电火花穿孔成形加工2
电火花穿孔成形加工
03
平衡策略
在加工过程中，需要找到加工效率与精度的平衡点，通过合理的参数调
整和工艺优化，实现高效高精度的电火花穿孔成形加工。
Hale Waihona Puke 新型电极材料的研究与应用传统电极材料
传统的电极材料如铜、石墨等在电火花穿孔成形加工中广泛应用，但它们存在一些局限性 ，如易损耗、易产生电极污染等。
新型电极材料
为了解决这些问题，研究者们正在研究新型的电极材料，如陶瓷、金刚石等。这些新型电 极材料具有高硬度、低损耗、低电极污染等优点，有望在电火花穿孔成形加工中替代传统 电极材料。
应用前景
随着新型电极材料的研发和应用，电火花穿孔成形加工的效率和精度有望得到进一步提升 ，同时还能降低加工成本和减少环境污染。
智能化与自动化技术的应用
智能化技术
智能化技术如人工智能、机器学习等在电火花穿孔成形加工中具有广阔的应用前景。通过智能化技术，可以实现加工 过程的自动监控、自动调整参数、自动预测和补偿等功能，从而提高加工效率和精度。
通过精确控制放电参数和电极位置，可以实现微米级甚至纳米级 的加工精度，满足高精度加工需求。
适用范围广
01
电火花穿孔成形加工可以加工各 种硬、脆、软等材料，如淬火钢 、硬质合金、玻璃、宝石等。
02
由于其非接触加工的特性，适用 于各种复杂形状和深孔的加工， 如模具、刀具、精密零件等。
加工效率高
电火花放电过程中，电极与工件之间 产生大量的热量，可以迅速熔化和汽 化材料，从而实现高效加工。
背景
随着制造业的发展，对高精度、高效率的加工技术需求日益增加 。电火花穿孔成形加工因其高精度、高效率、低成本等优点，在 航空、汽车、模具等领域得到广泛应用。
电火花穿孔成形加工的定义
第2章电火花加工
(2) 电火火花花放成电型必加须工是短时间的脉冲性放电，这样才能 使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有 效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。
(3) 脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应，提 高加工速度和降低工具电极损耗。
(4) 脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉 冲间歇等)有较宽的调节范围，以满足粗、中、精加 工的要求。
电火花成型加工
影响工具相对损耗的主要因素
极性效应 吸附效应：表面碳黑膜 传热效应：宽脉冲，小电流 材料选择：钨、钼，熔点和沸点高，损耗小，但机械加工性能
差，价格贵，用于线切割。铜，导热性好，常用于中小型型 腔加工的工具电极。石墨，热学性能好，吸附效应好，损耗 低，广泛用于型腔的加工。
电火花影成型响加工加工精度主要因素
电火花成型加工
2.电极材料的熔化、气化热膨胀 ：
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熔化直至沸腾气 化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增， 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。
电火花成型加工 脉冲电源
在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是产生频 率较高的单向脉冲电流，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除金属。脉冲电 源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、表面 质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。
脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电，其输出 应满足如下要求：
江南大学阶段性机考精密加工与特种加工第2阶段测试题
一、填空题（每空1分，共10分）1、电火花成形机床包括主机、、三大部分。
2、影响电火花加工表面粗糙度的主要因素有、。
3、电火花加工中影响材料去除量的因素主要有、电参数、和工作液。
4、电火花穿孔加工冲模时保证间隙的方法有直接配合法、、。
5、电火花加工为了减小工具损耗可以合理利用极性效应、、和选择合适的工具电极材料。
二、判断题（正确的打√，错误的打×，每小题1分，共10分）1、电火花加工可以在抽真空中进行。
（）2、电火花加工是非接触加工，所以加工后的工件表面无残余应力。
（）3、电火花线切割工具电极常用的材料有黄铜丝和钼丝。
4、电火花加工的放电间隙必须保持恒定值。
（）5、电火花加工也可以进行金属表面强化。
（）6、电火花加工中，生产率与脉冲频率成正比，所以脉冲频率越高越好。
（）7、电火花穿孔加工为了减小工具损耗对加工精度的影响，可采用工具贯穿工件来补偿。
（）8、电火花机床的自动进给系统跟普通机床的自动进给系统原理上是一样的。
（）9、电火花工作液循环采用强迫冲油容易实现但影响加工精度。
（）10、电火花线切割常采用宽脉冲大电流进行加工。
（）三、单项选择题（从以下选项中选出1个正确答案，每小题1分，共15分）1、电火花线切割加工时，不能选用的工作液为。
A、乳化液B、去离子水C、NaCl溶液D、纯水2、电火花加工中，不能独立形成和发生脉冲的电源是。
A、晶体管脉冲电源B、闸流管脉冲电源C、多回路脉冲电源D、RC脉冲电源3、不能使用电火花穿孔成型加工的材料是。
A、陶瓷B、淬火钢C、硬质合金D、铜4、下列哪个选项不是电火花工作液的作用。
A 压缩放电通道B 加速电极冷却C 加速电蚀产物排除D 导电作用5、下列选项中，不是电火花加工间隙排屑常采用的措施。
A 自然扩散B 强迫冲油C 工具定时抬起 D化合沉淀6、下列选项不属于线切割加工应用范围的是。
A、三维曲面加工B、切断C、焊接D、异形孔加工7、电火花加工中存在吸附效应，它主要影响。
第二章 电火花加工
2.2电火花加工的机理
• 3热膨胀:
–放电通道中电子和离子高速运动时相互碰撞， 动能转化成热能，在两极之间沿通道形成一 个高达1000～1200℃的瞬时高温热源，在热 源作用区的电极和工件表面金属会很快熔化， 甚至气化 –周围的工作液除一部分气化外，另一部分被 高温分解为游离的碳黑和H2、C2H2 、C2H4、 CnH2n等气体（使工作液变黑，在极间冒出小 气泡）
•脉冲电源参数：
–脉冲宽度ti :放电延续时间，ti应小于0.001s，以使放电气化产
生的热量不会传导扩散到其它部位，只是在极小范围内使金属局部 熔化，直至气化
–脉冲间隔t0 :相邻脉冲之间的间隙时间，使放电介质有足够的时
间恢复绝缘状态（称为消电离）
–脉冲周期T=ti+t0； –峰值电压:工件和电极间隙开路时电极间的最高电压ui –峰值电流:工件和电极间隙火花放电时脉冲电流瞬间的最大值i
–电极材料不必比工件材料硬，不存在机械加工时由于刀具 硬度而无法加工的问题
• 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过 程自动控制 • 5）只能加工导电材料 • 6）加工速度慢 • 7）电极有损耗
四、电火花加工方法分类
• 表2-1
2.2电火花加工的机理
• 包括：电离、放电、热膨胀、抛出金属和 消电离等几个连续的阶段
–煤油工作液，为避免起火可采用燃点较高的机油或煤油 与机油的混合物 –水基工作液，可大幅度提高粗加工效率
三、电火花成型加工的特点及应用
• 1）可加工用机械加工方法难于或无法加工的材料
–如淬火钢、硬质合金钢、耐热合金钢等
• 2）可加工小孔、深孔、窄缝零件
《现代制造技术》课后作业-1
绪论1．何谓特种加工？国外简称为： NTM 或 NCM ？（常见特种加工方法的英文简称如何写）所谓特种加工是只不同于传统切削加工方法，与传统加工有本质区别的不仅采用机械能，还采用电、化学、光、声等能量来进行加工的新一类加工方法2．特种加工的本质和特点？（1）不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（如电、化学、声、光、热等）去除金属材料；（2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度，如激光、电子束等加工甚至没有成形的工具：（3）加工过程中工具与工件之间不存在显著的机械切削力，如电火花、线切割、电解加工时工具与工件不接触。
11．电火花加工主要方法有哪些方法？电火花加工机理？.（1）主要方法有：电火花穿孔成形加工、电火花线切割加工、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、电火花表面强化及刻字加工。
（2）机理：基于工具和工件（正负极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件尺寸、形状及表面质量预定的加工要求，应用到加工过程中，具体做法是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，瞬时产生的高温蚀除金属。
2．何谓电火花加工的极性效应？正极性加工和负极性加工各自适用于什么场合？加工中如何利用极性效应来提高加工效率降低工具损耗？（1）极性效应：单纯的由正负极性不同而造成的彼此电蚀量不一样的现象（2）正极性加工时适合于短脉冲，窄脉冲；负极性加工时适合长脉冲；（3）采用单向脉冲直流电源，合理选用工具的电极材料，根据电极对材料的物理性能、加工要求选用最佳的电参数，正确的选用极性，使工件的蚀除速度最高，而工具的损耗尽可能小。
3．电火花加工的工作液有哪些作用？粗、精加工如何选择工作液有哪些作用？（1）作用形成电火花的击穿的放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态；对放电通道产生压缩作用；帮助电蚀产物的抛出和排除；对工具、工件冷却等作用。
（2）对于粗加工，由于一般采用脉冲能量大，加工间隙也较大，选用介电性能，粘度大的全损耗系统用油（既机油），其燃点较高，不易着火燃烧；对于精加工，选用粘度小，流动性能好，渗透性好的煤油作为工作液。
第2章-电火花加工
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适 用 范 围
1 )电火花穿孔成形加工 (1)穿孔加工：各种冲模、挤压模、粉末冶金模、异形孔 及微孔等； (2)型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔工件。 2 )电火花线切割 (1)切割各种冲模和具有直纹面的零件； (2)下料、截割和窄缝加工。
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适用范围
3 )电火花同步共扼回转加工 以同步回转、展成回转、倍角速度回转等不同方式，加工 各种复杂型面的零件，如高精度的异形齿轮，精密螺纹环规， 高精度、高对称度、表面粗糙度值小的内、外回转体表面等。 4 )电火花高速小孔加工 (1)线切割预穿丝孔； (2)深径比很大的小孔，如喷嘴等。 5 )电火花表面强化与刻字 (1)模具刃口，刀、量具刃口表面强化和镀覆； (2)电火花刻字、打印记。
பைடு நூலகம்
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脉冲电源的放电电压及电流波形
极间放电电压和电流波形 a）电压波形 b）电流波形
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2.1.4 电火花加工的类型及适用范围
按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同， 电火花加工大致可分为: 1 )电火花穿孔成形加工 2 )电火花线切割 3 )电火花同步共扼回转加工 4 )电火花高速小孔加工 5 )电火花表面强化与刻字
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放电凹坑形状与放电参数示例
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近期的研究还发现放电的蚀除量不仅与能量 的大小有关，还与蚀除的形式有关，对于窄脉宽 高峰值电流放电的情况产生的蚀除形式主要是以 材料的气化为主，而大脉宽低峰值电流主要产生 的蚀除形式是熔化方式，气化形式的蚀除效率比 熔化的要高30～50％，并且表面残留的金属及表 面质量有明显差异。
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2.3.3
蚀除速度和电极损耗的关系
1．加工速度
体积加工速度 mm3/min； 质量加工速度 g/min。
2电火花加工.
电火花加工的局限性
主要用于加工金属等金属材料,一 定条件下才可以加工半导体和非 导体材料
电火花加工工艺方法分类
根据工具电极和工件电极的相对 运动的方式和用途不同分类 电火花穿孔成形加工 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 电火花表面强化与刻字
电火花加工原理图
电火花加工的优点
适合于难切削材料的加工 可以 突破传统切削加工对刀具的限制， 实现用软的工具加工硬韧的工件， 甚至可以加工象聚晶金刚石、立 方氮化硼一类超硬材料。目前电 极材料多采用紫铜或石墨，因此 工具电极较容易加工。
电火花加工的优点
可以加工特殊及复杂形状的零件 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， 因此适宜加工低刚度工件及微细 加工。由于可以简单地将工具电 极的形状复制到工件上，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。数 控技术电火花加工可以简单形状 的电极加工复杂形状零件。
短脉冲----正极性加工 长脉冲----负极性加工
正极容易吸收工作液中的带有负 电荷的碳微粒，形成熔点和气化 点较高的薄层碳黑膜，能够减小 正极的损耗，保护正极。
影响极性效应的因素：脉宽，脉 间，脉冲峰值电流，放电电压， 工作液以及电极材料等。
交变脉冲，抵消极性效应，增加 电极损耗。
润滑性能和耐磨性； 表面粗糙度提高和加工速度下降的关 系； 工件材料的热学常数； 工具材料性质 单个脉冲能量，加工面积
表面变质层
熔化凝固层 热影响层 显微裂纹
表面力学性能
显微硬度及耐磨性 残余应力 耐疲劳性能
思考题
《现代制造技术》思考题
1．何谓特种加工？国外简称为：非传统加工NTM，Non-traditional machining或非常规机械加工NCM，Non-conventional machining？（掌握常用特种加工方法的英文简称如何写）2．特种加工的本质和特点？1）不是主要依靠机械能，而是只要其他能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属材料2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度，如激光、电子束等加工时甚至没有成形的工具3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力，如电火花、线切割、电解加工时工具和工件不接触。
11．电火花加工主要方法有哪些方法？电火花加工机理？1.电火花穿孔成形加工2.电火花线切割3.电火花磨削和镗磨4.电火花同步共轭回转加工5.电火花高速小孔加工6.电火花表面强化与刻字加工机理1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道2、介质热分解、电极材料融化、气化热膨胀3、电极材料的抛出14、极间介质的消电离2．何谓电火花加工的极性效应？正极性加工和负极性加工各自适用于什么场合？加工中如何利用极性效应来提高加工效率降低工具损耗？~在电火花加工过程中，由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。
~一般粗加工用负极性加工，精加工用正极性加工~一般在短脉冲精加工时采用正极性加工（即工件接电源正极），而在长脉冲粗加工时则采用负极性加工。
3．电火花加工的工作液有哪些作用？粗、精加工如何选择工作液有哪些作用？1）形成火花击穿放电通道,并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态2）对放电通道产生压缩作用3）帮助电蚀产物的抛出和排除4）对工具、工件产生冷却作用工作液的选择粗加工：介电性能、粘度较大的全损耗系统用油（即机油），且这种油燃点较高，大能量加工时着火燃烧的可能性小。
精加工：粘度小、流动性好、渗透性好的煤油作为工作液。
因为精加工时放电间隙比较小，排屑比较困难。
4．电火花加工的工艺范围如何？1)可以使用硬度不高的紫铜或石墨作工具电极,去加工任何硬,脆,韧,软和高熔点的导电材料；2）加工时工件与工具不接触，无切削力，因此适用加工薄壁，窄槽，低刚度及微细精密的零件；3）可以加工任何形状特殊，结构复杂的工件24）脉冲电源的参数可以任意调节，能在同一台机床上进行粗加工，半精加工或精加工。
特种加工期末考试复习题
特种加工是指利用机，光，电，声，热，化学，磁，原子能等能源来进行加工的非传统加工方法，它们与传统切削加工的不同特点主要有：1.不是主要依靠机械能，而是主要用其他的能量去除工件材料；2.工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度；3.在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用，工件不承受机械力，特别适合于精密加工低刚度零件。
机械制造面临的严峻任务：1.解决各种难切削材料的加工问题；2.解决各种特殊复杂型面的加工问题；3.解决各种超精密，光整零件的加工问题；4.特殊零件的加工问题特种加工的影响：1提高了材料的可加工性 2改变了零件的典型工艺路线。
3大大缩短新产品试制周期4对产品零件结构设计产生很大的影响5对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响。
精密与特种加工从加工成形的原理特点来分类，可以分为去除加工、结合加工、变形加工三大类。
电火花加工原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火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、形状和表面质量等预定的加工要求。
应用范围分为穿孔加工 型腔加工 两类。
要使电腐蚀原理用于尺寸加工，必须解决的问题：1.电极之间始终保持确定的距离，2.放电点的局部区域达到足够高的电流密度，以确保被加工材料能在局部熔化，气化，3.必须是脉冲性的放电，以确保放电所产生的热量来不及传导扩散到被加工材料的其他部分而集中在局部4.及时排除电极间的电蚀产物，以确保电极间介电性能的稳定解决的办法：使用脉冲电源和放电间隙自动进给控制系统，在具有一定绝缘强度和一定粘度的电介质中进行放电加工。
电火花加工的特点：1.适于任何难切削材料的加工2.适于加工特殊及复杂形状的零件3.脉冲参数可以在一个较大的范围内调节，可以在同一台机床上连续进行粗，半精及精加工4.直接利用电能进行加工，便于实现自动化电火花加工火花放电过程大致可分为哪四个连续的阶段？1.极间戒指的电离，击穿，形成放电通道2.介质热分解，电极材料融化，气化，热膨胀。
(完整word版)精密加工与特种加工复习题
《精密加工与特种加工》一、单项选择题1.立方氮化硼砂轮磨削时可采用下列哪种磨削液（A）。
A.油性液B.乳化液C.无机盐水溶液D.水2.以下材料最适合超声加工的是（ C ）。
A.合金钢B.低碳钢C.金刚石D.紫铜3.金刚石晶体的各向异性表现为（D）。
A.金刚石晶体的各个晶面的硬度不一样, 110晶面的硬度最高B.金刚石晶体的各个晶面的耐磨性不一致, 110晶面的摩削率最低, 最不容易磨损C.金刚石晶体的各个晶面的面网密度不一样, 110晶面的面网密度最小D、金刚石晶体的各个晶面的耐磨性不同, 同一个晶面上不同方向上的耐磨性不一样4、下列四个选项中, 属于超硬磨料的选项是（C）。
A.白刚玉B.棕刚玉C.立方氮化硼D.碳化硼5、下列四个砂轮修整方法选项中, 哪个修整方法具有整形和修锐两个功能（D）。
A.喷射法B.滚压挤压法C.研磨法D.电火花修整法6、超精密加工机床中采用的T型总体布局为：主轴做Z向运动, 进给系统做X向运动, 因而其主轴的驱动方式是（D）。
A.电动机通过带传动驱动 B、电动机通过柔性连轴节驱动主轴C.采用内装式电动机驱动 D、B与C两种方式都有7、下列的材料选项中哪个可选作测量平台的制作材料（A）。
A.铸铁B.45号钢C.合金钢D.硬质合金8、多齿分度盘的齿数为1440, 则其分度增量是（C）。
A.1度B.1/1440度C.1/4度D.4度9、下列的四个圆度, 直线度误差测量方法中, 既可用于在线测量, 又可用于实时控制的选项是（B）。
A.导轨直线度的反转测量法 B、导轨直线度的2点测量法C.零件圆度的转位测量法D.零件圆度的3点测量法10、下列四个机构选项中, 哪个机构选项是具有误差均化效果（A）。
A.多齿分度盘 B、正弦工作台C.压电陶瓷驱动器的微量进给机构D.隔振垫11、下列四种工件材料选项中, 哪一个选项不适用于电火花加工（B）。
A.硬质合金B.光学玻璃C.铜D.45号碳钢12、选取制造空气主轴和轴承的材料时, 不可采用的材料是（D）。
电火花成形加工工艺
四川工程职业技术学院课时授课教案/ 学年第期课程名称：数控加工工艺授课班级：授课时间：第周星期第节课题：电火花成形加工工艺教学目的：掌握电火花穿孔和电火花型腔加工的工艺方法、了解电极材料的选用，电规准、电极的装夹和校正。
重点、难点：火花成形加工原理使用教具：课件课后作业： 1课后记录：年月日5.电火花成形加工工艺1）电火花冷冲模穿孔加工工艺方法(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。
(2）混合法凸模的加长部分选用与凸模不同的材料，如铸铁、铜等粘接或钎焊在凸模上，与凸模一起加工，以粘接或钎焊部分作穿孔电极的工作部分。
当凸、凹模配合间隙很小不好直接保证放电间隙时时，可将电极的工作部分用化学浸蚀法蚀除一层金属，反之，可以用电镀法将电极工作部位的断面尺寸均匀扩大以满足加工时的间隙要求。
2）电火花型腔加工工艺方法(1）单电极加工方法单电极加工法是指用一个电极加工出所需型腔。
用于下列几种情况：①用于加工形状简单、精度要求不高的型腔，加工经过预加工的型腔。
②用机床摇动加工型腔。
首先采用低损耗、高生产率的粗规准进行加工，然后利用摇动按照粗、中、精的顺序逐级改变电规准、加大电极的平动量，以补偿前后两个加工规准之间型腔侧面放电间隙差和表面微观不平度差，实现型腔侧面仿型修光，完成整个型腔模的加工。
(2）多电极加工法多电极加工法是用多个电极，依次更换加工同一个型腔。
每个电极都要对型腔的整个被加工表面进行加工。
用多电极加工法加工的型腔精度高，尤其适用于加工尖角、窄缝多的型腔。
(3）分解电极法分解电极法是根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔电极和副型腔电极分别制造。
3）电极材料(1)常用电极材料的种类和性能见表。
(2）电极材料的选用①电火花穿孔：紫铜、铸铁、钢等。
②型腔加工常用电极材料主要是石墨和紫铜。
紫铜组织致密，适用于形状复杂轮廓清晰、精度要求较高模具。
特种加工技术题目及答案
1．从特种加工的发生和发展来举例分析科学技术中有哪些事例是“物极必反”？有哪些事例是“坏事有时变为好事”？答：这种事例还是很多的。
以“物极必反”来说，人们发明了螺旋桨式飞机，并不断加大螺旋桨的转速和功率以提高飞机的飞行速度和飞行高度。
但后来人们发现证实螺旋桨原理本身限制了飞机很难达到音速和超音速，随着飞行高度愈高，空气愈稀薄，螺旋桨的效率愈来愈低，更不可能在宇宙空间中飞行。
于是人们采用爆竹升空的简单原理研制出喷气式发动机取代了螺旋桨式飞行器，实现了洲际和太空飞行。
由轮船发展成气垫船，也有类似规律。
以“坏事变好事”来说，火花放电会把接触器、继电器等电器开关的触点烧毛、损蚀，而利用脉冲电源瞬时、局部的火花放电高温可用作难加工材料的尺寸加工。
同样，铝饭盒盛放咸菜日久会腐蚀穿孔，钢铁器皿、小刀等在潮湿的环境下会腐蚀。
钢铁在风吹雨淋时遭受锈蚀，海洋船舰的钢铁船体为了防止海水的腐蚀，得消耗巨资进行防锈、防蚀。
人们研究清楚钢铁电化学锈蚀的原理后，创造了选择性阳极溶解的电解加工方法。
这些都是“坏事变好事”的实例。
2．试列举几种采用特种加工工艺之后，对材料的可加工性和结构工艺性产生重大影响的实例。
答：这类实例是很多的，例如：(1)硬质合金历来被认为是可加工性较差的材料，因为普通刀具和砂轮无法对它进行切削磨削加工，只有碳化硅和金刚石砂轮才能对硬质合金进行磨削。
可是用电火花成形加工或电火花线切割加工却可轻而易举地加工出各式内外圆、平面、小孔、深孔、窄槽等复杂表面，其生产效率往往高于普通磨削加工的生产率。
更有甚者，金刚石和聚晶金刚石是世界上最硬的材料，过去把它作为刀具和拉丝模具等材料只有靠用金刚石砂轮或磨料“自己磨自己”，磨削时金刚石工具损耗很大，正是硬碰硬两败俱伤，确实是可加工性极差。
但特种加工中电火花可成形加工聚晶金刚石刀具、工具，而激光加工则不但“削铁如泥”而且可“削金刚石如泥”。
在激光加工面前，金刚石的可加工性和钢铁差不多了。
电火花穿孔加工的工作原理
电火花穿孔加工的工作原理
电火花穿孔加工是一种利用电火花放电进行金属加工的方法。
其工作原理如下：
1. 加工电极选择：电火花放电是通过两个电极之间形成的一个导电通道进行的。
通常情况下，钼丝电极做为阳极，与被加工材料作为阴极。
2. 电荷积聚：在电极之间施加电压，阴极上的电荷开始积聚。
3. 放电开始：当电荷积聚到一定程度时，电荷会从阴极开始以极快的速度向阳极放电，形成一道电火花。
4. 快速熔化和蒸发：电火花的高温和高能量使得被加工材料的表面迅速熔化和蒸发。
5. 冲击冷却效应：在电火花放电过程中，电流瞬间流过放电通道，产生强烈的冲击冷却效应，使被加工材料快速冷却和固化。
6. 重复放电：在短时间内反复进行放电，使得被加工材料表面形成一个连续的通道。
7. 沉降切削：被加工材料的表面形成了一个连续的通道后，通过机械装置逐渐移动电极，使通道逐渐向下沉降。
同时，通过冲洗液冷却放电电极并清除蒸发的
材料颗粒。
通过上述过程，电火花穿孔加工可以实现对金属材料的高精度加工，适用于硬度高、可塑性差、难以通过传统机械加工方法加工的材料。
第二章 电火花加工
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第二章 电火花加工
电压 / V
^ ui
ti tp
电射 / A 空空
to td te ti to
电加 / µs
电电
电电
粗过电电
短短
ie
^
is
电加 / µs
图2 脉冲参数与脉冲电压、电流波形
24
第二章 电火花加工 4．脉冲间隔to(μs) 脉冲间隔简称脉间或间隔(也常用OFF、TOFF表示)， 它是两个电压脉冲之间的间隔时间(如图3-2所示)。间隔时 间过短，放电间隙来不及消电离和恢复绝缘，容易产生电 弧放电，烧伤电极和工件；脉间选得过长，将降低加工生 产率。加工面积、加工深度较大时，脉间也应稍大。 5．放电时间(电流脉宽)te(μs) 放电时间是工作液介质击穿后放电间隙中流过放电电 流的时间，即电流脉宽，它比电压脉宽稍小 电流脉宽， 电流脉宽 它比电压脉宽稍小，二者相差一 个击穿延时td。脉冲宽度ti和电流脉宽te对电火花加工的生 产率、表面粗糙度和电极损耗有很大影响，但实际起作用 的是电流脉宽te。
16
第二章 电火花加工
(4) 极间介质的消电离 极间介质的消电离(如图 (e)所示)。加工 液流入放电间隙，将电蚀产物及残余的热 量带走，并恢复绝缘状态。若电火花放电 过程中产生的电蚀产物来不及排除和扩散， 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、 积炭，使加工无法继续进行，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出，恢复放电通道的 绝缘性，使工作液介质消电离。
14
第二章 电火花加工
(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图 (b)、(c) 所示)。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熔化直 至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间 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。
机械制造工艺基础第六版教案10-2
1、检查学生出勤情况和学习用具准备情况。
2、安定课堂秩序，集中学生注意力。
如何认识数控与数控机床？数控——数字控制（Numerical Control，简称NC），是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号进行控制的一种方法。
数控机床——用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，或者说是装备了数控系统的机床。
§10－2 特种加工一、电火花加工1．电火花加工原理电火花加工——是一种利用脉冲放电对导电材料进行电蚀以去除多余材料的加工方法，故又称为电蚀加工。
2．电火花加工特点（1）能加工各种具有导电性能的硬、脆、软、韧材料。
（2）适宜加工小孔、薄壁、窄腔槽及各种复杂的型孔、型腔和曲线孔等，也适用于精密细微加工。
一、组织教学（约2分钟）二、复习导入（约10分钟）以提问的形式检查学生上次课学习效果。
三、讲授新课（约70分钟）重点内容多媒体演示铣床，直观生动激发学生学习兴趣。
强的材料。
（4）便于实现加工过程自动化。
（5）工具电极消耗较大。
3．电火花加工应用（1）电火花穿孔、成形加工。
包括穿孔和型腔加工两类。
（2）电火花小孔加工。
（3）电火花精密细微加工。
（4）电火花磨削。
二、电火花线切割加工1．电火花线切割加工原理2．电火花线切割加工特点（1）可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件。
（2）工件变形小，电极丝、夹具不需要太高的强度。
多媒体演示铣床，直观生动激发学生学习兴趣。
（3）可加工任何导电的固体材料。
（4）有利于加工精度的提高，便于实现加工过程自动化。
（5）不能加工非导电材料。
（6）加工成本高，不适合加工形状简单的大批量工件。
3．电火花线切割加工应用（1）各种形状的冲裁模（凸模、凹模）及其他模具的制造。
（2）各类精密型孔、样板、成形刀具等工件和容易引起变形的精密狭槽类工件的加工。
（3）加工和切割稀有、贵重金属。
三、激光加工1．激光加工原理2．激光加工的特点多媒体演示铣床，直观生动激发学生学习兴趣。
第二章电火花加工2
改进：
适用范围：小功率的精微加工 简式电火花加工机床
三、晶体管式脉冲电源 晶体管式脉冲电源是利用功率晶体管作为 开关元件而获得单向脉冲的。 它具有脉冲频率高，脉冲参数容易调节、 脉冲波形好、易实现多回路加工和自适 应控制等自动化要求的优点。
在中小型脉冲电源中，都采用晶体管式脉 冲电源 以前，晶体管的功率都比较小，每管导通 时的电流常选在5A左右，因此，在晶体 管脉冲电源中，都采用多管分组并联输 出的方法来提高输出功率。 图2-13为自振式晶体管脉冲电源原理图
为了加大功率,和可调节粗、中、精加工归准， 整个功率级由几十个大功率高频晶体管分为 若干路并联，精加工只用其中一路或两路。 为了在放电间隙短路时不致损坏晶体管，每 只晶体管都串有限流电阻，并可以在各管之 间起均流作用。
五、各种派生脉冲电源 1、高低压复合脉冲电源 图2-14复合回路脉冲电源示意图
2）加工速度对表面粗糙度的影响 加工速度愈大，表面粗糙度愈差 对策：采用平动或摇动(工作台按一定轨迹做 微量移动)加工工艺可大为 改善。（慢） 提示：一般电火花加工到Ra2.5~0.63之后采 用其它研磨方法改善其表面粗糙度比较经 济 3）工件材料对加工表面粗糙度的影响 熔点高的材料容易得到好的表面粗糙度 （加工速度应适当下降）
四、电火花加工的表面质量
电火花加工的表面质量包括：表面粗糙度、 表面变质层、表面力学性能。 1、表面粗糙度 表示方法： 电火花加工表面粗糙度通常用微观平面度 的平均算术偏差Ra表示， 也有用平面度的最大高度值Rmax表示的
电火花加工中影响表面粗糙度的因素： 1）单个脉冲能量 实验得： Rmax=KR*te0.3*ie0.4 Rmax 实测的表面粗糙度 KR 常数 te 脉冲放电时间 ie 峰值电流
特种加工chap2
第二章电火花加工一、课内习题及答案1．两金属在（1）在真空中火花放电；（2）在空气中；（3）在纯水（蒸馏水或去离子水）中；（4）在线切割乳化液中；（5）在煤油中火花放电时，在宏观和微观过程以及电蚀产物方面有何相同和相异之处？答：（1）两金属在真空中火花放电时，当电压（电位差）超过一定时即产生“击穿”，电子由“－”极逸出飞向“+”极，由于真空中没有物质阻挡电子的运动，所以没有正离子形成，没有发热的放电“通道”的概念，示波器、显像管中电子流的运动与此类似。
基本上没有“电蚀产物”成生。
（2）两金属在空气中放电的例子是电火花表面强化、涂覆。
电焊、等离子切割、等离子焊等，也是在空气中放电，利用电子流在空气中撞击气体原子形成放电通道，在通道中和工件表面产生大量的热能用于强化、涂覆、切割和焊接。
（3）在纯水、蒸馏水或去离子水中，两金属间电火花放电与在煤油中类似，只是水分子、原子受电子、正离子撞击发热气化，最后分解为氧原子和氢原子（分子），而不像煤油中会分解出碳原子（碳黑微粒）和氢气等。
（4）、（5）在乳化液中和煤油中放电过程，详见教材中有关章节，不再另行论述。
2．有没有可能或在什么情况下可以用工频交流电源作为电火花加工的脉冲直流电源？在什么情况下可用直流电源作为电火花加工用的脉冲直流电源？（提示：轧辊电火花对磨、齿轮电火花跑合时，不考虑电极相对磨损的情况下，可用工频交流电源；在电火花磨削、切割下料等工具、工件间有高速相对运动时，可用直流电源代替脉冲电源，但为什么？）答：如提示所述，在不需要“极性效应”、不需考虑电极损耗率等的情况下，可以直接用220V的50Hz交流电作为脉冲电源进行轧辊电火花对磨和齿轮电火花跑合等。
不过回路中应串接限流电阻，限制放电电流不要过大。
如需精规准对磨或跑合，则可在交流工频电源上并联RC电路（R≈500~1000Ω, C≈0.1~0.01μF），再接到两个工件上。
在用高速转动的金属轮或圆片作电火花磨削、电火花切断、下料时，如果可以不计电极损耗率，则就可以用全波整流或整流后并联电解电容滤波的直流电源进行电火花磨削。
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第二章
电火花加工
直接配合法的缺点是： 直接配合法的缺点是： (1) 电极材料不能自由选择，工具电极和工件 电极材料不能自由选择， 都是磁性材料，易产生磁性， 都是磁性材料，易产生磁性，电蚀下来的金属屑 可能被吸附在电极放电间隙的磁场中而形成不稳 定的二次放电，使加工过程很不稳定， 定的二次放电，使加工过程很不稳定，故电火花 加工性能较差。 加工性能较差。 (2) 电极和冲头连在一起，尺寸较长，磨削时 电极和冲头连在一起，尺寸较长， 较困难。 较困难。
第二章
电火花加工
2.5
电火花穿孔成形加工
电火花穿孔成形加工是利用火花放电原理，用工具电极对 工件进行复制加工的工艺方法，其应用范围可归纳为： 冲模（包括凸凹模及卸料板、固定板） 冲模（包括凸凹模及卸料板、固定板） 粉末冶金模 挤压模（型孔） 挤压模（型孔） 型孔零件 小孔 深孔
锻模、压铸模、塑料模、胶木模） 型腔模（锻模、压铸模、塑料模、胶木模）
第二章
电火花加工
二、电火花成型加工方法（型腔模电火花加工） 电火花成型加工和穿孔加工相比有下列特点： (1) 电火花成型加工为盲孔加工，工作液循环困难，电蚀 产物排除条件差。 (2) 型腔多由球面、锥面、曲面组成，且在一个型腔内常 有各种圆角、凸台或凹槽，有深有浅，还有各种形状的曲面 相接，轮廓形状不同，结构复杂。这就使得加工中电极的长 度和型面损耗不一，故损耗规律复杂，且电极的损耗不可能 由进给实现补偿，因此型腔加工的电极损耗较难进行补偿。 (3) 材料去除量大，表面粗糙度要求严格。 (4) 加工面积变化大，要求电规准的调节范围相应也大。
第二章
电火花加工
凸凹凸凸
主主主 凸凹 (冲主) 预工电电 (紫紫) 预预 (凹凹)
主主主
主主主
凸凹 (冲主) 预预 (凹凹) 预预 (凹凹)
凸凹凸凸
切切在百 (紫紫电电)
(a) 预预加
(b) 预预预
(c) 切切切切在百
图2-19 间接配合法
第二章
电火花加工
3．修配冲头（即凸模）法 修配冲头（即凸模） 修配冲头法是指在模具电火花加工中，凸模与加工凹模 修配冲头法是指在模具电火花加工中， 用的电极分开制造（凸模不加工到最后尺寸） 用的电极分开制造（凸模不加工到最后尺寸），首先根据凹 模尺寸设计电极，然后制造冲头，进行凹模加工， 模尺寸设计电极，然后制造冲头，进行凹模加工，再根据间 隙要求来修配凸模。 隙要求来修配凸模。图2-20为修配冲头法加工凹模的过程。 20为修配冲头法加工凹模的过程。 为修配冲头法加工凹模的过程
穿孔加工 电火花穿孔 成形加工 型腔加工
型腔零件
第二章
电火花加工
电火花加工一般按图2-16所示步骤进行。 由图2-16可以看出，电火花加工主要由三部分组成： 电火花加工的准备工作、电火花加工 电火花加工检验 电火花加工的准备工作 电火花加工、电火花加工检验 电火花加工 工作。其中电火花加工可以加工通孔和盲孔，前者习惯 工作 称为电火花穿孔加工，后者习惯上称为电火花成形加工。 它们不仅是名称不同，而且加工工艺方法有着较大的区 别，本章将分别加以介绍。电火花加工的准备工作有电 极准备、电极装夹、工件准备、工件装夹、电极工件的 校正定位等。
第二章
电火花加工
（三）工件的准备 1.加工预孔 加工预孔 2.热处理 热处理 3.磨光、除锈、去磁 磨光、除锈、 磨光 （四）规准的选择与转换
冲模加工中，常选择粗、 冲模加工中，常选择粗、中、精三种规准。 精三种规准。 粗规准：脉冲宽度（ ～ 粗规准：脉冲宽度（50～500µs) 中规准：脉冲宽度（ ～ 中规准：脉冲宽度（10～100µs) 精规准：脉冲宽度（ ～ 精规准：脉冲宽度（2～6µs)
第二章
电火花加工
电极结构形式有三种： 电极结构形式有三种： 1）整体式——最常用的结构形式； ）整体式 最常用的结构形式 最常用的结构形式； 2） 镶拼式 在机械加工有困难时采用 ， 如一些冲模电极 ， ） 镶拼式——在机械加工有困难时采用 如一些冲模电极， 在机械加工有困难时采用， 在磨削时不能深入到底部，做到“清根清角” 在磨削时不能深入到底部，做到“清根清角”，采用几块分 开制造后镶拼的方法，易得到“清角” 开制造后镶拼的方法，易得到“清角”。 3） 组合式 将多个电极组合在一起 ， 用于一次加工多孔落 ） 组合式——将多个电极组合在一起 将多个电极组合在一起， 料模、 模上的若干个型孔。 料模、级进模和在同一凹模上的若干个型孔。 3.电极的制造 电极的制造 冲模的电极制造一般采用普通机械加工，然后成型磨削。 冲模的电极制造一般采用普通机械加工，然后成型磨削。 不 易磨加工的材料，可在机加工后由钳工精修； 易磨加工的材料，可在机加工后由钳工精修；直接用电火花 线切割加工电极也得到广泛应用。 线切割加工电极也得到广泛应用。
第二章
电火花加工
电极准备
材材材材 尺尺尺尺 预预另机
电极装夹
通用钻工 专用钻工
校正定位
分析图纸选 择加工方法
工件准备
材材材材 去切为为 热热理 切除除磁
工件装夹
垂直为 平平为 相相用入
检 验
通用用用 专用钻工
加工参数选择 电参数 非电参数 加 工
预预加的 预预精为 电电切切 预预粗表为
脉冲脉为 脉冲的脉 峰为电峰 预预电用 预预电磁
反拷
D − 2δ 'j
δp = δ j - δ + δ
' j
'' j
√
第二章
电火花加工
不同配合间隙冲模加工方法的选择： 不同配合间隙冲模加工方法的选择： 冲模配合间隙 0～0.005mm 0.005～0.015mm 0.015～0.10mm 0.10～0.20mm >0.20mm 直接配合 间接配合 修配冲头 二次电极 × × ○ △ △ × × ○ △ △ × △ △ △ ○ ○ ○ △ △ ×
第二章
电火花加工
凸凹凸凸 主主主 主主主 主主主
预工电电 (冲主) 预预 (凹凹)
预工电电 (冲主) 预预 (凹凹)
预工电电 (冲主) 预预 (凹凹)
凸凹凸凸
切切在百
(a) 预预加
(b) 预预预
(c) 切切切切在百
图2-18 直接配合法
第二章
电火花加工
2. 间接配合法 间接配合法也适用于加工冲模， 是指将电 间接配合法也适用于加工冲模 ， 是指 将电 火花加工性能良好的电极材料与冲头材料粘结 在一起，共同用线切割或磨削成型， 在一起 ， 共同用线切割或磨削成型 ， 然后用电 火花性能好的一端作为加工端，将工件反置固 火花性能好的一端作为加工端 ， 反打正用”的方法实行加工。 定 ， 用 “ 反打正用 ” 的方法实行加工 。 这种方 法不仅可以充分发挥加工端材料好的电火花加 工工艺性能， 工工艺性能 ， 还可以达到与直接法相同的加工 效果( 效果(如图2-19所示)。 19所示) 所示
这样就达到的凹模 和凸模配合间隙为：
√ D + 2δ 'j
D + 2δ 'j − 2δ 'j'
反拷
δp = δ j - δ + δ
' j
'' j
√
第二章
电火花加工
（2）一次电极为凹型
D 一次电极
D − 2δ j
这样就达到的凹模和 凸模配合间隙为： 凸模配合间隙为： √
D − 2δ 'j + 2δ 'j'
第二章
电火花加工
（一）工艺方法选择 根据电火花成型加工特点，在实际中通常采用如下方法： 1. 单电极平动加工法(如图2-22所示) 单电极平动加工法是指采用同一个工具电极完成模具型 腔的粗、中及精加工。 对普通的电火花机床，在加工过程中先用无损耗或低损 耗电规准进行粗加工，然后采用平动头使工具电极做圆周平 移运动，按照粗、中、精的顺序逐级改变电规准，进行侧面 平动修整加工。在加工过程中，借助平动头逐渐加大工具电 极的偏心量，可以补偿前后两个加工电规准之间放电间隙的 差值，这样就可完成整个型腔的加工。
主主主 主主主 主主主
预工电电 预预 (凹凹)
预工电电 预预 (凹凹)
凸凹 (另另) 预预 (凹凹)
(a) 预预加
(b) 预预预
(c) 配另凸凹
图2-20修配冲头法
第二章
电火花加工
4．二次电极法 利用“一次电极”制造“二次电极”来加工凹模和凸模的工艺方 法。
D （1）一次电极为凸型 一次电极
D + 2δ j
×—不宜采用； △—可以采用；○—适采用
第二章
电火花加工
（二）电极的准备 1.电极材料的准备 电极材料必须是导电材料，并要求加工过程中损耗要小、 稳定、速度高、机械加工性能好、来源丰富、价格便宜。 常用电极材料：紫铜、石墨、铸铁、钢、黄铜、铜钨合金 等。 2.电极设计 正确设计电极，首先要了解机床的特性与脉冲电源各规准的 加工工艺指标，然后再根据工件型孔的尺寸精度、几何形状 精度、表面粗糙度等，决定电极的结构形式、轮廓尺寸及长 度。
第二章
电火花加工图2-17 凹模的 Nhomakorabea火花加工
第二章
电火花加工
（一）分析图纸，选择加工工艺方法 1．直接配合法 （1）概念 直接法适合于加工冲模，是指将凸模长度适当增加， 先 将凸模长度适当增加， 将凸模长度适当增加 作为电极加工凹模， 作为电极加工凹模，然后将端部损耗的部分去除直接成为凸 模 (具体过程如图2-18所示)。直接法加工的凹模与凸模的配 合间隙靠调节脉冲参数、控制火花放电间隙来保证。 （2）间隙控制方法 ①当冲模要求的配合间隙δp小于加工间隙δj时(δp<δj)： 可用聚 氯乙烯清漆将冲头刃口部分保护起来，然后用化学浸蚀的方 法，按δj –δp的数值将电极均匀浸蚀缩小。