電火花加工及電極

電火花加工及電極第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月問題1.精密模具工件中，電極設(shè)計時直面與斜面的放電間隙是否一樣？2.用電極加工字時，需要加平動嗎？3.電火花加工的特點？4.常用電極材料有哪些？5.電火花加工，一般能達到的尖角是多少？第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月電火花加工什么是電火花加工？電火花加工的特點實現(xiàn)電火花加工的條件電火花加工機床組成及作用EDM電火花放電原理第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月什么是電火花加工？電火花是一種自激放電，其特點如下：火花放電的兩個電極間在放電前具較高的電壓，當(dāng)兩電極接近時，其間介質(zhì)被擊穿后，隨即發(fā)生火花放電。伴隨擊穿過程，兩電極間的電阻急劇變小，兩極之間的電壓也隨之急劇變低?；鸹ㄍǖ辣仨氃诰S持短暫的時間后及時熄滅，才可保持火花放電的“冷極”特性（即通道能量轉(zhuǎn)換的熱能來不及傳至電極縱深），使通道能量作用于極小范圍。通道能量的作用，可使電極局部被腐蝕。利用火花放電時產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象對材料進行尺寸加工的方法，叫電火花加工。電火花加工是在較低的電壓范圍內(nèi)，在液體介質(zhì)中的火花放電。

第4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月電火花加工的特點

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(fù)雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。

第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月電火花加工的特點2.脈沖放電持續(xù)時間極短，放電時產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴散范圍小，材料受熱影響范圍小。

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小。工具電極

料不需要比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。

4.可以改革工件結(jié)構(gòu)，簡化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動強度。

基于上述特點，電火花加工的主要用途有以下幾項：

a)

加工小孔、畸形孔以及在硬質(zhì)合金上加工螺紋。

(即主要型腔加工，工件的核心部分)

b)

加工窄縫。

第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月實現(xiàn)電火花加工的條件

1.電極和工件之間必須維持合理的距離。在該距離范圍內(nèi)，既可以滿足脈沖電壓不斷擊穿介質(zhì)，產(chǎn)生火花放電，又可以適應(yīng)在火花通道熄滅后介質(zhì)消電離以及排出蝕除產(chǎn)物的要求。若兩電極距離過大，則脈沖電壓不能擊穿介質(zhì)、不能產(chǎn)生火花放電，若兩電極短路，則在兩電極間沒有脈沖能量消耗，也不可能實現(xiàn)電腐蝕加工。

名詞：放電間隙

放電間隙方便加工控制電流大小，來達到工件規(guī)定的尺寸精度。粗加工→電流大→速度快→表面粗糙精加工→電流小→速度慢→表面光潔第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月實現(xiàn)電火花加工的條件2.兩電極之間必須充入介質(zhì)。工作液的作用是使火花放電在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進行，如煤油、火花加工液等。以有利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電并帶走放電時產(chǎn)生的熱量和電蝕物。（壓力沖油：使介質(zhì)液在壓力作用下強行通過電極中的沖油孔進入放電間隙，與微粒一道從型腔邊緣流出）3.輸送到兩電極間的脈沖能量密度應(yīng)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。能量密度足夠大，才可以使被加工材料局部熔化或汽化，從而在被加工材料表面形成一個腐蝕痕（凹坑），實現(xiàn)電火花加工。因而，通道一般必須有105-106A/cm2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。（放電持續(xù)時間一般為10-7-10-3s）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(nèi)部擴散，從而把能量作用局限在很小范圍內(nèi)，保持火花放電的冷極特性。

第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月實現(xiàn)電火花加工的條件5.脈沖放電需重復(fù)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(nèi)脈沖放電集中發(fā)生在某一區(qū)域，則

在另一段時間內(nèi)，脈沖放電應(yīng)轉(zhuǎn)移到另一區(qū)域。只有如此，才能避免積炭現(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(fù)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(zhì)的汽化物）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。第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月電火花加工機床的組成及作用

要實現(xiàn)電火花加工過程，機床必須具備三個要素，即：脈沖電源，機械部分和自動控制系統(tǒng)，工作液過濾與循環(huán)系統(tǒng)。1.脈沖電源

加在放電間隙上的電壓必須是脈沖的，否則，放電將成為連續(xù)的電弧。所謂脈沖電源，實際就是一種電氣線路或裝置，它們能發(fā)出具有足夠能量的脈沖電壓來。2.機械部分和自動控制系統(tǒng)

其作用是維持工具電極和工件之間有一適當(dāng)?shù)姆烹婇g隙，并在線調(diào)整。3.工作液凈化與循環(huán)系統(tǒng)

工作液的作用是使能量集中，強化加工過程，帶走放電時所產(chǎn)生的熱量和電蝕產(chǎn)物。工作液系統(tǒng)包括工作液的儲存冷卻、循環(huán)及其調(diào)節(jié)與保護、過濾以及利用工作液強迫循環(huán)系統(tǒng)。

第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月EDM電火花放電原理電火花放電時，電極表面的金屬材料是怎樣被蝕除下來的，這一微觀的物理過程也就是電火花加工的物理本質(zhì)，或稱機理。電火花電蝕的微觀過程是電場力、磁力、熱力、流體動力、電化學(xué)和膠體化學(xué)等綜合作用的過程。這一過程大致可分為四個連續(xù)階段：極間介質(zhì)的電離、擊穿、形成放電通道；介質(zhì)熱分解、電極材料融化、汽化膨脹；電極材料的拋出；極間介質(zhì)的消電離。第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月EDM電火花放電原理電極工件放電加工液電極工件放電加工液電極工件放電加工液電極工件放電加工液電極工件放電加工液電極工件放電加工液+—電壓增加放電柱形成熔融氣化爆炸冷卻+———+++—第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月電極設(shè)計放電形式放電順序放電間隙電極材料電極數(shù)量電極的加工其它第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月放電形式1.對著圖紙，看懂工件需要放電部位（包括工件表面要求，數(shù)量等）2.確定工件最合理的放電形式：a)是單個放電還是BAR放電b)是站著放電還是躺著放電c)若需多處放電，盡量保證工件一次設(shè)定d)外形小而高的工件，需躺下加工。第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月放電順序1.先加工大面積，再小的部位2.先加工BAR放電部位，再加工單個放電部位3.較多電極的工件，放電順序上，盡量靠近、連貫12第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月放電間隙1.在保證電極強度及加工工藝合理的前提下，盡量用大的放電。（常用放電間隙有：0.03、0.05、0.06、0.1、0.15、0.2）2.特殊表面要求對應(yīng)相對精放間隙3.對于大面積的區(qū)域，需要分粗，精放電4.在緊密零件的電極設(shè)計時，斜面的放電間隙大于直面的放電間隙。第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月放電間隙S.G第19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月電極材料電極材料選用表（常用黃銅，鎢銅，石墨）

COPPER(銅)GRAPHITE（石墨）KISS-OFF或SHUT-OFF的地方產(chǎn)品成型的地方INSERT上有小工差須控制尺寸控制在0.015以上INSERT上有尖角要求無尖角要求電極需要WIRE-CUT加工無WIRE-CUT加工表面要求在CH21以下表面要求在CH21以上圓棒磨床加工電極打筋電極，加工區(qū)域比較小電極比較小，銅容易變形電極鎢銅雖是金屬中較好的電極材料，但其價格昂貴，一般用于小型精密加工。特性是耐消耗，機加工銳角成型容易。石墨因耐消耗，耐高溫，變形小，質(zhì)量輕，加工效率高，但材料剛性差，銳角易崩裂。第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月電極數(shù)量（以電極材料為選銅為例）以工件2PCS為例：深度在1mm以下，無需粗放，需4F；深度>1mm,需1R，3F；

如遇電極加工工件體積過小，工件表面需拋光，工件有R0.03（max）等特殊要求時增加電極數(shù)量第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月電極的加工考慮到電極加工工藝，加工方法以確定電極總的結(jié)構(gòu)，加工優(yōu)先順序為：先選CNC，CNC無法加工則考慮W/C，如上述兩種方法都不能則再選磨床CNC加工電極，需滿足可加工深度，且加工深度方向不能有倒拉。

(因此，電極的設(shè)計除考慮放電加工外，還必須考慮所設(shè)計出的電極能否加工出來。)第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月其它非放電部位要充分讓開工件。3R基座裝夾電極，而且可以自動找電極中心作為加工的基準(zhǔn)設(shè)定圖應(yīng)盡量與工件圖方向一致，多次設(shè)定的話，設(shè)定圖應(yīng)方向一致。電極上的加工部位高度差不要太大，避免電極損耗不平衡。第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月3R座子第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月例一：模具中會經(jīng)常采用倒錐形狀的拉料結(jié)構(gòu)，同樣可以采用電極加工。第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月例一：在這種情況下，電極的最大外形尺寸應(yīng)小于工件最小開口尺寸，否則將無法加工。第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月例二：工件上有高出表面的字時，通常會采用電極加工，且在此種情況下，放電加工時不能采用平動方式。第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月例三：在電子產(chǎn)品的模具中，會拆分出很多尺寸小的insert，而insert上成形產(chǎn)品的特征一般都比較規(guī)則，采用電火花加工成了常用，且必不可少的加工方法。1.圖紙無特殊公差及表面要求工件外形尺寸：29.249X5.021X2.802EDM加工深度：0.200MM2.工件片數(shù)：04PCS3.躺著放電，深度淺，加工快4.放電間隙SP=0.05/S5.電極材料為銅第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月此處倒角只是為了確認(rèn)電極的方向。第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月例四：有的工件在設(shè)計電極時，電極很難拆分，或拆分后很難采用CNC來加工電極。那么，可以考慮將電極側(cè)綁裝夾，然后用W/C加工電極。如下圖，R0.15Depth=0.50第31頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月例四（電極采用線割時還是要考慮加工R所允許的最