特種加工第二章電火花加工分析

1、特種加工第二章電火花加工分析 三、影響加工精度的主要因素三、影響加工精度的主要因素 和通常的機械加工一樣，機床本身的各種和通常的機械加工一樣，機床本身的各種 誤差，以及工件和工具的定位、安裝誤誤差，以及工件和工具的定位、安裝誤 差都回影響到加工精度。差都回影響到加工精度。 這里主要討論與電火花加工工藝有關(guān)的因這里主要討論與電火花加工工藝有關(guān)的因 素素 特種加工第二章電火花加工分析 影響加工精度的主要因素有：影響加工精度的主要因素有： 放電間隙的大小及其一致性放電間隙的大小及其一致性 工具電極損耗及其穩(wěn)定性工具電極損耗及其穩(wěn)定性 特種加工第二章電火花加工分析 1、放電間隙的計算（經(jīng)驗公式）、放電

2、間隙的計算（經(jīng)驗公式）: S=Ku*ui+KR*WM+Sm s 放電間隙（指單面放電間隙）放電間隙（指單面放電間隙） ui 開路電壓開路電壓 Ku 與工作液介電強度有關(guān)的常數(shù)，含有與工作液介電強度有關(guān)的常數(shù)，含有 點蝕產(chǎn)物后該系數(shù)會增大。點蝕產(chǎn)物后該系數(shù)會增大。 KR 與加工材料有關(guān)的常數(shù)。一般易熔金與加工材料有關(guān)的常數(shù)。一般易熔金 屬的值較大屬的值較大 WM 單個脈沖能量單個脈沖能量 Sm 考慮熱膨脹、收縮、震動等影響的機考慮熱膨脹、收縮、震動等影響的機 械間隙械間隙,約為約為3m 特種加工第二章電火花加工分析 注意注意 放電間隙不一致的影響放電間隙不一致的影響: 若放電間隙大小能保持一致，

3、則可以通過若放電間隙大小能保持一致，則可以通過 修正工作電極對放電間隙進行補償，以修正工作電極對放電間隙進行補償，以 獲得較高的加工精度。但放電間隙的大獲得較高的加工精度。但放電間隙的大 小實際上是變化的，影響著加工精度。小實際上是變化的，影響著加工精度。 特種加工第二章電火花加工分析 放電間隙的大小對加工精度的影響：放電間隙的大小對加工精度的影響： 放電間隙越大，對精度的影響越嚴重放電間隙越大，對精度的影響越嚴重 （仿形精度和尺寸精度）（仿形精度和尺寸精度） 如圖如圖2-10（A）（）（B） (放電具有等距性放電具有等距性) 放電間隙越大電場強度分布更加不均勻放電間隙越大電場強度分布更加不均

4、勻,棱角處棱角處 損耗嚴重損耗嚴重,放電間隙變化量增大放電間隙變化量增大 相應(yīng)措施：縮小放電間隙相應(yīng)措施：縮小放電間隙 （由公式知：采用較小的加工（由公式知：采用較小的加工 歸準）歸準） 精加工的放電間隙（單面）一般只有精加工的放電間隙（單面）一般只有 0.01mm,而粗加工時則可達而粗加工時則可達0.5mm以上。以上。 特種加工第二章電火花加工分析 工具電極的損耗對尺寸精度及形狀精工具電極的損耗對尺寸精度及形狀精 度都有影響度都有影響: 對策：對策： 穿孔加工時：讓電極貫穿型孔來補償電穿孔加工時：讓電極貫穿型孔來補償電 極的損耗。極的損耗。 型腔加工時：采用更換電極的方法型腔加工時：采用更換

5、電極的方法 特種加工第二章電火花加工分析 電火花加工中電火花加工中 “二次放電二次放電” 對形狀精度有影響：對形狀精度有影響： 集中反映在在集中反映在在 加工深度方向加工深度方向 產(chǎn)生斜度，產(chǎn)生斜度， 加工棱角棱邊加工棱角棱邊 變鈍方面。變鈍方面。 特種加工第二章電火花加工分析 結(jié)論結(jié)論: v電參數(shù)對放電間隙影響明顯電參數(shù)對放電間隙影響明顯 v工作液的狀況會影響放電間隙工作液的狀況會影響放電間隙 v減小放電間隙可提高加工精度減小放電間隙可提高加工精度 v減少電極損耗可提高加工精度減少電極損耗可提高加工精度 v電火花加工時工具的尖角和凹角很難精確地復(fù)制到電火花加工時工具的尖角和凹角很難精確地復(fù)制

6、到 工件上。工件上。 v對策：采用高頻窄脈寬精加工，減小放電間隙，圓對策：采用高頻窄脈寬精加工，減小放電間隙，圓 弧半徑可明顯減小從而提高加工精度弧半徑可明顯減小從而提高加工精度 特種加工第二章電火花加工分析 四、電火花加工的表面質(zhì)量四、電火花加工的表面質(zhì)量 電火花加工的表面質(zhì)量包括：表面粗糙度、電火花加工的表面質(zhì)量包括：表面粗糙度、 表面變質(zhì)層、表面力學(xué)性能。表面變質(zhì)層、表面力學(xué)性能。 1、表面粗糙度、表面粗糙度 表示方法：表示方法： 電火花加工表面粗糙度通常用微觀平面度電火花加工表面粗糙度通常用微觀平面度 的平均算術(shù)偏差的平均算術(shù)偏差Ra表示，表示， 也有用平面度的最大高度值也有用平面度的

7、最大高度值Rmax表示的表示的 特種加工第二章電火花加工分析 電火花加工中影響表面粗糙度的因素：電火花加工中影響表面粗糙度的因素： 1）單個脈沖能量）單個脈沖能量 實驗得：實驗得： Rmax=KR*te*ie Rmax 實測的表面粗糙度實測的表面粗糙度 KR 常數(shù)常數(shù) te 脈沖放電時間脈沖放電時間 ie 峰值電流峰值電流 特種加工第二章電火花加工分析 注意：注意： 在電極面積較大時，即使單個脈沖能量很在電極面積較大時，即使單個脈沖能量很 小小Rmax很難小于很難小于2m(約約Ra0.32m),而而 且加工面積越大，可達到的最佳表面粗且加工面積越大，可達到的最佳表面粗 糙度愈差。糙度愈差。 （

8、煤油工作液中的工具和工件具有潛布電（煤油工作液中的工具和工件具有潛布電 容，相當于在放電間隙上并聯(lián)了一個電容，相當于在放電間隙上并聯(lián)了一個電 容）容） 特種加工第二章電火花加工分析 研究成果：采用研究成果：采用“混粉加工混粉加工”新工藝，新工藝， 可較大面積地加工出質(zhì)量很高可較大面積地加工出質(zhì)量很高 的光亮面。的光亮面。 具體方法：在煤油工作液中加入硅或鋁具體方法：在煤油工作液中加入硅或鋁 等等導(dǎo)電微粉導(dǎo)電微粉。 原因：這樣可使工作液的電阻率降低、放原因：這樣可使工作液的電阻率降低、放 電間隙成倍增大，潛布寄生電容成倍減電間隙成倍增大，潛布寄生電容成倍減 小，放電通道被分割成多個小的火花放小，

9、放電通道被分割成多個小的火花放 電通道，到達工件表面的脈沖能量被分電通道，到達工件表面的脈沖能量被分 散，相應(yīng)的電痕就較小，表面較光整。散，相應(yīng)的電痕就較小，表面較光整。 特種加工第二章電火花加工分析 特種加工第二章電火花加工分析 特種加工第二章電火花加工分析 特種加工第二章電火花加工分析 特種加工第二章電火花加工分析 特種加工第二章電火花加工分析 2）加工速度對表面粗糙度的影響）加工速度對表面粗糙度的影響 加工速度愈大，表面粗糙度愈差加工速度愈大，表面粗糙度愈差。（數(shù)據(jù)書）。（數(shù)據(jù)書） 對策：采用平動或搖動對策：采用平動或搖動(工作臺按一定軌跡做工作臺按一定軌跡做 微量移動微量移動)加工工藝

10、可大為加工工藝可大為 改善。（慢）改善。（慢） 提示：一般電火花加工到之后采用其它研磨提示：一般電火花加工到之后采用其它研磨 方法改善其表面粗糙度比較經(jīng)濟方法改善其表面粗糙度比較經(jīng)濟 3）工件材料對加工表面粗糙度的影響）工件材料對加工表面粗糙度的影響 熔點高的材料容易得到好的表面粗糙度熔點高的材料容易得到好的表面粗糙度 （加工速度應(yīng)適當下降）（加工速度應(yīng)適當下降） 特種加工第二章電火花加工分析 4）精加工時，工具電極的表面粗糙度也會）精加工時，工具電極的表面粗糙度也會 影響加工表面粗糙度。影響加工表面粗糙度。 精加工時不要采用石墨電極精加工時不要采用石墨電極。 特種加工第二章電火花加工分析 2

11、、表面變質(zhì)層、表面變質(zhì)層 電火花加工中，在火花放電的瞬時高溫和電火花加工中，在火花放電的瞬時高溫和 工作液的快速冷卻下，材料的表面層發(fā)工作液的快速冷卻下，材料的表面層發(fā) 生了很大變化，大致可分為：生了很大變化，大致可分為： 熔化凝固層熔化凝固層 熱影響層熱影響層 特種加工第二章電火花加工分析 特種加工第二章電火花加工分析 1）熔化凝固層）熔化凝固層 位于工件表面最上層，它被放電時瞬時高位于工件表面最上層，它被放電時瞬時高 溫熔化而又滯留下來，受工作液快速冷溫熔化而又滯留下來，受工作液快速冷 卻而凝固。對于碳鋼來說，熔化層在金卻而凝固。對于碳鋼來說，熔化層在金 相照片上呈白色，谷又稱之為白層。它

12、相照片上呈白色，谷又稱之為白層。它 與基體完全不同，是一種樹枝狀的淬火與基體完全不同，是一種樹枝狀的淬火 鑄造組織，與內(nèi)層的結(jié)合也不牢固。鑄造組織，與內(nèi)層的結(jié)合也不牢固。 熔化層的厚度隨脈沖能量的增大而增厚，熔化層的厚度隨脈沖能量的增大而增厚， 一般不超過一般不超過 特種加工第二章電火花加工分析 2)熱影響層熱影響層 沒有變化沒有變化,只是受到高溫的影響只是受到高溫的影響,使材料的金使材料的金 相組織發(fā)生了變化相組織發(fā)生了變化,它與基體材料之間沒它與基體材料之間沒 有明顯的界限。有明顯的界限。 對淬火鋼：熱影響層包括再淬火區(qū)、高對淬火鋼：熱影響層包括再淬火區(qū)、高 溫回火區(qū)和低溫回火區(qū)。溫回火區(qū)

13、和低溫回火區(qū)。 對未淬火鋼：熱影響層主要為淬火區(qū)對未淬火鋼：熱影響層主要為淬火區(qū) 因此，淬火鋼的熱影響層厚度比未淬火鋼因此，淬火鋼的熱影響層厚度比未淬火鋼 大。大。 特種加工第二章電火花加工分析 熱影響層分布：熱影響層分布： 靠近熔化凝固層部分由于受到高溫作用并靠近熔化凝固層部分由于受到高溫作用并 迅速冷卻，形成為淬火區(qū)，其厚度與條迅速冷卻，形成為淬火區(qū)，其厚度與條 件有關(guān)，一般為最大微觀平面度的件有關(guān)，一般為最大微觀平面度的2-3倍。倍。 與淬火層相鄰的部分受到溫度的影響而形與淬火層相鄰的部分受到溫度的影響而形 成高溫、低溫回火區(qū)，回火區(qū)的厚度約成高溫、低溫回火區(qū)，回火區(qū)的厚度約 為最大微觀

14、平面度的為最大微觀平面度的3-4倍。倍。 特種加工第二章電火花加工分析 不同金屬材料的熱影響層金相組織結(jié)構(gòu)是不同金屬材料的熱影響層金相組織結(jié)構(gòu)是 不同的，耐熱合金的熱影響層與基體差不同的，耐熱合金的熱影響層與基體差 異不大。異不大。 特種加工第二章電火花加工分析 3）顯微裂紋）顯微裂紋 電火花加工表面由于受到瞬時高溫并迅速電火花加工表面由于受到瞬時高溫并迅速 冷卻而產(chǎn)生拉應(yīng)力，往往出現(xiàn)顯微裂紋冷卻而產(chǎn)生拉應(yīng)力，往往出現(xiàn)顯微裂紋 實驗表明：一般裂紋僅在熔化層出現(xiàn)，只實驗表明：一般裂紋僅在熔化層出現(xiàn)，只 有在脈沖能量很大的情況下才有可能擴有在脈沖能量很大的情況下才有可能擴 展到熱影響層。展到熱影響

15、層。 特種加工第二章電火花加工分析 影響顯微裂紋的因素：影響顯微裂紋的因素： 1、脈沖能量：能量越大，顯微裂紋越寬越、脈沖能量：能量越大，顯微裂紋越寬越 深，脈沖能量很小，一般不出現(xiàn)微裂紋。深，脈沖能量很小，一般不出現(xiàn)微裂紋。 2、工件材料：脆硬材料容易產(chǎn)生微裂紋、工件材料：脆硬材料容易產(chǎn)生微裂紋 3、工件預(yù)先的熱處理情況：淬火材料比未、工件預(yù)先的熱處理情況：淬火材料比未 淬火材料容易產(chǎn)生微裂紋（因為淬火材淬火材料容易產(chǎn)生微裂紋（因為淬火材 料脆硬，原始內(nèi)應(yīng)力較大）料脆硬，原始內(nèi)應(yīng)力較大） 特種加工第二章電火花加工分析 3、表面力學(xué)性能、表面力學(xué)性能 （1）顯微硬度及耐磨性）顯微硬度及耐磨性

16、一般來說，電火花加工表面最外層的硬度一般來說，電火花加工表面最外層的硬度 比較高，耐磨性好。但對于滾動摩擦，比較高，耐磨性好。但對于滾動摩擦， 由于是交變載荷，尤其是干摩擦，則因由于是交變載荷，尤其是干摩擦，則因 其熔化凝固層和基體結(jié)合不牢，容易剝其熔化凝固層和基體結(jié)合不牢，容易剝 落而磨損。因此，有些要求高的模具需落而磨損。因此，有些要求高的模具需 把電火花加工后的表面變質(zhì)層事先磨掉。把電火花加工后的表面變質(zhì)層事先磨掉。 特種加工第二章電火花加工分析 （2）殘余應(yīng)力）殘余應(yīng)力 電火花加工表面存在殘余應(yīng)力，大部分表電火花加工表面存在殘余應(yīng)力，大部分表 現(xiàn)為拉應(yīng)力?，F(xiàn)為拉應(yīng)力。 影響殘余應(yīng)力的大

17、小及其分布的因素：影響殘余應(yīng)力的大小及其分布的因素： 材料在加工前的熱處理狀態(tài)材料在加工前的熱處理狀態(tài) 脈沖能量脈沖能量 結(jié)論；對表面層要求高的零件，應(yīng)盡量避結(jié)論；對表面層要求高的零件，應(yīng)盡量避 免使用較大的加工規(guī)準。免使用較大的加工規(guī)準。 特種加工第二章電火花加工分析 （3）耐疲勞性）耐疲勞性 電火花加工的耐疲勞性比機械加工表面低電火花加工的耐疲勞性比機械加工表面低 許多倍許多倍 因為表面有殘余拉應(yīng)力，和顯微裂紋。因為表面有殘余拉應(yīng)力，和顯微裂紋。 對策：可采取回火、噴丸處理等。對策：可采取回火、噴丸處理等。 使用很小的電規(guī)準加工。（即電火使用很小的電規(guī)準加工。（即電火 花精微加工）花精微加

18、工） 特種加工第二章電火花加工分析 第四節(jié)第四節(jié) 電火花加工用脈沖電源電火花加工用脈沖電源 電火花加工用脈沖電源的作用：把工頻交電火花加工用脈沖電源的作用：把工頻交 流電轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流，流電轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流， 以供給電極放電間隙所需要的能量來蝕以供給電極放電間隙所需要的能量來蝕 除金屬。除金屬。 電火花加工用脈沖電源對生產(chǎn)效率、表面電火花加工用脈沖電源對生產(chǎn)效率、表面 質(zhì)量、加工精度、加工穩(wěn)定性、電極損質(zhì)量、加工精度、加工穩(wěn)定性、電極損 耗等都有很大影響。耗等都有很大影響。 特種加工第二章電火花加工分析 一、對脈沖電源的要求及其分類一、對脈沖電源的要求及其分類 總的要

19、求：有較高的加工速度總的要求：有較高的加工速度 工具電極損耗低工具電極損耗低 加工過程穩(wěn)定性好加工過程穩(wěn)定性好 工藝范圍廣工藝范圍廣 特種加工第二章電火花加工分析 為滿足上述具體要求對電火花加工脈沖電為滿足上述具體要求對電火花加工脈沖電 源的具體要求：源的具體要求： 1）所產(chǎn)生的脈沖應(yīng)是單向的，沒有負半波，）所產(chǎn)生的脈沖應(yīng)是單向的，沒有負半波， 或負半波很小，最大限度的利用極性效或負半波很小，最大限度的利用極性效 應(yīng)。應(yīng)。 2）脈沖電壓的前后沿應(yīng)該較陡，一般采用）脈沖電壓的前后沿應(yīng)該較陡，一般采用 矩形波脈沖電源。使加工過程穩(wěn)定，放矩形波脈沖電源。使加工過程穩(wěn)定，放 電寬度和能量比較穩(wěn)定。電寬

20、度和能量比較穩(wěn)定。 特種加工第二章電火花加工分析 3）脈沖的主要參數(shù)在很寬的范圍內(nèi)可以調(diào)）脈沖的主要參數(shù)在很寬的范圍內(nèi)可以調(diào) 節(jié)。節(jié)。 4）脈沖電源要工作穩(wěn)定、可靠、成本低、）脈沖電源要工作穩(wěn)定、可靠、成本低、 壽命長、操作維修方便、體積小、節(jié)省壽命長、操作維修方便、體積小、節(jié)省 電能。電能。 表表2-3 電火花用脈沖電源分類電火花用脈沖電源分類 特種加工第二章電火花加工分析 二、二、RC線路脈沖電源（馳張式脈沖電源）線路脈沖電源（馳張式脈沖電源） 工作原理：利用電容器充電儲存電能，然工作原理：利用電容器充電儲存電能，然 后瞬時放出，形成火花放電來蝕除金屬。后瞬時放出，形成火花放電來蝕除金屬。

21、 圖圖2-11、2-12 特種加工第二章電火花加工分析 RC線路脈沖電源的最大優(yōu)點：線路脈沖電源的最大優(yōu)點： 1）結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠、成本低。）結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠、成本低。 2）在小功率時可獲得很窄的脈寬和很小的）在小功率時可獲得很窄的脈寬和很小的 單個脈沖能量，可用于光整加工和精微單個脈沖能量，可用于光整加工和精微 加工。加工。 RC線路脈沖電源的缺點：線路脈沖電源的缺點： 1）電能利用率低。最大不超過）電能利用率低。最大不超過36%。 2）生產(chǎn)效率低。由圖）生產(chǎn)效率低。由圖2-12知，脈間大。知，脈間大。 3）工藝參數(shù)不穩(wěn)定。受放電間隙及介質(zhì)的）工藝參數(shù)不穩(wěn)定。受放電間隙及介質(zhì)的 影響。影

22、響。(電源本身不能獨立產(chǎn)生脈沖電源本身不能獨立產(chǎn)生脈沖,放電放電 間隙與直流電源直接連通間隙與直流電源直接連通,隨時都有放電隨時都有放電 的可能的可能,并容易轉(zhuǎn)為電弧放電并容易轉(zhuǎn)為電弧放電) 特種加工第二章電火花加工分析 改進：改進： 特種加工第二章電火花加工分析 適用范圍：小功率的精微加工適用范圍：小功率的精微加工 簡式電火花加工機床簡式電火花加工機床 特種加工第二章電火花加工分析 三、晶體管式脈沖電源三、晶體管式脈沖電源 晶體管式脈沖電源是利用功率晶體管作為晶體管式脈沖電源是利用功率晶體管作為 開關(guān)元件而獲得單向脈沖的。開關(guān)元件而獲得單向脈沖的。 它具有脈沖頻率高，脈沖參數(shù)容易調(diào)節(jié)、它具有

23、脈沖頻率高，脈沖參數(shù)容易調(diào)節(jié)、 脈沖波形好、易實現(xiàn)多回路加工和自適脈沖波形好、易實現(xiàn)多回路加工和自適 應(yīng)控制等自動化要求的優(yōu)點。應(yīng)控制等自動化要求的優(yōu)點。 特種加工第二章電火花加工分析 在中小型脈沖電源中，都采用晶體管式脈在中小型脈沖電源中，都采用晶體管式脈 沖電源沖電源 以前，晶體管的功率都比較小，每管導(dǎo)通以前，晶體管的功率都比較小，每管導(dǎo)通 時的電流常選在時的電流常選在5A左右，因此，在晶體左右，因此，在晶體 管脈沖電源中，都采用多管分組并聯(lián)輸管脈沖電源中，都采用多管分組并聯(lián)輸 出的方法來提高輸出功率。出的方法來提高輸出功率。 圖圖2-13為自振式晶體管脈沖電源原理圖為自振式晶體管脈沖電源

24、原理圖 特種加工第二章電火花加工分析 特種加工第二章電火花加工分析 v為了加大功率為了加大功率,和可調(diào)節(jié)粗、中、精加工歸準，和可調(diào)節(jié)粗、中、精加工歸準， 整個功率級由幾十個大功率高頻晶體管分為整個功率級由幾十個大功率高頻晶體管分為 若干路并聯(lián)，精加工只用其中一路或兩路。若干路并聯(lián)，精加工只用其中一路或兩路。 為了在放電間隙短路時不致?lián)p壞晶體管，每為了在放電間隙短路時不致?lián)p壞晶體管，每 只晶體管都串有限流電阻，并可以在各管之只晶體管都串有限流電阻，并可以在各管之 間起均流作用。間起均流作用。 特種加工第二章電火花加工分析 五、各種派生脈沖電源五、各種派生脈沖電源 1、高低壓復(fù)合脈沖電源、高低壓復(fù)合脈沖電源 圖圖2-14復(fù)合回路脈沖電源示意圖復(fù)合回路脈沖電源示意圖 特種加工第二章電火花加工分析 2、多回路脈沖電源、多回路脈沖電源 所謂多回路脈沖電源是在加工電源的功率所謂多回路脈沖電源是在加工電源的功率 級并聯(lián)分割出相互隔離絕緣的多個輸出級并聯(lián)分割出相互隔離絕緣的多個輸出 端，可以同時供給多個回路的放電加工。端，可以同時供給多個回路的放電加工。 可提高生產(chǎn)效率，在大面積、多工具、多可提高生產(chǎn)效率，在大面積、多工具、多 孔加工時很有必要。孔加工時很有必要。 特種加工第二章電火花加工分