电火花成型激光加工加工实验报告

电火花成型激光加工加工实验报告

电火花成型、CO 2激光加工实验

一、实验目的

1、掌握电火花成型加工的原理，熟悉电火花工艺的特点和应用。

2、熟悉电火花电极的选材、设计、加工和使用；观察工艺参数选择与加工效果的关系；了解脉冲宽度、加工电流对成型精度的影响。

3、熟悉CO 2激光器组成、结构与工作原理。

4、了解激光切割机的操作方法。

二、实验内容

1、分别采用不同脉冲宽度和电流加工硬度较大，形状复杂的工件。

2、使用紫铜电极加工工件，加工完后分析结果。

3、用CAD 软件绘制一个几何图形，并了解激光切割机切割出的图形。

三、实验原理

1、电火花成型加工的原理、特点和应用

电火花加工是基于工具和工件之间脉冲性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。基本原理如图1所示。电火花成型

加工是电火花加工的一种，被加工的工件作为工件电极，紫铜（或其它导电材料如石墨）

作为工具电极。脉冲电源发出一连串的脉冲电压，加到工件电极和工具电极上，此时工具

电极和工件均被淹没在具有一定绝缘性能的工作液（绝缘介质）中。在轴伺服系统的控制下，当工具电极与工件的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，两极间最近点处的

工作液（绝缘介质）被击穿，工具电极与工件之间形成瞬时放电通道，产生瞬时高温，使

金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来，使局部形成电蚀凹坑。这样以很高的频率连续不断

地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可以将工具电极的形状“复制”到工件上，

加工出需要的型面来。

电火花加工是无数微观电腐蚀现象累加的宏观表现，其物理过程是及其短暂、复杂的，是电动力、电磁力、热动力、流体动力综合作用的过程。主要分以下阶段：1）介质击穿

和通道形成；2）能量转换、分布与传递；3）腐蚀产物的抛出；4）极间介质的消电离。

图1电火花加工原理图

2、特点及应用

特点：1）由于脉冲放电的能量密度高，使其便于加工用普通的机械加工难于加工或

无法加工的特殊材料和复杂形状的零件，并不受材料及热处理状况的影响。2）电火花加

工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小，工具电极不需要比加工材

料硬，即可以柔克刚，故电极制造更容易。

应用：电火花成型加工一般应用在加工各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的导电

材料，并且常用于模具的制造过程中。

3、电火花成型加工工艺

1）电极的选择：通常选用紫铜材料，电极的形状和精度关系到工件最终加工效果；

2）放电间隙的选择：根据电火花粗加工和精加工的不同，放电间隙值从几十微米到

几微米不等；

3）脉冲宽度的选择：加工过程中，一般按照工件表面粗糙度要求选择，一般为几或

几十（μs），脉冲放电电流可随工件厚度调整。

4）加工极性：电火花成型粗加工时一般采用负极性加工；电火花成型精加工时一般

采用正极性加工。

4、实现电火花加工的条件

1）工具电极和工件电极之间必须加以60V~300V的脉冲电压，同时还需维持合理的工

作距离——放电间隙。大于放电间隙，介质不能被击穿，无法形成火花放电；小于放电间隙，会导致积炭，甚至发生电弧放电，无法继续加工。

2）两极间必须充放具有一定绝缘性能的液体介质。电火花成型加工一般用煤油作为

工作液。

3）输送到两极间的脉冲能量应足够大。即放电通道要有很大的电流密度，一般为104～109A/cm2。

4）放电必须是短时间的脉冲放电。一般放电时间为1цs~1ms。这样才能使放电产生

的热量来不及扩散，从而把能量作用局限在很小的范围内，保持火花放电的冷极特性。

5）脉冲放电需要多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的，避免发

生局部烧伤。

6）脉冲放电后的电蚀产物应能及时排放至放电间隙之外，使重复性放电能顺利进行。

4、CO 2激光工作原理

激光切割技术就是采用激光束照射在钢板表面，将使其表面局部气化，并形成融池，

高压氧气从激光切割头喷出，吹掉融化的钢铁，形成割缝。激光源一般用二氧化碳激光束，

工作功率为500～2500瓦。此外，由于能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小或没有变形。其原理如图2

所示。

图2激光切割原理图

四、实验设备

电火花成型加工机床

. 电火花加工机床组成见图3所示。组成：包括机床本体、脉冲电源、轴伺

服系统（Z 轴）、工作液的循环过滤系统和基于窗口的对话式软件操作系统。

手动操作盒子

工作液箱

开关图3. 电火花加工机床

1、机床本体：床身、工作台、主轴箱等组成。

1）床身：主要用于支承和连接工作台等部件，安放工作液箱等。

2）工作台：用于安装夹具和工件，并带动工件在X 、Y 向作往复运动。

3）主轴箱：用于装夹工具电极，并带动工具电极作Z 向往复运动。

2、脉冲电源：其作用是把50Hz 交流电转换成高频率的单向脉冲电流。加工时，工具电极接电源正极，工件电极接负极。

3、轴向伺服系统：其作用是控制Z 轴的伺服运动。

4、工作液循环过滤系统：由工作液、工作液箱、工作液泵、滤芯和导管组成。工作液起绝缘、排屑、冷却和改善加工质量的作用。每次脉冲放电后，工件电极与工具电极之间必须迅速恢复绝缘状态，否则脉冲放电就会转变为持续的电弧放电，影响加工质量。在加工过程中，工作液使用本可把加工过程中产生的金属颗粒迅速从电极之间冲走，使加工顺利进行。工作液还可冷却受热的电极和工件，防止工件变形。

5、软件操作系统：工具电极可以方便地对工件进行感知和对中等操作，可以将工具电极和工件电极的各种参数输入并生成程序，可以动态观察加工过程中加工深度的变化情况，还可进行手动操作加工和文件管理等。

CO 2激光切割系统组成