工程训练基础第十二章

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第一节

电火花成形加工

3.电规准的选择电规准是指电火花加工过程中一组电参数，如电压、电流、脉宽和脉冲间隙等。电规准选择正确与否，将直接影响着工件加工工艺指标。电火花成形加工中，常选择粗、中、精三种规准。（1）粗规准：对粗规准的要求是生产率高，工具电极的损耗小，主要采用较大的电流和较宽的脉冲宽度。
第十二章

特种加工

第一节第二节第三节第四节
电火花成形加工电火花线切割加工激光加工超声加工
第一节

电火花成形加工
电火花加工又称放电加工（简称EDM），是一种利用电、热能量进行加工的方法。它是利用工具电极和工件之间脉冲性火花放电，产生局部、瞬时的高温来蚀除金属对工件进行加工。由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域日益扩大，目前已广泛应用于机械(特别是模具制造)、宇航、航空、电子、电机、电器、精密微细机械、仪器仪表、汽车和轻工等行业，以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。
第一节

电火花成形加工
12.1.2
电火花加工原理及特点
1.电火花加工原理及过程电火花加工的原理是利用工具电极和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电，产生局部、瞬时的高温来蚀除多余的金属，以达到零件设计要求的尺寸、形状及表面质量。从微观上看，电火花蚀除是电场力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。

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第一节

电火花成形加工

2. 工具电极（1）电极材料的选择：电极材料应根据加工工件的材料和要求合理选择，要求导电和热物理性好、耐蚀性高、易于加工及成本低。常用的材料为纯铜、石墨和铜钨合金等。

（2）电极的精度要求：由于加工的精度主要决定于工具电极的精度，一般要求工具电极的精度不低于IT7，表面粗糙度＜Ra1.25 μm。如采用平动法加工，还应考虑所选用的平动量。
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第二节

电火花线切割加工

2. 线切割加工的特点及应用（1）加工特性：其加工性主要取决于材料的导电性和热学特性，而几乎与材料的力学性能无关。（2）加工成形工具及复杂形状：由于靠放电加工，电极丝很细（＜0.3 mm），可以加工微细异形孔、窄缝和形状复杂的工件，如带锥度型腔的电极、微细复杂形状的电极和各种样板、成形刀具等，用于各种模具制造，如凸模、凹模及各种形状的冲模等。采用移动的长电极丝进行加工，单位长度上的损耗很少，从而提高了加工精度。尺寸精度可达 0.01～0.02 mm，表面粗糙度Ra可达1.6 μm。

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第一节

电火花成形加工
（2）中规准：中规准用于过渡性加工，以减少精加工时的加工余量，提高加工速度，故采用的脉冲宽度一般为10～ 100 μs。（3）精规准：精规准用来最终保证工件所要求的配合间隙、表面粗糙度、刃口斜度等质量指标，并在此前提下尽可能地提高其生产率，故应采用小的电流、高的频率、窄的脉冲宽度，一般为2～6 μs。

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第一节

电火花成形加工
（3）易于实现加工过程自动化：由于是直接利用电能加工，而电能、电参数较机械量易于实现数字控制、适应控制、智能化控制和无人化操作等。电火花加工也有其一定的局限性，只能用于加工金属等导电材料，加工速度一般较慢，电极损耗会影响加工工件表面质量。

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第二节

电火花线切割加工
（1）工作台：由电动机、滚动丝杠和导轨组成，带动工件实现X、Y方向的直线运动。（2）走丝机构：由走丝电机带动储丝筒作正反向旋转，使电极丝往复运动并保持一定的张力。储丝筒在旋转的同时作轴向移动。（3）锥度切割装置：由偏移导轮或采用坐标联动机构，可实现锥度切割加工和上下异型截面加工。
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电火花成形加工

（3）多电极更换法在没有平动或摇动加工的条件时，常采用多工具电极更换法，它是采用多个工具电极依次更换加工同一个型腔。这要求电极制造精度高、电极的一致性好；另外，更换电极时要求定位装夹精度高。（4）分解电极法这是单工具电极平动法和多工具电极更换法的综合应用。它工艺灵活性强，仿形精度高，适用于尖角窄缝、沉孔、深槽多的复杂型腔模具加工。

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第一节

电火花成形加工
数控电火花成型机床加工时，利用工作台按一定轨迹做微量移动，称作摇动。摇动加工能适应复杂形状的侧面修光的需要，尤其可以做到尖角处的“清根”。如图12-3(a)所示为基本摇动模式；图12-3(b)为工作台变半径圆形摇动，主轴上下数控联动，可以修光或加工出锥面、球面。

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第一节

电火花成形加工
12.1.5
电火花高速小孔加工
电火花高速小孔加工是近年来新发展起来的高效电加工工艺。其特点如下： 1. 采用中空管状电极中空管状电极是专业厂特殊冷拔生产的，有单芯和多芯管，直径为0.3～3 mm。管中通人1～5 MPa的高压工作液，能迅速将电极损耗物排除，且能强化火花放电的蚀除作用，因此加工速度高，一般可达20～60 mm／min左右，比普通钻削小孔的速度还要快。

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第一节

电火花成形加工
（1）放电间隙：使工具电极与工件被加工表面之间始终保持一定的放电间隙，这一间隙随加工用量而定，通常约为几微米至几百微米。间隙过大极间电压不能击穿极间介质，将不会产生火花放电；如间隙过小，很容易形成短路接触，同样也不能产生火花放电。因此，电火花加工过程必须有一使工具电极和工件之间的放电间隙能自动进给和调节的装置。

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第一节

电火花成形加工
4. 成型方法简介（1）单电极直接成形法此法主要用于加工浅型腔模，如各种证章、花纹模，在模具表面加工商标、厂标和中文外文字等。（2）单电极平动、摇动法单电极平动法在型腔模电火加工中应用最广泛。它是用一个电极完成型腔的粗、中、精加工的，如图12-2所示。
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电火花成形加工

4. 电源箱电源箱包括脉冲电源、伺服进给系统及其他电气系统。脉冲电源在加工时提供蚀除金属的能量。其性能直接影响加工速度、加工精度、表面质量和电极损耗等工艺指标。
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第一节

电火花成形加工
12.1.4
电火花成型加工工艺
电火花加工过程大致可分为四个连续阶段：极间介质的电离、击穿和形成放电通道；介质热分解、电极材料熔化和气体热膨胀；电极材料的抛出；极间介质的消除电离。 1. 电火花加工的条件
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第一节

电火花成形加工
12.1.1
电火花加工类型及适用范围
电火花加工，按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致可分为电火花成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工和电火花表面强化等。各种方法及其用途见表12-2。
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第一节

电火花成形加工
（2）放电间歇时间：火花放电为瞬时的脉冲性放电，间歇时间约为10～1 000 ms。这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每次放电点分别作用在很小的范围内；否则，会像电焊那样持续电弧放电，放电点大量发热并使工件表面烧成不规则形状。因此，电火花机床必须有一套高频电源。（3）工作液：火花放电需在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化液或去离子水等，具有较高的绝缘强度（10 3～10 7Ω· cm），以利于产生脉冲性火花放电，同时起排屑和冷却作用。

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第二节

电火花线切割加工

2. 控制系统控制系统是进行电火花线切割的重要环节。它的主要作用是在加工过程中，按加工要求自动控制电极丝相对工件的运动轨迹，自动控制伺服进给速度，以获得所需工件的形状和尺寸。
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第二节

电火花线切割加工

3. 脉冲电源脉冲电源是将产生的脉冲信号放大，加到工件与电极丝之间，进行电蚀加工。 4. 工作液循环系统工作液循环系统提供切割加工时的工作液，起到冷却、排屑和迅速恢复绝缘的作用。

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第一节

电火花成形加工
12.1.6
电火花成型加工实例
1.工件毛坯加工 2.工具电极加工 3.电火花成型加工 4.加工规准 5.加工效果
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第二节

电火花线切割加工
电火花线切割加工（简称WEDM）是在电火花加工基础上发展起来的一种新的工艺形式。它是利用线状电极钼丝或铜丝作为电极，通过火花放电对工件进行切割，故称电火花线切割，现已得到广泛应用。目前国内外的线切割机床已占电加工机床的60%以上。电火花线切割机床通常分为快走丝和慢走丝两类。快走丝机床的电极丝作高速往复运动，电极丝可以多次重复使用，走丝速度在8～10 m/s；慢走丝机床的电极丝作单向运动，只能使用一次，走丝速度一般低于0.2 m/s，我国生产和使用的多为快走丝电火花线切割机床。

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第一节

电火花成形加工

2. 加工时电极作轴向进给和回转运动加工时工具电极作轴向进给运动，使电极管“悬浮”在孔心，不易产生短路，可加工出直线度和圆柱度很好的小深孔。同时，电极作回转运动能使端面损耗均匀，不致受高压、高速工作液的反作用力而偏斜。其加工原理如图12-5所示。电火花高速小孔加工主要用于加工不锈钢、淬火钢和硬质合金等难加工导电材料工件上的小孔，如化纤喷丝孔、滤板孔、发动机叶片、缸体的散热孔及液压、气动阀体的油路、气路孔、深孔钻孔等，并能方便地从工件的斜面、曲面穿入。加工孔的最大深径比能达到200∶1 。
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第一节

电火花成形加工

2. 电火花加工的特点（1）适合于难切削材料的加工：由于加工中材料的去除是靠放电时的电热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热学特性，而几乎与其力学性能(硬度、强度等)无关，这样就突破了传统切削加工对刀具的限制。（2）可以加工特殊材料及复杂形状的零件：由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，因此适宜脆性材料（如磁钢、硬质合金等）及轻薄微细零件的加工。由于可以简单地将工具电极的形状翻模复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工等。

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第二节

来自百度文库
电火花线切割加工
12.2.1
数控电火花线切割机床
数控快走丝电火花线切割机床主要由机床本体、控制系统、脉冲电源、工作液循环系统和机床附件等部分组成。图 12-8为BKDC数控电火花线切割机床示意图。 1. 机床本体机床本体又称切割台，是线切割机床的机械部分，由床身、工作台、走丝机构、锥度切割装置、丝架和夹具等部分组成。

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第二节

电火花线切割加工
12.2.2
线切割加工原理、特点及应用
1. 线切割加工原理电火花线切割加工是利用移动的细金属导线（钼丝或铜丝）作为电极，对工件进行脉冲火花放电，靠放电时局部瞬间产生的高温来除去工件材料，以此进行切割加工的方法，如图12-9所示。作为工具电极的钼丝或铜丝，在储丝筒带动下作正反向交替移动，脉冲电源的负极连接电极丝，正极连接工件，在电极丝和工件之间喷注工作液，工作台在水平面的两个坐标方向上各自按预定的控制程序，由数控系统驱动作伺服进给移动，完成工件的切割加工。

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第一节

电火花成形加工
12.1.3
电火花成型加工机床的组成
电火花成型加工机床主要由床身、立柱、主轴头、工作台及附件、工作液槽等部分组成，如图12-1所示。 1. 床身和立柱床身和立柱是机床的基础结构。它确保电极与工作台、工件之间的相互位置，要有较高的刚度，并能承受主轴负重和运动部件突然加速运动的惯性力。

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第一节

电火花成形加工

2. 工作台工作台主要用来支承和装夹工件。工作台上装有工作液箱，用以容纳工作液，使电极和工件浸泡在工作液里，起到冷却、排屑作用。工作台通过纵、横向丝杠旋转来移动上下滑板，改变纵横向位置，达到电极与工具件间所要求的相对位置。 3. 主轴头主轴头是成形加工机床的关键部件。它由伺服进给机构、导向和防扭机构、辅助机构三部分组成。它控制工件与工具电极之间的放电间隙，因此必须保证工作稳定，具有足够的速度和灵敏度。