电火花加工电极的复合制造技术
毕业设计_电火花成型中的电极设计
南京信息职业技术学院毕业设计论文作者学号系部机电学院专业数控技术题目模具制造中的电火花成型的应用指导教师李新华评阅教师完成时间：年月日毕业设计中文摘要毕业设计外文摘要目录引言模具工业的迅速发展，推动了模具制造技术的进步。
电火花加工作为模具制造技术的一个重要分支，被赋予越来越高的加工要求。
同时在数控加工技术发展新形势的影响下，促使电火花加工技术朝着更深层次、更高水平的数控化方向快速发展。
虽然模具高速加工技术的迅猛发展使电加工面临着严峻的挑战，目前放电加工技术部分工序已被高速加工中心代替，但电火花加工仍旧有广阔的前景。
如在模具的复杂、精密小型腔、窄缝、沟槽、拐角、冒孔、深度切削等加工领域仍被广泛应用。
电火花机床的基本知识电火花原理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。
电火花的优点与缺点优点（）适合于难切削材料的加工。
电火花加工中，材料的加工性能主要取决于材料的热学性能，而几乎与力学性能（硬度、韧性、抗拉强度）无关，突破传统切削加工对刀具的限制。
第2章电火花加工
(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：
电火花加工的基本原理及四个阶段
电火花加工的基本原理及四个阶段概述电火花加工（Electrical Discharge Machining, EDM）是一种使用离子流引发的电火花来加工材料的非传统加工方法。
它具有高精度、无需机械接触、适用于硬质材料等优点，在模具制造、航空航天、医疗器械等领域得到广泛应用。
本文将介绍电火花加工的基本原理以及涉及的四个阶段。
基本原理电火花加工是通过在工件和电极之间施加高电压产生的强电场中，通过离子击穿和放电放大的作用，使工件表面的材料蒸发、熔化、氧化和脱落，从而实现对工件进行加工的一种方法。
电火花加工的基本原理可分为以下几个步骤：一、电极初始化电极初始化是电火花加工的第一个阶段，也是整个加工过程非常重要的一步。
在电极初始化阶段，电极与工件之间的间隙会被填充上介质，通常为绝缘油。
电极初始化的主要目的是为了保证加工过程中电极与工件之间的电气隔离，并提供离子形成通道所需的条件。
二、击穿阶段击穿阶段是电火花加工的第二个阶段。
在这个阶段，施加在电极和工件之间的高电压会导致液体介质中形成离子通道，并在高电场的作用下形成离子击穿。
离子通道的形成可以导致液相电导率的急剧增加，从而产生电流，使电火花放电得以发生。
三、脉冲放电阶段脉冲放电阶段是电火花加工的第三个阶段。
在击穿阶段之后，电火花会在电极和工件之间发生放电，产生强大的电流。
电火花放电的时间通常在几十微秒到几百微秒之间，而间歇时间则在几微秒到几毫秒之间。
通过周期性的充电和放电过程，电火花能够不断地冲击、腐蚀和剥离工件表面的材料。
四、冲击腐蚀阶段冲击腐蚀阶段是电火花加工的最后一个阶段，也是整个加工过程的主要阶段。
在这个阶段，电火花不断地冲击和腐蚀工件表面的材料，使其熔化、蒸发、氧化和脱落。
通过不断重复脉冲放电和冲击腐蚀过程，工件的形状和尺寸最终得以加工完成。
总结电火花加工以其高精度、无需机械接触、适用于硬质材料等优点在工业领域得到广泛应用。
在电火花加工的过程中，电极初始化、击穿阶段、脉冲放电阶段和冲击腐蚀阶段是不可或缺的四个阶段。
电火花加工技术简介
电火花加工技术Electrical Discharge Machining Technology 【摘要】电火花加工（Electrical Discharge Machining,简称EDM）是基于正负电极间脉冲放电时的电腐蚀现象对材料进行加工的，又称放点加工、电蚀加工、电脉冲加工等，是一种利用电、能量进行加工的方法。
电火花加工适用材料广、适用加工特殊及复杂形状的零件、脉冲参数可以调节、易于自动化，使得电火花加工技术成为特种加工领域的一门重要技术。
本文从电火花的发展历程、基本原理、特点及分类、基本工艺规律、加工设备和工作液、新技术发展及应用等方面加以论述。
【Abstract】EDM (Electrical Discharge Machining, hereinafter referred to as EDM) is based on the positive and negative electrode pulse discharge of electric corrosion phenomena of materials for processing, also known as drop point processing, electric erosion machining, electrical pulse processing and so on, is the use of electric energy for processing. Wide EDM application materials, processing, application of special and complex shapes of components, pulse parameters adjustable, easy to automate, EDM become special processing areas of an important technology. This article from the spark development course, basic principles, characteristics, classification, basic technology law, processing equipment and working fluid, new technology development and application in turn.【关键词】电火花加工发展历程、基本原理、特点、规律、新技术发展【Keywords 】 EDM course of development, basic principles Characteristics, The law, new technology development【引言】电火花加工技术作为特种加工的一门重要技术，人们对其研究及应用投入了大量的精力，同时也取得了丰硕的成果。
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
电火花复合加工原理及应用
机 电产 品 开 发 与 崭
Ｖｏ．０， ４ １ ２ Ｎｏ．
Ｊ ｌ． ０ ｕｙ ， ７ ２０
电火 花复合ｍ －原理及应 用 ｒ
康 新 龙
（ 河南 工 业 职 业 技 术 学 院 ，河 南 南 阳 ４ ３ ０ ） ７０ ９
摘
要 ：介 绍 了电火花复 合加 工是在 电火花 加 工基础 上产 生 和发展 起 来 的。通 过对 电 火花加 工 、超 声 波 电火
性不 在与硬 度 、 强度 、 性 、 性等 有直接 的关 系 。它不仅 韧 脆
改变 了零件 的传统典 型工艺路 线 ， 而且对 产品 的结 构设计 及结 构工艺性 衡量标 准产生 了重要 影响 。但 是 ， 电火花 复 合 加工 的发 展也 面临着许 多 问题 。 如工 作液 的环保 、 加工 效率 低等 。为 了解决加 工过程 遇到 的问题 ， 国研 究人员 各 在不 断研究 开发特种加 工领域 中 的新 方法 ， 其是 加工精 尤 度 高 、 率高 、 效 经济型 的复合加 工 ， 利用多 种形 式能 量 的综 合作 用来实 现对工件 材料 的加 工 ， 除污染 ， 洁生产 ， 消 清 促
１ 电火 花 加 工 的 基 本 原 理 及 适 用 范 围
１１ 电火 花加工 的原 理 ．
电火 花 加 工 的原 理 是 基 于工 具 和工 件 （ 、 电极 ） 正 负 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 工件 的 尺寸 、 状及 表 面质量 预 定 的加 工要 形
０ 引 言
电火 花复合加 工是特种 加工 的一种 ， 它是 利用 电能转
象 。 ９ ０年前 后 ， 苏联 科学 院 电工 研究 所拉 扎 连柯 夫妇 １４ 前
电火花加工原理
4．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，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。 一般来说，工件 电极即被加工材料往往在设计时已经确定好，可 选择的余地较小，所以，在实际生产中，应根据工件 电极的材料全 理选择合理工具电极的材料。
(3)电极材料的抛出
正负电极间产生的电火花现象,使放电通道产生高温高压。通道中心的压力 最高,工作液和金属汽化后不断向外膨胀,形成内外瞬间压力差,高压力处
的熔融金属液体和蒸汽被排挤,抛出放电通道,大部分被抛入到工作液中。 加工中看到的桔红色火花就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。
(4)极间介质的消电离 在电火花放电加工过程中产生的电蚀产物如果来不及排除和扩散,那么产 生的热量将不能及时传出,使该处介质局部过热,局部过热的工作液高温分 解,结碳,使加工无法进行,并烧坏电极。因此为了保证电火花加工过程的 正常进行,在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排除,恢 复放电通道的绝缘性,使工作液介质消电离。实际上,电火花加工的过程远 比上述复杂,它是电力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综 合作用的过程。到目前为止,人们对电火花加工过程的了解还有限,需要进 一步研究。
2．覆盖效应对电蚀量的影响 在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个 电极表面上，形成一定厚度的覆盖层，这种现象叫做覆盖效应。 在油类介质中加工时，覆盖层主要是石墨化的碳素层，其次是 粘附在电极表面的金属微粒粘结层。
（1）碳素层的生成条件： 要有足够高的温度。 要有足够多的电蚀产物，尤其是碳粒子。 要有足够的时间，以便在形成一定厚度的碳素层。 一般采用负极性加工，因为碳素层易在阳极表面生成。 必须在油类介质中加工。 （2）影响覆盖效应的主要因素： 1) 脉冲参数的影响。增大脉冲放电能量有助于覆盖层的生长。 2) 电极对材料的影响。铜加工钢时覆盖效应较明显。 3) 工作液的影响。油类工作液有助于碳素层的生成。 4) 工艺条件的影响。 在电火花加工中，覆盖层不断形成，又不断被破坏。为了实现电极低 损耗，达到提高加工精度的目的，最好使覆盖层形成与破坏的程度达 到动态平衡。
电火花加工工艺介绍
电火花加工工艺介绍电火花加工是一种先进的非传统的制造工艺，被广泛应用于精密模具制造、零件加工以及微纳制造领域。
它利用电弧的热破坏作用，在工件表面形成电弧行程，通过快速放电产生的高能量脉冲电流，使工件表面的材料熔化和蒸发，从而实现对工件进行精密的切削、锤击和打孔等操作。
以下将介绍电火花加工的工艺特点、加工步骤和应用领域。
1.工艺特点：（1）非接触式加工：电火花加工不需要实际的接触，只需靠电弧放电的热能破坏作用，使工件表面的材料熔化和蒸发，避免了磨损和变形的风险，适用于任何导电材料的加工。
（2）高精度加工：电火花加工能够实现微米级别的高精度加工，可以加工出形状复杂、高精度要求的模具和零件。
（3）加工质量好：电火花加工能够实现无切削力、无刀具磨损的加工方式，加工表面质量好，可以减少后续的抛光和研磨工序。
（4）适用范围广：电火花加工适用于各种硬脆材料的加工，如硬质合金、陶瓷、石英、玻璃等，且不受材料硬度的限制。
2.加工步骤：（1）工件设计：根据加工要求，设计出工件的形状和尺寸，在CAD 软件中进行建模。
（2）电极制作：根据工件形状和尺寸，制作相应形状的电极。
电极通常由铜、铜合金等导电材料制成，使用铜电极可以提高放电效率和加工速度。
（3）夹紧工件和电极：将工件与电极夹具固定在电火花加工机床上，确保工件与电极之间有一定的间隙。
（4）加工参数设置：根据工件材料、形状和尺寸，设置加工参数，如放电电流、放电时间、脉冲频率等。
（5）加工操作：启动电火花加工机床，通过控制系统控制电极和工件之间的距离和放电电流，开始进行电火花加工。
（6）加工完成：根据加工要求，设定加工深度和尺寸，电火花加工机床自动控制放电次数，直到达到要求的加工尺寸为止。
（7）清洁和抛光：将加工完成的工件进行清洗和抛光处理，以获得更好的表面质量。
3.应用领域：（1）模具制造：电火花加工广泛应用于模具制造领域，可以加工出各种形状复杂、高精度要求的模具，并且能够实现模具的高效加工和修复。
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之问脉冲性火花放 电时 的电火花腐蚀现象 来蚀 除材料 ，以达 到对工件 的尺寸、 形状及表 面质量预定 的加工要求 。电火花加 工与传统机械加工方式相 比 ，具有无切 削力、工件加工精度
金 属 喷 涂 方 法 ， 把 铜 粉 或 者 铜 丝 熔 化 后 ， 涂 到零 件 反 是 喷
模上制作铜 电极 的方 法。 这种方法 的特点是制作方法简单 ， 铜
等结 构难 于实施 ， 喷涂层 不但有残 余应 力 ， 而且 气孔较 多 ， 致
密性较 差 ， 以在 电火花加工 中电极 损耗很快 ， 所 制作 一件模具
常 常 需 要 数 件 铜 电极 。
２３ 等 静 压 方 法 制 造 Ｅ Ｍ 电极 ． Ｄ
域， 尤其在模具 制造 业 、 航空航 天制 造业 、 精密 机械加 工等领
表 面涂挂 Ｚ ： 火层 ， 将树 脂原 型烧 除 ， 到熔 模铸 造 ｒ 耐 Ｏ 然后 得
甚至根本无法加工 。 本文 对 一 些 特 种 方 法 加 工 Ｅ ＤＭ 电极 进 行
的传导 性能 ， 因此 ＷＣ ｕ合金作 为 Ｅ Ｍ电极具有综合性能 。 Ｄ 含 Ｃ 大于 ２ ｅ ｕ ０ｗ ％的 ＷＣ ｕ合金 电极 制造 ，是将部 分 Ｃ 粉 与 ｗ ｕ 粉 混合 ， 冷等静压 成形 ， ｃ 在 ｕ熔 点附近 的温度 进行烧结 ， 然后
电极 的精 度 较 高 。由 于 铜 电极 是 喷 涂 成 形 的 ， 于 窄 槽 和 深 腔 对
高、 不受材料硬度 限制 等方面 的优势 ， 工特 殊性能材料和 在加
复杂表面及微细 、 微精 、 薄壁 、 刚度等方面得到 了广泛应 用。 低
目前 电 火 花 Ｊ Ｔ技 术 ，已 渗 透 到 了各 工 业 部 门 和 科 学 技 术 领 Ｊ ｎ
渗 Ｃ 。含 Ｃ ｕ ｕ在 ２ ｃ 以 下 的 Ｗ Ｃ ０ｗ ％ ｕ合 金 电极 制 造 ， 于 Ｃ 由 ｕ
含 量较 低 ， 直接将 ｗ 粉 经冷等静 压成 形后并 高温 烧结 ， 之后 熔渗 ｃ ， ｕ 再将 渗 Ｃ ｕ后 的坯料 ， 进行 热等静压处理【 冷等静压 ＇ １ 。 可 以压 制大尺寸和异形 电极 ， 密度均 匀 ， 强度 高 ； 热等静 压可
Ｅ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎｏ９， ０１ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｎ ｆ ｃｒ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ． ２ ０ ｉ
电火 花 加 工 电极 的 复 合 制造 技 术
张素 芝 ， 赵紫 玉 ， 周广 涛 ， 肖碧 波
（ 华侨大学 机 电及 自动化学 院 ， 福建 厦门 ３ １２ ） ６ ０ １
１１ Ｒ ． Ｐ技 术 制 作 Ｅ ＤＭ 电极 Ｒ Ｐ技 术 是 采 用 材 料 累加 法 的 制 造 新 概 念 ， 电极 零 件 的 由 三 维 Ｃ Ｄ数 据 ，直 接 制 造 出 Ｅ Ｍ 铜 电极 。 选 择 性 激 光烧 结 Ａ Ｄ
采用铸 造法制造 Ｅ Ｍ 电极 ，首先应 制作 Ｅ Ｍ 电极 的铸 Ｄ Ｄ 造 砂型 ， 然后 将熔化 的铜液浇铸 到砂 型里 ， 凝 固后 ， 经 去除砂 型制成 电极 。该法制作过程 中， 一方 面砂型的制作较 困难 ， 另
一
方 面 铜 电 极 在 凝 固收 缩 过 程 中 的 精 度 难 于控 制 ，无 法 保 证
（Ｌ 技术 ， ＳＳ） 制造金属铜 电极 的具体过程为 ：
产 品 质 量 ， 熔 模 铸 造 技 术 可 以 弥 补 这 一 缺 陷 。 本 工 艺 过 程 而 基
先将 准备好的 电极零 件的 Ｃ Ｄ数据 ， Ａ 经过分层软 件进行
是利用 快速成 型（ ｅ 技术制作 电极 的树 脂原 型 ， 树脂 原型 Ｒ ） 在
分层 ， 然后用每层 的二维数据信息 ， 驱动激光束来 扫描 烧结预
铺 的混有 树脂粘结剂 的铜 粉固化成相应 的一 薄层 材料 ，众多 的薄层材料依 次逐层 累加 ， 三维实 体 Ｅ Ｍ电极 ， 成 Ｄ 然后 再进 行烧结 ， 去除 电极 中的树 脂粘结剂 ， 最后进行 渗铜 处理 。此法 应选 用大 功率激光器 ， 外工序 复杂 ， 另 成本 较高 ， 用这 种方法 制作 的电火 花工具 电极 的精度 ， 还有 待进一 步研究 。
摘 要： 利用电铸和 等离子喷涂两种 工艺， 制造 电火花加 工 用精细 复杂电极 ， 一种经济 、 速和有效的 方法 ， 是 快 以车灯反 光镜模 具电极
为例 ， 介绍 了该工艺的 实施过程 。结果表 明， 所制造的电火花 电极不但精度 高 ， 而且周期短 ， 成本也 大大下降。 关键词 ： 电铸 ； 离子喷涂 ； 等 电火花 电极
域更 是 占有 重 要 的 地位 Ⅲ 。
由 于 ｗ 有 抗 电弧 、耐 高 温 以及 耐 磨 损 性 能 ， ｕ具 有 优 良 Ｃ
工具 电极 的制造 ，是 电火花加工 复杂模具型腔的关键技 术。因为电火花加工 的精 度 ， 在很大程度上取决于 电极 的制造 精度。传统的电极制造方法 ， 是铣 削 、 车削、 数控加工 等 ， 于 对 具有复杂型面的的 电极 ， 用这些方 法来加工 ， 率低 ， 本高 ， 效 成
中 图分 类号 ： Ｇ６ Ｔ ６ 文献标识码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：６ ２ ５ ５ ２ １ ０ — １ ２ ０ １ ７ — ４ Ｘ（ ０ ９ ０ － ２ ０） ２
电 火 花 加 工 （ Ｄ 的 原 理 ， 利 用 工 具 电极 与 金 属 工 件 Ｅ Ｍ） 是
２２ 金 属 喷 涂 法 制 作 Ｅ Ｍ 电 极 ． Ｄ
简要的介绍 ， 并采用电铸和等 离子喷涂复合技术 ， 对反光镜 电
极的制造过程进行研究 。
以消除合金 内部 的孔 洞和缺陷 ， 改善材料 的晶体结构 ， 获得 高
密度 、 高性 能的 Ｅ Ｍ用 ＷＣ Ｄ ｕ电极材 料。
２４ 铸 造 法 制造 Ｅ Ｍ 电极 ． Ｄ
１ 特种 制造 Ｅ Ｍ 电极 的方 法 Ｄ