電火花加工PPT課件

1、第二章 電火花加工 l 一、電火花腐蝕產(chǎn)生的原因 十九世紀(jì)末期，在美國發(fā)明了電筆，它是在電 極與被加工工件金屬之間，通過低電壓、大電流 時(shí)進(jìn)行刻印或?qū)懽值?，進(jìn)入二十世紀(jì)后，通過在 介電液體中放電，能夠制作金屬粉末等。1943年， 前蘇聯(lián)科學(xué)家研究開關(guān)觸點(diǎn)遭受火花放電腐蝕損 壞的有害現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可 以使局部的金屬熔化、氣化而被蝕除掉，開創(chuàng)了 電火花加工方法。之后日本把電火花加工作為精 密加工，用于金屬模具加工來研究。現(xiàn)在電火花 加工已經(jīng)成為金屬模具加工的主要手段。 第一節(jié) 基本原理和分類 l 二、電火花加工的原理 電火花加工是在 一定的液體介質(zhì)中，利 用脈沖放電對(duì)導(dǎo)電材料 的

2、電蝕現(xiàn)象來蝕除材料， 從而使零件的尺寸、形 狀和表面粗糙度達(dá)到預(yù) 定技術(shù)要求的一種加工 方法。 電火花機(jī)床 l1、加工原理 l2、加工的必備條件 l1）必須采用脈沖電源 l2）工具電極和工件被加工表面之間必須保 持一定的間隙（采用自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)） l3）放電必須在一定絕緣性能的液體介質(zhì)中 進(jìn)行 l三、電火花加工的特點(diǎn) l1、非接觸加工，無宏觀切削力 l2、適合于難切削導(dǎo)電材料的加工 l3、有電極損耗 l4、加工速度較慢 l5、可加工特殊及復(fù)雜形狀的表面 l四、電火花加工的適用范圍 l1、加工任何難加工的金屬材料和導(dǎo)電材料 l2、加工材料復(fù)雜的表面 l3、加工薄壁、異形小孔、深小孔等有特殊 要求的

3、零件。 電弧放電（穩(wěn)定 電弧放電） 由于排屑不良， 放電點(diǎn)集中在某 一局部而不分散， 導(dǎo)致局部熱量積 累，溫度升高， 此時(shí)火花放電就 成為電弧放電 l 4、常用術(shù)語 l五、電火花加工的機(jī)理 l1、極間介質(zhì)的電離、擊穿、形成放電通道 l2、介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣體熱膨 脹 l3、電極材料的拋出 l4、極間介質(zhì)的電離消除（避免同一處放電、 排除電蝕產(chǎn)物。 l六、電火花加工的分類 電火花穿孔成形加工、電火花線切割加工、 電火花磨削和鏜磨、電火花展成加工、電 火花表面強(qiáng)化與刻字。 第二節(jié) 電火花加工中的基本工藝規(guī)律 l一、影響材料放電腐蝕的主要因素 l1、極性效應(yīng)利用單向脈沖電源的原因 l1）工

4、件接脈沖電源的正極正極性加工 l2）工件接脈沖電源的負(fù)極負(fù)極性加工 l思考：短脈沖與長脈沖適合哪種極性加工， 那一種適合精加工？ l1）工件接脈沖電源的正極正極性加工 l2）工件接脈沖電源的負(fù)極負(fù)極性加工 l思考：短脈沖與長脈沖適合哪種極性加工， 那一種適合精加工？ 短脈沖正極性精加工 長脈沖負(fù)極性粗加工 l 3）正極吸附效應(yīng) 黑膜只能在正極表面生成，所以只 能使用負(fù)極性加工 影響吸附效應(yīng)的因素： 峰值電流、脈沖間隔一定時(shí)，碳黑膜厚度隨著脈沖 寬度的增加而增加。 脈沖寬度、峰值電流一定時(shí)，碳黑膜厚度隨著脈沖 間隔增大而減薄。 沖抽油壓力也會(huì)對(duì)吸附效應(yīng)有影響，過大的油壓會(huì) 沖走帶電碳粒子，減少吸

5、附效應(yīng)。 l2、電參數(shù) l1）正、負(fù)極的蝕除速度與單個(gè)脈沖能量 Wm、脈沖頻率f成正比。 l2）Wm與平均放電電流、電流脈寬有關(guān)。 l3、金屬材料熱學(xué)常數(shù) 1）熱學(xué)常數(shù)指材料的熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、比熱容、 熔化熱、氣化熱等。 2）當(dāng)單個(gè)脈沖能量相同時(shí)，因?yàn)榻饘俨牧系?影響，會(huì)有一個(gè)最好的脈沖寬度。 Ti越長，則ie越小，散失的熱量也越多 Ti越短，則ie越大，拋出的金屬中氣化比例增 大 。 l4、工作液對(duì)電蝕量的影響 l工作液的流動(dòng)會(huì)影響電蝕量 l工作液會(huì)影響整個(gè)加工過程，它會(huì)形成火 花放電通道、對(duì)通道產(chǎn)生壓縮作用、幫助 排除和拋出電蝕產(chǎn)物、冷卻作用、加工過 程的穩(wěn)定性。 l二、電火花加工的加工速度

6、和工具的損耗 速度 l1、加工速度 l2、工具電極損耗 3 l電極結(jié)構(gòu) 影響普通切削加工精度的因素有哪些？影響普通切削加工精度的因素有哪些？ 影響普通切削加工精度的因素有哪些？影響普通切削加工精度的因素有哪些？ （工件的安裝誤差、機(jī)床的幾何精度、（工件的安裝誤差、機(jī)床的幾何精度、 工具誤差、機(jī)床振動(dòng)、熱等）工具誤差、機(jī)床振動(dòng)、熱等） l間隙一致性，保持不變時(shí)，可以通過修正 工具電極的尺寸對(duì)放電間隙進(jìn)行補(bǔ)償 l棱角部位電場強(qiáng)度分布不均，間隙越大， 影響越嚴(yán)重。放電間隙愈小，產(chǎn)生的間隙 變化量也愈小。 l工具電極的損耗對(duì)尺寸精度和形狀精度有 影響。 l四、電火花加工表面完整性 l1、表面粗糙度 電

7、火花加工表面的潤滑性能和耐磨性能比 機(jī)加工的表面好 電火花穿孔加工Ra1.250.32，加平動(dòng)控制 Ra0.63 0.04，電火花磨削0.04 0.02 影響因素：脈沖能量、加工速度、工件材 料的特性、工具電極的Ra l 2、表面變質(zhì)層 l 1）熔化凝固層樹枝狀的淬 火鑄造組織。又稱白層，隨脈 沖能量的增大而變厚，與機(jī)體 結(jié)合不牢。 l 2）熱影響層：材料無熔化，但 金相組織發(fā)生了變化 l 淬火鋼：再淬火區(qū)，高溫回火， 低溫回火 l 未淬火鋼：淬火區(qū) l 3）顯微裂紋 受拉應(yīng)力產(chǎn)生顯 微裂紋。能量越大，顯微裂紋 愈寬愈深。 l3、表面力學(xué)性能 l1）顯微硬度及耐磨性 l硬度較高，有較好的耐磨性

8、，但和基體結(jié) 合不牢靠 l2）殘余應(yīng)力 殘余拉應(yīng)力和加工規(guī)準(zhǔn)有關(guān) l3）耐疲勞性能差 需采用回火處理或噴丸 處理 第三節(jié) 電火花加工設(shè)備和工作液 l 一、電火花加工機(jī)床 l 1、機(jī)床總體部分（電火花穿孔成形機(jī)床）主 軸頭、床身、立柱、工作臺(tái)及工作液槽 l 2、主軸頭要求（精度和剛度）自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 的執(zhí)行機(jī)構(gòu) l 1）結(jié)構(gòu)簡單 l 2）傳動(dòng)鏈短 l 3）傳動(dòng)間隙小 l 4）熱變形小 l 5）具有足夠的精度和剛度 l3）工具電極夾具（十字鉸鏈?zhǔn)胶颓蛎驺q鏈 式）調(diào)節(jié)工具電極和工作臺(tái)的垂直度、 工具電極在水平面內(nèi)微量的扭轉(zhuǎn)角。 l 4）、工作液及其循環(huán)過濾系統(tǒng) l a、工作液的作用 形成火花擊穿放電通

9、道,并在放電結(jié)束后迅速恢復(fù)間隙 的絕緣狀態(tài); 對(duì)放電通道產(chǎn)生壓縮作用; 幫助電蝕產(chǎn)物的 拋出和排除; 對(duì)工具、工件起冷卻作用; b、常用工作液（煤油、放電加工油、電火花機(jī)油） （1）低粘度：冷卻性好，流動(dòng)性好，加工碎屑容易排出。 （2）高閃火點(diǎn)、高沸點(diǎn)：閃火點(diǎn)高，不易起火；沸點(diǎn)高， 不易汽化、損耗。 （3）絕緣性好：以維系工具電極與工件之間的適當(dāng)?shù)慕^緣 強(qiáng)度。 （4）臭味?。杭庸ぶ蟹纸獾臍怏w無毒，對(duì)人體無害，當(dāng)然 無分解氣體最好。 （5）對(duì)加工件不污染、不腐蝕。 （6）氧化安全性要好，壽命長。 （7）價(jià)格要便宜。 l c、工作液循環(huán)過濾系統(tǒng) l 循環(huán)方式：沖油式、抽油式 l 沖油式：將一定壓力

10、的清潔工 作液沖向加工表面，迫使工作 液連同電蝕產(chǎn)物從電極四周流 出；排屑效果好，但電蝕產(chǎn)物 從已加工面流出時(shí)易造成二次 放電，影響加工精度 l 抽油式：從待加工表面將工作 液連同電蝕產(chǎn)物一起抽出；獲 得較高的精度和較小表面粗糙 度，但排屑能力不如沖油式。 l 振動(dòng)式：利用電磁振動(dòng)或超聲 振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)波和加工液產(chǎn) 生的液流效應(yīng) l D、為什么要進(jìn)行排屑與排氣 l 在電火花加工過程中的電蝕產(chǎn)物（金屬熔化、氣化的細(xì)微 顆粒、炭粒及工作液被氣化、裂化產(chǎn)生的有害氣體，如果 不及時(shí)排除擴(kuò)散出去，就會(huì)改變間隙介質(zhì)的成分，降低絕 緣強(qiáng)度，如果放電蝕除產(chǎn)物在間隙內(nèi)某局部聚集太多，將 會(huì)形成電極與蝕除物質(zhì)二次

11、放電，二次放電的反復(fù)增加， 就會(huì)使放電轉(zhuǎn)變?yōu)橛泻Φ碾娀》烹?，?dǎo)致電極與工件的燒 傷，而大量氣體如果不能得到及時(shí)排除，形成局部真空， 就會(huì)產(chǎn)生“放炮”現(xiàn)象，導(dǎo)致電極或工件的位置偏移，容 易造成廢品。 l E、過濾系統(tǒng)：自然沉淀法、介質(zhì)過濾法、離心過濾法、 高壓靜電過濾 l二、脈沖電源 l1、對(duì)脈沖電源的要求 l1）產(chǎn)生的脈沖應(yīng)該是單向的應(yīng)用極化 效應(yīng) l2）脈沖電壓波形的前后沿應(yīng)該較陡工 藝過程穩(wěn)定 l3）脈沖主要參數(shù)可調(diào)工藝范圍廣 l4）工作可靠、成本低、壽命長，操作維修 方便。 l 2、RC線路脈沖 電源 l 1）包括充電與 放電回路 l 2）優(yōu)點(diǎn)： l 結(jié)構(gòu)簡單，工作 可靠，成本低 l 可

12、作光整加工 l 3）缺點(diǎn) l 電能利用效率低 l 生產(chǎn)效率低 l 工藝參數(shù)不穩(wěn)定 l4）RLC線路脈沖電流 l3、晶體管式脈沖電源 l1）具有“開關(guān)”功率晶體管 l2）為了在放電間隙短路時(shí)不致?lián)p壞晶體管， 每只晶體管均串聯(lián)有限流電阻R l3）為了適應(yīng)不同規(guī)準(zhǔn)，整個(gè)功率級(jí)由幾十 只大功率高頻晶體管并聯(lián)，可調(diào)粗、中、 精加工規(guī)準(zhǔn)。 l 4、各種派生脈沖電源 l 1）高低壓復(fù)合脈沖電源 l 高壓回路引燃；低壓回路加工 l2）多回路脈沖電源在不降低表面粗糙 度的情況下，提高生產(chǎn)率。 l3）等脈沖電源 l每個(gè)脈沖在介質(zhì)擊穿后所釋放的單個(gè)脈沖 能量相等，保證粗糙度。 l4）高頻分組脈沖和梳形脈沖電源 l5

13、）自適應(yīng)控制脈沖電源 思考：在什么情況下可以使用思考：在什么情況下可以使用 直流電源作為電火花加工用的直流電源作為電火花加工用的 脈沖直流電源？脈沖直流電源？ l三、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng) l1、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用、技術(shù)要求、 分類 l1）最佳放電間隙Sb對(duì)應(yīng)最大蝕除速度 間隙過大 間隙過小 思考：電火花加工時(shí)的自動(dòng)進(jìn)思考：電火花加工時(shí)的自動(dòng)進(jìn) 給系統(tǒng)和車、鉆、磨削時(shí)的自給系統(tǒng)和車、鉆、磨削時(shí)的自 動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)，有何不同？動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)，有何不同？ l2）自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)曲線 左下右上，希望調(diào)節(jié)特性 曲線與進(jìn)給特性曲線相 交于B點(diǎn)，可以保證較大 的蝕除率。 思考：粗、中、精加工時(shí)，思考：粗、中、精加工時(shí)，

14、 間隙蝕除特性曲線有何不同？間隙蝕除特性曲線有何不同？ 脈沖電源的空載電壓不一樣脈沖電源的空載電壓不一樣 時(shí)，間隙曲線有何不同？時(shí)，間隙曲線有何不同？ l3）對(duì)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 l有較廣的速度調(diào)節(jié)跟蹤范圍適應(yīng)加工 的需要 l有足夠的靈敏度和快速性 l有必要的穩(wěn)定性，滿足低速運(yùn)行的要求 l2、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成部分 1）測量環(huán)節(jié)采用間接測量電參數(shù)來獲得間隙，并可以判斷加工 狀態(tài) 2）比較環(huán)節(jié)與設(shè)定值進(jìn)行比較 3）放大驅(qū)動(dòng)器放大環(huán)節(jié)、利用放大器獲得足夠的驅(qū)動(dòng)功率 4）執(zhí)行環(huán)節(jié)采用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 5）調(diào)節(jié)對(duì)象放電間隙 l 3、電液壓式自動(dòng)進(jìn) 給調(diào)節(jié)系統(tǒng) l 活塞桿帶動(dòng)工 具上升 l

15、活塞處于靜止 狀態(tài) l 活塞桿帶動(dòng)工 具下降 l4、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng) 第四節(jié) 電火花穿孔成形加工 l 一、穿孔加工常指貫通的等截面或變截面的 二維型孔的電火花加工。 l 二、沖模的電火花加工 l 模具機(jī)加工的困難在于 l 1、工藝方法 直接配合法 l 凹模的質(zhì)量指標(biāo)主要是尺寸精度、沖頭與凹模的 配合間隙，刃口高度、刃口斜度和落料角。 l 2、工具電極 l 1）材料：鋼T8A、T10A、Cr15等 l 2）精度：不低于IT7，Ra1.25 l 3）長度：補(bǔ)償損耗 l 4）重心：在主軸中心線上 l 5）截面輪廓尺寸 l 6）制造：機(jī)加工、成形磨削，如果凸凹模的配合 間隙不在電火花加工間隙

16、范圍內(nèi)，可以采用化學(xué) 浸蝕或涂鍍的方法減小和增大尺寸。 l3、工件準(zhǔn)備：預(yù)留孔 l4、電規(guī)準(zhǔn)的選擇 l粗規(guī)準(zhǔn)生產(chǎn)率高，工具電極損耗小， 使用大的電流，長的脈沖寬度 l精規(guī)準(zhǔn)精度高、粗糙度低，使用小的 電流，短的脈沖寬度，高的頻率。 l二、型腔模的電火花加工 l1、工藝方法不通孔加工，加工條件差， 加工面積變化大，電極損耗不均勻 l1）單電極平動(dòng)法（數(shù)控?fù)u動(dòng)）完成粗、 中、精加工 l優(yōu)點(diǎn)：一次裝夾，只需一個(gè)電極 l缺點(diǎn)：精度低，加工不出清棱清角的型腔。 l2）多電極更換法（一般使用2個(gè)電極） l能達(dá)到較高的仿形精度，每個(gè)電極加工時(shí) 必須把上一規(guī)準(zhǔn)的放電痕跡去掉，要求電 極的制造精度高，定位裝夾精

17、度高 l3）分解電極法（加工主型腔和副型腔） 單電極平動(dòng)法與多電極更換法的綜合應(yīng) 用，適用于尖角、窄縫、深孔、深槽等復(fù) 雜型腔模具加工。 促進(jìn)了具有電極庫的35軸數(shù)控電火花機(jī)床應(yīng)用。 l 2、工具電極 l 1）材料純銅與石墨，電極損耗 小，價(jià)格便宜 l 2）輪廓尺寸平面尺寸與放電間 隙和平動(dòng)頭偏心量有關(guān) ，高度尺寸 與工件高度等有關(guān)。 l 3）排氣孔和沖油孔 l 排氣孔蝕除面積大以及電極端部 有凹入的部位 l 沖油孔不易排屑的拐角、窄縫處 l 沖油孔和排氣孔的直徑一般為1 2 l 3、工作液強(qiáng)迫循環(huán)的應(yīng)用 l 1）可以采取沖油或定時(shí)抬刀的辦法排除電蝕產(chǎn)物。 l 2）沖油壓力不易過高，會(huì)影響電極

18、損耗 l 4、加工規(guī)準(zhǔn)的選擇、轉(zhuǎn)換 l 1）粗加工時(shí)，采用較寬的脈沖寬度和合適的脈沖 峰值電流。 l 2）精加工時(shí)，采用窄脈寬和小峰值電流。 l 3）在加工表面剛好達(dá)到本檔規(guī)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的粗糙度時(shí)， 就應(yīng)轉(zhuǎn)換規(guī)準(zhǔn)。 l 4）粗加工時(shí)的平動(dòng)量為總平動(dòng)量的75%80%。 l5、電火花加工工藝參數(shù)曲線 l 根據(jù)主要矛盾來選擇電規(guī)準(zhǔn)： l 加工型腔模具電極的低損耗 l 型腔精加工考慮粗糙度 l 沖模加工考慮粗糙度與放電間隙 l 加工預(yù)孔考慮生產(chǎn)率 l 脈沖間隔粗加工取脈寬的1/51/10，精加工 脈寬的25 l 峰值電流加工面積小時(shí)，不宜選擇過大的峰 值電流。 l 三、小孔電火花加工工 藝 l 1、電火花主

19、要應(yīng)用在直 徑為0.33mm的高 速小孔的加工，可避免 小直徑鉆頭易折斷問題。 l 還適用與斜面和曲面上 加工小孔，并可達(dá)到較 高尺寸精度和形狀精度。 l 深徑比可超200以上。為 了改善排屑條件，采用 電磁振動(dòng)頭或超聲波振 動(dòng)頭。可采用空心管電 極中部沖油，工具電極 在回轉(zhuǎn)的同時(shí)又作軸向 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，速度可達(dá) 60mm/min。 l細(xì)微孔：直徑小于0.2mm的孔 l國外目前可加工出直徑為0.015mm的細(xì)微 孔。在我國一般可加工出深徑比為10，直 徑為0.05mm的細(xì)微孔。 l但加工細(xì)微孔的效率較低，因?yàn)楣ぞ唠姌O 制造困難，排屑也困難，單個(gè)脈沖的放電 能量須有特殊的脈沖電源控制，對(duì)伺服進(jìn) 給系

20、統(tǒng)要求更嚴(yán)。 l四、異形小孔的電火花加工主要是異 形電極的制造及裝夾。 l1、冷拔采用電火花線切割加工并配合 鉗工修磨制成異形電極的拉絲模。 l2、電火花線切割加工整體電極 l3、電火花反拷加工整體電極 第五節(jié) 其他電火花加工 l 一、電火花小孔 磨削、鏜磨 l 磨削工具、 工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 軸向進(jìn)給 l 鏜磨工件旋 轉(zhuǎn)，電極軸向進(jìn) 給 電火花鏜磨示意圖 l二、電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工螺紋 l1、加工內(nèi)螺紋：工具、工件旋轉(zhuǎn)，同步同 向 l以往的加工是采用導(dǎo)向螺母使工具電極在 旋轉(zhuǎn)的同時(shí)作軸向進(jìn)給，生產(chǎn)效率低，質(zhì) 量差。 l2、加工外螺紋：工件作徑向進(jìn)給 l3、加工齒輪等 l 三、金屬電火花表面強(qiáng)化和刻字 l 1、電火花強(qiáng)化工藝表面合金化 接觸火花放電短路振蕩離開（因工件的熱容 比電極大，使工具電極的材料被粘結(jié)） 強(qiáng)化層具有特性： 高硬度、高耐磨性、耐蝕性、耐熱性、疲勞強(qiáng)度提 高2倍左右，硬化層厚度約為0.010.08mm 2、電火花刻字工藝