第2講 電火花加工基礎

模具制造工藝王建榮第2講電火花加工基礎TELMAIL：JIANRONG.W@163.COM2017～2018第2學期版本號:第1版第2講電火花加工基礎第2講主要內容1火花放電現(xiàn)象2電火花加工的原理及定義3電火花加工的發(fā)展歷程4電火花加工的特點與用途5電火花加工的方式分類6電火花加工的應用領域7電火花成型加工概述8電火花線切割加工概述9電火花穿孔概述10電火花刻印概述火花放電在大氣壓或高氣壓下的一種氣體放電形式，因放電通道似火花而得名。高壓電源的功率不太大時，高電壓電極間的氣體被擊穿，出現(xiàn)閃光和發(fā)出爆裂聲。碰撞電離并不發(fā)生在電極間的整個區(qū)域內，只是沿著狹窄曲折的發(fā)光通道進行。氣體被擊穿后突然由絕緣體變?yōu)榱紝w，電流猛增，而電源功率不夠，因此電壓下降，放電暫時熄滅，待電壓恢復再次放電。所以火花放電具有間隙性。簡介1火花放電現(xiàn)象第2講電火花加工基礎基本信息中文名稱：火花放電外文名稱：sparkdischarge性質：一種氣體放電形式特點：放電通道呈現(xiàn)火花狀危害1）電火花點燃某些易燃物體而發(fā)生爆炸；2）電火花會引起麻醉劑的爆炸，傷害醫(yī)生和病人；3）電火花會引起瓦斯爆炸，會導致工人死傷，礦井報廢。防范火花

電火花危害起因于電力和靜電，危害中最嚴重的是引起可燃物的起火和爆炸。防止產(chǎn)生靜電的措施：1）改造強烈引起靜電的工藝環(huán)節(jié)；2）采用不易產(chǎn)生靜電或靜電較少的設備和材料；3）簡單又最可靠的辦法是用導線把設備接地，這樣可以把

電荷引入大地，避免靜電積累。第2講電火花加工基礎飛機的兩側翼尖及飛機的尾部都裝有放電刷，油罐車的尾部拖一條鐵鏈，這就是車的接地線。適當增加工作環(huán)境的濕度，讓電荷隨時放出，也可以有效地消除靜電，……。防范實例有益應用1）可用于金屬加工，鉆細孔；2）可用來保護電器設備，使之在受雷擊時不會被破壞；3）用于膠接表面的處理，以提高膠接強度；4）用于難粘塑料和金屬等材料表面的處理。應用實例日光燈的啟輝器：接通電源時，啟輝器的玻璃管中的氖氣放電，放電生熱使玻璃管中動片受熱膨脹與靜片接通。在這一過程中發(fā)出閃光和咔嚓聲。待動片與靜片斷開時，高電壓又使燈管中的水銀蒸氣放電，日光燈發(fā)光。電火花加工（EDM）:

電火花放電加工或電火花線切割加工是放電加工的杰出應用；電弧焊：

電弧焊也是放電加工的另一個得到廣泛應用的例子；等離子切割：代替氧炔焰進行切割金屬，具有切割精度高、表面質量好的優(yōu)點。第2講電火花加工基礎電弧放電高壓電源的功率較大時產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，雖然原理是相同的，但其物理現(xiàn)象、表觀現(xiàn)象確產(chǎn)生了很大的變化，如仍引用火花放電作為名稱已不太妥當，通常使用另一個專用名稱——電弧放電。（1）按電源種類可分為:交流電弧、直流電弧和脈沖電弧。（2）按電弧的狀態(tài)可分為:自由電弧和壓縮電弧(如等離子弧)。（3）按電極材料可分為:熔化極電弧和不熔化極電弧。。電弧分類第2講電火花加工基礎基本信息中文名稱：電弧放電，或簡稱電弧外文名稱：Electricarc性質：一種自持粒子流，載流子為一次電子發(fā)射所產(chǎn)生的

電子。電弧的產(chǎn)生從陰極表面發(fā)射出來的自由電子和陰陽二極之間原有的少數(shù)電子，在電場力作用下向陽極作加速運動，途中不斷地和中性質點相碰撞。只要電子的運動速度(V)足夠高，電子的動能(A)足夠大，就可能從中性粒子中撞擊出電子，形成自由電子和正離子（這種現(xiàn)象稱為碰撞游離）。新形成的自由電子也向陽極作加速運動，再與中性質點碰撞而發(fā)生游離。碰撞游離連續(xù)進行，陰、陽二極間充滿了電子和正離子，產(chǎn)生很大的電流，介質被擊穿而產(chǎn)生電弧。第2講電火花加工基礎電弧的熱效應粒子撞擊形成電弧，同時產(chǎn)生熱量，電弧中心部分維持的溫度可達5000℃以上，高溫使陰極表面的電子獲得足夠的能量而向外發(fā)射，熱效應又產(chǎn)更多的粒子，在電場的作用下，更多的粒子發(fā)生碰撞。電弧放電的基本理論（1）電源提供較大功率的電能時，極間電壓不高(約幾十伏)，兩極

間氣體或金屬蒸氣中可持續(xù)通過較強的電流(幾安至幾十安)，

并發(fā)出強烈的光輝，產(chǎn)生高溫(幾千至上萬度)，電弧是一種熱

等離子體。（2）導電機理：電弧放電可分為3個區(qū)域：陰極區(qū)、弧柱和陽極區(qū)。

陰極：依靠電場效應發(fā)射電子和熱電子發(fā)射；弧柱：依靠粒子熱運動相互碰撞產(chǎn)生自由電子及正離子導電；

陽極：起收集電子等作用，對電弧過程影響常較小。（3）弧柱中，電子會與正離子復合而成為中性粒子（去電離）；（4）電弧放電穩(wěn)定后，電離與去電離速度相同，形成電離平衡；（5）能量平衡：電弧產(chǎn)生的能量是熱量，熱量通過輻射、對流和傳

導三種途徑發(fā)散。改變散熱條件可使電弧參數(shù)改變，并影響放

電的穩(wěn)定性。電弧產(chǎn)生熱量最終通過散熱達到平衡。（6）長弧與短?。洪L弧的弧長可達數(shù)十毫米，其弧柱起重要作用。

短弧長度在幾毫米以下，陰極區(qū)和陽極區(qū)起主要作用。（7）氣中電弧和真空電?。阂后w(油或水)中的電弧，微觀上是在氣

泡中放電，屬于氣中電弧。真空電弧，是在稀薄的電極材料蒸

氣中放電。這二種電弧的特性有較大差別。第2講電火花加工基礎定義浸在工作液中進行兩極間的脈沖放電，電弧產(chǎn)生電蝕并蝕除導電材料，以獲得工件形狀及精度的加工方法。英文縮寫EDM，別稱放電加工或電蝕加工。第2講電火花加工基礎基本信息中文名稱：電火花加工

又名：放電加工、電蝕加工外文名稱：EDM特點：兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的電蝕作用加工性質：從坯料上減除材料的加工方法2電火花加工的原理及定義工作原理第2講電火花加工基礎（1）工具電極和工件分別接

脈沖電源的兩極；（2）浸沒在工作液中，至少將工作液充滿

放電間隙；（3）間隙自動控制系統(tǒng)控制工具電極向工

件進給，維持穩(wěn)定的放電間隙；（4）直流脈沖電源將脈沖電壓加到工具電

極與工件電極上?；緱l件單脈沖電蝕一個脈沖電壓加到電極上，放電的微細通道中瞬時集中大量的熱能，溫度急速升高（10000℃以上），電極放電表面微量的金屬材料瞬時氣化，爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝成固體的金屬微粒。工件表面上便留下一系列微小的凹坑，短暫停止放電，兩電極間工作液恢復絕緣狀態(tài)。工作原理第2講電火花加工基礎

脈沖電源波形連續(xù)電蝕一系列脈沖電壓加到電極上之后，也就發(fā)生一系列的單脈沖電蝕。第2講電火花加工基礎電源改進為電阻-電感-電容等回路。使蝕除效率提高，工具電極相對損耗降低。隨后又出現(xiàn)了大功率電子管、閘流管等高頻脈沖電源，同樣表面粗糙度條件下的生產(chǎn)率得以提高。50年代前蘇聯(lián)學者拉扎連科夫婦發(fā)明了電火花加工，最初使用的電源是簡單的電阻-電容回路。1943年3電火花加工的發(fā)展歷程第2講電火花加工基礎出現(xiàn)了晶體管和可控硅脈沖電源，提高了能源利用效率和降低了工具電極損耗，并擴大了粗精加工的可調范圍。60年代出現(xiàn)了高低壓復合脈沖、多回路脈沖、等幅脈沖和可調波形脈沖等電源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具電極損耗等方面又有了新的進展。在控制系統(tǒng)方面，從最初簡單地保持放電間隙，控制工具電極的進退，逐步發(fā)展到利用微型計算機，對電參數(shù)和非電參數(shù)等各種因素進行適時控制。70年代第2講電火花加工基礎主要特點①能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復雜形狀工件；②加工時無切削力；③不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；④工具電極材料無須比工件材料硬；⑤直接使用電能加工，便于實現(xiàn)自動化；⑥加工后表面產(chǎn)生變質層，在某些應用中須進一步去除；⑦工作液的凈化和加工中產(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩。主要用途①加工具有復雜形狀的型孔和型腔的模具和零件；②加工各種硬、脆材料如硬質合金和淬火鋼等；③加工深細孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等；④加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。4電火花加工的特點與用途第2講電火花加工基礎5電火花加工的方式分類

按照工具電極的形式及其與工件之間相對運動的特征，可將電火花加工方式分為五類：（1）利用成型工具電極，相對工件作簡單進給運動的電火花成形加工；（2）利用軸向移動的金屬絲作工具電極，工件按所需形狀和尺寸作軌跡運動，以切割導電材料的電火花線切割加工；（3）利用銅管作電極的電火花穿孔加工；（4）利用成形導電磨輪作工具電極，進行成形磨削的電火花磨削；（5）用于加工螺紋環(huán)規(guī)、螺紋塞規(guī)、齒輪等的電火花共軛回轉加工；（6）刻印、表面合金化、表面強化等其他加工。電火花加工成形加工線切割加工電火花穿孔電火花磨削共軛回轉加工電火花刻印等第2講電火花加工基礎（1）加工模具：電火花加工主要用于注塑模的型孔、型腔加工，也可以用于冷沖模的凹模加工。已成為模具制造業(yè)的主導加工方法，推動了模具行業(yè)的技術進步。6電火花加工的應用領域（2）加工零件：

電火花加工零件的數(shù)量在3000件以下時，比模具沖壓零件在經(jīng)濟上更加合理。電火花成形加工模具視頻.mp4第2講電火花加工基礎脈沖電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質(常用煤油或礦物油或去離子水)中。工具電極由自動進給調節(jié)裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時維持一很小的放電間隙(0.01～0.05mm)。7電火花成型加工概述脈沖電壓加到兩極之間，便將當時條件下極間最近點的液體介質擊穿，形成放電通道。由于通道的截面積很小，放電時間極短，致使能量高度集中(10～107W/mm)，放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時高溫足以使材料熔化甚至蒸發(fā)，以致形成一個小凹坑。第一次脈沖放電結束之后，經(jīng)過短暫停，第二個脈沖接著放電，……。工具電極不斷地向工件進給，它的形狀最終就復制在工件上，形成所需要的加工表面?？偰芰康囊恍〔糠忠膊豢杀苊獾蒯尫诺焦ぞ唠姌O上，從而造成工具產(chǎn)生一定的損耗。第2講電火花加工基礎（1）線切割放電加工以耐電蝕的金屬絲作為工具電極；（2）在耐電蝕的金屬絲與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60~300V的脈沖電壓，并保持5~50um間隙；（3）間隙中充滿乳化液、離子水等工作液；8電火花線切割加工概述（4）脈沖電壓輸加到耐電蝕金屬絲與被加工工件上，便將當時條件下極間最近點的液體介質擊穿，形成放電通道，發(fā)生火花放電，在工件表面上電蝕出無數(shù)的小坑，通過NC控制的監(jiān)測和管控，伺服機構控制電極絲與工件的相對運動，電極絲象鋸子一樣將工件割開一條縫隙，達到加工的目的。加工結束后，得到一個所需要的孔，或者是一個從孔中脫落出的柱形工件。第2講電火花加工基礎（1）線切割放電加工以耐電蝕的金屬絲作為工具電極；（2）在耐電蝕的金屬絲與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60~300V的脈沖電壓，并保持5~50um間隙；（3）間隙中充滿乳化液、離子水等工作液；8電火花線切割加工概述（4）脈沖電壓輸加到耐電蝕金屬絲與被加工工件上，便將當時條件下極間最近點的液體介質擊穿，形成放電通道，發(fā)生火花放電，在工件表面上電蝕出無數(shù)的小坑，通過NC控制的監(jiān)測和管控，伺服機構控制電極絲與工件的相對運動，電極絲象鋸子一樣將工件割開一條縫隙，達到加工的目的。加工結束后，得到一個所需要的孔，或者是一個從孔中脫落出的柱形工件。第2講電火花加工基礎（1）電火花穿孔也稱電火花打孔，其工作原理是利用連續(xù)上下垂直運動動的細金屬銅管作電極，連續(xù)地對工件進行脈沖火花放電蝕除金屬，直至在工件上打穿出一個通孔。（2）與電火花線切割機床、成型機不同的是，它的電脈沖電極是空心銅棒，介質從銅棒孔中間的細孔穿過，起冷卻和排屑作用。（3）用于加工超硬鋼材、硬質合金、銅、鋁及任何可導電性物質的細孔。最小可加工0.015mm的小孔，也可加工帶有錐度的小孔，廣泛使用在精密模具加工中。（4）一般被當作電火花線切割機床的配套設備，用于電火花線切割加工的穿絲孔制作。（5）制作化纖噴絲頭、噴絲板的噴絲孔、濾板、篩板的群孔、發(fā)動機葉片、缸體的散熱孔、液壓、氣動閥體的油路、氣路孔等。9電火花穿孔概述第2講電火花加工基礎（1