第2章 电火花加工

本章要点电火花加工的基本原理及其分类电火花加工的机理电火花加工用的脉冲电源电火花加工机床电火花穿孔成形加工第一章电火花加工加工原理1.工具与工件之间保持适当间隙自动进给调节系统2.火花放电必须是脉冲性放电采用脉冲电源3.在有一定绝缘性能的介质中放电液体绝缘介质两极之间火花放电电腐蚀去除材料创造条件：1—工件2—脉冲电源3—自动进给调节系统4—工具5—工作液6—过滤器7—工作液泵图2-1电火花加工原理示意图32145671.必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距离以形成放电间隙；2.放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行；3.脉冲波形基本是单向的；4.有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属熔化或气化。加工条件优点1.适于难切削材料的加工硬质合金、淬火钢等2.加工复杂形状或特殊零件应用领域日益扩大局限性1.主要加工金属等导电材料2.加工速度较慢3.有电极损耗，影响加工精度电火花加工的特点及应用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电火花加工过程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。极性效应工件正极—正极性加工工件负极—负极性加工精加工短脉冲ti10s粗加工长脉冲ti80s为充分利用极性效应，一般都采用单向脉冲电源电火花加工设备（一）脉冲电源（二）自动进给调节装置（三）工具电极（四）液体介质驰张式、闸流管式、晶闸管式、晶体管式、集成元件等维持所需的“平均”放电间隙S,保证电火花加工正常进行。步进电机、伺服电机系统常用石墨或铜作工具材料，价格低廉钨、钼或铜钨、银钨等复合材料，性能好价格贵。（1）绝缘、击穿放电及消电离（2）压缩放电通道，能量集中（3）气化产生局部高压，利于蚀物排除（4）对工具、工件的冷却作用常用的工作液有煤油、机油等电火花加工工艺方法分类类别工艺方法特点用途备注1穿孔成形加工工具为成形电极主要一个进给运动型腔加工、冲模挤压模、异形孔约占电机床总数30%2电火花线切割加工工具为线状电极两个进给运动冲模、直纹面、窄缝、下料占总数60%3内孔、外圆成形磨相对旋转运动、径向轴向进给运动精密小孔、外圆小模数滚刀占总数3%4同步共轭回转加工均作旋转运动且纵横进给精密螺纹、异形齿轮、回转表面占总数1%5高速小孔加工细管电极旋转、穿孔速度极高深小孔、喷嘴、穿丝孔占总数2%6表面强化、刻字工具在工件上振动工具相对工件移动工具刃口强化、刻字占总数2%～3%图电火花加工时的加工斜度smaxsmin工具二次放电加工斜度电极损耗棱角变钝图中ti为脉冲宽度，to为脉冲间隔，tp为脉冲周期，ui为脉冲峰值电压或空载电压uititptouto图2-1脉冲电源空载电压波形型号DK7132参数代号（工作台横向行程为320）型别代号（穿孔、成型加工机床）组别代号（电火花加工机床）特征代号（数控）类别代号（电加工类机床）名称：普通电火花成型机床型号：D7132N、40N、50N、60N名称：数控屏显成型机床型号：DK7132D、40D、50D、63D名称：机电一体电火花成型机床型号：D7125ND、32ND影响金属蚀除率的主要因素1.极性效应的影响1234(a)(b)1234(a)正极性(b)负极性1-成形电极；2-工件；3-脉冲电源；4-工作液-++-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)电火花加工的局限性1.一般加工速度较慢2.存在电极损耗和二次放电3.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0.02-0.3mm），若电极有损耗或采用平动、摇动加工则角部半径还要增大。1.加工速度和工具损耗速度•加工速度：单位时间内工件的电蚀量，即生产率；•损耗速度：单位时间内工具的电蚀量电火花加工的基本工艺规律（１）加工速度•qp--正极的总蚀除量；•kp--工艺系数（与电极材料、脉冲参数和工作液有关）；•wM--单个脉冲能量；•f--脉冲频率；•t--加工时间；•vp--正极蚀除速度。•φ——有效脉冲利用率，%；fwktqvMPPP/提高加工速度途径１）提高脉冲频率２）增加单个脉冲能量３）提高工艺参数４）正确选择工件的极性（２）工具的相对损耗加工中衡量工具电极是否耐损耗，不仅要看工具损耗速度，还要看同时能达到的加工速度，所以采用相对损耗（损耗比）作为衡量工具电极耐损耗之指标。vvN/100%降低工具电极的相对损耗途径•１）极性效应•２）覆盖效应：黑膜只能在正极表面形成，因此须采用负极性加工•３）传热效应•4）沉积效应•5）选择合适的工具电极材料工具电极材料•铜：制成各种精密复杂电极，可用于中小型腔加工•钨、钼：熔点和沸点较高、损耗少，但其机械加工性能不好，价格较贵，一般仅用于线切割。•石墨：用于型腔加工•铜碳、铜钨和银钨合金等合金材料：导热性好，熔点高，电极损耗少，价格较贵、制造成型困难，通常只用于精密电火花加工。2.影响加工精度的主要因素（１）放电间隙的大小和一致性（２）工具电极的损耗及“二次放电”•二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电。•二次放电主要是在加工深度方向的侧面产生斜度和使加工棱角边变钝。图3-4加工斜度的产生a)工具损耗产生加工斜度b)轮廓对比图1-工具电极无损耗时的轮廓线2-工具电极有损耗但不考虑二次放电时的工件轮廓线1-工具电极有损耗时的轮廓线2-工具电极有损耗且产生二次放电时的工件轮廓线3-工件4-工具电极•另外，工具的尖角或凹角很难精确地复制在工件的表面上。图3-5尖角变圆现象a)加工外表面b)加工内表面1-工件电极2-工具电极影响表面质量的因素◆表面粗糙度：单个脉冲能量、工具电极的表面粗糙度、加工速度。◆表面变质层：熔化凝固层、热影响层及显微裂纹。◆表面力学性能：表面最外层硬度与耐磨性、残余应力、耐疲劳性能。1.穿孔加工•常指贯通的等截面或变截面的二维型孔（圆孔、方孔、多边孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔、微孔等加工的电火花加工。a)圆孔b)方槽c)异形孔d)弯孔电火花加工的应用•穿孔加工的尺寸精度主要取决于工具电极的尺寸和放电间隙。•工具电极的截面轮廓尺寸要比预定加工的型孔尺寸均匀地缩小一个加工间隙，其尺寸精度要比工件高一级，表面粗糙度应比工件的小。•一般电火花加工后尺寸公差可达IT7级，表面粗糙度Ra值1.25。•电火花加工较大孔时，一般先预制孔，留合适余量（单边余量为0.5～1mm左右），余量太大，生产率低，电火花加工时不好定位。•细微孔：直径小于0.2mm的孔。•国外目前可加工出深径比为5，直径为0.015mm的细微孔。在我国一般可加工出深径比为10，直径为0.05mm的细微孔。•但加工细微孔的效率较低，因为工具电极制造困难，排屑也困难，单个脉冲的放电能量须有特殊的脉冲电源控制，对伺服进给系统要求更严。•电火花主要应用在直径为0.3～3mm的高速小孔的加工，可避免小直径钻头（d≤1mm）易折断问题。•还适用于斜面和曲面上加工小孔，并可达较高尺寸精度和形状精度。•在加工时可采用管状电极，内通高压工作液，工具电极在回转的同时又作轴向进给运动，速度可达60mm/min。２.电火花型腔加工•一般指三维型腔和型面加工，如挤压模、压铸模、塑料模及胶木模等型腔的加工及整体式叶轮、叶片等曲面零件的加工。•型腔多为盲孔加工，且形状复杂，致使工作液难以循环，排出蚀除渣困难，因此比穿孔加工困难。•为了改善加工条件，有时在工具电极中间开有冲油孔，以便冷却和排出加工产物