特種加工之電火花加工

PAGE11目錄摘要21引言22電火花加工原理33電火花加工條件34電火花加工的特點45電火花加工工藝流程55.1

模具電火花加工的工藝確定55.2

對工件輪廓進行預加工65.3

電極的設計與制造65.4

工件、電極的裝夾與校正65.5加工的定位75.6

電參數(shù)的配置75.7加工過程的監(jiān)控86電火花加工的基本規(guī)律86.1影響材料放電腐蝕的主要因素86.1.1極性效應對電蝕量的影響86.1.2覆蓋效應對電蝕量的影響86.1.3電參數(shù)對電蝕量的影響96.1.4金屬材料對電蝕量的影響96.1.5工作液對電蝕量的影響96.2影響電火花加工精度的主要因素96.2.1表面粗糙度96.2.2加工間隙(側面間隙)的影響96.2.3加工斜度的影響96.2.4楞角倒圓的原因及規(guī)律10參考文獻11特種加工之電火花加工【摘要】電火花加工又稱為放電加工（ElectricalDischargeMachining，簡稱為EDM），是一種直接利用電能和熱能進行加工的新工藝。電火花加工技術作為特種加工領域的一門重要技術，本文從電火花加工的發(fā)展歷程、基本原理、特點、加工規(guī)律、新技術進展等五方面入手加以論述。【關鍵詞】電火花加工的發(fā)展歷程、基本原理、特點、規(guī)律、技術進展。1引言電火花加工是利用兩極見脈沖放電時產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象，對材料進行加工的方法。早在十九世紀，人們就發(fā)現(xiàn)了電器開關的觸點開閉時，以為放電，使接觸部位燒蝕，造成接觸面的損壞。這種放電引起的電極燒蝕現(xiàn)象叫做電腐蝕。為減少和避免這種有害的電腐蝕，人們一直在研究電腐蝕產(chǎn)生的原因和防止的辦法。當人們掌握了它的規(guī)律之后，便創(chuàng)造條件，轉害為益，把電腐蝕用于生產(chǎn)中。研究結果表明，當兩極產(chǎn)生放電的過程中，放電通道瞬時產(chǎn)生大量的熱，足以使電極材料表面局部熔化或汽化，并在一定條件下，熔化或汽化的部分能拋離電極表面，形成放電腐蝕的坑穴。二十世紀四十年代初，人們進一步認識到，在液體介質中進行重復性脈沖放電時，能夠對導電材料進行尺寸加工，因此，創(chuàng)立了“電火花加工法”。電火花加工技術作為特種加工領域的重要技術之一，最早應用于二戰(zhàn)時期折斷絲錐取出時的加工。隨著人類進入信息化時代，電加工技術取得了突飛猛進的發(fā)展，可控性更高，數(shù)字化程度更好。從技術發(fā)展過程來看，電火花加工技術經(jīng)歷了手動電火花加工、液壓伺服、直流電機、步進電機、交流伺服電機等一系列過程?？刂葡到y(tǒng)也越來越復雜，從單軸數(shù)控到3軸數(shù)控、再到多軸聯(lián)動。20世紀90年代初期，3軸電火花機在國內還是空白，主要是從日本和瑞士引進。直到90年代中期，北京市電加工研究所才和日本沙迪克公司合作開始制造3軸電火花加工機，也可以說開始步入國內電火花加工機的真正快速發(fā)展軌道，后來在此基礎上又生產(chǎn)研發(fā)了4軸4聯(lián)動電火花加工機。2電火花加工原理電火花加工時，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）。當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)過很短的間隔時間，第二個脈沖又在另一極間最近點擊穿放電。如此周而復始高頻率地循環(huán)下去，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。與此同時，總能量的一小部分也釋放到工具電極上，從而造成工具損耗。3電火花加工條件（1）工具電極和工件電極之間必須維持合理的距離在該距離范圍內，既可以滿足脈沖電壓不斷擊穿介質，產(chǎn)生火花放電，又可以適應在火花通道熄滅后介質消電離以及排出蝕除產(chǎn)物的要求。（2）兩電極之間必須充入介質在進行材料電火花尺寸加工時，兩極間為液體介質(專用工作液或工業(yè)煤油);在進行材料電火花表面強化時，兩極間為氣體介質。（3）輸送到兩電極間的脈沖能量密度應足夠大在火花通道形成后，脈沖電壓變化不大，因此，通道的電流密度可以表征通道的能量密度。通道一般必須有105-106A1em}電流密度。放電通道必須具有足夠大的峰值電流，通道才可以在脈沖期間得到維持。一般情況下，維持通道的峰值電流不小于2A。（4）放電必須是短時間的脈沖放電脈沖。放電持續(xù)時間一般為10-1^-10-3s。由于放電時間短，使放電時產(chǎn)生的熱能來不及在被加工材料內部擴散，從而把能量作用局限在很小范圍內，保持火花放電的冷極特性。（5）脈沖放電需重復多次進行，并且多次脈沖放電在時間上和空間上是分散的這里包含兩個方面的意義:其一時間上相鄰的兩個脈沖不在同一點上形成通道;其二，若在一定時間范圍內脈沖放電集中發(fā)生在某一區(qū)域，則在另一段時間內，脈沖放電應轉移到另一區(qū)域。只有如此，才能避免積碳現(xiàn)象，進而避免發(fā)生電弧和局部燒傷。（6）脈沖放電后的電蝕產(chǎn)物能及時排放至放電間隙之外，使重復性放電順利進行在電火花加工的生產(chǎn)實際中，上述過程通過兩個途徑完成。一方面，火花放電以及電腐蝕過程本身具備將蝕除產(chǎn)物排離的固有特性;蝕除物以外的其余放電產(chǎn)物〔如介質的氣化物)亦可以促進上述過程;另一方面，還必須利用一些人為的輔助工藝措施，例如工作液的循環(huán)過濾，加工中采用的沖、抽油措施等等。4電火花加工的特點電火花加工是與傳統(tǒng)機械加工完全不同的一種新工藝。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學技術的進步，具有高熔點、高硬度、高強度、高脆性，高粘性和高純度等性能的新材料不斷出現(xiàn)。具有各種復雜結構與特殊工藝要求的工件越來越多，這就使得傳統(tǒng)的機械加工方法不能加工或難于加工。因此，人們除了進一步發(fā)展和完善機械加工法之外，還努力尋求新的加工方法。電火花加工法能夠適應生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應用中顯示出很多優(yōu)異性能，因此，得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應用。電火花加工的特點如下（1）脈沖放電的能量密度高，便于加工用普通的機械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。（2）脈沖放電持續(xù)時間極短，放電時產(chǎn)生的熱量傳導擴散范圍小，材料受熱影響范圍校（3）加工時，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作用力極校工具電極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。（4）可以改革工件結構，簡化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動強度?；谏鲜鎏攸c，電火花加工的主要用途有以下幾項1)制造沖模、塑料模、鍛模和壓鑄模。2)加工小孔、畸形孔以及在硬質合金上加工螺紋螺孔。3)在金屬板材上切割出零件。4)加工窄縫。5)磨削平面和圓面。6)其它（如強化金屬表面，取出折斷的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面復雜的零件等）。5電火花加工工藝流程5.1

模具電火花加工的工藝確定模具零件在制造前，根據(jù)本身的特點、加工要求來確定合理的加工工藝。一般來說，為了減少成本，提高效率，應盡量選用銑削加工、線切割加工等工藝來加工零件。當在銑削加工、線切割加工等加工不到或工件有特殊要求的情況下才進行電火花加工，如刀具難以夠到的復雜表面，需要深度切削的地方，長徑比特別大的地方，精密小型腔、窄縫、溝槽、拐角，不便于切削加工裝夾，材料硬度很高，規(guī)定了要提供火花紋表面等的加工場合。電火花加工前要對零件圖進行分析，了解工件的結構特點、材料，明確加工要求。根據(jù)加工對象、精度及表面粗糙度等要求和機床功能選擇采用合適的電火花成形工藝方法。5.2

對工件輪廓進行預加工一般在電火花加工前，需要對工件輪廓進行預加工，預加工一般使用機械加工的方法，如加工中心、普通銑床等。預加工的目的是為了減少電火花加工中的材料去除量，可以大幅度提高電火花加工速度，電極的損耗減少，使得電極的數(shù)目減少。粗加工電流可以較小，從而使加工表面受影響小。

5.3

電極的設計與制造電火花加工首先要進行電極的設計、制造。當前CAD/CAM技術已廣泛應用于模具制造行業(yè)。像UG、Pro/E、CimatronE、MasterCAM等都提供了強大的電極設計、編程功能。

根據(jù)工藝水平，精度要求、加工成本等工藝要點來安排制造工藝。目前已廣泛使用加工中心來制造各種型面復雜的電極。加工中心比傳統(tǒng)銑削加工速度快，全自動，重復生產(chǎn)的精度很高，可得到較復雜的形狀。線切割加工也是常用的一種電極加工方法，適合2D電極的制造，可用來單獨完成整個電極的制造，或者用于銑削制造電極的清角加工。另外，薄片類電極使用線切割加工可以獲得很高的加工效率和加工精度；使用慢走絲線切割機床，可以加工有斜度、上下異形的復雜電極，獲得很高的加工精度、表面質量。

一般使用的電極材料有石墨和純銅。一般精密、小電極選用純銅材料，而大的電極選用石墨材料。5.4

工件、電極的裝夾與校正通常用永磁吸盤來裝夾工件，為了適應各種不同工件加工的需求，還可以使用其他工具來進行裝夾，如平口鉗、導磁塊、正弦磁臺、角度導磁塊等。工件裝夾后要對其進行校正，以保證工件的坐標系方向與機床的坐標系方向一致。在實際加工中常用校表來校正工件。電極安裝在機床主軸上，應使電極軸線與主軸軸線方向一致，保證電極與工件在垂直的情況下進行加工。電極的裝夾方式有自動裝夾和手動裝夾兩種。自動裝夾電極是先進數(shù)控電火花加工機床的一項自動功能。手動裝夾電極是指使用通用的電極夾具，通過可調節(jié)電極角度的夾頭來校正電極，由人工完成電極裝夾、校正操作。5.5加工的定位模具制造電火花加工最常用的定位方式是利用電極基準中心與工件基準中心之間的距離來確定加工位置，稱之為“四面分中”。利用電極基準中心與工件單側之間的距離確定加工位置的定位方式也比較常用，稱之為“單側分中”。另外，還有一些其他的定位方式。

各種定位方式通常運用電火花加工機床的接觸感知功能來獲得正確的加工位置，它可以直接利用電極的基準面與工件的基準面進行接觸感知實現(xiàn)定位；精密模具電火花加工采用基準球進行接觸感知定位，點接觸減少了誤差，可實現(xiàn)較高精度的定位；另外，還有千分表比較、放電定位等定位方法。使用快速裝夾定位系統(tǒng)，可省去重復的定位操作，當配備ATC裝置時，則完全可以實現(xiàn)長時間無人操作的自動化加工，可有效地提升企業(yè)的競爭力。

目前的數(shù)控電火花加工機床都具有自動找內中心、找外中心、找角、找單側等功能，這些功能只要輸入相關的測量數(shù)值，即可方便地實現(xiàn)加工的定位，比手動定位要方便。5.6

電參數(shù)的配置電參數(shù)選擇的好壞，直接影響加工的各項工藝指標。選用電參數(shù)最終目的是為了達到預定的加工尺寸和表面粗糙度要求。選用電參數(shù)時，基本上要考慮：電極數(shù)目、電極損耗、工作液處理、加工表面粗糙度要求、電極縮放量、加工面積、加工深度等因素。粗加工參數(shù)選擇的主要依據(jù)是電極縮放尺寸的大小。粗加工電極的縮放尺寸一般都比較大，可以選用其安全間隙接近電極縮放尺寸的電參數(shù)。精加工參數(shù)選擇的主要依據(jù)是最終的表面粗糙度要求，選用多組電參數(shù)，放電能量從大到小進行平動加工，達到表面粗糙度和加工尺寸的要求。數(shù)控電火花加工機床有許多配置好的最佳成套電參數(shù)，自動選擇電參數(shù)時；只要把所需要輸入的條件準確輸入，即可自動配置好電參數(shù)。機床配置的電參數(shù)一般能滿足加工要求，操作簡單，避免了加工過程中人為的干預。而傳統(tǒng)電火花加工機床要求操作者具有豐富的工作經(jīng)驗，能夠根據(jù)加工要求靈活配置電參數(shù)。5.7加工過程的監(jiān)控

電火花加工一切準備就緒時，起動機床開始進行加工。在加工過程中，要隨時監(jiān)控加工狀態(tài)，對加工中不正常的放電狀態(tài)及時采取相應的處理方法，保證加工的順利進行。主要是防止發(fā)生拉弧現(xiàn)象，一般可通過修改抬刀參數(shù)、清理電極和工件、調整電規(guī)準參數(shù)等措施來改善放電狀況。

目前的數(shù)控電火花加工機床的加工性能已經(jīng)有了全面的提高，一些先進數(shù)控電火花加工機床的智能化控制技術幾乎可以代替人工監(jiān)控。加工中由計算機監(jiān)測、判斷電火花加工間隙的狀態(tài)，在保持穩(wěn)定電弧的范圍內自動選擇使加工效率達到最高的加工條件；但機床的智能控制技術不是萬能的，還是不能忽視人工監(jiān)控的作用，尤其像在深孔加工、大錐度加工、大面積加工等一些比較特殊的加工場合，人工監(jiān)控就有它的意義了。6電火花加工的基本規(guī)律6.1影響材料放電腐蝕的主要因素6.1.1極性效應對電蝕量的影響在電火花加工時，相同材料(如用鋼電極加工鋼)兩電極的被腐蝕量是不同的。其中一個電極比另一個電極的蝕除量大，這種現(xiàn)象叫做極性效應。如果兩電極材料不同，則極性效應更加明顯。分正極性加工和負極性加工。在實際加工中，極性效應受到電極及電極材料、加工介質、電源種類、單個脈沖能量等多種因素的影響，其中主要原因是脈沖寬度。在窄脈寬度加工時，應采用正極性加工。在寬脈沖寬度加工時，采用負極性加工。6.1.2覆蓋效應對電蝕量的影響在材料放電腐蝕過程中，一個電極的電蝕產(chǎn)物轉移到另一個電極表面上，形成一定厚度的覆蓋層，這種現(xiàn)象叫做覆蓋效應。在電火花加工中，覆蓋層不斷形成，又不斷被破壞。為了實現(xiàn)電極低損耗，達到提高加工精度的目的，最好使覆蓋層形成與破壞的程度達到動態(tài)平衡。在實際加工中，要充分利用極性效應，正確選擇極性，最大限度地提高工件的蝕除量，降低工具電極的損耗。6.1.3電參數(shù)對電蝕量的影響電火花加工過程中腐蝕金屬的量(即電蝕量)與單個脈沖能量、脈沖效率等電參數(shù)密切相關。要提高電蝕量，應增加平均放電電流、脈沖寬度及提高脈沖頻率。6.1.4金屬材料對電蝕量的影響當脈沖放電能量相同時，金屬工件的熔點、沸點、比熱容、熔化熱、氣化熱等愈高，電蝕量將愈少，愈難加工；導熱系數(shù)愈大的金屬能降低了本身的蝕除量。因此，電極的蝕除量與電極材料的導熱系數(shù)及其它熱學常數(shù)等有密切的關系。6.1.5工作液對電蝕量的影響在粗加工時，要求速度快，放電能量大，放電間隙大，故常選用機油等粘度大的工作液；在中、精加工時，放電間隙小，往往采用煤油等粘度小的工作液。電火花加工一般在液體介質中進行。液體介質通常叫做工作液，其作用主要是：(1)壓縮放電通道，并限制其擴展。(2)加速電極間隙的冷卻和消電離過程。(3)加速電蝕產(chǎn)物的排除。(4)加劇放電的流體動力過程。6.2影響電火花加工精度的主要因素6.2.1表面粗糙度電火花加工表面的粗糙度取決于放電蝕坑的深度及其分布的均勻程度，只有在加工表面產(chǎn)生淺而分布均勻的放電蝕坑，才能保證加工表面有較小的粗糙度值。為了控制放電凹坑的均勻性，需要采用等能量放電脈沖控制技術，即檢測間隙電壓擊穿下降沿，控制放電脈沖電流寬度相等，用相同的脈沖能量進行加工，從而使加工表面粗糙度微觀上均勻一致。6.2.2加工間隙(側面間隙)的影響加工間隙的大小及其一致性直接影響電火花成形加工的加工精度。只有掌握每個規(guī)準的加工間隙和表面粗糙度的數(shù)值，才能正確設計電極的尺寸，決定收縮量，確定加工過程中的規(guī)準轉換。6.2.3加工斜度的影響在加工中，不論型孔還是型腔，側壁都有斜度，形成斜度的原因，除電極側壁本身在技術要求或制造中原有的斜度外，一般都是由電極的損耗不均勻，以及“二次放電”等因素造成的。（1）電極損耗的影響。電極由于損耗而形成錐度，這種錐度反映到工件上，就形成了加工斜度。（2）工作液臟污程度的影響。工作液越臟，“二次放電”的機會就越多，同時由于間隙狀態(tài)惡劣，電極回升的次數(shù)必然增多。這兩種情況都將使加工斜度增大。（3）沖油或抽油的影響。采用沖油或抽油對加工斜度的影響是不同的。用沖油加工時，電蝕產(chǎn)物由已加工面流出，增加了“二次放電”的機會，使加工斜度增大。而用抽油加工時，電蝕產(chǎn)物是由抽吸管排出去，干凈的工作液從電極周邊進入，所以在已加工面出現(xiàn)“二次放電”的機會較少，加工斜度也就小。（4）加工深度的影響。隨著加工深度的增加，加工斜度也隨著增加，但不是成比例關系。當加工深度超過一定數(shù)值后，被加工件的上口尺寸就不再擴大了，即加工斜度不再增加。不同的加工對象對加工斜度的要求也不同。在型腔加工中，由于本身要求有一定的拔模斜度，則對加工斜度的要求并不嚴格。對于直壁沖模，則要求加工斜度比較嚴格。只要掌握影響加工斜度的規(guī)律，即可達到預定的要求。6.2.4楞角倒圓的原因及規(guī)律電極尖角和楞邊的損耗，比端面和側面的損耗嚴重，所以隨著電極楞角的損耗導致楞角倒圓，加工出的工件不可能得到清楞。而且，隨著加工深度的增加，電極楞角倒圓的半徑增大。但超過一定加工深度，其增大的趨勢逐漸緩慢，最后停留在某一最大值上。楞角倒圓的原因除電極的損耗外，還有放電間隙的等距離性。凸尖楞電極由于尖角放電的等距離性，必然使工件產(chǎn)生圓角；凹尖楞電極的尖點根本不起放電作用，但由于積屑也會使工件凸楞倒圓。因此，既使電極完全沒有損耗，由于間隙放電的等距離性仍然不可能得到完全的清楞。如果要求倒圓半徑很小，必須要縮小放電間隙工作介質是產(chǎn)生放電的基本條件，目前主要采用的工作介質是液體介質。它形成火花擊穿放電通道，對放電通道產(chǎn)生壓縮作用，并在放電結束后迅速恢復間隙的絕緣狀態(tài)，幫助電蝕產(chǎn)物的拋出和排除，并使工具冷卻。所以說介質對于電火花加工有很大的作用。參考文獻[1]趙萬生《特種加工技術》[M].北京:高等教育出版社,2001.[2]張遼遠《現(xiàn)代加工技術》北京:機械工業(yè)出版社,2008.7[3]張學仁《數(shù)控電火花線切割加工技術》哈爾濱工業(yè)大學出版社,2000.[4]金滌塵、宋放之《現(xiàn)代模具制造技術》機械工業(yè)出版社,2001.02[5]狄士春、王弢、趙萬生、于濱，《等航空精密制造技術》哈爾濱工業(yè)大學出版社,2002[6]王先逵《機械制造工業(yè)學》.北京：機械工業(yè)出版社，2004目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章總論 11.1項目名稱與承辦單位 11.2研究工作的依據(jù)、內容及范圍 11.3編制原則 31.4項目概況 31.5技術經(jīng)濟指標 51.6結論 6第二章項目背景及建設必要性 82.1項目背景 82.2建設的必要性 9第三章建設條件 113.1項目區(qū)概況 113.2建設地點選擇 錯誤！未定義書簽。3.3項目建設條件優(yōu)劣勢分析 錯誤！未定義書簽。第四章市場分析與銷售方案 134.1市場分析 134.2營銷策略、方案、模式 14第五章建設方案 155.1建設規(guī)模和產(chǎn)品方案 155.2建設規(guī)劃和布局 155.3運輸 185.4建設標準 185.5公用工程 205.6工藝技術方案 215.7設備方案 215.8節(jié)能減排措施 24第六章環(huán)境影響評價 256.1環(huán)境影響 256.2環(huán)境保護與治理措施 266.3評價與審批 28第七章項目組織與管理 297.1組織機構與職能劃分 297.2勞動定員 297.3經(jīng)營管理措施 307.4技術培訓 30第八章勞動、安全、衛(wèi)生與消防 318.1編制依據(jù)及采用的標準 318.2安全衛(wèi)生防護原則 318.3自然災害危害因素分析及防范措施 328.4生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的危害因素分析及防范措施 328.5消防編制依據(jù)及采用的標準 348.6消防設計原則 358.7火災隱患分析 358.8總平面消防設計 358.9消防給水設計 368.10建筑防火 368.11火災檢測報警系統(tǒng) 378.12預期效果 37第九章項目實施進度 389.1實施進度計劃 389.2項目實施建議 38第十章項目招投標方案 4010.1招標原則 4010.2項目招標范圍 4010.3投標、開標、評標和