第二章 电火花加工
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第二章 电火花加工
一、电火花加工的原理和设备组成 二、电火花加工的特点及其应用 三、电火花加工工艺方法分类
电火花加工的原理和设备组成
1) 必须使工具电极和工件被 加工表面之间经常保持一定 的放电间隙，这一间隙随加 工条件而定，通常约为 0.02～0.1mm。 2) 火花放电必须是瞬时的脉 冲性放电(图2-1)。 3) 火花放电必须在有一定绝 缘性能的液体介质中进行， 例如煤油、皂化液或去离子 水等。
放电的热效应
介质热分解、气 化
煤油 水基工作液
电极材料熔化、 气化
图2-6 单个脉冲放电痕 剖面放大示意图 1—无变化区 2—热影响层 3—翻边 凸起 4—放电通道 5—气化区 6—熔化区 7—熔化凝固层
电极材料的抛出
图2-5 放电间隙状况示意图 1—正极 2—从正极上熔化并抛出金属的区域 3—放电通道 4—气泡 5—在负极上熔 化并抛出金属的区域 6—负极 7—翻边凸起 8—在工作液中凝固的微粒 9—工作液 10—放电形成的凹坑
用途
1．线切割穿丝预孔 2．深径比很大的小孔，如喷嘴等
说明
约占电火花机床2%， 典型机床有D703A电火花高速小孔加工机床
电火花表面强化、刻字
特点
1．工具在工件表面上振动 2．工具相对工件移动
用途
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
说明
约占电火花机床总数的2%～3%， 典型设备有D9105电火花强化器等
1) 所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或负半波很 小，这样才能最大限度地利用极性效应，提高生产率和 减少工具电极的损耗。 2) 脉冲电压波形的前后沿应该较陡，这样才能减少电极 间隙的变化及油污程度等对脉冲放电宽度和能量等参数 的影响，使工艺过程较稳定。 3) 脉冲的主要参数，如峰值电流e、脉冲宽度ti、脉冲 间隔t0等应能在很宽的范围内调节，以满足粗、中、精 加工的要求。 4) 脉冲电源不仅要考虑工作稳定可靠、成本低、寿命长、 操作维修方便和体积小等问题，还要考虑节省电能。
电火花加工的原理和设备组成
1) 必须使工具电极和工件被 加工表面之间经常保持一定 的放电间隙，这一间隙随加 工条件而定，通常约为 0.02～0.1mm。 2) 火花放电必须是瞬时的脉 冲性放电(图2-1)。 3) 火花放电必须在有一定绝 缘性能的液体介质中进行， 例如煤油、皂化液或去离子 水等。
放电的热效应
介质热分解、气 化
煤油 水基工作液
电极材料熔化、 气化
图2-6 单个脉冲放电痕 剖面放大示意图 1—无变化区 2—热影响层 3—翻边 凸起 4—放电通道 5—气化区 6—熔化区 7—熔化凝固层
电极材料的抛出
图2-5 放电间隙状况示意图 1—正极 2—从正极上熔化并抛出金属的区域 3—放电通道 4—气泡 5—在负极上熔 化并抛出金属的区域 6—负极 7—翻边凸起 8—在工作液中凝固的微粒 9—工作液 10—放电形成的凹坑
用途
1．线切割穿丝预孔 2．深径比很大的小孔，如喷嘴等
说明
约占电火花机床2%， 典型机床有D703A电火花高速小孔加工机床
电火花表面强化、刻字
特点
1．工具在工件表面上振动 2．工具相对工件移动
用途
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
说明
约占电火花机床总数的2%～3%， 典型设备有D9105电火花强化器等
1) 所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或负半波很 小，这样才能最大限度地利用极性效应，提高生产率和 减少工具电极的损耗。 2) 脉冲电压波形的前后沿应该较陡，这样才能减少电极 间隙的变化及油污程度等对脉冲放电宽度和能量等参数 的影响，使工艺过程较稳定。 3) 脉冲的主要参数，如峰值电流e、脉冲宽度ti、脉冲 间隔t0等应能在很宽的范围内调节，以满足粗、中、精 加工的要求。 4) 脉冲电源不仅要考虑工作稳定可靠、成本低、寿命长、 操作维修方便和体积小等问题，还要考虑节省电能。
第2章_电火花加工工艺规律
2．电参数对电蚀量的影响 电火花加工过程中腐蚀金属的量(即电蚀量)与单个脉冲能量、 脉冲效率等电参数密切相关。 单个脉冲能量与平均放电电压、平均放电电流和脉冲宽度成 正比。在实际加工中，其中击穿后的放电电压与电极材料及工作 液种类有关，而且在放电过程中变化很小，所以对单个脉冲能量 的大小主要取决于平均放电电流和脉冲宽度的大小。 由上可见，要提高电蚀量，应增加平均放电电流、脉冲宽度 及提高脉冲频率。
但在实际生产中，这些因素往往是相互制约的，并影响到其它 工艺指标，应根据具体情况综合考虑。例如，增加平均放电电流， 加工表面粗糙度值也随之增大。
3．金属材料对电蚀量的影响
正负电极表面电蚀量分配不均除了与电极极性有关外，还与电 极的材料有很大关系。当脉冲放电能量相同时，金属工件的熔点、 沸点、比热容、熔化热、气化热等愈高，电蚀量将愈少，愈难加工； 导热系数愈大的金属，因能把较多的热量传导、散失到其它部位， 故降低了本身的蚀除量。因此，电极的蚀除量与电极材料的导热系 数及其它热学常数等有密切的关系。
3 vw / (mm/ min)
400 300 200 100 0 10 20
t＝ i
1
s 00 0
s 00 2
t i＝
ti＝50s 30 40 50 60 ie / A
^
图3-7 峰值电流与加工速度的关系曲线
2 非电参数的影响
1)．加工面积的影响
图3-8是加工面积和加工速度的关系曲线。由图可知，加工面积较大时，它 对加工速度没有多大影响。但若加工面积小到某一临界面积时，加工速度会 显著降低，这种现象叫做“面积效应”。因为加工面积小，在单位面积上脉 冲放电过分集中，致使放电间隙的电蚀产物排除不畅，同时会产生气体排除 液体的现象，造成放电加工在气体介质中进行，因而大大降低加工速度。 从图3-8可看出，峰值电流不同，最小临界加工面积也不同。因此，确定一 个具体加工对象的电参数时，首先必须根据加工面积确定工作电流，并估算 所需的峰值电流。
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）
第2章电火花加工
(1) 要有一定的脉冲放电能量，否则不能使工件金 属气化。
(2) 电火火花花放成电型必加须工是短时间的脉冲性放电，这样才能 使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有 效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。
(3) 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。
(4) 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。
电火花成型加工
影响工具相对损耗的主要因素
极性效应 吸附效应：表面碳黑膜 传热效应：宽脉冲，小电流 材料选择：钨、钼，熔点和沸点高，损耗小，但机械加工性能
差，价格贵，用于线切割。铜，导热性好，常用于中小型型 腔加工的工具电极。石墨，热学性能好，吸附效应好，损耗 低，广泛用于型腔的加工。
电火花影成型响加工加工精度主要因素
电火花成型加工
2.电极材料的熔化、气化热膨胀 ：
液体介质被电离、击穿，形成放电通道后， 通道间带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子 奔向负极，粒子间相互撞击，产生大量的热能， 使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使 工作液汽化，进而气化，然后高温向四周扩散， 使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气 化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增， 形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时， 可以看到工件与工具电极间有冒烟现象，并听 到轻微的爆炸声。
电火花成型加工 脉冲电源
在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是产生频 率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加 工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。脉冲电 源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、表面 质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。
脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电，其输出 应满足如下要求：
(2) 电火火花花放成电型必加须工是短时间的脉冲性放电，这样才能 使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有 效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。
(3) 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。
(4) 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。
电火花成型加工
影响工具相对损耗的主要因素
极性效应 吸附效应：表面碳黑膜 传热效应：宽脉冲，小电流 材料选择：钨、钼，熔点和沸点高，损耗小，但机械加工性能
差，价格贵，用于线切割。铜，导热性好，常用于中小型型 腔加工的工具电极。石墨，热学性能好，吸附效应好，损耗 低，广泛用于型腔的加工。
电火花影成型响加工加工精度主要因素
电火花成型加工
2.电极材料的熔化、气化热膨胀 ：
液体介质被电离、击穿，形成放电通道后， 通道间带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子 奔向负极，粒子间相互撞击，产生大量的热能， 使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使 工作液汽化，进而气化，然后高温向四周扩散， 使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气 化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增， 形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时， 可以看到工件与工具电极间有冒烟现象，并听 到轻微的爆炸声。
电火花成型加工 脉冲电源
在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是产生频 率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加 工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。脉冲电 源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、表面 质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。
脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电，其输出 应满足如下要求：
特种加工---电火花加工
火花放电过程中，负电子奔向正极，而正离子则冲 向负极，在电子和离子的轰击下，电极产生高温而熔化、 气化，从而形成所谓的“电蚀现象”。 电子质量轻惯性小启动快，离子质量大惯性大启动 慢，因此当采用短脉冲加工时电子作用大于离子的作用， 亦即正极电蚀速度快过负极电蚀速度，而采用长脉冲加 工时则正好相反。
纯铜电极加工钢：粗加工宜采用负极性长脉冲加工 （ti<10μm),而精加工则宜改用正极性窄脉冲加工
第三节 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
1 极性效应 单纯由工件接正、负极的不同而引起电蚀量的不一样， 这种现象叫极性效应。 工件接脉冲电源的正极称为“正极性加工” ，此时工 具电极接负极。 工件接脉冲电源的负极称为“负极性加工” ，此时工 具电极接正极。
极性效应的机理：
电参数：电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te、脉冲间 隔to、脉冲频率f、峰值电流ie、峰值电压u和极性。
加工规准：通常选定的电参数亦叫“加工规准”， 其影响见P.14-15。
3 金属材料热学常数对电蚀量的影响
热学参数：熔点、沸点（气化点）、热导率、比热容、 熔化热、气化热等
4 工作液对电蚀量的影响
除下来。
电火花机床实例
电火花成形加工加工出来的模具
电火花线切割加工出来的工具
电火花线切割加工出来的产品
电火花加工原理示意图1
脉 冲 电 源
工 具 电 极
B
(a
工件电极
(d
电火花加工的条件：
1）工具电极与工件电极之间必须保持一定的放电间隙
放电间隙通常为几微米至几百微米
2）必须采用脉冲电源产生瞬时的脉冲放电，避免形成 持续电弧放电
3）耐疲劳性能
花线切割加工。
纯铜电极加工钢：粗加工宜采用负极性长脉冲加工 （ti<10μm),而精加工则宜改用正极性窄脉冲加工
第三节 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
1 极性效应 单纯由工件接正、负极的不同而引起电蚀量的不一样， 这种现象叫极性效应。 工件接脉冲电源的正极称为“正极性加工” ，此时工 具电极接负极。 工件接脉冲电源的负极称为“负极性加工” ，此时工 具电极接正极。
极性效应的机理：
电参数：电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te、脉冲间 隔to、脉冲频率f、峰值电流ie、峰值电压u和极性。
加工规准：通常选定的电参数亦叫“加工规准”， 其影响见P.14-15。
3 金属材料热学常数对电蚀量的影响
热学参数：熔点、沸点（气化点）、热导率、比热容、 熔化热、气化热等
4 工作液对电蚀量的影响
除下来。
电火花机床实例
电火花成形加工加工出来的模具
电火花线切割加工出来的工具
电火花线切割加工出来的产品
电火花加工原理示意图1
脉 冲 电 源
工 具 电 极
B
(a
工件电极
(d
电火花加工的条件：
1）工具电极与工件电极之间必须保持一定的放电间隙
放电间隙通常为几微米至几百微米
2）必须采用脉冲电源产生瞬时的脉冲放电，避免形成 持续电弧放电
3）耐疲劳性能
花线切割加工。
第二章 电火花加工
–在电场的作用下，电子高速奔向阳极，正离 子奔向阴极，产生火花放电，形成放电通道
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
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
特种加工技术第二章电火花加工
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二章 电火花加工
定义： 在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉
冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高 温把金属蚀除下来。这种加工方法就叫电火花加 工。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第一节 电火花加工的基本原理及其分类
一、电火花加工的原理和设备组成 原理：基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花 放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件 的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
三、电火花加工的工艺方法分类
按照工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大 致分为六大类：
电火花穿孔成形加工
电火花线切割
电火花磨削和镗磨
电火花同步共轭回转加工
电火花高速小孔加工
电火花表面强化与刻字
前五种属于电火花成形、尺寸加工，改变零件形状或尺 寸；后一种属于表面加工，改善或改变零件表面性质。
电火花腐蚀的主要原因： 电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高
的温度，足以使任何金属材料局部融化、气化而被蚀除 掉，形成放电凹坑。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
要达到利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工的目的， 必须解决三个问题： 1）必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定 的放电间隙，通常为几微米至几百微米。 如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会 产生火花放电；如果间隙过小，很容易形成短路接触， 同样不能产生火花放电。 在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调 节装置，使和工件保持某一放电间隙。
其中电火花穿孔成型加工和电火花线切割应用最广泛。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二章 电火花加工
定义： 在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉
冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高 温把金属蚀除下来。这种加工方法就叫电火花加 工。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第一节 电火花加工的基本原理及其分类
一、电火花加工的原理和设备组成 原理：基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花 放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件 的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
三、电火花加工的工艺方法分类
按照工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大 致分为六大类：
电火花穿孔成形加工
电火花线切割
电火花磨削和镗磨
电火花同步共轭回转加工
电火花高速小孔加工
电火花表面强化与刻字
前五种属于电火花成形、尺寸加工，改变零件形状或尺 寸；后一种属于表面加工，改善或改变零件表面性质。
电火花腐蚀的主要原因： 电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高
的温度，足以使任何金属材料局部融化、气化而被蚀除 掉，形成放电凹坑。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
要达到利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工的目的， 必须解决三个问题： 1）必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定 的放电间隙，通常为几微米至几百微米。 如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会 产生火花放电；如果间隙过小，很容易形成短路接触， 同样不能产生火花放电。 在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调 节装置，使和工件保持某一放电间隙。
其中电火花穿孔成型加工和电火花线切割应用最广泛。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
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
提高生产率（蚀除量）的方法
qa=KaWM f t
提高频率 f ：但 f 过大时，排屑、消电离差，加 工不稳定 增加单个脉冲能量Wm ：但过大时，一次蚀除量 过大，Ra 变大 减小脉间t0：但过小，电弧放电 提高工艺系数Ka 、 Kc ： 工作液、脉冲参数、电 极材料
金属材料热学常数对电蚀量的影响（1）
V vw (mm 3 /min) t
2.3.2 电火花加工的速度和工具损耗速度
2. 工具的相对损耗速度 损耗速度：单位时间内工具的电蚀量 相对损耗： v
E
vW
100%
vE为工具损耗速度；vW为加工速度。 若工具损耗速度和加工速度均以mm3/min计算， 则为体积相对损耗；若以g/min为单位计算，则 为质量相对损耗。
热学常数：指熔点、比热容、熔化热、沸点（气化点） 、气 化热、热导率等。
1. 金属材料的比热容：使局部金属材料温度升高直至达到熔 点，而每克金属材料升高1°C所需之热量。
2. 金属的熔化热：每熔化1g材料所需之热量。
3. 熔融金属的比热容：使熔化的金属液体继续升温至沸点， 每克金属液体升高1°C所需之热量。
去离子水（冷却）
发展：水基工作液（环保）
其他因素对电蚀量的影响
加工过程的稳定性
不稳定时，影响正常放电，有效脉冲利用率下降
影响稳定性的因素
电蚀物不能及时排出
过小（过热→ 形成电弧） 电极材料 钢对钢不稳定 铜对钢稳定
深沟、复杂曲面、加工速度低（结炭拉弧）、加工面
2.3.2 电火花加工的速度和工具损耗速度
降低工具电极损耗的方法
利用极性效应 利用吸附效应（碳黑膜） 利用传热效应
优选电极材料（导热性好、熔点高）
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。
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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。
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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。
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金属液体 和气体 被排挤抛出
4、极间介质的消电离
热量 不及时传出
粒子自由能 不易降低
减少 复合几率
电蚀产物 不及时排除
降低 绝缘强度
放电通道 不能顺利转移
局部介质 过热
稳定 电弧放电
烧伤 电极
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微观过程还需要进一步研究 （1）工作液成分的作用； （2）间隙介质的击穿； （3）放电间隙内的状况； （4）正负电极间能量的转换与分配； （5）材料的抛出；
——突破了传统切削加工对刀具的限制；
——可加工性取决于导电性及热学特性（电阻率、熔点、沸点 、比热、导热性等），几乎不受力学性能（硬度、强度等 ）的限制。
可以加工特殊及复杂形状的表面和零件
——有微观切削力，没有宏观切削力。 ——工具电极硬度要求小，制作较容易。 ——数控技术使简单电极加工复杂形状可行。
高压工作液
管电极
导向器
工 件 金属表面电火花强化 电火花高速小孔加工示意图
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2.2 电火花加工的机理 即电火花加工的微观过程，金属材料究竟是怎样被 蚀除下来的。这一过程大体可分为4个阶段： 1. 极间介质的电离、击穿，形成放电通道 2. 介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀 3. 电极材料的抛出 4. 极间介质的消电离
特种加工
第二章 电火花加工 2.1 电火花加工基本原理及其分类
2.2 电火花加工机理
2.3 电火花加工基本规律 2.4 电火花加工脉冲电源
2
2.1 电火花加工基本原理及其分类
2.1.1 电火花加工的原理 2.1.2 电火花加工的设备组成 2.1.3 电火花加工的特点 2.1.4 电火花加工的应用 2.1.5 电火花加工工艺方法分类
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• 电火花加工的表面质量与加工速度之间存 在很大的矛盾，如从Ra2.5μm提高到 Ra1.25μm，加工速度要下降十多倍。 • 加工面积对对表面粗糙度也有影响 • 工件材料对表面粗糙度也有影响
• 精加工时，工具电极的表面粗糙度也影响 加工粗糙度。
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2.表面变质层 • 电火花加工由于瞬时高温和工作液的快速冷却作 用下，材料的表面层发生了很大的变化，主要分 为：熔化凝固层和热影响层 • 熔化凝固层3 处于工件表面， 是一种淬火铸造组织， 与内层结合不牢固。 • 热影响层2 • 机体1
（2）从加工角度来看：我们希望加工效率越高、电 极损耗越小越好，即希望极性效应越显著越好。
（3）要想合理利用极性效应就要根据电极和工件的 材料、选择最佳的加工参数，正确地选择极性。
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2.电参数 主要指： • 电压脉冲宽度ti • 电流脉冲宽度te • 脉冲间隔t0 • 脉冲频率f • 峰值电流ie • 峰值电压ûi • 极性
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4. 工作液的作用 （1）形成火花放电通道，并在放电结束后迅速 恢复间隙的绝缘状态； （2）对放电通道产生压缩效应； （3）帮助电蚀产物的抛出和排除； （4）对工具电极和工件的冷却作用。
•工作液的好坏对电蚀量有较大的影响 •一般选用粘度小、流动性好、渗透性好的煤油为 工作液。（半精加工、精加工）
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2.3.4 电火花加工的表面质量 表面质量主要包括：
• 表面粗糙度
• 表面变质层 • 表面力学性能
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1.表面粗糙度 • 电火花加工表面是由无数的小坑和硬凸所 组成的，有利于保存润滑油。
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• 与传统加工方法一样，表面粗糙度用： 微观平面度的平均算术偏差Ra表示 平面度最大高度值Rmax表示 • 对表面粗糙度影响最大的是单个脉冲的能 量，实验公式：
• 如何提高加工速度呢？ 提高脉冲频率 增加单个脉冲的能量 提高工艺系数 提高有效脉冲放电率
qc K cWM ft
qa va K aWM f t qc vc K cWM f t
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2.3.2 电火花加工的加工速度和工具损耗速度
• 生产中，用工具的相对损耗来衡量工具电极是否耐损耗。
• 工作液对电蚀量的影响
• 影响电蚀量的其他因素
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1.极性效应 定义：电火花加工过程中正负极都会受到电腐 蚀，即使材料相同,其电腐蚀程度也不同。这种 由于正负极不同而引起电腐蚀量不一样的现象 ，称为极性效应。
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• 极性定义：
电火花加工分“正极性加工” 和“负极性加工 ”。 通常定义以电极为准： “正极性加工”——工件接正极 “负极性加工”——工件接负极,也称反极性 在日本定义正好相反，以电极为准。(发表论文 时，一定要注明工件接的极性)
32
• 当脉冲能量一定时，每种材料都会存在一个 最佳的脉宽使得蚀除量最大。
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3.热学常数 • 热学常数：熔点、沸点、热导率、比热容、气 化热等。 • 通道内的热量： （1）使局部金属材料温度升高至熔点(金属比 热容) （2）使局部金属材料熔化（熔化热） （3）使熔融金属温度升高至沸点(熔融金属比 热容) （4）使熔融金属材料气化（气化热） （5）使金属蒸汽变成过热蒸汽(金属蒸汽比热 容)
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• 碳黑保护膜： 由于加工过程中，产生游离碳，在一定条件下， 正极会吸附工作液中的游离碳，而形成碳黑膜， 从而保护正极，并减小电极损耗，此时应采用负 极性加工。
30
合理利用极性效应：
（1）极性效应是较为复杂的问题：不仅脉宽、脉间 有影响，脉冲峰值电流、放电电压、工作液以及电 极和工件材料都会有影响。
9
2.1.3 电火花加工的特点
局限性：
主要用于导电材料加工
——在一定条件下可以加工半导体和非导体材料
加工速度较慢
——材料去除靠大量凹坑的叠加作用实现，所以较慢
存在电极损耗
——在某些情况下可尽量减小
10
2.1.4 电火花加工的应用
弯曲、狭窄、复杂的通道 加工难点：1、材料硬度非常高；2、形状复杂；
1
2
3
4
18
1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道（1 ）
12
施加 电压
3 4 25V 5
距离
电场强度 不均匀性
局部场强 105V/mm (100V/μm)
导致电 子发射 电子运动 碰撞电离
3
4
带电粒子 雪崩式增多
5
2
介质击穿 形成 放电通道
19
1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道（2）
2、瞬时的、 脉冲性的 放电，需停歇 一段时间；
提供脉冲电压 脉冲电源 及检测装置 根据检测信号 决定进给或回退
进 给 装 置
1、保持一定 的放电间隙；
工具 电极 工作液 工作液 循环 系统 排出蚀除物， 冷却两极
工件 电极
3、一定绝缘 性能的液体介质 质中放电；
8
2.1.3 电火花加工的特点 优点： 适合于加工很多难切削材料
——凹坑叠加去除材料， 凹坑“体积小、数量多、 分布广”要求脉冲性放电； ——停歇时间 温度降低避免 放电集中。
电压 峰值 电压 脉冲 宽度
蚀坑 叠加
脉冲 间隔 脉冲电源电压波形
时间
脉冲周期
5
2.1.1 电火花加工的原理
必要条件(3)： 必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行；
——绝缘性有利于产生分散的脉冲性的放电 ——液体介质可以将放电蚀除产物悬浮排出 ——且对两极有冷却作用 ——气体介质中也可进行加工
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2.3.2 电火花加工的加工速度和工具损耗速度
• 加工速度：单位时间内工件的电蚀量（生产率） • 损耗速度：单位时间内工具的电蚀量 • 一般采用体积加工速度(vw，mm3/min)来表示 vw =V/t • 为了方便测量，也有用质量加工速度(vM，g/min)表 示 qa K aWM ft vM=M/t
根据实际生产经验，在煤油中采用负极性
加工时脉冲电流幅值与放电时间的比值满 足如下条件可获得低损耗： • 石墨加工钢 • 铜加工钢
• 钢加工钢
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2.3.3 影响加工精度的主要因素
除通常的加工误差（机床、工件和电极的制造、定位和安 装误差）外，还有与电火花加工的工艺有关的误差 ： • 放电间隙的大小及其稳定性 • 工具电极的损耗及其稳定性
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• 极性效应产生的原因： （1）正极表面受到电子的轰击，负极表面受到离
子的轰击，所以两极表面分配的能量不一样，熔化 、气化抛出材料的量也就不同。 （2）由于电子和离子的质量不同，其加速时间不
同。电子在很短的时间内可以到达正极表面，而离
子则需要较长的时间到达负极表面
短脉冲用正极性加工，长脉冲用负极性加工。
电子离子 高速运动
产生 动能
产生 碰撞热能
局部 瞬时高温
负极 熔化区域 气泡 放电通道 熔化区域 正极
工作液介质 气化分解
金属材料 熔化气化
产生 爆炸特性
21
3、电极材料的抛出
液体介质 膨胀的 惯性 气泡继续 扩大 内部压力 骤减 产生 相对负压 金属材料 再被抛出
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膨胀 产生气泡
瞬时 压力
工具电极 工 作 液 工件电极 电蚀产物排出示意图
6
2.1.1 电火花加工的原理 加工过程描述：
1. 加脉冲电压、击穿放电 、形成凹坑； 2. 脉冲间隔恢复绝缘、再 次放电形成凹坑；
A B
3. 凹坑增多并重叠、间隙 增大、电极进给，得到 需要的零件。
A
B
第一次放电
第二次放电
加工完成
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2.1.2 电火花加工的设备组成
俄罗斯研制的火箭发动机的一体化转子单元是采用电火花加工的
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2.1.4 电火花加工的应用
加工难点： 1、异形孔； 2、窄缝的宽度只有几十微米； 3、深度和直径的比值达到几十。
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2.1.4 电火花加工的应用 应用领域： 广泛应用于机械（特别是模具制造）、航天航 空、电子、电机电器、精密机械、仪器仪表、 汽车拖拉机、轻工业等行业，解决难加工材料 及复杂形状零件的加工问题。 零件尺寸范围： 小到：几个微米的小轴、细孔、窄缝 大到：几米超大型模具和零件