第四章電火花加工演示文稿

第四章電火花加工演示文稿本文檔共43頁；當前第1頁；編輯于星期二\21點20分優(yōu)選第四章電火花加工ppt本文檔共43頁；當前第2頁；編輯于星期二\21點20分1.電火花加工的機理、特點及分類1.1電火花加工的機理電火花加工（ElectricalDischargeMachining）是基于正負電極間脈沖放電時的電腐蝕現(xiàn)象對材料進行加工的，又稱為放電加工、電蝕加工、電脈沖加工等，是一種電、熱能量進行加工的方法，是在20世紀40年代開始研究和逐步應用到生產(chǎn)中的。本文檔共43頁；當前第3頁；編輯于星期二\21點20分

電火花加工過程：極間介質的擊穿與放電：電離—擊穿能量的轉換、分布、傳遞：電能—熱能--熔化、氣化電極材料的拋出：熱爆炸力極間介質消電離：脈沖間隔—介質消電離所需時間、電蝕產(chǎn)物排出的難易程度本文檔共43頁；當前第4頁；編輯于星期二\21點20分本文檔共43頁；當前第5頁；編輯于星期二\21點20分

工件電極和工具電極均浸泡在工作介質中，工具電極在自動進給調節(jié)裝置的驅動下，與工件電極間保持一定的放電間隙。電極的表面（微觀）是凹凸不平的，當脈沖電壓加到兩極上時，某一相對間隙最小處或絕緣強度最低處的工作液將最先被電離為負電子和正離子而被擊穿，形成放電通道，電流隨即劇增，在該局部產(chǎn)生火花放電，瞬時高溫使工件和工具表面都蝕除掉一小部分金屬，各自形成一個小凹坑。脈沖放電結束后，經(jīng)過一段間隔時間（即脈沖間隔t0），使工作液恢復絕緣后，第二個脈沖電壓又加到兩極上，又會在當時極間距離相對最近或絕緣強度最弱處擊穿放電，又電蝕出一個小凹坑。這樣以很高頻率連續(xù)不斷地重復放電，工具電極不斷地向工件進給，就將工具的形狀復制在工件上，加工出所需要的零件。本文檔共43頁；當前第6頁；編輯于星期二\21點20分1.2電火花加工的特點及分類1.電火花加工的特點1）適用的材料范圍廣。2）適于加工特殊及復雜形狀的零件3）脈沖參數(shù)可以在一個較大的范圍內調節(jié)，可以在同一臺機床上連續(xù)進行粗、半精及精加工。4）直接利用電能進行加工，便于實現(xiàn)自動化。本文檔共43頁；當前第7頁；編輯于星期二\21點20分2.電火花加工工藝方法分類按工具電極的形狀、工具電極和工件相對運動的方式和用途的不同，大致分為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、電火花表面強化與刻字。前四類屬電火花成形、尺寸加工，是用于改變零件形狀或尺寸的加工方法；最后一類屬表面加工方法，用于改善或改變零件表面性質。電火花穿孔加工和電火花線切割應用最為廣泛。本文檔共43頁；當前第8頁；編輯于星期二\21點20分1.極性效應在電火花放電加工過程中，無論是正極還是負極，都會受到不同程度的電蝕。這種單純由于正、負極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫做極性效應。為了充分地利用極性效應，最大限度地降低工具電極的損耗，應合理選用工具電極的材料，根據(jù)電極對材料的物理性能、加工要求選用最佳的電參數(shù)，正確地選用極性，使工件的蝕除速度最高，工具損耗盡可能小。2.電火花加工中的基本工藝規(guī)律2.1影響放電蝕除量的主要因素本文檔共43頁；當前第9頁；編輯于星期二\21點20分2.電參數(shù)電火花加工脈沖電源的可控參數(shù)有：脈寬、脈間、峰值電流、開路電壓、脈沖的前沿上升率和后沿下降率。對蝕除量影響的綜合作用規(guī)律可以用脈沖能量的大小和變化率來描述。

無論正極或負極，都存在單個脈沖的蝕除量與單個脈沖能量在一定范圍內成正比的關系。某一段時間內的總蝕除量約等于這段時間內各單個有效脈沖蝕除量的總和?？捎霉奖硎緸楸疚臋n共43頁；當前第10頁；編輯于星期二\21點20分本文檔共43頁；當前第11頁；編輯于星期二\21點20分

脈沖前后沿變化率相對于脈沖寬度較小時，影響蝕除量的單個脈沖能量即為單脈沖放電能量，可表示為由此可見，提高電蝕量和生產(chǎn)率的途徑在于：提高脈沖頻率，增加單個脈沖能量，設法提高系數(shù)

本文檔共43頁；當前第12頁；編輯于星期二\21點20分3.金屬材料熱學常數(shù)熱學常數(shù)是指熔點、沸點、熱導率、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱等。當脈沖放電能量相同時，金屬的熔點、沸點、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱愈高，電蝕量將愈小，愈難加工；導熱系數(shù)愈大的金屬，由于較多地把瞬時產(chǎn)生的熱量傳導散失到其他部位，降低了本身的蝕除量?？傊姌O的蝕除量與電極材料的導熱系數(shù)以及其他熱學常數(shù)、單個脈沖能量、脈沖能量變化率有密切關系。4.工作液：電火花成型—油類，高速走絲線切割—乳化液，低速走絲線切割—去離子水5.其他因素：加工過程穩(wěn)定性、電極材料、拋出速度、黑膜本文檔共43頁；當前第13頁；編輯于星期二\21點20分1.加工速度單位時間內工件的蝕除量稱之為加工速度，一般采用體積加工速度來表示，即被加工掉的體積除以加工時間2.2電火花加工的加工速度和工具的損耗速度

提高脈沖頻率，靠縮小脈沖停歇時間，但脈沖停歇時間過短，會使加工區(qū)工作液來不及消電離、排除電蝕產(chǎn)物及氣泡來恢復其介電性能，以致形成破壞性的穩(wěn)定電弧放電，使電火花加工過程不能正常運行。增加單個脈沖能量主要靠加大脈沖電流和增加脈沖寬度。單個脈沖能量的增加可提高加工速度，但同時會使表面粗糙度變壞和降低加工精度，一般只用于粗加工和半精加工的場合。提高工藝系數(shù)K的途徑，合理選用電極材料、電參數(shù)和工作液，改善工作液的循環(huán)過濾方式等，從而提高有效脈沖利用率，達到提高工藝系數(shù)的目的。本文檔共43頁；當前第14頁；編輯于星期二\21點20分2.工具電極損耗速度采用相對損耗或損耗比θ作為衡量工具電極耐損耗的指標。即

上式中加工速度和損耗速度均以mm3/min為單位計算，則θ為體積相對損耗。如以g/min為單位計算，則θ為重量相對損耗；如以mm/min為單位計算，則θ為直線相對損耗。每種電極材料都有一最佳峰值電流寬度與熔坑的最大體積對應。合理選擇工具電極的材料，以確保工具電極的最佳峰值電流寬度偏離工件電極的最佳峰值電流寬度，以工件電極的最佳峰值電流寬度作為依據(jù)選擇加工脈沖的參數(shù)，可以保證電極的低損耗。

本文檔共43頁；當前第15頁；編輯于星期二\21點20分影響電極損耗的主要因素1.極性效應：根據(jù)工件所接電源極性命名精加工通常采用正極性短脈沖；粗加工通常采用負極性長脈沖2.吸附效應：金屬碳化物微粒在電場作用下形成帶負電碳膠粒，在一定條件下吸附在正極表面，俗稱炭黑膜?？梢员Ｗo和補償電極，降低電極損耗：負極性加工。峰值電流和頻率一定時，黑膜厚度隨脈寬增加而增加3.傳熱效應：工具電極導熱性能好于工件，結合大脈寬小電流，可減少電極損耗。4.合理選擇工具材料：最常用石墨和銅，以及銅鎢、銅碳、銀鎢合金本文檔共43頁；當前第16頁；編輯于星期二\21點20分

2.3影響加工精度的主要因素

影響加工精度的主要因素除了和常規(guī)加工的共性，如機床精度，安裝精度，工具誤差等之外。主要有1.放電間隙的大小及其一致性2.工具電極的損耗及其穩(wěn)定性3.“二次放電”。電火花加工時，工具電極與工件之間存在著一定的放電間隙，如果加工過程中放電間隙能保持不變，則可以通過修正工具電極的尺寸，對放電間隙進行補償，以獲得較高的加工精度。然而，放電間隙的大小實際上是變化的，影響著加工精度。除此之外，間隙大小對加工精度也有影響，尤其對復雜形狀的加工表面、棱角部位電場強度分布不均，間隙越大，影響越嚴重。因此，應縮小放電間隙，這樣不但能提高仿形精度，而且放電間隙越小，可能產(chǎn)生的間隙變化量也越??；另外還必須盡可能使加工過程穩(wěn)定。

本文檔共43頁；當前第17頁；編輯于星期二\21點20分工具電極的損耗對尺寸精度和形狀精度都有影響。

“二次放電”是指已加工表面上由于電蝕產(chǎn)物等的介入而再次進行的非正常放電，集中反映在加工深度方向產(chǎn)生斜度和加工棱角棱邊變鈍方面。本文檔共43頁；當前第18頁；編輯于星期二\21點20分2.4電火花加工表面完整性1.表面粗糙度電火花加工表面是由無方向性的無數(shù)小坑和硬凸邊所組成，特別有利于保存潤滑油,表面的潤滑性和耐磨性能均比機械加工表面好。表面粗糙度評定指標常用微觀不平度的平均算術偏差Ra和不平度的最大高度值Rmax，在數(shù)值大小上，Rmax約是（4～5）Ra。對表面粗糙度影響最大的是單個脈沖能量。因為脈沖能量大，每次脈沖放電的蝕除量也大，放電凹坑既大又深，從而使表面粗糙度變差。本文檔共43頁；當前第19頁；編輯于星期二\21點20分

工件材料對加工表面粗糙度也有影響。熔點高的材料（硬質合金），在相同能量下加工的表面粗糙度要比熔點低的材料（鋼）好。精加工時，工具電極的表面粗糙度也將影響到加工表面粗糙度。由于石墨電極很難加工到非常光滑的表面，因此用石墨電極的加工表面粗糙度較差。表面粗糙度和脈沖能量之間的關系本文檔共43頁；當前第20頁；編輯于星期二\21點20分2.表面變質層和表面力學性能電火花加工過程中，在火花放電的瞬時高溫和工作液的快速冷卻作用下，材料表面層的化學成分、微觀結構發(fā)生了很大的變化，形成一層通常存在殘余應力和微觀裂紋的變質層。對于熔化、氣化材料，可將變質層分為熔化凝固層和熱影響層。

熔化凝固層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，受工作液快速冷卻而凝固。熔化凝固層的厚度隨脈沖能量的增大而變厚，大約為1～2倍的Rmax，但一般不超過0.1mm。

本文檔共43頁；當前第21頁；編輯于星期二\21點20分熱影響層介于熔化凝固層和基體之間。熱影響層的金屬材料并沒有熔化，只是受到高溫的影響，使材料的金相組織發(fā)生了變化，它和基體材料之間并沒有明顯的界限。熱影響層中靠近熔化凝固層部分，由于受到高溫作用并迅速冷卻，形成淬火區(qū)，其厚度與具體條件有關，一般為2～3倍的Rmax

。顯微裂紋一般僅在熔化層內出現(xiàn)，只有在脈沖很大情況下才有可能擴展到熱影響層。表面變質層的形成導致電火花加工表面力學性能的改變，通常硬度和耐磨性能提高，而抗疲勞性能下降。要提高表面完整性，必須設法減小表面變質層的厚度。本文檔共43頁；當前第22頁；編輯于星期二\21點20分

3.電火花加工設備和工作液3.1電火花加工機床電火花穿孔成形加工機床主要由主機、脈沖電源，自動進給調節(jié)系統(tǒng)、工作液凈化及循環(huán)系統(tǒng)組成。主機主要包括：主軸頭、床身、立柱、工作臺及工作液槽幾部分。機床的整體布局有整體式和分離式。床身和立柱是機床的主要結構件，要有足夠的剛度。本文檔共43頁；當前第23頁；編輯于星期二\21點20分本文檔共43頁；當前第24頁；編輯于星期二\21點20分

床身工作臺面與立柱導軌面應有一定的垂直度要求，還應有較好的精度保持性，這就要求導軌具有良好的耐磨性和充分消除材料內應力等。作縱橫向移動的工作臺一般帶有坐標裝置。常用的是靠刻度手輪來調整位置。

主軸頭是電火花成形機床中最關鍵的部件，是自動調節(jié)系統(tǒng)中的執(zhí)行機構，對加工工藝指標的影響極大。對主軸頭的要求是：結構簡單、傳動鏈短、傳動間隙小、熱變形小、具有足夠的精度和剛度，以適應自動調節(jié)系統(tǒng)的慣性小、靈敏度好、能承受一定負載的要求。主軸頭常用的有電－液式和電－機械式。本文檔共43頁；當前第25頁；編輯于星期二\21點20分3.2脈沖電源

脈沖電源又稱脈沖發(fā)生器，其作用是把220V或380V的50Hz工頻交流電轉換成一定形式的單向脈沖電流，供給電極放電間隙產(chǎn)生火花所需要的能量來蝕除金屬。對脈沖電源的要求是：1）影響工藝指標的主要參數(shù)可調。2）通用電源的主要參數(shù)的調節(jié)范圍廣。3）專用脈沖電源主要參數(shù)的調節(jié)靈活方便。4）性能穩(wěn)定可靠，模塊化結構，以便于檢測和維修。5）無污染、低成本、低能耗、長壽命。常用脈沖電源種類有：1）RC和RLC脈沖電源：非獨立式，不可調2）晶閘管和晶體管脈沖電源：前者功率較大，常用于粗加工；后者中小型電源，用途廣泛本文檔共43頁；當前第26頁；編輯于星期二\21點20分3.3自動進給調節(jié)系統(tǒng)1.自動進給調節(jié)系統(tǒng)的作用和分類自動進給調節(jié)系統(tǒng)的作用是維持某一穩(wěn)定的放電間隙S，保證電火花加工正常而穩(wěn)定地進行，獲得較好的加工效果。對自動進給調節(jié)系統(tǒng)的基本要求是：1）有較廣的速度調節(jié)跟蹤范圍。2）有足夠的靈敏度和快速性。3）有必要的穩(wěn)定性。4）有足夠大的空載進給速度和短路回退速度。自動進給調節(jié)系統(tǒng)按執(zhí)行元件可分為電液壓式、步進電動機、寬調速力矩電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機、直線電動機等幾種形式。本文檔共43頁；當前第27頁；編輯于星期二\21點20分2.自動進給調節(jié)系統(tǒng)的基本組成放大驅動執(zhí)行機構調節(jié)對象測量環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)設定值（1）測量環(huán)節(jié)：是得到放電間隙大小及變化的信號。（2）比較環(huán)節(jié)：是根據(jù)“給定值”來調節(jié)進給速度。（3）放大環(huán)節(jié)：是把測量比較輸出的信號放大使之具有足夠的驅動功率。晶體管放大器和電液壓放大器。（4）執(zhí)行環(huán)節(jié)：根據(jù)放大環(huán)節(jié)輸出的控制信號的大小及時地調整工具電極的進給，以保持合適的放電間隙，從而保證電火花加工正常進行。本文檔共43頁；當前第28頁；編輯于星期二\21點20分3.4工作液及其循環(huán)過濾系統(tǒng)1.工作液的作用1）壓縮放電通道，提高放電的能量密度，提高蝕除效果。2）加速極間介質的冷卻和消電離過程，防止電弧放電。3）加劇放電時的流體動力過程，以利于蝕除金屬的拋出。4）通過工作液的流動，加速蝕除金屬的排出，以保持放電工作穩(wěn)定。5）改變工件表面層的理化性質。6）減少工具電極損耗，加強電極覆蓋效應。本文檔共43頁；當前第29頁；編輯于星期二\21點20分2.常用的工作液本文檔共43頁；當前第30頁；編輯于星期二\21點20分3.工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)包括工作液箱、電動機、泵、過濾裝置、工作液槽、油杯、管道、閥門、引射器以及測量儀表等。放電間隙中的電蝕產(chǎn)物除了靠自然擴散、定期抬刀以及使工具電極附加振動等排除外，常采用強迫循環(huán)的方法加以排除，以免間隙中電蝕產(chǎn)物過多，引起已加工過的側表面間“二次放電”，影響加工精度，此外也可帶走一部分熱量。本文檔共43頁；當前第31頁；編輯于星期二\21點20分4.電火花穿孔成型加工電火花穿孔成型加工穿孔加工型腔加工沖模（包括凸凹模及卸料板、固定板）粉末冶金模擠壓模（型孔）型孔零件小孔深孔型腔模（鍛模、壓鑄模、塑料模、膠木模）型腔零件本文檔共43頁；當前第32頁；編輯于星期二\21點20分4.1沖模的電火花加工工藝1.沖模的電火花加工方法凹模的尺寸精度主要靠工具電極來保證，因此，對工具電極的精度和表面粗糙度都應有一定的要求。如凹模的尺寸為L2，工具電極相應的尺寸為L1，單面火花間隙值為Sl，則L2=L1+2Sl

其中火花間隙值Sl主要決定于脈沖參數(shù)與機床的精度，只要加工規(guī)準選擇恰當，保證加工的穩(wěn)定性，火花間隙值Sl的誤差很小，因此，只要工具電極的尺寸精確，用它加工出的凹模也是比較精確的。本文檔共43頁；當前第33頁；編輯于星期二\21點20分2.工具電極（1）電極材料的選擇凸模一般選優(yōu)質高碳鋼T8A、T10A或鉻鋼Cr12、GCr15，硬質合金等。應注意凸、凹模不要選用同一種鋼材型號，否則電火花加工時更不易穩(wěn)定。（2）電極的設計要求工具電極的尺寸精度和表面粗糙度比凹模高一級，一般精度不低于IT7，表面粗糙度小于Ra1.25μm，且直線度、平面度和平行度在100mm長度上不大于0.01mm。工具電極應具有足夠的長度，若加工硬質合金時，由于電極損耗較大，電極還應適當加長。工具電極的截面輪廓尺寸除考慮配合間隙外，還要比預定加工的型孔尺寸均勻地縮小一個加工時地火花放電間隙。本文檔共43頁；當前第34頁；編輯于星期二\21點20分（3）電極的制造沖模電極的制造，一般先經(jīng)普通機械加工，然后成型磨削。目前，直接采用電火花線切割加工電極獲得廣泛應用。3.工件的準備電火花加工前，工件（凹模）型孔部分要加工預孔，并留適當?shù)碾娀鸹庸び嗔?。余量的大小應能補償電火花加工的定位、找正誤差及機械加工誤差。一般情況下，單邊余量為0.3～1.5mm，并力求均勻。對形狀復雜的型孔，余量要適當加大。本文檔共43頁；當前第35頁；編輯于星期二\21點20分4.電規(guī)準的選擇及轉換沖模加工中，常選擇粗、中、精三種規(guī)準。對粗規(guī)準的要求是：生產(chǎn)率高；工具電極的損耗小。轉換中規(guī)準之前的表面粗糙度應小于Ra10μm，否則將增加中精加工中的加工余量與加工時間；加工過程要穩(wěn)定。所以，粗規(guī)準主要采用較大的電流，較長的脈寬（50～500μs），采用銅電極時電極相對損耗應低于1％。中規(guī)準用于過渡性加工，以減少精加工時的加工余量，提高加工速度，中規(guī)準采用的脈寬一般為10～100μs。精規(guī)準用來最終保證模具所要求的配合間隙、表面粗糙度、刃口斜度等質量指標。應采用小的電流，高的頻率、短的脈寬（一般為2～6μs）。本文檔共43頁；當前第36頁；編輯于星期二\21點20分4.2型腔模的電火花加工型腔模電火花加工主要有單極平動法、多電極更換法和分解電極加工法等。（1）單電極平動法采用一個電極完成型腔的粗、中、精加工的。首先采用低損耗、高生產(chǎn)率的粗規(guī)準進行加工，然后用平動頭作平面小圓運動，按照粗、中、精的順序逐級改變電規(guī)準。與此同時，依次加大電極的平動量，以補償前后兩個加工規(guī)準之間型腔側面放電間隙差和表面微觀不平度差，實現(xiàn)型腔側面仿型修光，完成整個型腔模的加工。1.型腔模電火花加工的工藝方法本文檔共43頁；當前第37頁；編輯于星期二\21點20分（2）多電極更換法采用多個電極依次更換加工同一個型腔，每個電極加工時必須把上一規(guī)準的放電痕跡去掉。一般用兩個電極進行粗、精加工就可滿足要求；當型腔模的精度和表面質量要求很高時，才采用三個或更多電極進行加工，但要求多個電極的一致性好、制造精度高；另外，更換電極時要求定位裝夾精度高，因此一般只用于精密型腔的加工，例如盒式磁帶、收錄機、電視機等機殼的磨具，都是用多個電極加工出來的。本文檔共43頁；當前第38頁；編輯于星期二\21點20分（3）分解電極法是單極平動法和多電極更換加工法的綜合應用。根據(jù)型腔的幾何形狀，把電極分解成主型腔和副型腔電極分別制造。先加工出主型腔，后用副型腔電極加工尖角、窄縫等部位的副型腔?？筛鶕?jù)主、副型腔不同的加工條件，選擇不同的加工規(guī)準，有利于提高加工速度和改善加工表面質量、同時可以簡化電極制造，便于修整電極。本文檔共43頁；當前第39頁；編輯于星期二\21點20分2.型腔模加工用工具電極（1）電極材料的選擇為了提高型腔模的加工精度，在電極方面，首先是尋找耐蝕性高的電極材料，如純銅、銅鎢合金、銀鎢合金以及石墨電極等。（2）排氣孔和沖油孔設計一般情況下，在不易排屑的拐角、窄縫處應開有沖油孔；而在蝕除面積較大以及電極端部有凹入的部位開排氣孔。沖油孔和排氣孔的直徑一般為Φ1～Φ2mm。若孔過大，則加工后殘留的凸起太大，不易清除?？椎臄?shù)目應以不產(chǎn)生蝕除物堆積為宜?？拙嘣?0～40mm左右，孔要適當錯開。

本文檔共43頁；當前第40頁；編輯于星期二\21點20分3.工作液強迫循環(huán)的應用型腔加工往往需要采用強迫沖油。沖油壓力一般為20kp