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1、电火花加工技术电火花加工技术主讲：刘建伟主讲：刘建伟一、电火花加工的起源一、电火花加工的起源电火花加工中的电蚀现象早在20世纪初就被人们发现，如插头、开关的启闭所产生的电火花对接触表面的损害。但真正将电蚀现象运用到实际生产加工中的是：20世纪中期前苏联的拉扎林科夫妇俩在研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温使局部金属熔化、气化而被蚀除掉，从而开创和发明了电火花加工方法，并于1943年利用电蚀原理研制出世界上第一台实用化的电火花加工装置。我国在20世纪50年代初期开始研究电火花设备，并于60年代初研制出第一台靠模仿形电火花线切割机床，随后研制出具有我国特色的高速走丝
2、线切割机床。二、电火花加工的概念二、电火花加工的概念电火花加工是一种利用电能和热能进行加工的新工艺，俗称放电加工（ElectricalDischargeMachining，EDM）。电火花加工与一般切削加工的区别在于，电火花加工时工具与工件并不接触，而是靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电，利用放电时产生局部、瞬时的高温把金属材料逐步蚀除下来，由于在放电过程中有可见火花产生，故称电火花加工。三、电火花加工的原理三、电火花加工的原理电火花加工(视频1)是基于在绝缘的工作液中工具和工件之间脉冲性火花放电局部、瞬时产生的高温，是工件表面的金属熔化、气化、抛离工件表面的原理。电火花加工的原理图如图所
3、示，当工件与工具两电极间电压加到直流100V左右，极间某一间隙最小处或绝缘强度最低处介质被击穿引起电离并产生火花放电，产生瞬时高温，使工具与工件表面蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑。然后经过一段时间间隔，排除电蚀产物和介质恢复绝缘，再在两级间加电，如此连续的重复放电，工具电极不断地向工件进给就可将工具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件。视频2其加工的必备条件是：必须采用脉冲电源；工具电极和工件被加工表面之间必须保持一定的间隙；放电必须在一定绝缘性能的液体介质中进行。四、电火花加工过程电火花加工是一个非常复杂的过程，其微观过程是热力、流体力、电场力、磁力、电化学等综合作用的结果。这一过
4、程可分为以下四个阶段：1.极间介质的电离、击穿，形成放电通道2.介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀3.电极材料的抛出4.极间介质的电离消除五、电火花加工的分类类 别工艺方法特点用途备注1电火花穿孔成形加工1.工具和工件件主要有一个相对的伺服进给运动2.工具为成形电极，与被加工表面有相同的截面或形状1.型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件2.穿孔加工：加工各种冲模、挤压模、粉末冶金模、各种异形孔及微孔等约占电火花机床总数的30%，典型机床有D7125、D7140等电火花穿孔成形机床2电火花线切割加工1.工具电极为沿着其轴线方向移动着的线状电极2.工具与工件在两水平方向同时有相对伺服进给
5、运动1.切割各种冲模和具有直纹面的零件2.下料、截割和窄缝加工3.直接加工出零件约占电火花机床总数的60%，典型机床有DK7725、DK7740等数控电火花线切割机床3电火花内孔、外圆和成形磨削1.工具与工件有相对的旋转运动2.工具与工件间有径向和轴向的进给运动1.加工高精度、表面粗糙度值小的小孔，如拉丝模、挤压模、微型轴承内环、钻套等2.加工外圆、小模数滚刀约占电火花机床总数的3%，典型机床有D6310电火花小孔内圆磨床4电火花同步共轭回转加工1.成形工具与工件均作旋转运动，但两者角速度相等或成整数倍，接近的放电点可有切向相对运动速度2.工具相对工件可作纵、横向进给运动以同步回转，展成回转、
6、倍角速度回转等不同方式，加工各种复杂形面的零件，如高精度的异形齿轮，精密螺纹环规、高精度、高对称、表面粗糙度值小的内、外回转体表面等约占电火花机床总数的1%以下，典型机床有JN-2,JN-8等内外螺纹加工机床5电火花高速小孔加工1.采用0.3mm3mm空心管状电极，管内冲入高压水基工作液2.细管电极旋转1.加工速度可高达60mm/min，深径比可达1：100以上2.线切割预穿丝孔3.深径比很大的小孔，如喷嘴等约占电火花机床总数的2%，典型机床有D7003A电火花高速小孔加工机床6电火花铣削加工工具电极相对工件作平面或空间运动，类似常规铣削1.适合用简单电极加工复杂形状2.由于加工效率不高，一般
7、用于加工较小零件各种多轴数控电火花加工机床有此功能7电火花表面强化、刻字1.工具在工件表面上振动2.工具相对工件移动1.模具刃口，刀具、量具刃口表面强化和镀覆2.电火花刻字、打印记约占电火花机床总数的2%-3%，典型机床有D9105电火花强化机等名称：普通电火花名称：普通电火花 成型机床成型机床型号：D7132N、40N、50N、60N名称：数控屏显成型机床名称：数控屏显成型机床型号：D7132D、40D、50D、63D名称：机电一体电火名称：机电一体电火 花成型机床花成型机床型号：D7125ND、32ND名称：电火花高速穿孔机名称：电火花高速穿孔机六、电火花加工的特点1.是非接触加工工件与工
8、具电极之间放电间隙为0.1-0.01毫米，间隙中充满煤油工作液2.加工过程中没有宏观切削力3.可以“以柔克刚”4.要求工件与工具必须是导电材料七、电火花加工的适用范围1.加工任何难加工的金属材料和导电材料；电极材料是紫铜或石墨2.加工形状复杂的表面；3.加工薄壁、弹性、低刚度、微细小孔、异形小孔、深小孔等有特殊要求的零件八、型号九、组成部分主要包括机床主体、控制部分、工作液循环系统。床身和支柱工作台主轴头附件机床主体工作液循环过滤系统电火花加工液主要作用及性能：（1）低粘度：冷却性好，流动性好，加工碎屑容易排出。（2）高闪火点、高沸点：闪火点高，不易起火；沸点高，不易汽化、损耗。（3）绝缘性好
9、：以维系工具电极与工件之间的适当的绝缘强度。（4）臭味小：加工中分解的气体无毒，对人体无害，当然无分解气体最好。（5）对加工件不污染、不腐蚀。（6）氧化安全性要好，寿命长。（7）价格要便宜。电火花工作液发展的三个阶段（1）五、六十年代甚至以前开始的水基、油基两大系列并用时期，基本上使用水和一般矿物油，如煤油、变压器油等。（2）七十年代至八十年代，开始生产电火花加工专用油，即适当的矿物油加入适量的添加剂，油中含有较多芳烃。（3）八十年代到九十年代开始，随着环保要求提高，机床升级换代，开始出现合成型、高速型和混合性电火花加工液(放电加工油，电火花机油)。十、影响金属蚀除率的主要因素1.极性效应的影
10、响（1）在短脉冲加工时，负电子对正极的轰击作用大于正离子对负极的轰击，因为负电子质量下，在短时间内达到了很高的速度，所得了很高的能量。因此在窄脉冲（t100us）粗加工时，应采用负极性加工，可以得到较高的蚀除速度和较低的电极损耗。2.电参数对蚀除率的影响脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电压、峰值电流等。3.金属材料热学常数对蚀除率的影响4.其他因素工作液种类、性能等十一、影响电火花加工精度和表面质量的主要因素影响精度的因素主要有：影响精度的因素主要有：1.与传统的机械加工一样，机床本身的各种误差，工件和工具电极的定位、安装误差都会影响到电火花加工的精度；2.与电火花加工工艺有关的主要因素是放电间隙的大
11、小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定等。电火花加工时工具电极与工件之间放电间隙大小实际上是变化的，电参数对放电间隙的影响非常显着，精加工放电间隙一般只有0.01mm（单面），而粗加工时则可达0.5mm以上。目前，电火花加工的精度为0.010.05mm。影响粗糙度的因素主要有：影响粗糙度的因素主要有：1.脉冲能量越大，加工速度越高，Ra值越大；2.工件材料越硬、熔点越高，Ra值越小；3.工具电极的表面粗糙度越大，工件的Ra值越大；十二、电火花加工的局限性v1）一般加工速度较慢安排工艺时可采用机械加工去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率。最近新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率甚至高于切削加工。v2）存在电极损耗和二次放电电极损耗多集中在尖角或底面，最近的机床产品已能将电极相对损耗比降至0.1，甚至更小；电蚀产物在排除过程中与工具电极距离太小时会引起二次放电，形成加工斜度，影响成型精度。二次放电甚至会使得加工无法继续。v3）最小角部半径有限制一般电火花加工能得到的最小角部半径等于加工间隙（通常为0.020.3mm），若电极有损耗或采用平动、摇动加工则角部半径还要增大。