各种复杂型面的零件，如高精度的异形齿轮，精密螺纹 环规，高精度、高对称度、表面粗糙度值小的内、外回 转 体表面等
（2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 没有机械加工的切削力 ，适宜加工低刚度工件及
进行微细加工。
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（3）易于实现加工过程自动化 直接利用电能加工，而电能、电参数较机械量易于
实现数字控制、适应控制、智能化控制和无人化操作等；
（4）通过改进结构设计，改善结构的工艺性 将拼镶结构的硬质合金冲模改为用电火花加工的整
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➢ 在火花放电时，火花通道内瞬时产生的大量热致使电极表 面的金属产生局部熔化甚至气化而被蚀除。
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➢ 电火花加工表面不同于普通金属切削表面具有规则的切削痕 迹，其表面是由无数个不规则的放电凹坑组成。
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2.1.2 电火花加工的特点
➢ 优点： （1）适合于加工任何难切削导电材料
材料的可加工性主要取决于材料导电性及热学特性， 与其力学性能（硬度、强度等）无关。
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➢ 实际放电加工过程中极间电压和电流波形：
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➢ 电火花放电加工中，极间的放电状态一般分为五种类型： ① 空载或开路状态 ② 火花放电 ③ 短路 ④ 电弧放电 ⑤ 过渡电弧放电
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➢ 电火花加工中5种典型的加工波形：
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陨石撞击地球示意图
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2.3 电火花加工的基本规律
2.3.1 电火花加工的极性效应
➢ 放电通道建立，高电流密度、带电粒子高速运动，通道中 心产生高温、高压。
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极间未施加放电脉冲时的情况
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极间施加放电脉冲形成放电通道的情况
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2.2.2 介质热分解，电极材料熔化、气化、热膨胀
➢ 通道内形成电子流与离子流，电能→动能→热能。
➢ 极间介质一旦被电离、击穿，形成放电通道后，脉冲电源 使通道内的电子高速奔向正极，正离子奔向负极，使电能 变成动能，动能通过带电粒子对相应电极材料的高速碰撞 转变为热能，使正负极表面) 火花放电是瞬时的脉冲性放电。放电的持续时间一般为10-7～10-3 秒。
5) 在先后两次脉冲放电之间，需要有足够的停歇时间，排除电蚀产 物，使极间介质充分消电离。
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脉冲电源的放电电压及电流波形图
脉冲电 压波形
击穿延时 放电开始
功率管ON 放电维持电压 功率管OFF
空载电压
放电电 流波形
放电时间 峰值电流Ip
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➢ 电极表面产生熔化甚至气化 ：
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➢ 两电极被蚀除的材料在放电通道内汇集：
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➢ 极间熔化、气化产物在放电通道内汇集形成蚀除产物：
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2.2.4 极间介质的消电离
➢ 一次脉冲放电结束，此后还应有一段间隔时间，使间隙介 质消电离，即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，以免总是重复在 同一处发生放电而导致电弧放电，这样可以保证按两极相 对最近处或电阻率最小处形成下一击穿放电通道。
5 )电火花高速小孔加工 ➢ 线切割预穿丝孔 ➢ 深径比很大的小孔
6 )电火花表面强化与刻字 ➢ 模具刃口，刀、量具刃口表面强化和镀覆 ➢ 电火花刻字、打印记
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2.2 电火花放电的微观过程
2.2.1 极间介质的电离、击穿，形成放电通道
➢ 电场强度畸变最大、介电强度最薄弱处产生雪崩式电离过 程，导致介质击穿。
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2.2.3 电极材料的抛出
➢ 通道内的正负电极表面放电点瞬时高温使工作液汽化并使 得两电极对应表面金属材料产生熔化、气化，形成一个扩 张的“气泡”，从而将熔化或气化的金属材料推挤、抛出 而使其进入工作液中，抛出的两极带电荷的材料在放电通 道内汇集后进行中和及凝聚，最终形成了细小的中性圆球 颗粒，成为电火花加工的蚀除产物。
数百微米。间隙不能过大也不能过小，加工中需采用如图所 示的自动进给调节机构来保证加工间隙随加工状态而变化。
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2) 火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如火花油、 水溶性工作液或去离子水等。
3) 放电点局部区域的功率密度足够高，即放电通道要有很高的电流 密度(一般为105～106A/cm2)。
脉冲宽度 脉冲间隔
Ton
Toff
平均加工电流Ie
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2.1.4 电火花加工的类型及适用范围
➢ 类型：按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同， 电火花加工大致可分为: 1) 电火花穿孔成形加工 2) 电火花线切割加工 3) 电火花内孔、外圆和成形磨削 4) 电火花同步共扼回转加工 5) 电火花高速小孔加工 6) 电火花表面强化与刻字
第2章 电火花加工
（Electrical Discharge Machining， 简称EDM）
2.1 电火花加工的概念及分类
2.1.1 电火花加工的概念
➢ 定义：所谓电火花加工（Electrical Discharge Machine简称 EDM)是指在介质中，利用两极(工具电极与工件电极)之间脉 冲性火花放电时的电腐蚀现象对材料进行加工，使零件的尺 寸、形状和表面质量达到预定要求的加工方法。