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1、先进加工制造技术电火花加工原理 班班 级：级：机自机自09040904班班姓姓 名：名：郑郑 永永 宽宽学学 号：号：0901011030901011031.1.电火花与电火花加工电火花与电火花加工 概念概念 电火花是一种加工工艺，主要是利用具有特定几何形状的放电电极（EDM 电极）在金属（导电）部件上烧灼出电极的几何形状。电火花加工是在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。了解电火花和电火花加工的不同：电火花加工是电火花中的一种。电火花加工基本原理电火花加工基本原理 在绝缘工作液中，工具与工件（正负极）间产生脉冲性火花放电，产生局部、瞬时高温，使
2、工件溶化（气化）而抛离工件表面，达到金属表面被加工的目的。条件：（1）一定间隙（工具与工件间，几微米数百位米）（2）介质为绝缘工作液 （3）工具与工件间产生脉冲性火花放电 脉冲发电器1是利用电容器C的充电放电，把直流转变为脉冲电流，电流经过限流电阻R逐渐充集储存在电容器C上。电容器上的电压逐渐升高，当它升高到足以使工具电极3和工件4之间的电极间隙火花放电击穿时，电容器上储存的绝大部分能量在电极间隙内瞬时放出，达到很高的电流密度，产生极高的温度（10000摄氏度左右），足以使局部表面熔化或气化，形成凸坑。电容器上的电能顺势放完之后，工具电极和工具电极和工件间的绝缘介质立刻恢复绝缘状态，从而把放点
3、电路切断，这时又经过电阻重新充电，如此循环不已。1.脉冲发射器 2.自动进给调节系统 3.工具电极 4.工件 5.工作液 6.工作液泵电火花加工机理电火花加工机理电火花加工基于电火花腐蚀原理,是在工具电极与工件电极相互靠近时,极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温,使局部金属融化,甚至汽化,从而将金属蚀除下来。这一过程大致分为以下几个阶段：(1)极间介质的电离、击穿,形成放电通道 放电通道是有大量带正电和负电的粒子以及中型粒子组成,带电粒子高速运动,相互碰撞,产生大量热能,使通道温度升高,通道中心温度可达到10000摄氏度以上。由于放电开始阶段通道截面很小,而通道内有高温热膨胀形成
4、的压力高达几万帕,高温高压的放电通道急速扩展,产生一个强烈的冲击波向四周传播。在放电的同时还伴随着光效应和声效应,这就形成了肉眼所能看到的电火花。(2)电极材料的融化,汽化热膨胀 液体介质被电离、击穿,形成放电通道后,通道间带负电的粒子奔向正极,带正电的粒子奔向负极,粒子间相互撞击,产生大量的热能,使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使工作液汽化,进而气化,然后高温向四周扩散,使两电极表面的金属材料开始融化直至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸汽瞬间体积猛增,形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时,可以看到工件与工具电极间有冒烟现象并听到轻微的爆炸声。(3)电极材料的抛出 正负电极间产生的电
5、火花现象,使放电通道产生高温高压。通道中心的压力最高,工作液和金属汽化后不断向外膨胀,形成内外瞬间压力差,高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排挤,抛出放电通道,大部分被抛入到工作液中。加工中看到的桔红色火花就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。(4)极间介质的消电离在电火花放电加工过程中产生的电蚀产物如果来不及排除和扩散,那么产生的热量将不能及时传出,使该处介质局部过热,局部过热的工作液高温分解,结碳,使加工无法进行,并烧坏电极。因此为了保证电火花加工过程的正常进行,在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排除,恢复放电通道的绝缘性,使工作液介质消电离。实际上,电火花加工的过程远比上述复杂,它是
6、电力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。到目前为止,人们对电火花加工过程的了解还有限,需要进一步研究。电火花加工原理动画电火花加工原理动画 影响材料放电腐蚀的因素影响材料放电腐蚀的因素1极性效应对电蚀量的影响极性效应对电蚀量的影响在电火花加工时，相同材料在电火花加工时，相同材料(如用钢电极加工钢如用钢电极加工钢)两电极的被腐蚀量是不同两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做极性效应。的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做极性效应。如果两电极材料不同，则极性效应更加明显。在生产中，将工件接脉冲电源正极(工具电极接脉冲电源负极)
7、的加工称为正极性加工(如图3-3所示)，反之称为负极性加工(如图3-4所示)。极性效应受到电极及电极材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等多种因素的影响，主要原因是脉冲宽度。在电场的作用下，放电通道中的电子奔向正极，正离子奔向负极。在窄脉宽度加工时，采用正极性加工；在宽脉冲宽度加工时，采用负极性加工。在实际加工中，要充分利用极性效应，正确选择极性，最大限度地提高工件的蚀除量，降低工具电极的损耗。2覆盖效应对电蚀量的影响覆盖效应对电蚀量的影响在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形成一定厚度的覆盖层，这种现象叫做覆
8、盖效应。极表面上，形成一定厚度的覆盖层，这种现象叫做覆盖效应。在油类介质中加工时，覆盖层主要是石墨化的碳素层，其次是粘附在电极表面的金属微粒粘结层。（1）碳素层的生成条件：）碳素层的生成条件：要有足够高的温度。要有足够多的电蚀产物，尤其是碳粒子。要有足够的时间，以便在形成一定厚度的碳素层。一般采用负极性加工，因为碳素层易在阳极表面生成。必须在油类介质中加工。（2）影响覆盖效应的主要因素：）影响覆盖效应的主要因素：1)脉冲参数的影响。增大脉冲放电能量有助于覆盖层的生长。2)电极对材料的影响。铜加工钢时覆盖效应较明显。3)工作液的影响。油类工作液有助于碳素层的生成。4)工艺条件的影响。在电火花加工
9、中，覆盖层不断形成，又不断被破坏。为了实现电极低在电火花加工中，覆盖层不断形成，又不断被破坏。为了实现电极低损耗，达到提高加工精度的目的，最好使覆盖层形成与破坏的程度达损耗，达到提高加工精度的目的，最好使覆盖层形成与破坏的程度达到动态平衡。到动态平衡。3电参数对电蚀量的影响电参数对电蚀量的影响电火花加工过程中的电蚀量与单个脉冲能量、脉冲效率等电参数密切相关。单个脉冲能量与平均放电电压、平均放电电流和脉冲宽度成正比。在实际加工中，对单个脉冲能量的大小主要取决于平均放电电流和脉冲宽度的大小。要提高电蚀量，应增加平均放电电流、脉冲宽度及提高脉冲频率。但在实际生产中，这些因素往往是相互制约的，并影响到
10、其它工艺但在实际生产中，这些因素往往是相互制约的，并影响到其它工艺指标，应根据具体情况综合考虑。例如，增加平均放电电流，加工指标，应根据具体情况综合考虑。例如，增加平均放电电流，加工表面粗糙度值也随之增大。表面粗糙度值也随之增大。4金属材料对电蚀量的影响金属材料对电蚀量的影响正负电极表面电蚀量分配不均除了与电极极性有关外，还与电极的材料有很大关系。当脉冲放电能量相同时，工件的熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热等愈高，电蚀量将愈少，愈难加工。导热系数愈大的金属，因能把较多的热量传导、散失到其它部位，故降低了本身的蚀除量。一般来说，工件一般来说，工件 电极即被加工材料往往在设计时已经确定好，可电极
11、即被加工材料往往在设计时已经确定好，可选择的余地较小，所以，在实际生产中，应根据工件选择的余地较小，所以，在实际生产中，应根据工件 电极的材料全电极的材料全理选择合理工具电极的材料。理选择合理工具电极的材料。5工作液对电蚀量的影响工作液对电蚀量的影响 电火花加工一般在液体介质中进行。液体介质通常叫做工作液，工作液作用：(1)压缩放电通道，使放电能量高度集中在极小的区域内，既加强蚀除的效果，又提高放电仿型的精确性。(2)加速电极间隙的冷却和消电离过程，有助于防止出现破坏性电弧放电。(3)加速电蚀产物的排除。(4)加剧放电的流体动力过程，有助于金属的抛出。电火花成形加工多采用油类做工作液。机油粘度
12、大、燃点高，有利于压缩放电通道，但粘度大，不利于电蚀产物的排出，影响正常放电；煤油粘度低，流动性好，排屑条件较好。在粗加工时，要求速度快，放电能量大，放电间隙大，故常选用机油等粘度大的工作液。在中、精加工时，放电间隙小，往往采用煤油等粘度小的工作液。采用水做工作液可减少碳黑的生成量，提高加工速度，此外，水还具有流动性好、散热性好、不易起弧、不燃、无味、价廉等特点。但普通水是弱导电液，会产生离子导电的电解过程，这是很不利的，目前还只在某些大能量粗加工中采用。在精密加工中，可采用比较纯的蒸馏水、去离子水或乙醇水溶液来做工作液，其绝缘强度比普通水高。6.其他因素其他因素影响电蚀量的还有一些其他因素，
13、首先是加工过程的稳定性，加工过程不稳定将干扰以致破坏正常的火花放电，使有效脉冲利用率降低。随着加工深度、加工面积的增加或加工型面复杂程度的增加，都不利于电蚀产物的排除，影响加工稳定性，降低加工速度，严重时将造成结炭拉弧，使加工难以进行。为了改善排屑条件，提高加工速度和防止拉弧，常采用强迫冲油和工具电极定时抬刀等措施。如果加工面积较小，采用的加工电流较大，也会使局部电蚀产物浓度过高，放电点不能分散转移，放电后的余热来不及传播扩散而积累起来，造成过热，形成电弧，破坏加工的稳定性。电极材料对加工稳定性也有影响，钢电极加工钢时电极间隙容易磁化，吸附铁屑，加工不易稳定，纯铜、黄铜加工钢时则比较稳定。脉冲电源的波形影响着输入能量的集中或分散程度，对电蚀量也有很大影响。电火花加工过程中电极材料瞬时熔化或汽化而抛出，如果抛出速度很高，就会冲击另一电极表面使其蚀除量增大；如果抛出速度较低，则当喷射到另一电极表面时，会反粘和涂覆在电极表面，减少其蚀除量。此外，炭黑膜的形成也将影响到电极的蚀除量。如果工作液是以水溶液为基础的（去离子水、乳化液等），还会产生电化学阳极溶解和阴极电镀沉积现象，影响电极的蚀除量。