第三讲 电火花加工的基本规律和脉冲电源
第三章 电火花加工工艺规律3
第三章 电火花加工工艺规律3.1 电火花加工的常用术语电火花加工中常用的主要名词术语和符号如下：1．工具电极电火花加工用的工具是电火花放电时的电极之一，故称为工具电极，有时简称电极。
由于电极的材料常常是铜，因此又称为铜公(如图3-1所示)。
图3-1 电火花加工示意图2．放电间隙放电间隙是放电时工具电极和工件间的距离，它的大小一般在0.01～0.5 mm 之间，粗加工时间隙较大，精加工时则较小。
3．脉冲宽度ti(μs)脉冲宽度简称脉宽(也常用ON 、TON 等符号表示)，是加到电极和工件上放电间隙两端的电压脉冲的持续时间(如图3-2所示)。
为了防止电弧烧伤，电火花加工只能用断断续续的脉冲电压波。
一般来说，粗加工时可用较大的脉宽，精加工时只能用较小的脉宽。
图3-2 脉冲参数与脉冲电压、电流波形4．脉冲间隔to(μs))脉冲间隔简称脉间或间隔(也常用OFF 、TOFF 表示)，它是两个电压脉冲之间的间隔时间(如图3-2所示)。
间隔时间过短，放电间隙来不及消电离和恢复绝缘，容易产生电弧放电，烧伤电极和工件；脉间选得过长，将降低加工生产率。
加工面积、加工深度较大时，脉间也应稍大。
5．放电时间(电流脉宽)te(μs)21—工具电极；2—工件；3—脉冲电源；4—伺服进给系统放电时间是工作液介质击穿后放电间隙中流过放电电流的时间，即电流脉宽，它比电压脉宽稍小，二者相差一个击穿延时td 。
ti 和te 对电火花加工的生产率、表面粗糙度和电极损耗有很大影响，但实际起作用的是电流脉宽te 。
6．击穿延时t d (μs)从间隙两端加上脉冲电压后，一般均要经过一小段延续时间t d ，工作液介质才能被击穿放电，这一小段时间t d 称为击穿延时(见图3-2)。
击穿延时t d 与平均放电间隙的大小有关，工具欠进给时，平均放电间隙变大，平均击穿延时t d 就大；反之，工具过进给时，放电间隙变小，t d 也就小。
7．脉冲周期t P (μs)一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时间称为脉冲周期，显然t P =t i +t o (见图3-2)。
电火花加工工艺规律课件
目录
• 电火花加工原理 • 电火花加工的工艺参数 • 电火花加工的特性和应用 • 电火花加工的工艺规律和影响因素 • 电火花加工的实践操作和注意事项
01
电火花加工原理
电火花放电现象
01 定义
电火花放电现象是电极间瞬间导通，同时伴随着 大量热能、光能、声能等释放的现象。
02 产生条件
工件进给速度
工件进给速度越快，加工效率越高， 但过快的进给速度可能导致电极与工 件接触不良，影响加工效果。
加工面积和深度
加工面积
加工面积越大，加工难度越高，需要选择合适的电极材 料和工作液。
加工深度
加工深度越深，加工难度越高，需要选择合适的电极材 料和工作液，同时需要调整工艺参数，确保加工稳定性 和精度。
工作液的选择与使用
工作液在电火花加工中起到冷却、排屑和绝缘的作用。根 据具体的加工要求和条件，选用合适的工作液可以提高加 工效率和表面质量。
电火花加工的实践操作和注
05
意事项
电火花加工的实践操作流程
准备工具和材料
根据加工需求选择合适的工具和材料，如电 极、工件、工作液等。
安装工具和工件
将电极和工作件安装在电火花机床上，确保安 装牢固。
02 铜电极
适用于加工有色金属，如铝、铜等，具有较好的 导电性和加工精度。
03 硬质合金电极
适用于加工高硬度材料，如硬质合金，具有较高 的电极损耗率和加工效率。
脉冲宽度和脉冲间隔
脉冲宽度
决定单个脉冲的能量，脉冲宽度越大，单个脉冲的能量越大，加工效率越高，但电极损耗也越 大。
脉冲间隔
决定脉冲的频率，脉冲间隔越小，脉冲频率越高，加工效率越高，但电极损耗也越大。
电火花加工知识讲解
第一节 电火花加工的基本原理及分类
• 2、必须采用自动进给调节装置 • 以保证工具电极与工件电极间微小的放电间隙。间隙过大，极间
第三节 电火花加工中的一些基本规律
➢ 为提高电火花加工的生产率、降低电极的损耗，必须 了解影响材料放电腐蚀的主要因素：
1 极性效应 2 电参数 3 金属材料热学常数 4 工作液 5 其他因素
第三节 电火花加工中的一些基本规律
• 极性效应
在电火花加工过程中，正极和负极都会受到不同程度的 电腐蚀，即使相同材料，正、负极的电蚀量也不相同， 这种单纯由极性不同而电蚀量不同的现象称为“极性效 应”。 “正极性”加工——工件接脉冲电源的正极 “负极性”加工——工件接脉冲电源的负极
电火花加工
第一节 电火花加工的基本原理及分类
➢ 电 火 花 加 工 又 称 放 电 加 工 (Electrical scharge Machining，简称EDM)：
原理：在一定介质中，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侵蚀多余的金属，以使零件 的尺寸、形状和表面质量达到预定要求的加工方法。
第二节 电火花加工机理
实验结果表明，电火花加工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结果。人们 对电火花加工过程还不够，还需要进一步研究。
第三节 电火花加工中的一些基本规律
§2.3.1 影响材料放电腐蚀的主要因素 §2.3.2 加工速度与工具损耗速度 §2.3.3 影响加工精度的主要因素 §2.3.4 电火花加工的表面质量
第三节电火花加工的一些规律
第三节
电火花加工中的一些规律
单个脉冲能量为:
当脉冲放电量相同时，金属的熔点，沸点， 比热容，熔化热，汽化热越高，电蚀量将越 少，越难加工；另一方面，热导率越大的金 属，由于较多的地把瞬时产生的热量传导散 失到其他部位，因而减少了本身的蚀除量。
第三节
电火花加工中的一些规律
常用材料的热学常数
第三节
电火花加工中的一些规律
4.工作液对电蚀量的影响
@第一小组
制作：方刘
第三节
电火花加工中的一些规律
一·影响材料放电腐蚀的主要因素 1.极性效应
定义：单纯由于正负极性不同而彼此电蚀量不 一样的现象称为极性效应。（两极材料不同，则 极性效应更加复杂） 极性效应产生原因很复杂。但是为了充分利用 它，最大地减少工具电极的损耗，应合理选用工 具电极的材料，根据电极对材料的物
te----单个脉冲实际放电时间（μs）； u（t）----放电间隙中随时间而变化的电 压（V）； i（t）----放电时间随时间而变化的 电流（A）； WM----单个脉冲能量（J）；
第三节
电火花加工中的一些规律
3.金属材料热学常数对电蚀量的影响
热学常数：熔点，沸点（气化点），热 导率，比热容，熔化热，热规律
2.表面变质层：
（1）熔化凝固层 （2）热影响层 （3）显微裂纹 3.表面力学性质： （1）显微硬度及耐磨性 （2）残余应力 （3）耐疲劳性能
加工过程的稳定性 加工面积 电极材料
电火花加工用脉冲电源
电火花加工用脉冲电源电火花加工及其脉冲功率电源的研究电火花加工又称放电加工（electrical discharge machining,简称EDM），由于其能进行难切削材料和复杂形状零件的加工，而得到广泛的应用。
其中最主要的部分是脉冲电源，脉冲电源的技术性能好坏直接影响电火花成形加工的各项工艺指标，如加工质量精度、加工速度、电极损耗等。
本文将对电火花加工的原理及其脉冲电源进行简要介绍和研究。
一、电火花加工的工作原理进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。
通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。
在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。
这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。
紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。
这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。
在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。
因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。
工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。
在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。
工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。
常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。
电火花成形加工的基本规律
模具制造工艺学
影响加工速度的主要因素
▪ 工件材料的热学常数对加工速度的影响
所谓热学常数是指熔点、沸点、热导率、比热容、熔化热、汽 化热等，其中前三者对电蚀量影响较大。
每次脉冲放电时，通道内及正、负电极放电点瞬间分别获得大 量热能，除了一部分由于热传导散失到电极其他部分和工作液中外， 大部分热能消耗在金属的熔化、汽化过程中。
影响电极相对损耗的主要因素
▪ 电极损耗分为绝对损耗和相对损耗，绝对损耗是指单位时间内 工具电极损耗的长度、重量或体积，即长度绝对损耗。重量绝对损 耗或体积绝对损耗。相对损耗是指工具电极的绝对损耗与加工速度 的百分比，即得到长度相对损耗、重量相对损耗或体积相对损耗。
影响电极相对损耗的主要因素
▪ 正确选用电极材料
影响加工速度的主要因素
▪ 排屑条件对加工速度的影响
▪ 在电火花加工过程中，极间局部区域电蚀产物过高，加之放电 引起的温度升高，常会影响加工过程的稳定性，以致破坏正常的火 花放电，使加工速度降低，甚至无法继续加工。
影响加工精度的主要因素
尺寸精度 电火花加工时，工具电极与工件之间都存在一定的放电间隙，
影响加工表面质量的主要因素
▪ 表面变质层
由于电火花放电的瞬时高温和液体介质的冷却作用，使工件加 工表面产生了一层与原来材料组织不同的变质层。变质层包括表面 的熔融再凝固层（熔化层）及能 电火花加工后表面层的硬度一般均比较高，但对某些淬火钢，
也可能稍低于基体硬度。对未淬火钢，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，热影响层中的再淬火 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。
1 斜度。电火花加工时侧面产生斜度，使上端尺寸大而底端尺寸小。 这是由于二次放电和电极损耗而产生的，
第三讲 电火花加工的基本规律和脉冲电源
自动进给调节系统
注意：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 件的质量，电路中的电容、电感都有惯性、滞后现象，往 往产生“欠进给”和“过进给”，甚至出现主轴“上下振 荡”。 2.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； 能适应加工规准、加工面积等条件的变化。 （2）、有足够的灵敏度和快速性；
能根据间隙状态的微弱信号进行快速调节。
（3）、有必要的稳定性； 能均匀、稳定的进给，避免低速爬行。
自动进给调节系统
3.自动进给调节系统的分类（按执行元件分）
（1）电液压式（喷嘴-挡板式）；
（2）步进电动机式； （3）宽调速力矩电动机式； （4）直流伺服电动机式； （5）交流伺服电动机式； （6）直线电动机式；
电火花加工用的脉冲电源
三、脉冲电源的分类： 3. 派生脉冲电源 • 节能型脉冲电源
自选加工规准电源和智能化，自适应控制电源
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
1.作用 维持加工所需的“平均” 放电间隙 S ,保证电火花
加工正常进行。
放电间隙 S 与蚀除速度之间的关系？ 为达到最佳放电间隙 S，应如何设定进给调节特性 ？
s m ax
二次放电
工具
电极损耗 加工斜度
s m in
棱角变钝
电火花加工时的加工斜度
工具
工件
工件
工具
电火花加工时尖角变圆
R
u E
E
C
V
ud
uc
A
0
t
(a) 原 理 图
(b) 波 形 图
RC线路脉冲电源 优点： （1）结构简单、工作可靠、成本低； （2）可获得窄脉宽和单个小脉冲能量。 缺点：电能利用率低、生产率低、工艺参数不稳定。
电火花加工用脉冲电源
电火花加工及其脉冲功率电源得研究电火花加工又称放电加工(elｅctrｉｃal dischaｒge ｍaｃｈiｎｉnｇ,简称EＤM),由于其能进行难切削材料与复杂形状零件得加工,而得到广泛得应用。
其中最主要得部分就是脉冲电源,脉冲电源得技术性能好坏直接影响电火花成形加工得各项工艺指标,如加工质量精度、加工速度、电极损耗等。
本文将对电火花加工得原理及其脉冲电源进行简要介绍与研究。
一、电火花加工得工作原理进行电火花加工时,工具电极与工件分别接脉冲电源得两极,并浸入工作液中,或将工作液充入放电间隙。
通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给,当两电极间得间隙达到一定距离时,两电极上施加得脉冲电压将工作液击穿,产生火花放电。
在放电得微细通道中瞬时集中大量得热能,温度可高达一万摄氏度以上,压力也有急剧变化,从而使这一点工作表面局部微量得金属材料立刻熔化、气化,并爆炸式地飞溅到工作液中,迅速冷凝,形成固体得金属微粒,被工作液带走。
这时在工件表面上便留下一个微小得凹坑痕迹,放电短暂停歇,两电极间工作液恢复绝缘状态。
紧接着,下一个脉冲电压又在两电极相对接近得另一点处击穿,产生火花放电,重复上述过程。
这样,虽然每个脉冲放电蚀除得金属量极少,但因每秒有成千上万次脉冲放电作用,就能蚀除较多得金属,具有一定得生产率。
在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙得条件下,一边蚀除工件金属,一边使工具电极不断地向工件进给,最后便加工出与工具电极形状相对应得形状来。
因此,只要改变工具电极得形状与工具电极与工件之间得相对运动方式,就能加工出各种复杂得型面。
工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工得耐电蚀材料,如铜、石墨、铜钨合金与钼等。
在加工过程中,工具电极也有损耗,但小于工件金属得蚀除量,甚至接近于无损耗、工作液作为放电介质,在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。
常用得工作液就是粘度较低、闪点较高、性能稳定得介质,如煤油、去离子水与乳化液等。
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结构简单，工作可靠，成本低 在小功率时可以获得很窄的脉宽和很小的单个脉冲 能量。
缺点：
电能利用率低，不超过36% 生产率低，电容充电时间比放电时间长50倍以上 电源与放电间隙间没有开关原件隔离，影响稳定性
电火花加工用的脉冲电源
电火花加工用的脉冲电源
二、脉冲电源的输出应满足的条件：
1. 有一定的脉冲放电能量，以使工件金属气化。 2.脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应，提高 加工速度和降低工具电极损耗。
3.脉冲电压波形的前后沿应该陡峭，这样才能减小 电极间隙的变化及油污等对脉冲放电宽度和能量等 参数的影响，使工艺过程稳定
自动进给调节系统—测量环节
1、测量对象：测量与间隙大小成比例的电信号间接 反映 放电间隙的大小。 2、测量方法：（1）平均间隙电压法 （2）峰值电压检测法 （3）放电率检测法 目前平均电压检测和间隙放电状态检测同时使用 平均电压检测用于伺服进给控制 间隙放电状态检测主要用于对短路和电弧放电的控 制及抬刀频率的自动调节
三、脉冲电源的分类： 3. 派生脉冲电源 高低压复合脉冲电源
电火花加工用的脉冲电源
三、脉冲电源的分类： 3. 派生脉冲电源 多回路脉冲电源
电火花加工用的脉冲电源
三、脉冲电源的分类： 3. 派生脉冲电源 等脉冲电源
电火花加工用的脉冲电源
三、脉冲电源的分类： 3. 派生脉冲电源 高频分组和梳形波脉冲电源
特种加工
第三讲 脉冲电源和自动进给系统
用的脉冲电源
脉冲电源的作用： • 把工频交流电流转换成一定频率的单向 脉冲电流，以提供电极放电间隙所需要 的能量来蚀除金属。 一、脉冲电源的要求及分类 有较高的加工速度 工具电极损耗低 加工过程稳定性好 工艺范围广
三、脉冲电源的分类： 1. 非独立式脉冲电源 RC线路脉冲电源
电火花加工用的脉冲电源
三、脉冲电源的分类： 2. 独立式脉冲电源 晶体管式脉冲电源 利用功率晶体管作为开关原件而获得单向 脉冲 特点： 脉冲频率高，脉冲参数容易调节，脉冲波 形好，易于实现多回路加工和自适应控制 等自动化要求
电火花加工用的脉冲电源
能根据间隙状态的微弱信号进行快速调节。
（3）、有必要的稳定性； 能均匀、稳定的进给，避免低速爬行。
自动进给调节系统
3.自动进给调节系统的分类（按执行元件分）
（1）电液压式（喷嘴-挡板式）；
（2）步进电动机式； （3）宽调速力矩电动机式； （4）直流伺服电动机式； （5）交流伺服电动机式； （6）直线电动机式；
4.必须是短时间的脉冲性放电，聚集热量以提高 成型性和加工精度。
电火花加工用的脉冲电源
5. 脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉 冲间歇等)有较宽的调节范围，以满足粗、中、精 加工的要求。
6. 有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时 间消除电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧 伤工件。
电火花加工用的脉冲电源
自动进给调节系统—测量环节
自动进给调节系统
三、电-液自动进给调节系统：
自动进给调节系统
四、电-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，因而传动链短， 灵敏度 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。
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？
脉冲频率高 脉冲参数容易调节 脉冲波形好
易于实现自动控制
自振式晶体管脉冲电源
电火花加工用的脉冲电源
三、脉冲电源的分类： 3. 派生脉冲电源 • 节能型脉冲电源
自选加工规准电源和智能化，自适应控制电源
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
1.作用 维持加工所需的“平均” 放电间隙 S ,保证电火花
加工正常进行。
放电间隙 S 与蚀除速度之间的关系？ 为达到最佳放电间隙 S，应如何设定进给调节特性 ？
自动进给调节系统
注意：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 件的质量，电路中的电容、电感都有惯性、滞后现象，往 往产生“欠进给”和“过进给”，甚至出现主轴“上下振 荡”。 2.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； 能适应加工规准、加工面积等条件的变化。 （2）、有足够的灵敏度和快速性；
s m ax
二次放电
工具
电极损耗 加工斜度
s m in
棱角变钝
电火花加工时的加工斜度
工具
工件
工件
工具
电火花加工时尖角变圆
R
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(a) 原 理 图
(b) 波 形 图
RC线路脉冲电源 优点： （1）结构简单、工作可靠、成本低； （2）可获得窄脉宽和单个小脉冲能量。 缺点：电能利用率低、生产率低、工艺参数不稳定。
自动进给调节系统
二、自动进给调节系统的基本组成部分：
自动进给调节系统
二、自动进给调节系统的基本组成部分：
测量环节——测量间隙的大小
平均间隙电压法：工具工件极性变换不会影响输出信号U 的极性 利用稳压管测量脉冲电压的峰值信号
自动进给调节系统
二、自动进给调节系统的基本组成部分：
比较环节——与给定值比较，决定进给速度 放大环节——比较环节给出的信号需要放大后才能驱动电机 执行环节——执行机构，电机 调节对象——电极与工件之间的放电间隙