《特種加工技術(shù)》課件-第三章 電火花加工工藝規(guī)律

一.電火花加工的常用術(shù)語二.影響放電腐蝕的因素三.電火花加工工藝規(guī)律四.電蝕產(chǎn)物的排除

第三章電火花加工工藝規(guī)律■工具電極（electrode)：

電火花加工用的工具。常用的材料是紫銅、石墨。3.1火花加工常用術(shù)語1.工具電極2.工件3.脈沖電源4.伺服進(jìn)給系統(tǒng)■放電間隙(sparkgapsize)：

電時(shí)工具電極和工件間的距離，它的大小一般在0.01～0.5mm之間，粗加工時(shí)間隙較大，精加工時(shí)則較小■脈沖寬度ti(pulseontime)：加到電極和工件上放電間隙兩端的電壓脈沖的持續(xù)時(shí)間。常用ON、TON等符號(hào)表示粗加工脈沖寬度大，精加工脈沖寬度小3.1火花加工常用術(shù)語■脈沖間隔to(pulseofftime)：

兩個(gè)電壓脈沖的間隔時(shí)間。也常用OFF、TOFF表示。

（1）間隔時(shí)間過短，放電間隙來不及消電離和恢復(fù)絕緣，容易產(chǎn)生電弧放電，燒傷電極和工件；脈間選得過長，將降低加工生產(chǎn)率。（2）加工面積.加工深度較大時(shí)，脈間也應(yīng)稍大。3.1火花加工常用術(shù)語

■放電時(shí)間te(μs)

：

工作液介質(zhì)擊穿后放電間隙中流過放電電流的時(shí)間，即電流脈寬?！鰮舸┭訒r(shí)td(μs)從間隙兩端加上脈沖電壓后，一般均要經(jīng)過一小段延續(xù)時(shí)間td，工作液介質(zhì)才能被擊穿放電，這一小段時(shí)間td稱為擊穿延時(shí)

。3.1火花加工常用術(shù)語■脈沖周期tp(pulseperiod)：

一個(gè)電壓脈沖開始到下一個(gè)電壓脈沖開始間的時(shí)間?！稣伎毡?dutyfactor)：

是脈沖寬度ti與脈沖間隔to之比。粗加工時(shí)占空比一般較大，精加工時(shí)占空比應(yīng)較小。3.1火花加工常用術(shù)語■脈沖頻率fp(Hz)：

單位時(shí)間內(nèi)電源發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)，它與脈沖周期互為倒數(shù)。

■：有效脈沖頻率fe(Hz):單位時(shí)間內(nèi)在放電間隙上發(fā)生有效放電的次數(shù)，又稱工作脈沖頻率。

3.1火花加工常用術(shù)語■：脈沖利用率λ:有效脈沖頻率fe與脈沖頻率fp之比。

■：脈寬系數(shù)τ:脈沖寬度ti與脈沖周期tp之比。

■開路電壓或峰值電壓

電極間的最高電壓。峰值電壓高時(shí)，放電間隙大，生產(chǎn)率高，但成形復(fù)制精度較差。3.1火花加工常用術(shù)語■火花維持電壓：

每次火花擊穿后，在放電間隙上火花放電時(shí)的維持電壓，一般在25V左右，但它實(shí)際上是一個(gè)高頻振蕩的電壓。3.1火花加工常用術(shù)語■加工電壓或間隙平均電壓U(V)：

加工時(shí)電壓表上指示的放電間隙兩端的平均電壓，它是多個(gè)開路電壓、火花放電維持電壓、短路和脈沖間隔等電壓的平均值。3.1火花加工常用術(shù)語■加工電流I(A)：

加工時(shí)電壓表上指示的流過放電間隙的平均電流。加工電流精加工時(shí)小，粗加工時(shí)大，間隙偏開路時(shí)小，間隙合理或偏短路時(shí)大?！龆搪冯娏鱅s(A)：

放電間隙短路時(shí)電流表上指示的平均電流，它比正常加工時(shí)的平均電流要大20-40%?！龇逯惦娏?/p>

：

間隙火花放電時(shí)脈沖電流的最大值(瞬時(shí))。是影響加工速度.表面質(zhì)量等的重要參數(shù)。

在設(shè)計(jì)制造脈沖電源時(shí)，每一個(gè)功率放大管的峰值電流是預(yù)先計(jì)算好的，因此，選擇峰值電流實(shí)際上是選擇幾個(gè)功率放大管。3.1火花加工常用術(shù)語■短路峰值電流

：

間隙短路時(shí)脈沖電流的最大值，它比峰值電流要大20-40%，與短路電流Is相差一個(gè)脈寬系數(shù)的倍數(shù)。Is=τ■放電狀態(tài)：

電火花放電間隙內(nèi)每一個(gè)脈沖放電時(shí)的基本狀態(tài)。3.1火花加工常用術(shù)語3.2影響放電腐蝕的因素1.極性效應(yīng)

極性效應(yīng)：在電火花加工時(shí)，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(gè)比另一個(gè)的蝕除量大，這種現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。負(fù)極性加工正極性加工2.覆蓋效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響

覆蓋效應(yīng)：在材料放電腐蝕過程中，一個(gè)電極的電蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極表面上，形成一定厚度的覆蓋層。油類介質(zhì)中加工時(shí)，覆蓋層主要是石墨化的碳素層，其次是粘附在電極表面的金屬微粒粘結(jié)層。為什么會(huì)出現(xiàn)電極表面發(fā)黑的現(xiàn)象？3.2影響放電腐蝕的因素■要有足夠高的溫度?！鲆凶銐蚨嗟碾娢g產(chǎn)物，尤其是介質(zhì)的熱解產(chǎn)物——碳粒子。■要有足夠的時(shí)間，以便在這一表面上形成一定厚度的碳素層?！鲆话悴捎秘?fù)極性加工，因?yàn)樘妓貙右自陉枠O表面生成。■必須在油類介質(zhì)中加工?！雒}沖參數(shù)與波形的影響。■電極對(duì)材料的影響。

■工作液的影響。

■工藝條件的影響。碳素層生成條件影響覆蓋效應(yīng)的因素3.2影響放電腐蝕的因素3.電參數(shù)對(duì)電蝕量的影響

4.金屬材料對(duì)電蝕量的影響

■熔點(diǎn).沸點(diǎn)比熱容：金屬熔點(diǎn)金屬工件的熔點(diǎn).沸點(diǎn).比熱容.熔化熱.氣化熱等愈高，電蝕量將愈少，愈難加工；■導(dǎo)熱系數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)愈大的金屬，因能把較多的熱量傳導(dǎo).散失到其它部位，故降低了本身的蝕除量。問題從金屬材料角度，比較銅.鋁的加工難易程度？3.2影響放電腐蝕的因素5.工作液對(duì)電蝕量的影響■壓縮放電通道，并限制其擴(kuò)展，使放電能量高度集中在極小的區(qū)域內(nèi)，既加強(qiáng)了蝕除的效果，又提高了放電仿型的精確性?！黾铀匐姌O間隙的冷卻和消電離過程，有助于防止出現(xiàn)破壞性電弧放電。■加速電蝕產(chǎn)物的排除?！黾觿》烹姷牧黧w動(dòng)力過程，有助于金屬的拋出。工作液作用常用工作液■油類（煤油）■較純的蒸餾水■去離子水■乙醇水溶液■乳化液（皂化液）

3.2影響放電腐蝕的因素3.3電火花加工工藝規(guī)律3.3.1影響加工速度的主要因素

加工速度：在一定電規(guī)準(zhǔn)（加工條件下），單位時(shí)間t內(nèi)工件被蝕除的體積V或質(zhì)量m。

vw=V/t（mm3/Min)或vm=g/t(g/Min)工藝指標(biāo)：加工速度、電極損耗、表面粗糙度、加工精度、表面變化層的機(jī)械性能等。1.電參數(shù)的影響

脈沖寬度TON

3.3電火花加工工藝規(guī)律

（1）從圖中可以看出什么規(guī)律？

（2）為什么脈寬增大到一定程度，加工速度不升反降？1.電參數(shù)的影響

脈沖寬度TON

3.3電火花加工工藝規(guī)律

單個(gè)脈沖能量的大小是影響加工速度的重要因素。對(duì)于矩形波脈沖

電源，當(dāng)峰值電流一定時(shí)，脈沖能量與脈沖寬度成正比。脈沖寬度增加，加工速度隨之增加，因?yàn)殡S著脈沖寬度的增加，單個(gè)脈沖能量增大，使加工速度提高。但若脈沖寬度過大，則加工速度反而下降(如圖2－8所示)。這是因?yàn)閱蝹€(gè)脈沖能量雖然增大，但轉(zhuǎn)換的熱能有較大部分散失在電極與工件之中，不起蝕除作用。同時(shí)，在其他加工條件相同時(shí)，隨著脈沖能量過分增大，蝕除產(chǎn)物增多，排氣排屑條件惡化，間隙消電離時(shí)間不足導(dǎo)致拉弧，加工穩(wěn)定性變差，因此加工速度反而降低。

脈沖間隔TOFF

3.3電火花加工工藝規(guī)律

在脈沖寬度一定的條件下，若脈沖間隔減小，則加工速度提高.這是因?yàn)槊}沖間隔減小導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)工作脈沖數(shù)目增多、加工電流增大，故加工速度提高。但若脈沖間隔過小，則會(huì)因放電間隙來不及消電離引起加工穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致加工速度降低。

在脈沖寬度一定的條件下，為了最大限度地提高加工速度，應(yīng)在保證穩(wěn)定加工的同時(shí)，盡量縮短脈沖間隔時(shí)間。帶有脈沖間隔自適應(yīng)控制的脈沖電源能夠根據(jù)放電間隙的狀態(tài)在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)脈沖間隔的大小，這樣既能保證穩(wěn)定加工，又可以獲得較大的加工速度。

當(dāng)脈沖寬度和脈沖間隔一定時(shí)，隨著峰值電流的增加，加工速度也增加，因?yàn)榧哟蠓逯惦娏鞯扔诩哟髥蝹€(gè)脈沖能量，所以加工速度也就提高了。若峰值電流過大(即單個(gè)脈沖放電能量很大)，則容易造成電極燒傷，加工速度反而下降

.此外，峰值電流增大將使表面質(zhì)量變差、增加電極損耗。峰值電流IP

3.3電火花加工工藝規(guī)律２.非電參數(shù)的影響加工面積

3.3電火花加工工藝規(guī)律

加工面積與加工速度的關(guān)系曲線。由圖可知，加工面積較大時(shí)，它對(duì)加工速度沒有多大影響，但若加工面積小到某一臨界面積時(shí)，加工速度會(huì)顯著降低，這種現(xiàn)象叫做“面積效應(yīng)”。由于加工面積小，在單位面積上脈沖放電過分集中，致使放電間隙的電蝕產(chǎn)物排除不暢，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣體排斥液體的現(xiàn)象，造成放電加工在氣體介質(zhì)中進(jìn)行，因而大大降低加工速度。排屑條件

沖油壓力對(duì)加工速度的影響抬刀方式對(duì)加工速度的影響3.3電火花加工工藝規(guī)律

在電火花加工過程中會(huì)不斷產(chǎn)生氣體、金屬屑末和炭黑等，如不及時(shí)排除，則加工很難穩(wěn)定地進(jìn)行。加工穩(wěn)定性不好，會(huì)使脈沖利用率降低，加工速度降低。電極材料和加工極性

3.3電火花加工工藝規(guī)律在電參數(shù)選定的條件下，采用不同的電極材料與加工極性，加工速度也大不相同。采用石墨電極，在同樣加工電流時(shí)，正極性比負(fù)極性加工速度高。

在加工中選擇極性，不能只考慮加工速度，還必須考慮電極損耗。如用石墨做電極時(shí)，正極性加工比負(fù)極性加工速度高，但在粗加工中，電極損耗會(huì)很大。故在不計(jì)電極損耗的通孔加工中，采用正極性加工；而在用石墨電極加工型腔的過程中，常采用負(fù)極性加工。電極材料和加工極性

3.3電火花加工工藝規(guī)律

從圖中還可看出，在同樣加工條件和加工極性情況下，采用不同的電極材料，加工速度也不相同。例如，中等脈沖寬度、負(fù)極性加工時(shí)，石墨電極的加工速度高于銅電極的加工速度。在脈沖寬度較窄或很寬時(shí)，銅電極加工速度高于石墨電極。此外，采用石墨電極加工的最大加工速度，比用銅電極加工的最大加工速度的脈沖寬度要窄。

由上所述可知，電極材料對(duì)電火花加工非常重要，正確選擇電極材料是電火花加工首要考慮的問題。工件材料的影響

■一般說來，工件材料的熔點(diǎn).沸點(diǎn)越高，比熱.熔化熱和氣化潛熱越大，加工速度越低，即越難加工。如加工硬質(zhì)合金鋼比加工碳素鋼的速度要低?！鰧?duì)于導(dǎo)熱系數(shù)很高的工件，因熱傳導(dǎo)性好，熱量散失快，加工速度也會(huì)降低。在電火花加工中，工作液的種類、黏度、清潔度對(duì)加工速度有影響。在電火花成形加工中，應(yīng)用最多的工作液是煤油。就工作液的種類來說，大致順序是：高壓水＞煤油+機(jī)油＞煤油＞酒精水溶液。在電火花成型加工中，應(yīng)用最多的工作液是煤油工作液的影響3.3電火花加工工藝規(guī)律電極相對(duì)損耗：工具相對(duì)損耗是指單位時(shí)間內(nèi)工具的電蝕量。在生產(chǎn)實(shí)際中，衡量工具的損耗程度時(shí)不但要考慮工具損耗速度vE，還要考慮加工速度vW。每蝕除單位重量金屬工件時(shí)，工具相對(duì)損耗量（質(zhì)量.體積或長度）。電極的相對(duì)損耗量小于1%是低損耗加工。3.3.2影響電極損耗的因素

3.3電火花加工工藝規(guī)律1.電參數(shù)對(duì)電極損耗的影響

脈沖寬度TON

的影響粗加工時(shí)加工損耗小3.3電火花加工工藝規(guī)律1.電參數(shù)對(duì)電極損耗的影響

脈沖寬度TON

的影響3.3電火花加工工藝規(guī)律

脈沖寬度增大，電極相對(duì)耗損降低。原因：（1）脈沖寬度增大，單位時(shí)間內(nèi)脈沖次數(shù)減少，使放電擊穿引起電極損耗的影響減少。同時(shí)負(fù)極（工件）承受正離子轟擊的機(jī)會(huì)增多，正離子加工的時(shí)間也長，極性效應(yīng)比較明顯。

（2）脈沖寬度增大，電極的“覆蓋效應(yīng)”增加，也減小了電極損耗。在加工中的電蝕產(chǎn)物不斷沉積在電極表面，對(duì)電極起到補(bǔ)償作用。1.電參數(shù)對(duì)電極損耗的影響

脈沖寬度TON

的影響3.3電火花加工工藝規(guī)律

如果飛濺沉積的量大于電極本身損耗，將會(huì)破壞電極尺寸形狀，影響加工效果；如果飛濺沉積的量恰好等于電極的損耗，再者將達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，則能實(shí)現(xiàn)無損耗加工。但由于電極端面、角部、側(cè)面損耗的不均勻性，這種情況難以實(shí)現(xiàn)。峰值電流IP

的影響。3.3電火花加工工藝規(guī)律

峰值電流不同，電極損耗不同。

用紫銅電極加工銅時(shí)，隨著峰值電流的增加，電極損耗也增加。所以，要降低電極損耗，應(yīng)減小峰值電流。因此對(duì)一些不適宜用長脈寬粗加工而又要求損耗小的工件，可采用窄脈寬、低峰值電流的方法。峰值電流IP

的影響。只有脈沖寬度和峰值電流保持一定關(guān)系，才能實(shí)現(xiàn)低損耗加工3.3電火花加工工藝規(guī)律脈沖間隔TOFF

的影響。3.3電火花加工工藝規(guī)律在脈寬一定時(shí)，隨著脈沖間隔的增加，電極損耗增加。原因：脈間增加，引起間隙中介質(zhì)電離狀態(tài)的變化，使“覆蓋效應(yīng)”減少。

隨著脈間的減小，電極損耗也減

少。但超過一定限度，放電間隙

來不及消電離而造成拉弧燒傷

，反而影響正常加工。尤其是

粗規(guī)準(zhǔn)、大電流加工時(shí)，更應(yīng)

注意。加工極性的影響3.3電火花加工工藝規(guī)律

由圖可知，當(dāng)脈寬小于某一數(shù)值時(shí)，正極性損耗小于負(fù)極性損耗；反之，當(dāng)脈寬大于某一數(shù)值時(shí)，負(fù)極性損耗小于正極性損耗。

一般情況下，采用石墨電極、銅電極加工鋼時(shí)，粗加工用負(fù)極性，精加工用正極性；但在鋼加工鋼時(shí)，無論粗加工還是精加工，都要用負(fù)極性，否則電極損耗將大大增加。加工面積的影響

２.非電參數(shù)對(duì)電極損耗的影響

面積效應(yīng)3.3電火花加工工藝規(guī)律當(dāng)電極相對(duì)損耗小于1%時(shí)，隨著加工面積的增大，電極損耗減小的趨勢(shì)越來越慢。當(dāng)加工面積過小時(shí)，電極損耗急劇增加。

抽油或沖油的影響

3.3電火花加工工藝規(guī)律

沖油或抽油壓力過大會(huì)加大電極損耗。原因：強(qiáng)迫沖油抽油會(huì)使加工間隙的排屑和消電離速度加快，減弱了電極上的“覆蓋效應(yīng)”。由左圖知，不同工具電極對(duì)沖油抽油的敏感性不同。

注意：加工較易進(jìn)行且穩(wěn)定的電火花加工，不宜采用沖油舞抽油。左非采用沖油抽油不可時(shí)，應(yīng)控制壓力在較小的范圍內(nèi)。抽油或沖油的影響

3.3電火花加工工藝規(guī)律

沖油抽油方式對(duì)電極損耗無明顯影響，但對(duì)電極端面損耗的均勻性有較大區(qū)別。沖油時(shí)電極損耗呈凹形端面，抽油時(shí)呈凸形端面。這是由于沖油進(jìn)口所含雜質(zhì)較少，溫度較低，流速加快，覆蓋效應(yīng)減弱。

實(shí)踐證明，當(dāng)油孔位置與電極形狀對(duì)稱時(shí)，交替使用沖油和抽油的方法，可相互抵消，得到較平整的表面。另外采用脈動(dòng)沖油、抽油比連續(xù)的沖、抽油效果好。電極的形狀和尺寸的影響

3.3電火花加工工藝規(guī)律

電極的形狀和尺寸對(duì)電極損耗影響也很大，特別是存在尖角、棱邊、薄片等形狀時(shí)。如圖所示型腔，用整體電極加工困難，實(shí)際生產(chǎn)中，首先加工主型腔，再用小電極加工副型腔。

工具電極材料的影響

損耗的大致順序如下：銀鎢合金<銅鎢合金<石墨(粗規(guī)準(zhǔn))<紫銅<鋼<鑄鐵<黃銅<鋁。3.3電火花加工工藝規(guī)律影響電極耗損的因素

3.3電火花加工工藝規(guī)律因素說

明減少損耗條件脈沖寬度脈寬愈大，損耗愈小，至一定數(shù)值后，耗損可降至小于1%。脈寬足夠大。峰值電流峰值電流增大，電極損耗增加減小峰值電流加工面積影響不大大于最小加工面積極性影響很大。應(yīng)根據(jù)不同電源、不同電規(guī)準(zhǔn)、不同工作液、不同電極材料、不同工作材料，選擇合適的極性。一般脈寬大時(shí)用正極性，小時(shí)用負(fù)極性。鋼電極用負(fù)極性。電極材料常用電極材料中，黃銅的損耗最大，紫銅、鑄鐵、鋼次之，石墨和銅鎢、銀鎢合金較小。紫銅在一定的電規(guī)準(zhǔn)和工藝條件下，也可以得到低損耗加工。石墨做粗加工電極，紫銅做精加工電極工件材料加工硬質(zhì)合金時(shí)電極損耗比加工鋼工件大用高壓脈沖加工或用水作工作液，在一定條件下可降低損耗工作液常用的煤油、機(jī)油獲得低損耗加工需要具備一定的工藝條件；水和水溶液比煤油容易實(shí)現(xiàn)低損耗加工（在一定條件下），如硬質(zhì)合金工件的低損耗加工，黃銅和鋼電極的加工。排屑條件在損耗較小的規(guī)準(zhǔn)下加工時(shí)，排屑條件越好則損耗越大，如紫銅；有些電極材料對(duì)些則不敏感，如石墨。在損耗較大的規(guī)準(zhǔn)下加工時(shí)，二次放電會(huì)使損耗增加。在允許的條件下，最好不采用強(qiáng)迫沖、抽油。3.3.3影響表面粗糙度的因素

電火花加工是由若干小凹坑組成，能貯存潤滑油，其耐磨性比同樣粗糙度的機(jī)加工表面要好，在同樣表面粗糙度情況下，電加工表面比機(jī)加工表面亮度低。脈沖寬度TON

：峰值電流一定時(shí)，脈沖寬度越大，表面粗糙度越差峰值電流IP

：脈沖寬度一定時(shí)，峰值電流越大，表面粗糙度越差材料的熔點(diǎn)：熔點(diǎn)高的材料粗糙度值相對(duì)小工作液的干凈度：工作液雜質(zhì)多，表面粗糙度變差.電極的表面粗糙度：石墨電極表面比較粗糙，因此它加工出的表面粗糙度較大工件側(cè)邊的表面粗糙度值比端面?。ㄓ捎陔姌O的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生）3.3電火花加工工藝規(guī)律3.3.4影響加工精度（尺寸精度和形狀精度）的因素

放電間隙

：放電間隙隨電參數(shù)、電極材料、工作液的絕緣性能變化，影響精度；間隙越大，復(fù)制精度越差；放電間隙大，加工精度低；粗加工間隙大，精加工間隙小。加工