现代加工技术02电火花加工

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1、哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术1第第4章电火花加工章电火花加工贾宝贤贾宝贤 (5687026 Electrical DischargeElectrical Discharge Machining MachiningEDMEDM哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt2课程内容大纲课程内容大纲 1 1绪论绪论 2 2电火花加工电火花加工 3 3电火花线切割加工电火花线切割加工 4 4电化学加工电化学加工 5 5超声波加工超声波加工 6 6磨料与水喷射加工磨料与水喷射加工 7 7激光加工激光加工 8 8快速快速原原型型制造制造 9 9电子束、离子束加工电子束

2、、离子束加工 1010化学、等离子体、磁性磨料加工化学、等离子体、磁性磨料加工、挤压珩磨、挤压珩磨哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt3本章内容本章内容 1 1放电现象放电现象 2 2电火花加工的基本原理和特点电火花加工的基本原理和特点 3 3电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律 4 4电火花加工机床电火花加工机床 5 5电火花加工自动进给调节系统电火花加工自动进给调节系统 6 6电火花穿孔成型加工电火花穿孔成型加工 7 7其他电火花加工其他电火花加工哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt4电火花的基本概念电火花的基本概念 (a)电火花为脉

3、冲式的瞬时放电，如：雷电放电、静电放电、电电火花为脉冲式的瞬时放电，如：雷电放电、静电放电、电磁感应放电等等。电火花一般是尖端放电现象，持续时间短，并磁感应放电等等。电火花一般是尖端放电现象，持续时间短，并伴随自由电荷的转移，发光发热，不同于一般的燃烧现象。伴随自由电荷的转移，发光发热，不同于一般的燃烧现象。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt5电火花的基本概念电火花的基本概念(b)电弧为连续放电，并发出强烈的光辉。电弧为连续放电，并发出强烈的光辉。应用之一：应用之一：HID（High Intensity Discharge）中文翻）中文翻译：译：“高强度气体放电灯高

4、强度气体放电灯”，是依据电弧放电原理，是依据电弧放电原理，激活灯内的氙气来发光，取代传统的钨丝燃烧发，激活灯内的氙气来发光，取代传统的钨丝燃烧发光。光。应用之二：电焊应用之二：电焊应 用 之 三：电 火 花 加 工，又 称 为应 用 之 三：电 火 花 加 工，又 称 为 放 电 加 工放 电 加 工，Electrical Discharge Machining，简称，简称EDM。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt6放电现象放电现象 当两电极接近时，也会发生放电，例如电灯开关在合当两电极接近时，也会发生放电，例如电灯开关在合上和拉开时，产生局部放电，可看到电弧光。使

5、开关的接上和拉开时，产生局部放电，可看到电弧光。使开关的接触部位触部位烧蚀烧蚀，这种现象称为，这种现象称为电蚀电蚀。这种现象早在。这种现象早在18701870年，年，就被英国科学家普里斯特利发现了。就被英国科学家普里斯特利发现了。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt7放电现象的利用放电现象的利用 1934 1934年，前苏联科学家年，前苏联科学家拉扎连柯夫妇拉扎连柯夫妇，研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因，研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被腐蚀掉，于是，开

6、创和发明了新的加工方而被腐蚀掉，于是，开创和发明了新的加工方法法电火花加工电火花加工。该方法就是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉该方法就是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，放电时局部瞬时产生的高温把金属蚀除冲性的火花放电，放电时局部瞬时产生的高温把金属蚀除下来。从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术下来。从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。在特种加工中，电火花加工的应用要求的一种加工方法。在特种加工中，电火花加工的应用最为广泛。最为广泛。视频：电火花视频：电火花 高清高清6-52.flv6-52.flv哈工大哈工大(威海威海)现代

7、加工技术现代加工技术编编辑辑ppt84.1 电火花加工的基本原理和特点电火花加工的基本原理和特点一、电火花加工原理一、电火花加工原理哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt9电火花加工机理视频：电火花加工机理视频：电火花加工机理.wmv.wmv哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt10一次电火花腐蚀的微观过程一次电火花腐蚀的微观过程1.1.极间介质的电离、击穿、形成放电通道极间介质的电离、击穿、形成放电通道 极间电压升高或极间距离减小极间电压升高或极间距离减小极间电场强度极间电场强度增大增大105V/mm即即100V/m左右时左右时产生场致电子发射

8、产生场致电子发射雪雪崩电离崩电离小于小于0.1s建立放电通道建立放电通道（电流密度达（电流密度达105106A/cm2（103104A/mm2）哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt11一次电火花腐蚀的微观过程一次电火花腐蚀的微观过程2.2.介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀放电通道形成后放电通道形成后电子、正离子运动电子、正离子运动动能转热能动能转热能电极表面高温电极表面高温工工作液气化、热分解作液气化、热分解电极材料熔化、气化电极材料熔化、气化迅速热膨胀迅速热膨胀哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt12

9、3.3.电极材料抛出电极材料抛出存在下面三种作用存在下面三种作用热爆炸力热爆炸力 瞬时膨胀瞬时膨胀电动力电动力正负离子对电极的冲正负离子对电极的冲击压力击压力流体动力流体动力蒸发、分解气体蒸发、分解气体热膨胀产生微爆炸热膨胀产生微爆炸电极材料抛出电极材料抛出大部分抛入工作液中收缩成小颗大部分抛入工作液中收缩成小颗粒，一小部分飞溅、镀覆、吸附在粒，一小部分飞溅、镀覆、吸附在对面的电极表面上对面的电极表面上（这种互相飞溅、镀覆（这种互相飞溅、镀覆以及吸附的现象，在某些条件下可以用来减少或以及吸附的现象，在某些条件下可以用来减少或补偿工具电极在加工过程中的损耗补偿工具电极在加工过程中的损耗 ）哈工大

10、哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt13一次电火花腐蚀的微观过程一次电火花腐蚀的微观过程放电影响区域放电影响区域 气化区气化区 熔化区熔化区 热影响区热影响区 无变化区无变化区哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt144.4.极间介质消电离 带电离子带电离子 中性粒子中性粒子v 介质恢复绝缘介质恢复绝缘v 电蚀物排除电蚀物排除v 热能排除热能排除哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt15电蚀坑电蚀坑 由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中集中（106107W/mm2

11、)，放电区域产生的瞬时高温，放电区域产生的瞬时高温,可达可达10000以上，以上，足以使材料溶化甚至蒸发，灼热的金属蒸气具足以使材料溶化甚至蒸发，灼热的金属蒸气具有很大的压力有很大的压力,引起剧烈的暴炸引起剧烈的暴炸,而将熔融的金属抛出而将熔融的金属抛出,以致形以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束后，经过很短的时间间成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束后，经过很短的时间间隔，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复隔，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地重复地循环下去，工具电极不断地向工件进给，始高频率地重复地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在

12、工件上，形成所需要的加工表面。它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt16二、电火花加工的条件二、电火花加工的条件v1.1.极间保持一定放电间隙极间保持一定放电间隙 自动进给调节系统自动进给调节系统v间隙过大：不能击穿间隙过大：不能击穿v间隙过小：短路接触间隙过小：短路接触v2.2.瞬时的脉冲放电（瞬时的脉冲放电（1010-7-7 10 10-3-3 s s）脉冲电源脉冲电源v连续放电：电弧放电，无法控制尺寸连续放电：电弧放电，无法控制尺寸v3.3.两电极之间必须充入介质两电极之间必须充入介质 工作液循环过滤系统工作液循环

13、过滤系统v工作液：煤油、皂化液、去离子水工作液：煤油、皂化液、去离子水v工作液的作用工作液的作用v有利于火花放电有利于火花放电v排除电蚀产物排除电蚀产物v冷却电极和工件冷却电极和工件视频：电火花条件视频：电火花条件-成形成形-穿孔穿孔.flv.flv哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt17三、电火花加工设备的组成三、电火花加工设备的组成 如图所示，加工时，如图所示，加工时，脉冲电源脉冲电源的一极接工具电的一极接工具电极，另一极接工件。两极极，另一极接工件。两极均浸入具有均浸入具有绝缘性的液体绝缘性的液体介质介质中。工具电极由中。工具电极由自动自动进给调节装置控制，以保

14、进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙时维持一很小的放电间隙（0.01-0.05mm）。）。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt18四、电火花加工的特点四、电火花加工的特点 (1)(1)可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及时高纯度的导电材料。如不锈钢、钛合金、工业以及时高纯度的导电材料。如不锈钢、钛合金、工业纯铁、淬火钢、硬质合金、导电陶瓷、立方氮化硼和纯铁、淬火钢、硬质合金、导电陶瓷、立方氮化硼和人造聚晶金刚石等；人造聚晶金刚石等；(2)(2)在加工过程中工具与工件

15、不直接接触，所以工在加工过程中工具与工件不直接接触，所以工件无机械变形，方法可加工细长、薄、脆性零件；件无机械变形，方法可加工细长、薄、脆性零件；(3)(3)虽然该方法是利用热效应来切除金属，但大部分虽然该方法是利用热效应来切除金属，但大部分材料不变热；材料不变热；哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt19四、电火花加工的特点四、电火花加工的特点(4)(4)可以在硬度高的材料上，加工出精度高，表面质量好可以在硬度高的材料上，加工出精度高，表面质量好的复杂模具；的复杂模具；(5)(5)用电火花加工的表面，是由许多小的弧坑组成，有助用电火花加工的表面，是由许多小的弧坑组成，

16、有助于油的保存和较好的润滑；于油的保存和较好的润滑；(6)(6)这种方法易于实现自动化。这种方法易于实现自动化。局限性局限性主要用于加工金属等导电材料主要用于加工金属等导电材料加工速度较慢加工速度较慢存在电极损耗，影响加工精度存在电极损耗，影响加工精度哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt204.2 4.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律一、影响材料电蚀量的主要因素一、影响材料电蚀量的主要因素极性效应极性效应电参数电参数(单个脉冲能量单个脉冲能量WM和脉冲频率和脉冲频率)金属材料热学常数金属材料热学常数工作液工作液其他因素其他因素哈工大哈工大(威海威海)现代加

17、工技术现代加工技术编编辑辑ppt211.1.极性效应对电蚀量的影响极性效应对电蚀量的影响 极性效应极性效应l电火花加工过程中，由于正、负极性不同而电蚀量电火花加工过程中，由于正、负极性不同而电蚀量不同的现象。不同的现象。产生极性效应的原因产生极性效应的原因 应用应用l正极性加工：正极性加工：工件接在脉冲电源的工件接在脉冲电源的正极正极l负极性加工：负极性加工：工件接在脉冲电源的工件接在脉冲电源的负极负极 电子的质量电子的质量 正离子的质量正离子的质量电子的惯性小电子的惯性小窄脉冲：正极性加工窄脉冲：正极性加工长脉冲：负极性长脉冲：负极性 加工加工 哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技

18、术编编辑辑ppt222.单个脉冲能量单个脉冲能量WM和脉冲频率和脉冲频率 在连续的电火花加工过程中，一定范围内，工件或工具的在连续的电火花加工过程中，一定范围内，工件或工具的单个脉冲蚀除量与单个脉冲能量成正比。正、负极的蚀除速度单个脉冲蚀除量与单个脉冲能量成正比。正、负极的蚀除速度与单个脉冲能量、脉冲频率成正比：与单个脉冲能量、脉冲频率成正比：MqKW f tv提高电蚀量和生产率的途径提高电蚀量和生产率的途径w 提高脉冲频率提高脉冲频率f fw 增加单个脉冲能量增加单个脉冲能量W WM Mw 减小脉冲间隙减小脉冲间隙t to ow 提高工艺系数提高工艺系数K K哈工大哈工大(威海威海)现代加工

19、技术现代加工技术编编辑辑ppt233.3.金属材料热学常数金属材料热学常数v金属材料热学常数对电蚀量的影响金属材料热学常数对电蚀量的影响w 脉冲放电能量相同时，熔点、沸点、比热容、熔脉冲放电能量相同时，熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热越高，电蚀量越少；化热、气化热越高，电蚀量越少；w 热传导率越大，电蚀量越少；热传导率越大，电蚀量越少；w 单个脉冲能量一定时，脉冲电流幅值越小，则脉单个脉冲能量一定时，脉冲电流幅值越小，则脉宽越长，散失的热量越多。电蚀量越少；脉冲电宽越长，散失的热量越多。电蚀量越少；脉冲电流幅值过大，则损耗能量使得材料气化，电蚀量流幅值过大，则损耗能量使得材料气化，电蚀量也将

20、减少。也将减少。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt244.4.工作液工作液v工作液对电蚀量的影响工作液对电蚀量的影响w 粘度大的工作液有利于压缩放电通道，提高粘度大的工作液有利于压缩放电通道，提高放电能量密度，强化电蚀产物的放电能量密度，强化电蚀产物的抛出抛出效应；效应；但不利于电蚀产物的但不利于电蚀产物的排出排出，影响正常放电。，影响正常放电。v工作液的选择工作液的选择w 粗加工粗加工机油：粘度大、介电性能好机油：粘度大、介电性能好w 精加工精加工煤油：粘度小、流动性好煤油：粘度小、流动性好哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt25其他因素

21、v其他因素对电蚀量的影响其他因素对电蚀量的影响w 碳黑膜现象碳黑膜现象 碳氢化合物类的工作液在放电过程发生热分解，形成带负碳氢化合物类的工作液在放电过程发生热分解，形成带负电的碳胶粒，吸附在正极表面，形成一定强度和厚度的化学吸电的碳胶粒，吸附在正极表面，形成一定强度和厚度的化学吸附层，称为附层，称为“碳黑膜碳黑膜”，由于碳的熔点和气化点很高，从而减，由于碳的熔点和气化点很高，从而减小电极蚀除量。小电极蚀除量。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt26其他因素v其他因素对电蚀量的影响其他因素对电蚀量的影响w 碳黑膜现象碳黑膜现象 碳氢化合物类的工作液在放电过程发生热分解，

22、形成带负碳氢化合物类的工作液在放电过程发生热分解，形成带负电的碳胶粒，吸附在正极表面，形成一定强度和厚度的化学电的碳胶粒，吸附在正极表面，形成一定强度和厚度的化学吸附层，称为吸附层，称为“碳黑膜碳黑膜”，由于碳的熔点和气化点很高，从，由于碳的熔点和气化点很高，从而减小电极蚀除量。而减小电极蚀除量。w 加工过程的稳定性加工过程的稳定性（加工深度、加工面积的增加，加（加工深度、加工面积的增加，加工型面复杂程度的增加，电极材料的选择）工型面复杂程度的增加，电极材料的选择）w 脉冲脉冲电源波形及前后沿电源波形及前后沿陡度陡度w 电蚀电蚀物抛出速度物抛出速度哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技

23、术编编辑辑ppt27二、加工速度与工具损耗速度二、加工速度与工具损耗速度1.加工速度加工速度vWw 单位时间内工件的电蚀量称为加工速度单位时间内工件的电蚀量称为加工速度w 体积加工速度和重量加工速度体积加工速度和重量加工速度提高加工速度的途径提高加工速度的途径w 提高脉冲频率提高脉冲频率w 增加单个脉冲能量增加单个脉冲能量w 提高工艺系数提高工艺系数哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt282.2.工具相对损耗工具相对损耗v工具损耗速度工具损耗速度vE Ew 单位时间内工具的电蚀量单位时间内工具的电蚀量v工具损耗比工具损耗比w 工具损耗速度与加工速度的比值，称为损耗比。

24、工具损耗速度与加工速度的比值，称为损耗比。w 体积相对损耗体积相对损耗100%EWvv哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt29降低工具损耗的措施(1)(1)正确选择极性和脉宽正确选择极性和脉宽一般情况下，短脉冲精加工采一般情况下，短脉冲精加工采用正极性加工；长脉冲粗加工用正极性加工；长脉冲粗加工采用负极性加工。采用负极性加工。(2)(2)利用吸附效应利用吸附效应负极性加工时，在一定条件下，负极性加工时，在一定条件下，工具表面可以形成一定强度和工具表面可以形成一定强度和厚度的化学吸附层（碳黑膜），厚度的化学吸附层（碳黑膜），对电极起到保护和补偿作用，对电极起到保护和补偿

25、作用，实现实现“低损耗低损耗”加工。加工。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt30降低工具损耗的措施降低工具损耗的措施(3)(3)利用传热效应利用传热效应选择导热性能比工件好的工具电极。选择导热性能比工件好的工具电极。(4)(4)选择合适的材料选择合适的材料铜：熔点低，但导热性好，因此损耗小，又能制成各种精密、铜：熔点低，但导热性好，因此损耗小，又能制成各种精密、复杂电极复杂电极石墨：热学性能好，长脉冲粗加工中可以吸附游离的碳来补偿石墨：热学性能好，长脉冲粗加工中可以吸附游离的碳来补偿电极损耗，目前用来制成型腔加工的电极电极损耗，目前用来制成型腔加工的电极钨、钼：熔点

26、和沸点较高，损耗小；机械加工性能差，一般在钨、钼：熔点和沸点较高，损耗小；机械加工性能差，一般在线切割中使用线切割中使用铜碳、铜钨、银钼：熔点高，导热性好；价格昂贵，制造成形铜碳、铜钨、银钼：熔点高，导热性好；价格昂贵，制造成形困难，一般只用在精密电火花加工中。困难，一般只用在精密电火花加工中。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt31三、影响加工精度的主要因素三、影响加工精度的主要因素v除电火花加工机床结构、机床传动、装夹定除电火花加工机床结构、机床传动、装夹定位误差之外，影响电火花加工精度的因素主位误差之外，影响电火花加工精度的因素主要有以下几个方面：要有以下几个方

27、面：w 放电间隙（大小及其一致性）放电间隙（大小及其一致性）w 工具电极的损耗工具电极的损耗w 尖角与棱边倒角尖角与棱边倒角哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt32放电间隙对加工精度的影响放电间隙对加工精度的影响w 一般在一般在0.010.5mm之间，精加工时间隙较小，之间，精加工时间隙较小，粗加工时间隙较大。粗加工时间隙较大。w 从减小加工误差的角度考虑，应该采用较小的从减小加工误差的角度考虑，应该采用较小的加工规准，缩小放电间隙，从而提高仿形精度加工规准，缩小放电间隙，从而提高仿形精度和间隙的一致性。和间隙的一致性。w“二次放电二次放电”会造成侧向间隙不均匀，形成

28、斜会造成侧向间隙不均匀，形成斜度，影响加工的形状精度。度，影响加工的形状精度。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt33工具电极的损耗对加工精度的影响工具电极的损耗对加工精度的影响w 电极入口处的放电间隙由于电蚀产物的存在，电极入口处的放电间隙由于电蚀产物的存在，“二次放电二次放电”的几率大而扩大，因而产生了加工斜度；工具电极下端加工的几率大而扩大，因而产生了加工斜度；工具电极下端加工时间长，绝对损耗大。时间长，绝对损耗大。w 工具电极的损耗直接影响加工精度，损耗越小，精度越高。工具电极的损耗直接影响加工精度，损耗越小，精度越高。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代

29、加工技术编编辑辑ppt34尖角与棱边倒角对加工精度的影响尖角与棱边倒角对加工精度的影响 工具的尖角或凹角很难精确地复制在工件上，这是因为当工工具的尖角或凹角很难精确地复制在工件上，这是因为当工具为凹角时，工件上对应的尖角处放电蚀陈的机率大，容易遭具为凹角时，工件上对应的尖角处放电蚀陈的机率大，容易遭受腐蚀而成为圆角。受腐蚀而成为圆角。尖角变圆现象尖角变圆现象a)加工外表面加工外表面 b)加工内表面加工内表面1-工件电极工件电极 2-工具电极工具电极哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt35四、电火花加工的表面质量四、电火花加工的表面质量 影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙

30、度的因素l表面粗糙度主要决定于表面粗糙度主要决定于单个脉冲能量单个脉冲能量，单个脉冲能量，单个脉冲能量越大，表面粗糙度越大；越大，表面粗糙度越大；l熔点高的材料（硬质合金）在相同能量下加工表面粗熔点高的材料（硬质合金）在相同能量下加工表面粗糙度比熔点低（钢）的材料好；糙度比熔点低（钢）的材料好；l精加工时，精加工时，工具电极工具电极的表面粗糙度也将影响加工表面的表面粗糙度也将影响加工表面的粗糙度；的粗糙度；l电极面积电极面积也对表面粗糙度有影响；也对表面粗糙度有影响；l表面粗糙度和表面粗糙度和加工速度加工速度存在很大的矛盾。存在很大的矛盾。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑

31、辑ppt36表面变质层表面变质层l在火花放电的瞬时高温和工作液的快速冷却作用在火花放电的瞬时高温和工作液的快速冷却作用下，材料的表层发生了很大变化，粗略的分为下，材料的表层发生了很大变化，粗略的分为熔熔化凝固层化凝固层和和热影响层热影响层。l熔化层容易出现熔化层容易出现显微裂纹显微裂纹，脉冲能量越大，显微，脉冲能量越大，显微裂纹越宽越深，过大的脉冲能量将会使裂纹扩展裂纹越宽越深，过大的脉冲能量将会使裂纹扩展到热影响层。到热影响层。放电痕剖面显示的表面变质层哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt37表面力学性能表面力学性能l电火花加工表面最外层的电火花加工表面最外层的硬度

32、硬度较高，较高，耐磨性耐磨性好。好。l电火花加工表面存在电火花加工表面存在残余应力残余应力，较大的加工规准，较大的加工规准引起的残余应力越大。引起的残余应力越大。l较大的残余拉应力和显微裂纹的存在使电火花加较大的残余拉应力和显微裂纹的存在使电火花加工表面比机械加工表面的工表面比机械加工表面的耐疲劳性耐疲劳性低许多倍。低许多倍。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt38电火花加工电火花加工分类分类哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt394.3 4.3 电火花加工机床电火花加工机床电火花成型加工机床电火花成型加工机床 电火花小孔加工机床电火花小孔加

33、工机床电火花成形加工机床的组成电火花成形加工机床的组成哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt40一、电火花成型加工机床一、电火花成型加工机床哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt41电火花加工机床电火花加工机床哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt42电火花机床结构图电火花机床结构图哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt431.1.机床本体机床本体 机床本体主要由机床本体主要由床身、立柱、主轴头及附床身、立柱、主轴头及附件、工作台等部分组成，件、工作台等部分组成，是用以实现工件和工是用以实现工件和工

34、具电极的装夹固定和运动的机械系统具电极的装夹固定和运动的机械系统。床身、床身、支柱、坐标工作台是电火花机床的骨架，起着支柱、坐标工作台是电火花机床的骨架，起着支承、定位和便于操作的作用。支承、定位和便于操作的作用。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt442.2.主轴头主轴头 主轴头是电火花成型机床中最关键的部件，是自动主轴头是电火花成型机床中最关键的部件，是自动调节系统中的执行机构，对加工工艺指标的影响极大。调节系统中的执行机构，对加工工艺指标的影响极大。对主轴头的要求是：结构简单、传动链短、传动间对主轴头的要求是：结构简单、传动链短、传动间隙小、热变形小、具有足够的

35、精度和刚度，以适应自动隙小、热变形小、具有足够的精度和刚度，以适应自动调节系统的惯性小、灵敏度好、能承受一定负载。调节系统的惯性小、灵敏度好、能承受一定负载。主轴头主要由进给系统、上下移动导向和水平面内主轴头主要由进给系统、上下移动导向和水平面内防扭机构、电极装夹及其调节环节组成。防扭机构、电极装夹及其调节环节组成。我国早在我国早在20世世纪纪6070年代曾广泛采用液压伺服进给的主轴头，年代曾广泛采用液压伺服进给的主轴头，随着随着步进电动机、力矩电动机和数控直流、交流伺服电动机步进电动机、力矩电动机和数控直流、交流伺服电动机的出现和技术进步，电火花机床中已越来越多地采用电的出现和技术进步，电火

36、花机床中已越来越多地采用电机械式主轴头机械式主轴头。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt452.2.主轴头主轴头 主轴头主轴头哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt463.3.脉冲电源脉冲电源 在电火花加工过程中，在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是把工频正脉冲电源的作用是把工频正弦交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，弦交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向工件向工件和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量以蚀和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属除金属。脉冲电源的性能脉冲电源的性能直接关系到电火花加工的直接关系到电火花加工

37、的加加工速度、表面质量、加工精度、工具电极损耗等工速度、表面质量、加工精度、工具电极损耗等工艺工艺指标。指标。脉冲电源输入为脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电，其输出应的交流电，其输出应满足如下要求：满足如下要求：(1)要有一定的要有一定的脉冲放电能量脉冲放电能量，否则不能使工件金，否则不能使工件金属气化。属气化。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt47哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt483.3.脉冲电源脉冲电源(2)火花放电必须是火花放电必须是短时间的脉冲性放电短时间的脉冲性放电，这样才能使，这样才能使放电产生的热量来不及扩散

38、到其他部分，从而有放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有效地效地蚀除金属蚀除金属，提高成型性和加工精度提高成型性和加工精度。(3)脉冲波形是脉冲波形是单向的单向的，以便充分利用极性效应，提高，以便充分利用极性效应，提高加工速度和加工速度和降低工具电极损耗降低工具电极损耗。(4)脉冲波形的主要参数脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉冲间峰值电流、脉冲宽度、脉冲间歇等歇等)有较宽的调节范围，有较宽的调节范围，以满足粗、中、精加工的要以满足粗、中、精加工的要求。求。(5)有适当的有适当的脉冲间隔时间脉冲间隔时间，使放电介质有，使放电介质有足够时间消足够时间消除电离并冲去金属颗粒，除电离并冲

39、去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件。以免引起电弧而烧伤工件。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt49电路简单、可靠、成本低电路简单、可靠、成本低、单脉冲功率小、适应于、单脉冲功率小、适应于精密加工。效率低。精密加工。效率低。将电阻阻抗值一分为二将电阻阻抗值一分为二1.RC和和 RLC电源电源哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt50闸流管式和电子管式电源闸流管式和电子管式电源晶闸管式、晶体管式和晶闸管式、晶体管式和MOS管式电管式电源源4 各种派生电源：如等脉冲电源、自适应控制电源等各种派生电源：如等脉冲电源、自适应控制电源等其他电源其他电源哈

40、工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt514.4 4.4 电火花加工自动进给调节系统电火花加工自动进给调节系统在放电过程中，电极工具工件不断被蚀除间隙逐渐增大，在放电过程中，电极工具工件不断被蚀除间隙逐渐增大，必须使工具补偿进给，以维持所需的放电间隙；当工具工件必须使工具补偿进给，以维持所需的放电间隙；当工具工件间短路时，必须使工具反向离开，随即再重新进给调节到所间短路时，必须使工具反向离开，随即再重新进给调节到所需的放电间隙，这是正常加工所必需解决的问题。由于电火需的放电间隙，这是正常加工所必需解决的问题。由于电火花加工放电间隙很小花加工放电间隙很小(0.01一一0.2

41、mm)，而且电蚀量、放电间隙，而且电蚀量、放电间隙在瞬时都不是常值而在一定范围内动荡，因此人工进给或恒在瞬时都不是常值而在一定范围内动荡，因此人工进给或恒速的速的“机动机动”进给很难满足要求，必须采用自动进给和调节进给很难满足要求，必须采用自动进给和调节装置。装置。自动进给调节系统的任务在于维持一定的放电间隙，保证电自动进给调节系统的任务在于维持一定的放电间隙，保证电火花加工正常而稳定地进行，以获得较好的加工效果。火花加工正常而稳定地进行，以获得较好的加工效果。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt52一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类一、自动进给调节系统的作用

42、、技术要求和分类早期采用早期采用液压伺服进给液压伺服进给；后来采用后来采用步进电机步进电机；目前普遍采用目前普遍采用交、直流伺服电机交、直流伺服电机;先进的采用先进的采用直线电机进给直线电机进给。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt53二、自动进给调节系统的基本组成部分二、自动进给调节系统的基本组成部分1 1）调节对象：极间放电间隙）调节对象：极间放电间隙2 2）测量环节：测量脉冲电压的信号）测量环节：测量脉冲电压的信号3 3）比较环节：比较电压差）比较环节：比较电压差4 4）放大驱动器：一般采用晶体管放大）放大驱动器：一般采用晶体管放大5 5）执行环节：伺服进给机构

43、）执行环节：伺服进给机构哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt544.5 4.5 电火花穿孔成型加工电火花穿孔成型加工电火花成形穿孔加工是用工具电极对工件进行复制加工的工电火花成形穿孔加工是用工具电极对工件进行复制加工的工艺方法，可归纳为艺方法，可归纳为视频：电火花成形加工视频：电火花成形加工.flv.flv哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt55一、冲模的电火花加工一、冲模的电火花加工利用电火花加工的优点利用电火花加工的优点便于加工硬脆的冲模便于加工硬脆的冲模可在淬火后加工可在淬火后加工可采用整体式硬质合金冲模，不可采用整体式硬质合金冲模，不

44、用镶嵌结构用镶嵌结构 配合间隙均匀、刃口耐磨配合间隙均匀、刃口耐磨哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt56电火花穿孔加工的工艺方法电火花穿孔加工的工艺方法1.1.直接配合法直接配合法直接配合法是用加长的钢凸模作电极加工凹模的型孔，直接配合法是用加长的钢凸模作电极加工凹模的型孔，加工加工后将凸模上损耗的部分去除。后将凸模上损耗的部分去除。凸、凸、凹模的冲裁间隙靠控凹模的冲裁间隙靠控制脉冲放电间隙来保证。制脉冲放电间隙来保证。2.2.修配凸模法修配凸模法凸模和工具电极分别制造，凸模和工具电极分别制造，在凸模上留有一定的修配余量，在凸模上留有一定的修配余量，钳工按电火花加工

45、好的凹模型孔修配凸模，钳工按电火花加工好的凹模型孔修配凸模，达到所要求达到所要求的凸、的凸、凹模冲裁间隙。凹模冲裁间隙。3.3.配作电极法配作电极法工具电极和凸模分别制造，工具电极和凸模分别制造，但电极的断面尺寸根据凸、但电极的断面尺寸根据凸、凹凹模冲裁间隙的要求，模冲裁间隙的要求，以及所选电规准的放电间隙进行配以及所选电规准的放电间隙进行配作，作，使电火花加工后的凹模与凸模配合后能获得所要求使电火花加工后的凹模与凸模配合后能获得所要求的冲裁间隙。的冲裁间隙。这种加工方法的缺点与修配凸模法类似。这种加工方法的缺点与修配凸模法类似。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt5

46、7二、型腔模的电火花加工二、型腔模的电火花加工哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt58热流道模具热嘴孔锥面的电火花加工哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt59手机模具型腔的电火花哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt60模具型腔的电火花模具型腔的电火花哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt61哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt62哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt63三、小孔电火花加工三、小孔电火花加工小孔加工特点：小孔加工特点：1）加工面

47、积小，深度大，直）加工面积小，深度大，直径一般径一般 0.052mm，深径，深径比达比达20以上；以上；2）小孔加工均为盲孔加工，）小孔加工均为盲孔加工，排屑困难。排屑困难。常规机加工最新小孔钻进展常规机加工最新小孔钻进展（日本）：（日本）：1mm钻深达钻深达150mm；12mm钻深可达钻深可达2500mm以上。以上。视频：电火花高速小孔机视频：电火花高速小孔机 高清高清.flv.flv哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术采用特制冷拔双采用特制冷拔双孔管状电极，转孔管状电极，转动加工消除毛刺动加工消除毛刺芯，管孔通芯，管孔通15MPa高压工作高压工作液。适合加工直液。适合加工直径径

48、0.3 3mm深深300mm。范例。范例1mm深深1000mm。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术65喷丝板哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt66四、异形小孔的电火花加工四、异形小孔的电火花加工哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt67反拷加工反拷加工哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt684.6 4.6 其他电火花加工其他电火花加工表表4-1哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt694.6 4.6 其他电火花加工（续）其他电火花加工（续）哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代

49、加工技术编编辑辑ppt70一、电火花小孔磨削一、电火花小孔磨削哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt71二、电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀二、电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀 采用电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀的齿形，已开始采用电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀的齿形，已开始用于齿形的粗加工和半精用于齿形的粗加工和半精 加工，提高生产率加工，提高生产率35倍，成本降倍，成本降低低80左右。左右。电火花铲磨时，工作液是浇注到加工间隙中去的，所以要电火花铲磨时，工作液是浇注到加工间隙中去的，所以要考虑油雾所引起的燃烧问题，因此一般采用粘度较大，燃点考虑油雾所引起的燃烧问题

50、，因此一般采用粘度较大，燃点较高的油。单纯的煤抽由于燃点低，容易燃烧，不能采用。较高的油。单纯的煤抽由于燃点低，容易燃烧，不能采用。5号锭子油的电火花磨削性能与煤油相近，加工表面粗糙度略号锭子油的电火花磨削性能与煤油相近，加工表面粗糙度略好而生产率稍低，但能避免油雾所引起的燃烧问题，所以好而生产率稍低，但能避免油雾所引起的燃烧问题，所以比较安全。比较安全。工具电极采用纯铜磨轮时，具有磨削性能好、损耗较小、工具电极采用纯铜磨轮时，具有磨削性能好、损耗较小、生产率、表面粗糙度也较好等优点。但纯铜磨轮用梳刀修正生产率、表面粗糙度也较好等优点。但纯铜磨轮用梳刀修正时很困难，故也有一定局限性。从电火花磨

51、削性能来看，采时很困难，故也有一定局限性。从电火花磨削性能来看，采用石墨磨轮比较合理。用梳刀修正石墨磨轮时，梳刀磨损较用石墨磨轮比较合理。用梳刀修正石墨磨轮时，梳刀磨损较小，进行电火花磨削，时损耗小，生产率较高，但表面粗糙小，进行电火花磨削，时损耗小，生产率较高，但表面粗糙度稍差些。度稍差些。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt72三、电火花共轭同步回转加工螺纹三、电火花共轭同步回转加工螺纹哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt73四、聚晶金刚石等高阻抗材料电火花加工四、聚晶金刚石等高阻抗材料电火花加工v聚晶金刚石被广泛用作拉丝模、刀具、磨轮等

52、材料，聚晶金刚石被广泛用作拉丝模、刀具、磨轮等材料，它的硬度仅稍次于天然金刚石。金刚石虽是碳的同素它的硬度仅稍次于天然金刚石。金刚石虽是碳的同素异构体，但天然金刚石几乎不导电，聚晶金刚石是将异构体，但天然金刚石几乎不导电，聚晶金刚石是将人造金刚石微粉用铜、铁粉等导电材料作为粘结剂，人造金刚石微粉用铜、铁粉等导电材料作为粘结剂，搅拌、混合后加压烧结而成。因此整体仍有一定的导搅拌、混合后加压烧结而成。因此整体仍有一定的导电性能，可以用电火花加工。电性能，可以用电火花加工。v电火花加工聚晶金刚石的原理电火花加工聚晶金刚石的原理是靠火花放电时的高温是靠火花放电时的高温将导电的粘结剂熔化、气化蚀除掉，同

53、时电火花高温将导电的粘结剂熔化、气化蚀除掉，同时电火花高温使金刚石微粉使金刚石微粉“碳化碳化”为可加工的石墨，也可能因粘为可加工的石墨，也可能因粘结剂被蚀除掉后而整个金刚石微粒自行脱落下来。有结剂被蚀除掉后而整个金刚石微粒自行脱落下来。有些导电的工程陶瓷及立方氮化硼材料也可用类似的原些导电的工程陶瓷及立方氮化硼材料也可用类似的原理进行电火花加工。理进行电火花加工。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt74五、金属电火花表面强化和刻字五、金属电火花表面强化和刻字哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt75五、金属电火花表面强化和刻字五、金属电火花表面

54、强化和刻字哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt76五、金属电火花表面强化和刻字五、金属电火花表面强化和刻字哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt77六、电熔爆加工六、电熔爆加工 电熔爆是一种对难加工材料进行高效加工的电加工技术。电熔爆是一种对难加工材料进行高效加工的电加工技术。它采用低电压大电流分别作用于工具电极和被加工件表面，使它采用低电压大电流分别作用于工具电极和被加工件表面，使被加工面在高密度电子流的轰击下瞬间产生高温而熔化，在工被加工面在高密度电子流的轰击下瞬间产生高温而熔化，在工作液的作用下，熔化的金属与基体爆离，从而被去除。这一技作

55、液的作用下，熔化的金属与基体爆离，从而被去除。这一技术可广泛应用于各种高硬、超黏、特脆、热敏感、表面高低不术可广泛应用于各种高硬、超黏、特脆、热敏感、表面高低不平等难加工金属材料的加工，加工效率可达平等难加工金属材料的加工，加工效率可达l kg/min。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt78(2)(2)电熔爆的加工特点电熔爆的加工特点电熔爆加工技术是一种新型的金属加工方法。其电熔爆加工技术是一种新型的金属加工方法。其 加工特点加工特点主要表现为如下几点。主要表现为如下几点。1)适用于导电材料的高效率粗加工。每小时熔爆切削质量适用于导电材料的高效率粗加工。每小时熔爆切

56、削质量可达可达10kg以上，提高生产率以上，提高生产率510倍。倍。2)被加工件的表面变化层深度被加工件的表面变化层深度0.050.33mm。工件表面不。工件表面不产生裂纹、不改变原力学性能。产生裂纹、不改变原力学性能。3)非接触式加工，工件不变形，机床受力小，比传统机械非接触式加工，工件不变形，机床受力小，比传统机械加工可提高机床使用寿命加工可提高机床使用寿命5倍。倍。4)加工尺寸可控，精加工尺寸精度可达到加工尺寸可控，精加工尺寸精度可达到0.05mm，精加工，精加工表面粗糙度可达到表面粗糙度可达到Ra0.4m。5)对工件前期处理要求低。工件可以是锻件、铸件、堆焊对工件前期处理要求低。工件可

57、以是锻件、铸件、堆焊和喷焊件等。和喷焊件等。6)加工时噪声较大。加工时噪声较大。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt79电熔爆加工设备电熔爆加工设备哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt80电熔爆加工的轧辊电熔爆加工的轧辊电熔爆加工修造的轧辊电熔爆加工修造的轧辊哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt81七、电火花混粉加工七、电火花混粉加工研究成果：采用研究成果：采用“混粉加工混粉加工”新工艺，可较大面积地新工艺，可较大面积地加工出质量很高的光亮面。加工出质量很高的光亮面。具体方法：在具体方法：在煤油煤油工作液中加入工作液

58、中加入硅硅或或铝铝等等导电微粉导电微粉。原因原因：这样可使工作液的电阻率降低、放电间隙成倍：这样可使工作液的电阻率降低、放电间隙成倍增大，潜布寄生电容成倍减小，放电通道被分割成多增大，潜布寄生电容成倍减小，放电通道被分割成多个小的火花放电通道，到达工件表面的脉冲能量被分个小的火花放电通道，到达工件表面的脉冲能量被分散，相应的电痕就较小，表面较光整。散，相应的电痕就较小，表面较光整。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt混粉电火花加工粉末颗粒粉末颗粒工件工件电极电极电蚀产物电蚀产物电极电极工件工件放电间隙增大放电间隙增大减小了放电集中发生减小了放电集中发生哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt混粉电火花加工哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt混粉电火花加工 镜面电火花加工样件照片镜面电火花加工样件照片面积分别为面积分别为100100 100mm100mm2 2和和100mm100mm时加工表面时加工表面哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt液中电火花放电表面改性哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术编编辑辑ppt液中电火花放电表面改性距表面的距离（距表面的距离（m）硬硬度度（HV）图图5表面处理表面处理WC的断面硬度分布和材料分布的断面硬度分布和材料分布硬度硬度