第17讲 电火花成形加工

两者相距最近的点上电场强度最大，会使附近的液体 介质首先被电离为电子和正离子。在电场作用下，电 子高速奔向阳极，正离子奔向阴极，并产生火花放电。 在放电过程中，液体介质被击穿，形成放电通道。两 极间液体介质的电阻从绝缘状态的几兆欧姆骤降到几 分之一欧姆。由于放电通道受放电时磁场力和周围液 体介质的压缩，其截面积极小，电流强度可达 105 ~106A/cm2。
超声波加工、激光加工主要用于非金属零件的加 工。其余的用于金属零件的加工。
这节课学习的内容是电火花成形加工。
第17讲 电火花成形加工
一、电火花加工的概念
电火花加工又称为放电加工或电蚀加工，它包括 电火花成形加工；电火花线切割加工；电火花成形磨 削；电火花同步回转加工；电火花表面强化和刻字等 工艺方法。
4）间隙介质的消电离 消电离是使放电区的带电粒子复合为中性粒子
，同时电极也会出现微量的损耗。电蚀产物随加工液
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排出，经过短暂的脉冲间隔时间，两极间的加工液恢
复绝缘，从而完成一次加工。如此不断地蚀除工件材
料，从而加工出模具的型腔。型腔的形状由工具电极
的形状决定。 3
1、脉冲放电用于零件加工应具备以下基本条件。 (1)接在不同极性上的工具和工件之间必须保持一定
距离以形成放电间隙。间隙大小与加工电压、加工介 质等有关，一般为0.01mm~0.1mm。为了使脉冲放 电能连续进行，在加工过程中必须保持放电间隙不变。
(2)放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。 液体介质能将电蚀产物从放电间隙中排除并对电极表 面进行冷却。
大多数电火花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，为避免煤油着火，应 采用高燃点润滑油或煤油与润滑油的混合油等做工作 液。近年来，新开发的水基工作液可使粗加工效率大 大提高。
(以下称电极)上。当电压升高到间隙中介质的击穿电
压时，使介质在绝缘强度最低处
被击穿，产生火花放电，如图所
示。瞬间高温使工件和电极表面
都被腐蚀掉一小块材料，形成小
凹坑。电极不断进给，工件不断
被腐蚀，将电极的形状复制在工 图4.3 放电状况微观图
件上，加工出所需的成形 1—阳极；2—阳极气化、熔化区；
表面。
电流密度越大，能量传递速度越高，电极表面放 电点材料的腐蚀量就越大。
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3）电蚀屑的抛出 电极表面放电点材料熔化、气化时产生很大的
爆炸力，将熔化和气化了的金属抛入附近的液体介 质中冷却，凝固成细小的圆球状颗粒，其直径因脉 冲能量而异。一般为0.1μm ~500μm，电极表面则 形成一个周围凸起的微小圆形凹坑。
在模具制造中，常用的有电火花成形加工和电火 花线切割加工，它是模具成形表面的重要加工方法。
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电火花成形加工
电极
压 板
工件型槽
电火花加工是在特定介质中，通过工具电极和工件 之间脉冲放电时的电腐蚀作用，对工件进行加工的一 种方法。 可以加工各种高熔点、高硬度、高强度、 高纯度、高韧性的金属材料，广泛用于模具制造中。
3一熔化的金属微粒；4—工作介质 5—凝固的金属微粒；6—阴极气化
、熔化区；7—阴极；8—气泡；
9—放电通道
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2、电火花成形加工的机理 电火花成形加工的过程是电火花放电的过程。包
括液体介质击穿和通道形成、能量的转换和传递、电 蚀屑的抛出和间隙消电离四个阶段。
1）液体介质击穿和通道形成 由于工件和电极表面存在着微观的凹凸不平，在
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(3)脉冲电源应是单向的。
如图4.2所示。脉冲宽度
(放电延续时间)ti应小于
10-3s，以使放电所产生
的热量来不及从放电点过 多地传导到其他部位，从 而集中在极小范围内使金
图4.2 脉冲流波形 ti—脉冲宽度；t0—脉冲间隔； T—脉冲周期；I0—电流峰值
属局部熔化，直至气化。相邻脉冲之间的间隔时间t0
这些切削加工难加工或无法加工的模具零件是如 何加工出来的呢？
加工这些零件的方法是我们将要学习的特种加工。
什么是特种加工？模具制造中常用的有哪些？
特种加工是利用热能、电能、声能、光能、化 学能、电化学能去除材料的加工方法。
模具制造中常用的有：电火花成形加工、线切割 加工、电铸加工、电解加工、超声波加工、激光加工、 照相腐蚀加工。
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二、电火花加工的原理
电火花加工时，工具
电极和被加工工件分别
接脉冲电源两极，极间
充满加工液。当工具电
极接近工件到放电间隙
时，加工液被击穿发生
火花放电，电流产生的
热能熔化金属，工件在
图4.1 电火花加工原理 1—工件；2—脉冲电源；3—自动进给装置
击穿点被蚀除一个凹坑 4—工具电极; 5—工作液；6—过滤器；7—泵
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2）能量的转换和传递 两极间的介质一旦被击穿，电源就通过放电通道
瞬时释放能量，大部能量转换为热能，使两极放电点 和通道本身温度剧增，两极放电点局部熔化或气化。 通道周围的液体介质除一部分气化外，另一部分被高 温分解为游离的碳黑和气体(使工作液变黑，在极间 冒出小气泡)。上述过程是在极短时间内完成的，因 此，具有突然膨胀、爆炸的特性(可听到噼啪声)。
二、电火花加工的原理
电火花加工是建立在“电蚀现象”基础上。
早在一百多年前，人们就发现电器开关在断开或闭 合时，往往会产生火花放电而把触点腐蚀成粗糙不平 的凹坑，并逐渐损坏。这是一种有害的电腐蚀现象。 随着生产的发展人们对电腐蚀现象的研究逐渐深入， 认识到在液体介质内进行重复性脉冲放电能对导电材 料进行加工，因而开创了电火花加工。
第17讲 电火花成形加工
教学目标： 掌握电火花加工的原理和特点； 了解电火花成形机床和附件的组成。
知识点： 电火花加工的工作原理和特点； 极性效应。
切削加工中，能对高硬度材料进行加工的方法有哪些？ 对形状复杂的硬质合金整体凹模可否进行成形磨削？
对精密细小、形状复杂、结构特殊的模具零件， 如细小异形孔，窄槽等，可否进行切削加工？
称脉冲间隔，它使放电介质有足够时间恢复到绝缘状
态(称为消电离)，以免引起持续电弧放电、烧伤加工
表面而无法用作尺寸加工。
(4)有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属熔 化或气化。
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电火花加工的原理如图4.1所示。自动进给调节装置
能使工件和工具电极经常保持给定的放电间隙。由脉
冲电源输出的电压加在液体介质中的工件和工具电极