第3章電火花加工

第七章電火花加工

(ElectricalDischargeMachining)電火花加工的基本原理與設備電火花加工的機理電火花加工中的基本規(guī)律電火花加工機床電火花加工的應用電火花加工新技術

7.1電火花加工的基本原理與設備電火花加工的基本原理電腐蝕現(xiàn)象電腐蝕現(xiàn)象的原因火花放電→產(chǎn)生熱量→高溫→金屬局部熔化、氣化→被去除

電腐蝕現(xiàn)象用于尺寸加工的條件極間保持一定放電間隙→自動進給調節(jié)系統(tǒng)間隙過大：不能擊穿間隙過?。憾搪方佑|瞬時的脈沖放電（10-7~10-3s）→脈沖電源連續(xù)放電：電弧放電，無法控制尺寸兩電極之間必須充入介質→工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)工作液：煤油、皂化液、去離子水工作液的作用有利于火花放電排除電蝕產(chǎn)物冷卻電極和工件脈沖電壓波形加工原理圖電火花加工設備(SodickA35R)設備組成自動進給調節(jié)系統(tǒng)脈沖電源工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)7.2電火花加工的機理一次電火花腐蝕的微觀過程（1）極間介質的電離、擊穿、形成放電通道

＋

－－一次電火花腐蝕的微觀過程（2）介質熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹

7.2電火花加工的機理

+

－一次電火花腐蝕的微觀過程（3）電極材料拋出 7.2電火花加工的機理

+－存在下面三種作用熱爆炸力瞬時膨脹電動力正負離子對電極的沖擊壓力流體動力蒸發(fā)、分解氣體一次電火花腐蝕的微觀過程（3）電極材料拋出 7.2電火花加工的機理

氣化區(qū)熔化區(qū)熱影響區(qū)無變化區(qū)一次電火花腐蝕的微觀過程（4）極間介質消電離 7.2電火花加工的機理

＋

－

帶電離子→中性離子

介質恢復絕緣電蝕物排除熱能排除電火花加工表面局部放大圖

7.2電火花加工的機理7.3電火花加工中的基本規(guī)律7.3.1影響材料電蝕量的主要因素

極性效應電參數(shù)金屬材料熱學常數(shù)工作液其他因素

極性效應對電蝕量的影響極性效應電火花加工過程中，由于正、負極性不同而電蝕量不同的現(xiàn)象。產(chǎn)生極性效應的原因應用正極性加工：工件接在脈沖電源的正極負極性加工：工件接在脈沖電源的負極＋

－－＋

－＋電子的質量<正離子的質量電子的慣性小窄脈沖：正極性加工長脈沖：負極性加工

影響電蝕量的其他因素電參數(shù)（單個脈沖能量WM）工件材料熱學常數(shù)比熱容、熔點、熔化熱等工作液工作液作用：放電通道、壓縮、排除產(chǎn)物、冷卻影響：介電性好、粘度大→壓縮性好、排屑差粗加工：機油（壓縮在作用好）半、精加工：煤油（排屑作用）線切割：去離子水（冷卻）7.3.2電火花加工的速度和工具損耗速度加工速度

vw單位時間內(nèi)工件的電蝕量損耗速度

vE單位時間內(nèi)工具的電蝕量工具的相對損耗7.3.3降低工具電極損耗的方法（1）利用極性效應正極性加工：工件接正極，窄脈沖、精加工負極性加工：工件接負極，長脈沖、粗加工

θ脈寬ti（μs）負極性加工正極性加工工具：純銅工件：鋼工作液：煤油＋

—－7.3.3降低工具電極損耗的方法（2）利用吸附效應（碳黑膜）碳氫化合物碳電極金屬高溫熱分解金屬碳化物微粒碳膠粒（帶負電荷）化學吸附碳層（炭黑膜）電場作用加工前的電極

加工后的電極只適用于負極性加工對形成炭黑膜有利的因素脈寬大、脈間小工作液流動速度和壓力小7.3.3降低工具電極損耗的方法（3－4）利用傳熱效應工具材料的導熱性＞工件控制脈沖電流增長率（di/dt）優(yōu)選電極材料（熱學性能好）采用熔點、沸點高的難加工材料常用電極材料銅鎢、銀鉬：熔點高、工藝性差（精加工）銅：熔點低、但導熱性好，工藝性好（常用）石墨：熱學性能好、吸附游離碳（常用）7.3.4電火花加工的表面質量（1）表面粗糙度無方向性的小坑和硬凸邊組成一般可達到Ra1.25~0.32μm采用平動工藝時，可達到Ra0.63~0.04μm電火花磨削時，可達到Ra0.04~0.02μm影響表面粗糙度的因素電蝕量大（WM），Ra下降難加工材料（熔點高），相同WM下Ra小工具表面Ra小，加工表面的Ra小電火花加工表面粗糙度粗加工表面半精加工表面精加工表面7.3.5電火花加工的表面質量（2）表面變質層熔化凝固層：熔化但未拋出后冷卻熱影響區(qū)：沒熔化，但金相組織有變化，與基層無明顯界限顯微裂紋：由聚冷聚熱產(chǎn)生的拉應力引起微裂紋顯微硬度、耐磨性表層硬度較高，類似淬火耐磨性好，但對于滾動干摩擦，表層（熔化凝固層）易脫落殘余應力聚冷聚熱作用下產(chǎn)生，取較小的WM耐疲勞性顯微裂紋、內(nèi)應力影響耐疲勞性回火、噴丸處理，降低殘余應力電火花加工表面缺陷加工表面微裂紋加工變質層示意圖機床主體三坐標五坐標脈沖電源自動進給調節(jié)系統(tǒng)工作液凈化循環(huán)系統(tǒng)7.4電火花加工機床電火花加工用的脈沖電源一、電火花加工對機床的要求：總的要求：

1、有較高的加工速度

2、工具電極損耗低；

3、加工過程穩(wěn)定性好；

4、工藝范圍廣對脈沖電源的具體要求：

1、單向脈沖；

2、脈沖波形前后沿要陡；

3、脈沖參數(shù)可調；

4、節(jié)能。二、脈沖電源的分類按主回路中主要元件種類：

RC線路馳張式、晶體管式、大功率集成器件式按輸出脈沖波形：

矩形波、階梯波、高低壓復合波按間隙狀態(tài)對脈沖參數(shù)的影響：

獨立式、非獨立式按工作回路數(shù)：單回路、多回路三、RC線路脈沖電源四、晶體管式脈沖電源五、各種派生脈沖電源

1、高低壓復合脈沖電源

2、多回路脈沖電源

3、等脈沖電源

4、高頻分組脈沖和梳形波脈沖電源

5、智能脈沖電源

電火花加工的自動進給調節(jié)系統(tǒng)1、什么是自動進給調節(jié)系統(tǒng)？2、自動進給調節(jié)的作用、要求、分類。3、自動進給調節(jié)的基本組成部分。4、典型實例及應用。一、自動進給調節(jié)系統(tǒng)的作用、要求、和分類1、什么是自動進給調節(jié)系統(tǒng)？2、自動進給調節(jié)的作用、要求、分類（1）作用（2）要求范圍，靈活，穩(wěn)定（3）分類：電液式、電-機械式二、自動進給調節(jié)系統(tǒng)的基本組成部分1、測量環(huán)節(jié)2、比較環(huán)節(jié)3、放大驅動環(huán)節(jié)4、執(zhí)行環(huán)節(jié)5、調節(jié)對象電火花成形加工機床組成部分：

床身、立柱、主軸頭、工作液循環(huán)系統(tǒng)、電源、控制系統(tǒng)等7.5電火花加工的應用7.5.1電火花加工的特點適于難加工材料的加工（應為導電材料）可加工特殊、復雜形狀的零件無明顯的機械力，可加工低剛度件、微細件調節(jié)電參數(shù)，可進行粗、精加工加工效率低，0.01～10g/min電極有損耗，影響加工精度只能加工導電材料7.5.2電火花穿孔成形加工加工方法加工對象應用例穿孔加工模具沖模、粉末冶金模、擠壓模型孔各種型孔、小孔、深孔型腔加工型腔模鍛模、塑料模型腔零件各種復雜曲面電火花穿孔成形加工的分類：沖模的電火花加工利用電火花加工的優(yōu)點便于加工硬脆的沖?？稍诖慊鸷蠹庸た刹捎谜w式硬質合金沖模，不用鑲嵌結構配合間隙均勻、刃口耐磨L1SLL2型腔模的電火花加工型腔模加工難度大屬于盲孔加工電蝕物不易排除電極損耗不易補償加工面積大各點的電極損耗不均勻電極損耗不均勻小孔的電火花加工難點及其解決方法孔徑小電極截面積小剛性差導熱差排屑難導向裝置剛性好的電極導熱好的材料冷卻空心電極+強迫循環(huán)電極上下震動（電磁、超聲）一般為盲孔孔徑：φ0.05~2mm電火花小孔加工實例實例1：在鋼球中加工φ0.3~3mm孔實例2：噴嘴上加工φ0.3~1mm孔異型小孔的電火花加工單片扁電極組合（利用鐘表游絲）化學纖維噴絲板的異型孔異型小孔的電火花加工關鍵問題：工具電極的制造與裝夾工具電極的制造方法冷拔整體電極：精度低、成本低、用于大批量線切割加工電火花反拷貝加工精度高、成本高異型小孔的電火花加工反拷加工法原理圖7.6電火花加工新技術

7.6.1混粉電火花大面積光澤加工存在問題 兩極之間產(chǎn)生寄生電容，WM小到一定程度時，幾個脈沖充電后才能被擊穿，因而減小WM

受限制。解決方法

加入φ1～2μm的硅、鋁微粉，降低工作液的電阻率混粉與常規(guī)電火花加工的對比工作液導電率變小可增大放電間隙寄生電容變小單個脈沖能量小排屑好、穩(wěn)定性好散熱好放電點分散放電通道直徑變大混粉電火花加工效果7.6.2電火花微細加工分類微細孔加工微三維結構的加工關鍵技術微電極制作技術微三維結構的加工技術電極微驅動裝置微電極在線修正 微電極制作技術線電極電火花磨削原理

微細探針的制作技術原理圖探針加工實例橫向探針三方向探針微細電火花加工機床

微細孔加工實例實例1：φ10μm孔實例2：φ90μm孔

微三維結構的加工技術微細三維結