《机械加工工艺(第4版)》电子教案 教学单元11
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• （二）电火花成形加工的机理 • 火花放电时，电极表面的金属材料被蚀除的微观物理过程即所谓电火
花加工的机理，了解这一微观过程，有助于掌握电火花成形加工的基 本规律。一次脉冲放电过程大致可分为以下四个连续的阶段：极间介 质的电离、击穿，形成放电通道；介质热分解、电极材料熔化、汽化 热膨胀；电极材料的抛出；极间介质的消电２ 相关知识
• （２）表面变化层。经电火花加工后的表面将产生包括凝固层和热影 响层的表面变化层。
• 三、电火花穿孔加工 • 用电火花成形加工方法加工通孔称为电火花穿孔加工。它在模具制造
中主要用于切削加工方法难于加工的凹模型孔。用电火花加工的冲模， 容易获得均匀的配合间隙和所需的落料斜度，刃口平直耐磨，可以相 应地提高冲件质量和模具的使用寿命。但加工中电极的损耗影响加工 精度，难以达到小的表面粗糙度，要获得小的棱边和尖角也比较困难。
• （４）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属熔化或汽化。 图１１－４为电火花加工系统原理图。自动进给调节装置能使工件和 工具电极保持给定的放电间隙。脉冲电源输出的电压加在液体介质中 的工件和工具电极（以下简称电极） 上。
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１１.２ 相关知识
• 当电压升高到间隙中介质的击穿电压时，会使介质在绝缘强度最低处 被击穿，产生火花放电，如图１１－５所示。瞬间高温使工件和电极 表面都被蚀除掉一小块材料，形成小的凹坑。
• （２）脉冲波形基本是单向的。如图１１－３所示，放电延续时ｔｉ 称为脉冲宽度，ｔｉ应小于１０ｓ－３，以使放电产生的热量来不及从 放电点过多传导扩散到其他部位，只在极小的范围之内使金属局部熔 化，直至汽化。相邻脉冲之间的间隔时间ｔ０称为脉冲间隔，它使放 电介质有足够的时间恢复绝缘状态，以免引起持续电弧放电，烧伤加 工表面。Ｔ＝ｔｉ＋ｔ０称为脉冲周期。
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１１.２ 相关知识
• 二、影响电火花成形加工工艺的主要因素 • （一）影响材料腐蚀的主要因素 • １）极性效应对电蚀量的影响 • ２）电参数对电蚀量的影响 • ３）金属材料热学常数对电蚀量的影响 • （二）影响加工精度的因素 • 工件的加工精度除受机床精度、工件的装夹精度、电极制造及装夹精
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１１.１ 任务引入
• 本单元主要讲述特种加工方法中较为通用的一种方式：数控电火花成 形加工和数控电火花线切割加工工艺，其主要任务是通过完成图１１ －１和图１１－２所示零件的特种加工工艺设计分析，使学生掌握特 种加工工艺设计方法。
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１１.２ 相关知识
• 11.2.1 电火花成形加工
花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形 状及表面质量预定的加工要求。要达到这一目的，必须创造下列条件：
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１１.２ 相关知识
• （１）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。这个间隙的大小与加工电压、加工介质等因素有关，一 般为０.０１～０.１ｍｍ。在加工过程中还必须用工具电极的进给和 调节装置来保持这个放电间隙，使脉冲放电能连续进行。
度影响之外，主要受放电间隙和电极损耗的影响。 • （１）电极损耗对加工精度的影响。 • （２）放电间隙对加工精度的影响。
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１１.２ 相关知识
• （３）加工斜度对加工精度的影响。 • （三）影响表面质量的因素 • （１）表面粗糙度。电火花加工后的表面，是由脉冲放电时所形成的
大量凹坑排列重叠而形成的。表面粗糙度与脉冲宽度、峰值电流的关 系如图１１－９所示。由图１１－９可知： • ① 表面粗糙度随脉冲宽度增大而增大； • ② 表面粗糙度随峰值电流的增大而增大； • ③ 为了提高表面粗糙度必须减小脉冲宽度和峰值电流； • ④ 在粗加工时，提高生产率以增加脉宽和减小间隔为主；精加工时， 以减小脉冲宽度来降低表面粗糙度。
教学单元１１ 零件的特种加工工艺设计
• １１.１ 任务引入 • １１.２ 相关知识 • １１.３ 任务实施
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１１.１ 任务引入
• 图１１－１和图１１－２分别为冲裁模的凸凹模和卡箍落料模凹模零 件。分析其结构特点，采用常规的机械加工方法难度大或根本无法加 工，只有采用特殊的加工方法和工艺加以解决。特种加工是直接利用 电能、热能、光能、化学能、电化学能、声能等进行加工的工艺方法， 与传统的切削加工方法相比，其加工机理完全不同。在模具生产中常 用的有电火花成形加工、电火花线切割加工、电铸加工、电解加工、 超声加工和化学加工等。
• 电火花成形加工又称放电加工（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＤｉｓｃｈａ ｒｇｅＭａｃｈｉｎｉｎｇ，简称ＥＤＭ），它是在加工过程中，使 工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产 生的高温把金属蚀除下来。
• 一、电火花成形加工的原理、机理和特点 • （一）电火花成形加工的原理 • 电火花成形加工的原理是基于工具和工件（正、负电极 之间脉冲火
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１１.２ 相关知识
• （一）保证凸、凹模配合间隙的方法 • 对于冷冲模，其凸、凹模配合间隙是一个很重要的技术指标，在电火
花加工中，常用的保证凸、凹模配合间隙的工艺方法有以下几种： • （１）直接法。直接法是用加长的钢凸模作电极加工凹模的型孔，加
工后将凸模上的损耗部分去除。凸、凹模的配合间隙靠控制脉冲放电 间隙来保证。用这种方法可以获得均匀的配合间隙，模具质量高，不 需另外制造电极，工艺简单。但是，钢凸模做电极加工速度低，加工 不稳定。此方法适用于形状复杂的凹模或多型孔凹模，如电机转子、 定子矽钢片冲模。
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１１.２ 相关知识
• （３）放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。液体介质能 够将电蚀产物从放电间隙中排出，还可对电极表面进行较好的冷却。 目前大多数电火花成形机床采用煤油做工作液进行穿孔和型腔加工。 在大功率工作条件下（如大型复杂型腔模的加工），为了避免煤油着 火，采用燃点较高的机油、煤油与机油的混合油等作为工作液。近年 来，新开发的水基工作液可使粗加工效率大幅度提高。
花加工的机理，了解这一微观过程，有助于掌握电火花成形加工的基 本规律。一次脉冲放电过程大致可分为以下四个连续的阶段：极间介 质的电离、击穿，形成放电通道；介质热分解、电极材料熔化、汽化 热膨胀；电极材料的抛出；极间介质的消电２ 相关知识
• （２）表面变化层。经电火花加工后的表面将产生包括凝固层和热影 响层的表面变化层。
• 三、电火花穿孔加工 • 用电火花成形加工方法加工通孔称为电火花穿孔加工。它在模具制造
中主要用于切削加工方法难于加工的凹模型孔。用电火花加工的冲模， 容易获得均匀的配合间隙和所需的落料斜度，刃口平直耐磨，可以相 应地提高冲件质量和模具的使用寿命。但加工中电极的损耗影响加工 精度，难以达到小的表面粗糙度，要获得小的棱边和尖角也比较困难。
• （４）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属熔化或汽化。 图１１－４为电火花加工系统原理图。自动进给调节装置能使工件和 工具电极保持给定的放电间隙。脉冲电源输出的电压加在液体介质中 的工件和工具电极（以下简称电极） 上。
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１１.２ 相关知识
• 当电压升高到间隙中介质的击穿电压时，会使介质在绝缘强度最低处 被击穿，产生火花放电，如图１１－５所示。瞬间高温使工件和电极 表面都被蚀除掉一小块材料，形成小的凹坑。
• （２）脉冲波形基本是单向的。如图１１－３所示，放电延续时ｔｉ 称为脉冲宽度，ｔｉ应小于１０ｓ－３，以使放电产生的热量来不及从 放电点过多传导扩散到其他部位，只在极小的范围之内使金属局部熔 化，直至汽化。相邻脉冲之间的间隔时间ｔ０称为脉冲间隔，它使放 电介质有足够的时间恢复绝缘状态，以免引起持续电弧放电，烧伤加 工表面。Ｔ＝ｔｉ＋ｔ０称为脉冲周期。
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１１.２ 相关知识
• 二、影响电火花成形加工工艺的主要因素 • （一）影响材料腐蚀的主要因素 • １）极性效应对电蚀量的影响 • ２）电参数对电蚀量的影响 • ３）金属材料热学常数对电蚀量的影响 • （二）影响加工精度的因素 • 工件的加工精度除受机床精度、工件的装夹精度、电极制造及装夹精
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１１.１ 任务引入
• 本单元主要讲述特种加工方法中较为通用的一种方式：数控电火花成 形加工和数控电火花线切割加工工艺，其主要任务是通过完成图１１ －１和图１１－２所示零件的特种加工工艺设计分析，使学生掌握特 种加工工艺设计方法。
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• 11.2.1 电火花成形加工
花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形 状及表面质量预定的加工要求。要达到这一目的，必须创造下列条件：
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• （１）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。这个间隙的大小与加工电压、加工介质等因素有关，一 般为０.０１～０.１ｍｍ。在加工过程中还必须用工具电极的进给和 调节装置来保持这个放电间隙，使脉冲放电能连续进行。
度影响之外，主要受放电间隙和电极损耗的影响。 • （１）电极损耗对加工精度的影响。 • （２）放电间隙对加工精度的影响。
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• （３）加工斜度对加工精度的影响。 • （三）影响表面质量的因素 • （１）表面粗糙度。电火花加工后的表面，是由脉冲放电时所形成的
大量凹坑排列重叠而形成的。表面粗糙度与脉冲宽度、峰值电流的关 系如图１１－９所示。由图１１－９可知： • ① 表面粗糙度随脉冲宽度增大而增大； • ② 表面粗糙度随峰值电流的增大而增大； • ③ 为了提高表面粗糙度必须减小脉冲宽度和峰值电流； • ④ 在粗加工时，提高生产率以增加脉宽和减小间隔为主；精加工时， 以减小脉冲宽度来降低表面粗糙度。
教学单元１１ 零件的特种加工工艺设计
• １１.１ 任务引入 • １１.２ 相关知识 • １１.３ 任务实施
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• 图１１－１和图１１－２分别为冲裁模的凸凹模和卡箍落料模凹模零 件。分析其结构特点，采用常规的机械加工方法难度大或根本无法加 工，只有采用特殊的加工方法和工艺加以解决。特种加工是直接利用 电能、热能、光能、化学能、电化学能、声能等进行加工的工艺方法， 与传统的切削加工方法相比，其加工机理完全不同。在模具生产中常 用的有电火花成形加工、电火花线切割加工、电铸加工、电解加工、 超声加工和化学加工等。
• 电火花成形加工又称放电加工（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＤｉｓｃｈａ ｒｇｅＭａｃｈｉｎｉｎｇ，简称ＥＤＭ），它是在加工过程中，使 工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产 生的高温把金属蚀除下来。
• 一、电火花成形加工的原理、机理和特点 • （一）电火花成形加工的原理 • 电火花成形加工的原理是基于工具和工件（正、负电极 之间脉冲火
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１１.２ 相关知识
• （一）保证凸、凹模配合间隙的方法 • 对于冷冲模，其凸、凹模配合间隙是一个很重要的技术指标，在电火
花加工中，常用的保证凸、凹模配合间隙的工艺方法有以下几种： • （１）直接法。直接法是用加长的钢凸模作电极加工凹模的型孔，加
工后将凸模上的损耗部分去除。凸、凹模的配合间隙靠控制脉冲放电 间隙来保证。用这种方法可以获得均匀的配合间隙，模具质量高，不 需另外制造电极，工艺简单。但是，钢凸模做电极加工速度低，加工 不稳定。此方法适用于形状复杂的凹模或多型孔凹模，如电机转子、 定子矽钢片冲模。
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１１.２ 相关知识
• （３）放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。液体介质能 够将电蚀产物从放电间隙中排出，还可对电极表面进行较好的冷却。 目前大多数电火花成形机床采用煤油做工作液进行穿孔和型腔加工。 在大功率工作条件下（如大型复杂型腔模的加工），为了避免煤油着 火，采用燃点较高的机油、煤油与机油的混合油等作为工作液。近年 来，新开发的水基工作液可使粗加工效率大幅度提高。