特种加工 第二章电火花加工
特种加工技术——电火花加工
• 一、上丝操作 • 其操作步骤如下： • ①操作前，按下 急停按钮，防止 图2.17 急停 意外，如图2.17。 • ②将丝盘套在上丝螺杆上，并用螺母锁紧， 如图2.18所示。 • ③用摇把将储丝筒摇向一端至接近极限位 置，如图2.19所示。
图2.18 装上丝盘
图2.19 储丝筒摇向一端
• ④将丝盘上电极丝一端拉出绕过上丝导轮， 并将丝头固定在储丝筒端部紧固螺钉上， 剪掉多余丝头，如图2.20所示。 • ⑤用摇把匀速转动储丝筒,将电极丝整齐地 绕在储丝筒上，直到绕满，取下摇把，如 图2.21所示。
图2.20 上好丝头
图2.21 手动绕丝
图2.22 将丝头固定在储丝筒上
图2.23 上好丝的储丝筒
• ⑥电极丝绕满后，剪断丝盘与储丝筒之间 的电极丝，把丝头固定在储丝筒另一端,如 图2.22所示。 • ⑦粗调储丝筒左右行程挡块，使两个挡块 间距小于储丝筒上的丝距。 • 二、穿丝操作 • 操作步骤如下： • ①用摇把转动储丝筒，使储丝筒上电极丝 的一端与导轮对齐。 • ②取下储丝筒相应端的丝头，进行穿丝。
• (5)分组脉冲电源 • 分组脉冲电源是线切割机床上使用效果比 较好的电源，比较有发展前途。 • 任务二 电火花加工的应用 • 课题一 电火花加工工艺类型 • 电火花加工按工具电极和工件相对运动的 方式和用途不同，大致可分为电火花线切 割加工、电火花穿孔成型加工、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、电火花表面强化和刻 字6大类。
加工实例 常见问题及处理 数控线切割编程 3B格式程序 3B代码程序格式 3B代码编程 3B代码程序示例 ISO G代码程序 ISO程序格式 常用指令
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课题三 任务三 课题一 课题二 课题三 课题四 项目四 任务一 课题一
特种加工技术习题集
特种加工技术习题第一章概述1、特种加工与传统切削加工方法在加工原理上的主要区别有哪些？2、特种加工的本质特点是什么？3、机械常规工艺与特种加工工艺之间有何关系？第二章电火花加工1、电火花加工必须解决的问题有哪些2、什么是电火花加工的机理？电火花放电过程大致可分为哪四个连续的阶段？3、电火花加工的优缺点有哪些？4、简要叙述电火花加工的应用场合。
5、在电火花加工中，工作液的作用有哪些？6、简述电火花加工用的脉冲电源的作用和输出要求。
7、什么是极性效应？在电火花加工中如何充分利用极性效应？8、试比较常用电极和优缺点及使用场合。
9、什么是覆盖效应？请举例说明覆盖效应的用途。
10、在实际加工中如何处理加工速度、电极损耗、表面粗糙度之间的关系？第三章电火花线切割加工1、线切割机床有那些常用的功能和分类？2、简述快走丝线切割机床的工作过程3、电火花加工与电火花线切割加工的异同点是什么？4、试分析影响线切割加工速度的因素。
5、试分析影响线切割加工中工件表面粗糙度和加工精度的因素。
6、按3B格式编出电极丝中心轨迹为如下图形的程序。
第四章电化学加工1、简述电化学反应加工的基本原理。
2、为什么说电化学加工过程中的阳极溶解是氧化过程，而阴极沉积是还原过程？第五章快速成型加工1、简述快速成形技术（RP）的原理。
2、简述快速成形技术的特点。
3、简述立体光造型（SLA）工作原理。
第六章激光加工1、简述激光加工的基本原理。
2、简述激光加工的特点。
第七章超声波加工1、简述超声波加工的原理。
2、简述超声波加工的主要特点。
第八章电子束、离子束加工1、简述电子束加工原理和特点。
2、简述离子束加工原理和特点。
3、电子束和离子束加工为什么必须在真空条件下进行？。
特种加工工艺1
影响激光加工的主要因素如下：
⑴激光加工的机械系统和光学系统的精度； ⑵激光的输出功率与照射时间的乘积等于激光束的能量； ⑶焦距、发散角和焦点位置对打孔的大小、深度和形状的影响 ⑷照射次数多可使孔深大大增加； ⑸光斑内的能量分布对打孔的形状有直接影响； ⑹工件材料不同，影响加工效率。
①不易达到较高的加工精度和加工稳定性； ②电解加工的附属设备比较多； ③电解产物需要进行妥善处理，否则会污染环境。
1——直流电源化气 3——工具 5——电解液泵
2——进给机构 4——工件
6——电解液
二、电解加工的应用
主要用于切削加工困难的领域，广泛应用于以下几个方面：
⒈叶片加工 ⒉型孔和型腔加工 ⒊深孔扩孔加工 ⒋电解抛光
电火花加工工艺特点主要有：
⑴电火花加工是利用火花放电破坏材料的原理，因此这种方法可以加工任何导电 的材料，而不受材料硬度、韧性和脆性等限制。
⑵加工电极与工件不接触，没有切削力的影响。 ⑶电火花加工不需要复杂的切削运动，可以加工形状复杂的零件表面。 ⑷工具只是一个电极，常采用紫铜、黄铜或石墨等材料制成。
四、电子束加工
在真空条件下，利用电子 枪中产生的电子经加速、聚集， 形成高能量大密度的细电子束， 以轰击工件被加工部位，使该 部件的材料熔化和蒸发，从而 进行加工。
⑴电子束能够极其微细地聚集； ⑵加工速度快； ⑶适用范围广； ⑷可通过磁场或电场进行控制。
五、磨料喷射加工
用高速射流来喷射磨粒， 使微小的磨粒在射流的驱动下 达到很高的速度，利用高速磨 粒的功能对工件进行加工。
特种切削就是指的那些不属于传统加工工艺范畴的加工工艺方法。特种加 工不使用刀具、磨具等切除金属，而是采用电、磁、声、光等物理能量及 化学能量或组合施加在被加工的部位上，从而使材料被去除、变形、改变 性质等。
《精密加工与特种加工》电火花加工,电解加工重点简答题.doc
1•什么是电火花加工？试简述其加工过程。
电火花加工又称放电加工（Electrical Discharge Machining, 简称EDM）,是通过导电工件（包括半导体）和工具电极（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材料，以达到对工件尺寸、形状及表面质量要求的加工技术。
加工过程大致可分为以下四个连续的阶段：1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道;2）介质热分解、电极材料熔化与气化热膨胀；3）电极材料的抛出；4）极间介质的消电离。
2.为什么要及时排除电火花加工过程中产生的电蚀产物？加工过程中产生的电蚀产物（如金属微粒、碳粒子、气泡等）如果来不及排除、扩散出去，就会改变间隙介质的成分和降低绝缘强度，结果导致下一个脉冲放电通道不能顺利地转移到其它部位，而始终集中在某一部位，使该处介质局部过热而破坏消电离过程，脉冲火花放电将恶性循环转变为有害的稳定电弧放电，同时工作液局部高温分解后可能结炭，在该处聚成焦粒而在两极间搭桥，使加工无法进行下去，并烧伤电极对。
3.什么是电化学加工？试简述电化学加工的分类及其加工过程。
电化学加工（Electrochemical Machining,简称ECM）包括从工件上去除金属的电解加工和在工件上沉积金属的电铸加工两大类，属于通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料的非传统加工方法。
加工过程：用两片金属作为电极，通电并浸入电解溶液中，即可形成通路。
导线和溶液中均有电流通过。
此时在金属片和溶液的界面上产生交换电子的反应，即电化学反应。
若所接的电源是直流电，溶液中的离子便作定向移动，正离子移向阴极并在阴极上得到电子进行还原反应，沉积得到金属物质，称为镀覆沉积，即电铸（电镀、涂镀）加工；负离子将移向阳极并在阳极表面失掉电子，阳极金属原子失去电子而成为正离子进入溶液进行氧化反应为电解蚀除，即电解加工。
4.为什么说电化学加工过程中的阳极溶解是氧化过程，而阴极沉淀是还原过程？金属原子失去电子而成为正离子进入溶液（M—e=M+）,化合价升高，为氧化反应；正离子移向阴极并在阴极上得到电子沉积得到金属物质（M++e=M）,化合价降低，为还原反应。
特种加工---电火花加工
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。
电火花加工技术
电火花加工技术第一章绪论1.1 电火花加工技术的的发展历程电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。
早在十九世纪，人们就发现了电器开关的触点开闭时，因为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。
这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。
起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电腐蚀产生的原因和防止的办法。
当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。
研究结果表明，当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。
二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。
电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。
随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。
电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。
控制系统也越来越复杂，从单轴数控到轴数控、再到多轴联动。
20世纪90年代初期，3轴电火花机在国内还是空白，主要是从日本和瑞士引进。
直到90年代中期，北京市电加工研究所才和日本沙迪克公司合作开始制造3轴电火花加工机，也可以说开始步入国内电火花加工机的真正快速发展轨道，后来在此基础上又生产研发了4轴4联动电火花加工机。
以该合作为例，可以看出北京市电加工研究所的消化吸收再创新的道路大概经历了以下几个阶段：首先制造主机，也就是机械部分，相对较为简单；此后是数控系统部分，可以理解为引进；之后是整个电源，是消化阶段。
经历这三个阶段之后是吸收，最后是再创新。
对电火花加工而言电火花成形机下一步的发展空间在精密微细和特殊材料两个方面。
特殊材料（如航空航天领域用的材料）专机，窄槽窄缝、异型腔的加工，精密模具等领域都是发展重点。
特种加工技术第二章电火花加工
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
特种加工第2章电火花
极性效应
极性效应是火花放电过程中一种重要现象，产 生这一现象的原因很复杂，通常对这一问题的解 释是：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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这是因为电子的质量和惯性均小，容易获得很高的加速 度和速度，在击穿放电的初始阶段就有大量的电子奔向正 极，把能量传递给阳极表面，使电极材料迅速熔化和气化； 而正离子则由于质量和惯性较大，起动和加速较慢，在击 穿放电的初始阶段，大量的正离子来不及到达负极表面， 到达负极表面并传递能量的只有一小部分离子。
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。
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，改善零件结构的加工工艺性
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2．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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第2章 电 火 花 加 工
（Electrical Discharge Machining简称EDM）
南华大学机电学院
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2.1 电火花加工的概念及分类
2.1.1 电火花加工的基本原理 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。
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❖ 在用短脉冲加工时，电子的轰击作用大于离子的轰击作用。 正极的蚀除速度大于负极的蚀除速度，这时工件应接正极。
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1、放电间隙的计算（经验公式）:
S=Ku*ui+KR*WM+Sm s 放电间隙（指单面放电间隙） ui 开路电压 Ku 与工作液介电强度有关的常数，含有 点蚀产物后该系数会增大。 KR 与加工材料有关的常数。一般易熔金 属的值较大 WM 单个脉冲能量 Sm 考虑热膨胀、收缩、震动等影响的机 械间隙,约为3μm
。（数据书）
4）精加工时，工具电极的表面粗糙度也会 影响加工表面粗糙度。 精加工时不要采用石墨电极。
2、表面变质层 电火花加工中，在火花放电的瞬时高温和 工作液的快速冷却下，材料的表面层发 生了很大变化，大致可分为： 熔化凝固层 热影响层
1）熔化凝固层 位于工件表面最上层，它被放电时瞬时高 温熔化而又滞留下来，受工作液快速冷 却而凝固。对于碳钢来说，熔化层在金 相照片上呈白色，谷又称之为白层。它 与基体完全不同，是一种树枝状的淬火 铸造组织，与内层的结合也不牢固。 熔化层的厚度随脉冲能量的增大而增厚， 一般不超过0.1mm
2）加工速度对表面粗糙度的影响 加工速度愈大，表面粗糙度愈差 对策：采用平动或摇动(工作台按一定轨迹做 微量移动)加工工艺可大为 改善。（慢） 提示：一般电火花加工到Ra2.5~0.63之后采 用其它研磨方法改善其表面粗糙度比较经 济 3）工件材料对加工表面粗糙度的影响 熔点高的材料容易得到好的表面粗糙度 （加工速度应适当下降）
不同金属材料的热影响层金相组织结构是 不同的，耐热合金的热影响层与基体差 异不大。
3）显微裂纹 电火花加工表面由于受到瞬时高温并迅速 冷却而产生拉应力，往往出现显微裂纹 实验表明：一般裂纹仅在熔化层出现，只 有在脉冲能量很大的情况下才有可能扩 展到热影响层。
影响显微裂纹的因素： 1、脉冲能量：能量越大，显微裂纹越宽越 深，脉冲能量很小，一般不出现微裂纹。 2、工件材料：脆硬材料容易产生微裂纹 3、工件预先的热处理情况：淬火材料比未 淬火材料容易产生微裂纹（因为淬火材 料脆硬，原始内应力较大）
（3）耐疲劳性 电火花加工的耐疲劳性比机械加工表面低 许多倍 因为表面有残余拉应力，和显微裂纹。 对策：可采取回火、喷丸处理等。 使用很小的电规准加工。（即电火 花精微加工）
第四节 电火花加工用脉冲电源 电火花加工用脉冲电源的作用：把工频交 流电转换成一定频率的单向脉冲电流， 以供给电极放电间隙所需要的能量来蚀 除金属。 电火花加工用脉冲电源对生产效率、表面 质量、加工精度、加工稳定性、电极损 耗等都有很大影响。
注意:随着加工时间的延长,放电间隙逐渐 增大.即在加工过程中放电间隙是一个变 化量 放电间隙不一致的影响: 若放电间隙大小能保持一致，则可以通过 修正工作电极对放电间隙进行补偿，以 获得较高的加工精度。但放电间隙的大 小实际上是变化的，影响着加工精度。
放电间隙的大小对加工精度的影响：
放电间隙越大，对精度的影响越严重 （仿形精度和尺寸精度） 如图2-10（A）（B） (放电具有等距性)
3、表面力学性能 （1）显微硬度及耐磨性 一般来说，电火花加工表面最外层的硬度 比较高，耐磨性好。但对于滚动摩擦， 由于是交变载荷，尤其是干摩擦，则因 其熔化凝固层和基体结合不牢，容易剥 落而磨损。因此，有些要求高的模具需 把电火花加工后的表面变质层事先磨掉。
（2）残余应力 电火花加工表面存在残余应力，大部分表 现为拉应力。 影响残余应力的大小及其分布的因素： 材料在加工前的热处理状态 脉冲能量 结论；对表面层要求高的零件，应尽量避 免使用较大的加工规准。
2)热影响层 它位于熔化层和基体之间.热影响层的金属 材料并没有变化,只是受到高温的影响,使 材料的金相组织发生了变化,它与基体材 料之间没有明显的界限。 对淬火钢：热影响层包括再淬火区、高 温回火区和低温回火区。 对未淬火钢：热影响层主要为淬火区 因此，淬火钢的热影响层厚度比未淬火钢 大。
热影响层分布： 靠近熔化凝固层部分由于受到高温作用并 迅速冷却，形成为淬火区，其厚度与条 件有关，一般为最大微观平面度的2-3倍。 与淬火层相邻的部分受到温度的影响而形 成高温、低温回火区，回火区的厚度约 为最大微观平面度的3-4倍。
四、电火花加工的表面质量
电火花加工的表面质量包括：表面粗糙度、 表面变质层、表面力学性能。 1、表面粗糙度 表示方法： 电火花加工表面粗糙度通常用微观平面度 的平均算术偏差Ra表示， 也有用平面度的最大高度值Rmax表示的
电火花加工中影响表面粗糙度的因素： 1）单个脉冲能量 实验得： Rmax=KR*te0.3*ie0.4 Rmax 实测的表面粗糙度 KR 常数 te 脉冲放电时间 ie 峰值电流
放电间隙越大电场强度分布更加不均匀,棱角处 损耗严重,放电间隙变化量增大 相应措施：缩小放电间隙 （由公式知：采用较小的加工 归准） 精加工的放电间隙（单面）一般只有 0.01mm,而粗加工时则可达0.5mm以上。
工具电极的损耗对尺寸精度及形状精 度都有影响:
对策： 穿孔加工时：让电极贯穿型孔来补偿电 极的损耗。 型腔加工时：采用更换电极的方法
电火花加工中 “二次放电” 对形状精度有影响：
集中反映在在 加工深度方向 产生斜度， 加工棱角棱边 变钝方面。
结பைடு நூலகம்:
电参数对放电间隙影响明显 工作液的状况会影响放电间隙 减小放电间隙可提高加工精度 减少电极损耗可提高加工精度 电火花加工时工具的尖角和凹角很难精确地复制到 工件上。 对策：采用高频窄脉宽精加工，减小放电间隙，圆 弧半径可明显减小从而提高加工精度
注意：
在电极面积较大时，即使单个脉冲能量很 小Rmax很难小于2μm(约Ra0.32μm),而 且加工面积越大，可达到的最佳表面粗 糙度愈差。 （煤油工作液中的工具和工件具有潜布电 容，相当于在放电间隙上并联了一个电 容）
研究成果：采用“混粉加工”新工艺， 可较大面积地加工出质量很高 的光亮面。 具体方法：在煤油工作液中加入硅或铝 等导电微粉。 原因：这样可使工作液的电阻率降低、放 电间隙成倍增大，潜布寄生电容成倍减 小，放电通道被分割成多个小的火花放 电通道，到达工件表面的脉冲能量被分 散，相应的电痕就较小，表面较光整。