电火花加工
第二章 电火花加工
电机
泵
溢流阀 单向阀 粗过滤器 抽油压力表 冲油选择阀 射流抽吸管
正负极性加工示意图
还原
+
工具 电极
-
工具 电极
-
工件
+
工件
负极性加工
正极性加工
负极性加工示意图
工具 电极
还原
+
工件
电参数
u u
还原
i
t
i
t
二次放电问题 还原
二次放电结果
清角问题
还原
工具 电极
⑶、油杯 。 油杯工作原理？ ①、油杯应有合适高度？具备冲、抽油条件。 ② 、油杯应有良好刚度、端面精度与密封性。
第二节
2、电源
电火花加工典型机床及其组成部分
⑴ 、 RC线路脉冲电源（弛张式） R-充电回路电阻。 RC线路脉冲电源原理？ r-放电回路电阻。
u电容充电
t E 1 e RC
第二节
电火花加工典型机床及其组成 部分
进给伺服、 控制系统
3、电火花加工伺服进给、控制系统 ⑴、电火花加工伺服进给系统 进给伺服系统原理？
特性曲线
①、电火花加工进给伺服系统基本组成
第二节
电火花加工典型机床及其组成 部分 进给伺服、
比较 控制系统
放电间隙（参考 电压）设定值 测量 放大、驱动 执行环节 调节对象
放大 执行环节 测量（码盘） 调节对象
闭环系统 指令 放大 执行环节 调节对象 测量（码盘）
第二节
电火花加工典型机床及其组成 部分
单轴与多轴数控进给系统？ 三轴数控摇动加工参看书上图2-25 4、电火花加工工作液循环过滤系统 冲抽油方式 油路图
第二章 电火花加工
二、电火花加工的特点 1、非接触加工，无宏观切削力 2、适合于难切削导电材料的加工 3、有电极损耗 4、加工速度较慢 5、可加工特殊及复杂形状的表面
三、电火花加工的适用范围 1、加工任何难加工的金属材料和导电材料 2、加工材料复杂的表面 3、加工薄壁、异形小孔、深小孔等有特殊 要求的零件。
第三节 电火花加工设备和工作液
一、电火花加工机床 1、机床总体部分（电火花穿孔成形机床）——主 轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽 2、主轴头要求（精度和刚度） 1）结构简单 2）传动链短 3）传动间隙小 4）热变形小 5）具有足够的精度和刚度
3）工具电极夹具（十字铰链式和球面铰链 式）——调节工具电极和工作台的垂直度、 工具电极在水平面内微量的扭转角。
1）工件接脉冲电源的正极——正极性加工 2）工件接脉冲电源的负极——负极性加工 思考：短脉冲与长脉冲适合哪种极性加工， 那一种适合精加工？
短脉冲——正极性——精加工 长脉冲——负极性——粗加工
3）正极吸附效应 ——黑膜只能在正极表面生成，所以只 能使用负极性加工 影响吸附效应的因素： 峰值电流、脉冲间隔一定时，碳黑膜厚度随着脉冲 宽度的增加而增加。 脉冲宽度、峰值电流一定时，碳黑膜厚度随着脉冲 间隔增大而减薄。 冲抽油压力也会对吸附效应有影响，过大的油压会 冲走带电碳粒子，减少吸附效应。
三、小孔电火花加工 工艺 1、适于Ф 0.3～ Ф 3mm，深径比可超 200以上。为了改善 排屑条件，采用电磁 振动头或超声波振动 头。可采用空心管电 极中部冲油。
四、异形小孔的电火花加工——主要是异 形电极的制造及装夹。 1、冷拔——采用电火花线切割加工并配合 钳工修磨制成异形电极的拉丝模。 2、电火花线切割加工整体电极 3、电火花反拷加工整体电极（见图4-31）
电火花加工
电火花加工（英语：Electrical Discharge Machining，简称EDM），又称放电加工，是特种加工技术的一种，广泛应用在模具制造、机械加工行业。
电火花加工可以用来加工传统切削方法难以加工的超硬材料和复杂形状的工件，通常用于加工导电的材料，可以在诸如钛合金、工具钢、碳钢和硬质合金等难加工材料上加工复杂的型腔或者轮廓。
电火花加工原理是在导电的工具电极和工件之间施加上周期性快速变化的电压脉冲，通过浸没在绝缘介质中的工具电极与工件之间的脉冲性放电所产生的局部高温使工件表面金属熔化、气化，从而蚀除金属。
因此在加工过程中几乎不存在切削力。
应用这种加工方法的机床主要有：∙电火花成型加工机床：工具电极一般采用石墨或紫铜，工具和工件浸没在煤油基工作液中，通过放电把工具电极上的形状复制到工件上。
∙电火花线切割加工机床：采用去离子水（Deionized water）作为绝缘介质，采用黄铜丝或黄铜镀锌丝作为工具电极（中国大陆发明的往复走丝电火花加工线切割机床通常采用乳化液，采用钼丝作为工具电极）。
目录[隐藏]∙ 1 历史∙ 2 优点∙ 3 缺点∙ 4 线切割∙ 5 电火花加工分类∙ 6 电火花机分类∙7 电火花机放电微观过程[编辑]历史1943年，苏联学者拉扎连科夫妇（Dr. B.R. Lazarenko 及 Dr. N.I. Lazarenko ）发明电火花机，使用电阻、电容回路，即RC回路。
50年代，改进为电阻、电感、电容等回路，即既RLC回路。
60年代，改进为晶体管，可控硅脉冲电源。
70年代，改进为高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲、可调波形脉冲电源。
80年代，采用工业级CPU控制，能实现G码编辑等功能，极大的提升了使用性能。
日本牧野（Makino）公司在1980年发明第一台数字控制电火花加工机。
至1990年代，采用了多轴控制及刀库（ATC）技术。
近些年，无电阻技术、直线导轨技术、混粉技术等一批新工艺也成功运用在电火花机上。
电火花加工
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 性加工时，电极损耗率小于１％，可以实现 低损耗加工
２、利用吸附效应：
什么是吸附效应？ 煤油－－热分解－－大量碳微粒－－碳和金属结 合（胶团）－－胶团外层脱落（带负电荷的碳 胶粒）－－吸附在正极 当正极表面温度在４00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 （碳黑膜）。 由于碳的熔点、气化点很高，所以，碳黑膜可对 电极起到保护和补偿作用，从而实现低损耗加 工。
2、工具相对损耗 生产实际中用工具相对损耗或称损耗比θ作为 工具电极耐损耗的指标，即： θ=VE / VW×100% 损耗速度VE 的单位也为mm3 /min 或g /min 相应的损耗比θ也为体积相对损耗或质量相对 损耗
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。
要降低工具电极损耗必须充分利用极性效应、吸 附效应、传热效应等，这些效应又相互影响， 综合作用，具体如下： １、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 粗加工时采用负极性加工。
第二章
电火花加工
电火花加工（我国）又称为放电加工（日、美、 英）或电蚀加工（俄罗斯） 第一节 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： 电火花加工原理: 基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的 电腐蚀现象来蚀除多余金属,以达到对零件的尺 寸、形状及表面质量预定的加工要求。 电火花腐蚀的主要原因：
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 途的不同分类。前五类属电火花成形、尺寸 加工，后者属于表面加工方法，用于改善或 改变零件表面性质。
见表2-1
第二节 电火花加工的机理
第二章 电火花加工
2.2电火花加工的机理
• 3热膨胀:
–放电通道中电子和离子高速运动时相互碰撞， 动能转化成热能，在两极之间沿通道形成一 个高达1000～1200℃的瞬时高温热源，在热 源作用区的电极和工件表面金属会很快熔化， 甚至气化 –周围的工作液除一部分气化外，另一部分被 高温分解为游离的碳黑和H2、C2H2 、C2H4、 CnH2n等气体（使工作液变黑，在极间冒出小 气泡）
•脉冲电源参数：
–脉冲宽度ti :放电延续时间，ti应小于0.001s，以使放电气化产
生的热量不会传导扩散到其它部位，只是在极小范围内使金属局部 熔化，直至气化
–脉冲间隔t0 :相邻脉冲之间的间隙时间，使放电介质有足够的时
间恢复绝缘状态（称为消电离）
–脉冲周期T=ti+t0； –峰值电压:工件和电极间隙开路时电极间的最高电压ui –峰值电流:工件和电极间隙火花放电时脉冲电流瞬间的最大值i
–电极材料不必比工件材料硬，不存在机械加工时由于刀具 硬度而无法加工的问题
• 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过 程自动控制 • 5）只能加工导电材料 • 6）加工速度慢 • 7）电极有损耗
四、电火花加工方法分类
• 表2-1
2.2电火花加工的机理
• 包括：电离、放电、热膨胀、抛出金属和 消电离等几个连续的阶段
–煤油工作液，为避免起火可采用燃点较高的机油或煤油 与机油的混合物 –水基工作液，可大幅度提高粗加工效率
三、电火花成型加工的特点及应用
• 1）可加工用机械加工方法难于或无法加工的材料
–如淬火钢、硬质合金钢、耐热合金钢等
• 2）可加工小孔、深孔、窄缝零件
电火花加工
电火花加工
2.自动进给调节系统的基本组成
电火花加工
qa K aW Mft qc K cW M ft
qa va K aW M f t qc vc K aW M f t
q a、q c－ － 正 极 、 负 极 的 总 除 蚀量 ； v a、v c－ － 正 极 、 负 极 的 蚀 速 除度 ， 即 工 件 生 产 率工 或具 损 耗 速 度 ； W M－ － 单 个 脉 冲 能 量 ； f－ － 脉 冲 频 率 ； t－ － 加 工 时 间 ； K a、K c－ － 阳 极 、 阴 极 的 极 能 间量 分 配 系 数 ；
4）直接利用电能进行加工，便于实现自动化。
电火花加工
3.电火花加工工艺方法分类
按工具电极的形状、工具电极和工件相对运动的方式
和用途的不同，大致分为电火花穿孔成形加工、电火花线
切割加工、电火花磨削和镗磨、电火花展成加工、电火花
表面强化与刻字。前四类属电火花成形、尺寸加工，是用
于改变零件形状或尺寸的加工方法；最后一类属表面加工 方法，用于改善或改变零件表面性质。电火花穿孔加工和 电火花线切割应用最为广泛。
电火花加工
电火花加工
电火花加工 工件电极和工具电极均浸泡在工作介质中，工具电极在自动 进给调节装置的驱动下，与工件电极间保持一定的放电间隙。 电极的表面（微观）是凹凸不平的，当脉冲电压加到两极上时， 某一相对间隙最小处或绝缘强度最低处的工作液将最先被电离 为负电子和正离子而被击穿，形成放电通道，电流随即剧增， 在该局部产生火花放电，瞬时高温使工件和工具表面都蚀除掉 一小部分金属，各自形成一个小凹坑。脉冲放电结束后，经过 一段间隔时间（即脉冲间隔t0），使工作液恢复绝缘后，第二个 脉冲电压又加到两极上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘 强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。这样以很高频率 连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就将工具 的形状复制在工件上，加工出所需要的零件。
第2章电火花加工
2. 工具电极相对损耗 是指工具电极的损耗速度与工件 加工速度之百分比。减少工具电极 加工速度之百分比。 相对损耗的措施是： 相对损耗的措施是： （1）正确利用极性效应； ）正确利用极性效应； （2）利用吸附效应； ）利用吸附效应； （3）利用传热效应； ）利用传热效应； （4） ） 用工具电极 加工 1. 2. 电 的 加工 的 度的 性 电 2-8 电 。 工 具 工件 2-7 工 具
二、RC、RLC脉冲电源 、 脉冲电源 RC、RLC脉冲电源又叫弛张式脉冲电源，它是利用 、 脉冲电源又叫弛张式脉冲电源， 脉冲电源又叫弛张式脉冲电源 电容的充、放电来进行加工的。 电容的充、放电来进行加工的。 1. RC脉冲电源 脉冲电源 RC脉冲电源是一种最简单的脉冲电源，其工作原理 脉冲电源是一种最简单的脉冲电源， 脉冲电源是一种最简单的脉冲电源 如图2-10所示。 所示。 如图 所示 工具 R E + A 工件 图2-10 RC脉冲电源原理图 脉冲电源原理图 C V
主振级Ⅰ 主振级Ⅰ
主振级Ⅱ 主振级Ⅱ
放大级
+ U 功放级 工具 工件
图2-17 高频分组脉冲电源原理图
高频分组脉冲电源的优点是： 高频分组脉冲电源的优点是：具有高频脉冲加工表面 粗糙度细和低频脉冲加工速度高，电极损耗少的双重优点。 粗糙度细和低频脉冲加工速度高，电极损耗少的双重优点。 2.5 电火花加工自动进给调节系统 一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类 自动进给调节系统的作用、 1. 作用 维持一定的放电间隙,保证电火花加工正常稳定地进行 保证电火花加工正常稳定地进行。 维持一定的放电间隙 保证电火花加工正常稳定地进行。 2. 要求 （1）具有较广的速度调节跟踪范围； ）具有较广的速度调节跟踪范围； （2）具有足够的灵敏和快速性； ）具有足够的灵敏和快速性； （3）具有必要的稳定性； ）具有必要的稳定性； （4）简单可靠，维修操作方便。 ）简单可靠，维修操作方便。 3. 分类 按执行元件分：电液式、步进电机、调速力矩电机， 按执行元件分：电液式、步进电机、调速力矩电机， 直流伺服电机等。 交、直流伺服电机等。
第2章-电火花加工
11
适 用 范 围
1 )电火花穿孔成形加工 (1)穿孔加工：各种冲模、挤压模、粉末冶金模、异形孔 及微孔等； (2)型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔工件。 2 )电火花线切割 (1)切割各种冲模和具有直纹面的零件； (2)下料、截割和窄缝加工。
12
适用范围
3 )电火花同步共扼回转加工 以同步回转、展成回转、倍角速度回转等不同方式，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。 4 )电火花高速小孔加工 (1)线切割预穿丝孔； (2)深径比很大的小孔，如喷嘴等。 5 )电火花表面强化与刻字 (1)模具刃口，刀、量具刃口表面强化和镀覆； (2)电火花刻字、打印记。
பைடு நூலகம்
9
脉冲电源的放电电压及电流波形
极间放电电压和电流波形 a）电压波形 b）电流波形
10
2.1.4 电火花加工的类型及适用范围
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 3 )电火花同步共扼回转加工 4 )电火花高速小孔加工 5 )电火花表面强化与刻字
29
放电凹坑形状与放电参数示例
30
近期的研究还发现放电的蚀除量不仅与能量 的大小有关，还与蚀除的形式有关，对于窄脉宽 高峰值电流放电的情况产生的蚀除形式主要是以 材料的气化为主，而大脉宽低峰值电流主要产生 的蚀除形式是熔化方式，气化形式的蚀除效率比 熔化的要高30～50％，并且表面残留的金属及表 面质量有明显差异。
37
2.3.3
蚀除速度和电极损耗的关系
1．加工速度
体积加工速度 mm3/min； 质量加工速度 g/min。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验名称电火花成型加工实验
一、实验目的1、使学生了解电火花成型加工机床的一般结构和基本工作原理；2、使学生掌握电火花成型加工机床各部分的功能，及机床的操作使用方法；3、使学生掌握电火花穿孔与成型加工中各种电加工工艺参数的选择，学会电极的安装、工件的装夹及找正方法；4、使学生加深对电火花成型加工技术的原理、特点及应有范围的理解。
5、通过实验，督促学生观察电火花加工中极性效应和炭黑吸附效应等特有现象，并以此加深学生对电火花加工理论知识的理解。
二、实验基本原理电火花成型加工是利用工具电极和工件电极，即正、负电极之间产生脉冲性火花放电时产生的电腐蚀现象，来蚀除工件上多余的金属，以达到对工件的尺寸、形状和表面质量预定的加工要求。
如下图所示：
与线切割加工所用的钼丝工具电极不同，电火花成型加工所用的工具电极是按照工件的形状及其它要求专门制造的，其材料一般为紫铜或石墨。
三、实验基本步骤
1、实验指导教师讲解电火花成型加工实验的目的和要求，强调实验的纪律，并进行安全教育。
2、实验指导教师讲解数控电火花成型加工机床的结构、各部分的功能和操作使用方法。
3、实验指导教师讲解并演示工具电极的安装与更换、工件装夹和找正的方法，并说明此次实验属于电火花穿孔加工实验。
4、实验指导教师讲解并演示电火花穿孔加工时对加工深度分组，并说明其意义在于将整个加工过程划分成粗加工、半精加工和精加工，以达到提高加工效率和满足加工精度的要求；加工深度分组方法时对各加工深度内电规准参数选择的依据和输入方法。
5、学生在实验指导教师的指导下，开启数控电火花成型加工机床，完成零件的穿孔加工任务。
6、在机床加工过程中，实验老师提醒学生观察电火花加工的各种现象，包括火花放电状态、工作液冲油式工作方式、工作液介质过滤方式、电极在加工过程中的回退现象、负极性加工时工具电极上的炭黑吸附现象等。
7、实验指导教师讲解电火花成型加工机床用途之一：如何取断丝锥。
四、实验记录
五、思考题
1、电火花加工何时选择正极性加工，何时选择负极性加工，为什么？
2、电火花加工所选用的紫铜电极与石墨电极各有何优缺点?。