特种加工第二章电火花加工(1)
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1、脉冲能量：能量越大，显微裂纹越宽越 深，脉冲能量很小，一般不出现微裂纹。
2、工件材料：脆硬材料容易产生微裂纹
3、工件预先的热处理情况：淬火材料比未 淬火材料容易产生微裂纹（因为淬火材 料脆硬，原始内应力较大）
可编辑ppt
27
3、表面力学性能
（1）显微硬度及耐磨性
一般来说，电火花加工表面最外层的硬度 比较高，耐磨性好。但对于滚动摩擦， 由于是交变载荷，尤其是干摩擦，则因 其熔化凝固层和基体结合不牢，容易剥 落而磨损。因此，有些要求高的模具需 把电火花加工后的表面变质层事先磨掉。
放电间隙不一致的影响:
若放电间隙大小能保持一致，则可以通过 修正工作电极对放电间隙进行补偿，以 获得较高的加工精度。但放电间隙的大 小实际上是变化的，影响着加工精度。
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4
放电间隙的大小对加工精度的影响：
放电间隙越大，对精度的影响越严重 （仿形精度和尺寸精度） 如图2-10（A）（B） (放电具有等距性)
24
不同金属材料的热影响层金相组织结构是 不同的，耐热合金的热影响层与基体差 异不大。
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25
3）显微裂纹
电火花加工表面由于受到瞬时高温并迅速 冷却而产生拉应力，往往出现显微裂纹
实验表明：一般裂纹仅在熔化层出现，只 有在脉冲能量很大的情况下才有可能扩 展到热影响层。
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26
影响显微裂纹的因素：
（煤油工作液中的工具和工件具有潜布电 容，相当于在放电间隙上并联了一个电 容）
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11
研究成果：采用“混粉加工”新工艺，
可较大面积地加工出质量很高
的光亮面。
具体方法：在煤油工作液中加入硅或铝
等导电微粉。
原因：这样可使工作液的电阻率降低、放
电间隙成倍增大，潜布寄生电容成倍减
小，放电通道被分割成多个小的火花放
S=Ku*ui+KR*WM+Sm s 放电间隙（指单面放电间隙）
ui 开路电压 Ku 与工作液介电强度有关的常数，含有
点蚀产物后该系数会增大。
KR 与加工材料有关的常数。一般易熔金 属的值较大
WM 单个脉冲能量 Sm 考虑热膨胀、收缩、震动等影响的机
械间隙,约为3μm
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3
注意:随着加工时间的延长,放电间隙逐渐 增大.即在加工过程中放电间隙是一个变 化量
2、表面变质层
电火花加工中，在火花放电的瞬时高温和 工作液的快速冷却下，材料的表面层发 生了很大变化，大致可分为：
熔化凝固层
热影响层
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20
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21
1）熔化凝固层
位于工件表面最上层，它被放电时瞬时高 温熔化而又滞留下来，受工作液快速冷 却而凝固。对于碳钢来说，熔化层在金 相照片上呈白色，谷又称之为白层。它 与基体完全不同，是一种树枝状的淬火 铸造组织，与内层的结合也不牢固。
三、影响加工精度的主要因素
和通常的机械加工一样，机床本身的各种 误差，以及工件和工具的定位、安装误 差都回影响到加工精度。
这里主要讨论与电火花加工工艺有关的因 素
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1
影响加工精度的主要因素有： 放电间隙的大小及其一致性 工具电极损耗及其稳定性
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2
1、放电间隙的计算（经验公式）:
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）
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18
4）精加工时，工具电极的表面粗糙度也会 影响加工表面粗糙度。
精加工时不要采用石墨电极。
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19
电通道，到达工件表面的脉冲能量被分
散，相应的电痕就较小，表面较光整。
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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。（数据书）
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）
放电间隙越大电场强度分布更加不均匀,棱角处 损耗严重,放电间隙来自百度文库化量增大
相应措施：缩小放电间隙
（由公式知：采用较小的加工
归准）
精加工的放电间隙（单面）一般只有
0.01mm,而粗加工时则可可编辑达ppt 0.5mm以上。
5
工具电极的损耗对尺寸精度及形状精 度都有影响:
对策： 穿孔加工时：让电极贯穿型孔来补偿电 极的损耗。 型腔加工时：采用更换电极的方法
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9
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
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10
注意：
在电极面积较大时，即使单个脉冲能量很 小Rmax很难小于2μm(约Ra0.32μm),而 且加工面积越大，可达到的最佳表面粗 糙度愈差。
熔化层的厚度随脉冲能量的增大而增厚， 一般不超过0.1mm
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22
2)热影响层
它位于熔化层和基体之间.热影响层的金属 材料并没有变化,只是受到高温的影响,使 材料的金相组织发生了变化,它与基体材 料之间没有明显的界限。
对淬火钢：热影响层包括再淬火区、高
温回火区和低温回火区。
对未淬火钢：热影响层主要为淬火区
工件上。 ❖ 对策：采用高频窄脉宽精加工，减小放电间隙，圆
弧半径可明显减小从而提高加工精度
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8
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
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6
电火花加工中 “二次放电” 对形状精度有影响：
集中反映在在 加工深度方向 产生斜度， 加工棱角棱边 变钝方面。
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7
结论:
❖ 电参数对放电间隙影响明显 ❖ 工作液的状况会影响放电间隙 ❖ 减小放电间隙可提高加工精度 ❖ 减少电极损耗可提高加工精度 ❖ 电火花加工时工具的尖角和凹角很难精确地复制到
因此，淬火钢的热影响层厚度比未淬火钢
大。
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23
热影响层分布：
靠近熔化凝固层部分由于受到高温作用并 迅速冷却，形成为淬火区，其厚度与条 件有关，一般为最大微观平面度的2-3倍。
与淬火层相邻的部分受到温度的影响而形 成高温、低温回火区，回火区的厚度约 为最大微观平面度的3-4倍。
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2、工件材料：脆硬材料容易产生微裂纹
3、工件预先的热处理情况：淬火材料比未 淬火材料容易产生微裂纹（因为淬火材 料脆硬，原始内应力较大）
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3、表面力学性能
（1）显微硬度及耐磨性
一般来说，电火花加工表面最外层的硬度 比较高，耐磨性好。但对于滚动摩擦， 由于是交变载荷，尤其是干摩擦，则因 其熔化凝固层和基体结合不牢，容易剥 落而磨损。因此，有些要求高的模具需 把电火花加工后的表面变质层事先磨掉。
放电间隙不一致的影响:
若放电间隙大小能保持一致，则可以通过 修正工作电极对放电间隙进行补偿，以 获得较高的加工精度。但放电间隙的大 小实际上是变化的，影响着加工精度。
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放电间隙的大小对加工精度的影响：
放电间隙越大，对精度的影响越严重 （仿形精度和尺寸精度） 如图2-10（A）（B） (放电具有等距性)
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不同金属材料的热影响层金相组织结构是 不同的，耐热合金的热影响层与基体差 异不大。
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3）显微裂纹
电火花加工表面由于受到瞬时高温并迅速 冷却而产生拉应力，往往出现显微裂纹
实验表明：一般裂纹仅在熔化层出现，只 有在脉冲能量很大的情况下才有可能扩 展到热影响层。
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影响显微裂纹的因素：
（煤油工作液中的工具和工件具有潜布电 容，相当于在放电间隙上并联了一个电 容）
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研究成果：采用“混粉加工”新工艺，
可较大面积地加工出质量很高
的光亮面。
具体方法：在煤油工作液中加入硅或铝
等导电微粉。
原因：这样可使工作液的电阻率降低、放
电间隙成倍增大，潜布寄生电容成倍减
小，放电通道被分割成多个小的火花放
S=Ku*ui+KR*WM+Sm s 放电间隙（指单面放电间隙）
ui 开路电压 Ku 与工作液介电强度有关的常数，含有
点蚀产物后该系数会增大。
KR 与加工材料有关的常数。一般易熔金 属的值较大
WM 单个脉冲能量 Sm 考虑热膨胀、收缩、震动等影响的机
械间隙,约为3μm
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注意:随着加工时间的延长,放电间隙逐渐 增大.即在加工过程中放电间隙是一个变 化量
2、表面变质层
电火花加工中，在火花放电的瞬时高温和 工作液的快速冷却下，材料的表面层发 生了很大变化，大致可分为：
熔化凝固层
热影响层
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1）熔化凝固层
位于工件表面最上层，它被放电时瞬时高 温熔化而又滞留下来，受工作液快速冷 却而凝固。对于碳钢来说，熔化层在金 相照片上呈白色，谷又称之为白层。它 与基体完全不同，是一种树枝状的淬火 铸造组织，与内层的结合也不牢固。
三、影响加工精度的主要因素
和通常的机械加工一样，机床本身的各种 误差，以及工件和工具的定位、安装误 差都回影响到加工精度。
这里主要讨论与电火花加工工艺有关的因 素
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1
影响加工精度的主要因素有： 放电间隙的大小及其一致性 工具电极损耗及其稳定性
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1、放电间隙的计算（经验公式）:
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）
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18
4）精加工时，工具电极的表面粗糙度也会 影响加工表面粗糙度。
精加工时不要采用石墨电极。
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电通道，到达工件表面的脉冲能量被分
散，相应的电痕就较小，表面较光整。
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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。（数据书）
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）
放电间隙越大电场强度分布更加不均匀,棱角处 损耗严重,放电间隙来自百度文库化量增大
相应措施：缩小放电间隙
（由公式知：采用较小的加工
归准）
精加工的放电间隙（单面）一般只有
0.01mm,而粗加工时则可可编辑达ppt 0.5mm以上。
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工具电极的损耗对尺寸精度及形状精 度都有影响:
对策： 穿孔加工时：让电极贯穿型孔来补偿电 极的损耗。 型腔加工时：采用更换电极的方法
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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
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注意：
在电极面积较大时，即使单个脉冲能量很 小Rmax很难小于2μm(约Ra0.32μm),而 且加工面积越大，可达到的最佳表面粗 糙度愈差。
熔化层的厚度随脉冲能量的增大而增厚， 一般不超过0.1mm
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2)热影响层
它位于熔化层和基体之间.热影响层的金属 材料并没有变化,只是受到高温的影响,使 材料的金相组织发生了变化,它与基体材 料之间没有明显的界限。
对淬火钢：热影响层包括再淬火区、高
温回火区和低温回火区。
对未淬火钢：热影响层主要为淬火区
工件上。 ❖ 对策：采用高频窄脉宽精加工，减小放电间隙，圆
弧半径可明显减小从而提高加工精度
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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
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电火花加工中 “二次放电” 对形状精度有影响：
集中反映在在 加工深度方向 产生斜度， 加工棱角棱边 变钝方面。
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结论:
❖ 电参数对放电间隙影响明显 ❖ 工作液的状况会影响放电间隙 ❖ 减小放电间隙可提高加工精度 ❖ 减少电极损耗可提高加工精度 ❖ 电火花加工时工具的尖角和凹角很难精确地复制到
因此，淬火钢的热影响层厚度比未淬火钢
大。
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热影响层分布：
靠近熔化凝固层部分由于受到高温作用并 迅速冷却，形成为淬火区，其厚度与条 件有关，一般为最大微观平面度的2-3倍。
与淬火层相邻的部分受到温度的影响而形 成高温、低温回火区，回火区的厚度约 为最大微观平面度的3-4倍。
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