电火花加工

第二章
电火花加工
电火花加工（我国）又称为放电加工（日、美、 英）或电蚀加工（俄罗斯） 第一节 电火花加工的基本原理及其分类 一、电火花加工原理及设备组成： 电火花加工原理: 基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的 电腐蚀现象来蚀除多余金属,以达到对零件的尺 寸、形状及表面质量预定的加工要求。 电火花腐蚀的主要原因：
C、电极材料 措施：用铜加工钢
（2）其它影响因素： 脉冲电源的波形及其前后沿陡度： 影响能量的集中、分散程度。 电蚀产物抛出的速度： 过快会冲击另一个电极。 过慢会粘在另一个电极上。 碳黑膜的形成
二、电火花加工的加工速度和工具的损耗速 度
加工速度：单位时间内工件的蚀除量（也称 生产率） 损耗速度：单位时间内工具的蚀除量 1）加工速度：
三、电极材料的抛出 四、极间介质的消电离 （ 图2-4中4~5段） 熔融材料抛出后，在电极表面形成单个脉冲的 放电痕如图2-6所示（P12）
加工后的表面情况如后图所示
矩形波脉 冲放电时 的电压与 电流波形
第三节 电火花加工中的一些基本规律
一、影响材料放电腐蚀的主要因素 1、极性效应: 极性效应的现象: 正极性加工: 负极性加工:
2、电参数对电蚀量的影响：
电参数主要是指：电压脉冲宽度ti、电流脉冲 宽度te、脉冲间隔to、脉冲频率f、峰值电 流ie、峰值电压u和极性。 研究结果表明：在电火花加工过程中，无论正 极或负极，都存在单个脉冲的蚀除量与单个 脉冲能量在一定范围内成正比关系。某一段 时间内的总蚀除量约等于这段时间内各单个 有效脉冲蚀除量的总和。故正负极的蚀除速 度与单个脉冲能量、脉冲频率成正比。
（３）利用传热效应
限制放电初期脉冲电流的增长率。（热冲击） 一般采用工具电极的导热性能比工件好。
（解释原因）
（4）选择适当的电极材料
钨、钼、铜、石墨、铜碳、铜钨、银钨
（比较说明适用范围）
结论:
1、电极的蚀除量与电极材料的热导率以及其 它热学常数、放电的持续时间、单个脉冲能 量有密切的关系。 2、当单个脉冲能量相同时，电极材料的热导 率越大、其热学常数越高，(结论？) 电蚀量越少，越难加工。 3、当单个脉冲能量相同时，都会各有一个使 工件电蚀量最大的最佳脉宽。（为什么）（金属 材料不同，所获得的最佳脉宽不同，各金属 材料的热学常数不同。）
利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工 必须解决下列问题：
1、必须使工具电极和工件被加工表面之间经 常保持一定的放电间隙，这一间隙随加工条 件而定，通常越为几微米至几百微米。 电火花加工过程中必须具有工具电极的自动 进给调节装置，使和工件保持某一放电间隙。
2、火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电 延续一段时间后，需停歇一段时间，放电延 续时间一般为1~1000μs。 电火花加工必须采用脉冲电源
三、电火花加工工艺方法分类：
按工具电极和工件相对运动的方式和用 途的不同分类。前五类属电火花成形、尺寸 加工，后者属于表面加工方法，用于改善或 改变零件表面性质。
见表2-1
第二节 电火花加工的机理
从大量实验资料来看：每次电火花腐蚀 的微观过程是电场力、磁力、热力、流体动 力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。 这一过程大致可分为以下四个阶段（后图放电波形） 一、极间介质的电离、击穿形成放电通道 （图2-4中0~1段、1~2段、2~3段） 二、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀 （ 图2-4中3~4段）
注意：
1、极性效应越明显越好，在电火花加工过程中必须 充分利用，电火花加工一般都采用单向脉冲电源。 2、极性效应是一个较为复杂的问题，影响极性效应 的因素有：脉宽、脉间、脉冲峰值电流、放电电 压、工作液及电极对材料等。为了充分利用极性 效应，应合理选择工具电极的材料，选用最佳的 电参数、正确的选用极性。
结论： 碳黑膜只能在正极表面形成，若利用吸附效 应的补偿作用来实现电极的低损耗，就必 须采用负极性加工
影响吸附效应的因素：
（１）电参数的影响： 当峰值电流和脉冲间隔一定时，增加脉宽 碳黑膜的厚度增加。 当峰值电流、脉冲宽度一定时，增加脉间 碳黑膜的厚度减小。
（解释原因）
（２）冲抽油的影响： （解释原因） 加工过程中采用冲抽油时，冲抽油的压 力不要过大。
图2-1为脉冲电源的电压、电流波形
3、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介 质中进行，绝缘强度为103~107Ω.cm， 例如：煤油、皂化液或去离子水等。 电火花加工必须有循环过滤系统
以上这些问题的综 合解决，是通过电 火花加工系统来实 现的：
二、电火花加工的特点及其应用
1、主要优点： （1）适合任何难切削材料的加工 （2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 2、电火花加工的局限性： （1）主要用于加工金属等导电材料，但在一 定条件下也可以加工半导体和非导体材料 （2）一般加工速度较慢 （3）存在电极损耗
应用：（电火花成形加工目前主要采用油类工作液）
粗加工时，使用粘度大、介电性能 好的材料。如：机油（另外，机 油的燃点较高，在大能量加工时 着火燃烧的可能性小） 中、精加工时，一般使用粘度小， 流动性好，渗透性好的煤油作为 工作液。
讨论：
（1）油类工作液的缺点：有味、容易燃 烧，加工时容易产生烟气 （2）奋斗目标：寻找一种无色无味、不 然烧、流动性好、不产生碳黑、价廉 （3）最新研究成果：水基工作液（在水 中加入各种添加剂），在粗加工时的加 工速度可大大高于煤油，甚至高于切削 加工，但在大面积精加工中还不能代替 煤油。
Vw=V / t 或 Vm=m / t Vw—体积加工速度（mm3 /min） Vm—质量加工速度（g /min） V—被加工掉的体积（mm3） m--被加工掉的质量( g ) t—加工时间（min）
提高加工速度的途径：（提高蚀除量）
1）提高脉冲频率（f） 缩小脉冲间歇时间，可以提高脉冲频率，但脉 冲间歇时间不能过短 2）增加单个脉冲的能量 途径：增大电流 增大脉宽（放电时间） 说明：增加单个脉冲的能量，可以提高加工速度， 但会降低零件加工精度和使表面粗糙度变坏。 3）提高工艺系数K及有效脉冲利用率 途径：合理选择电极材料、参数、工作液，改善 工作液的循环过滤方式
2、工具相对损耗 生产实际中用工具相对损耗或称损耗比θ作为 工具电极耐损耗的指标，即： θ=VE / VW×100% 损耗速度VE 的单位也为mm3 /min 或g /min 相应的损耗比θ也为体积相对损耗或质量相对 损耗
电火花加工中降低工具电极损耗具有重大意义， 一直是人们努力追求的目标。
要降低工具电极损耗必须充分利用极性效应、吸 附效应、传热效应等，这些效应又相互影响， 综合作用，具体如下： １、正确选择极性和脉宽 一般，短脉宽精加工时采用正极性加工，长脉宽 粗加工时采用负极性加工。
（如图２－８）
另外，实验表明：增大脉宽可降低工具电极的 损耗。当脉宽增大到一定程度时，且为负极 性加工时，电极损耗率小于１％，可以实现 低损耗加工
２、利用吸附效应：
什么是吸附效应？ 煤油－－热分解－－大量碳微粒－－碳和金属结 合（胶团）－－胶团外层脱落（带负电荷的碳 胶粒）－－吸附在正极 当正极表面温度在４00度左右，并能维持一段时 间时，就能形成一定强度和厚度的化学吸附膜 （碳黑膜）。 由于碳的熔点、气化点很高，所以，碳黑膜可对 电极起到保护和补偿作用，从而实现低损耗加 工。
产生极性效应的原因(笼统解释):
在火花放电过程中,正负电极表面分别受到负 电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用,在 两极表面所分配到的能量不一样,因而熔化、 气化抛出的电蚀量也不一样。
电子质量小容易加速。
质子质量大不易加速。
结论：
1、短脉冲（放电时间短）加工时，正极的蚀 除速度大于负极的蚀除速度，应采用正极性 加工。 2、长脉冲（放电时间长）加工时，负极的蚀 除速度大于正极的蚀除速度，应采用负极性 加工。 （吸附效应）
4、工作液对电蚀量的影响
在电火花加工中，工作液的作用: （1）帮助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）对工具和工件起冷却作用
影响如下：
介电性能好、密度、粘度大的工 作液有利于压缩放电通道，可 以提高放电的能量密度，有利 于电蚀产物的抛出。 但不利于电蚀产物从加工间隙中 排除，影响以后的正常放电。
2、影响电蚀量的一些其它因素
（1）加工过程的稳定性： 加工过程不稳定，会影响正常的放电加工，降 低有效的脉冲利用率 对稳定性影响最大的是电火花加工的自动进给 和调节系统，以及正确加工参数的选择和调 节。
其它影响加工稳定性的因素：
A、随着加工深度及加工面积的增加 、加工复 杂程度的增大。 B、加工面积较小，而采用的加工电流较大。 （以上因素都不利于电蚀产物的排出，影响加工 稳定性，降低加工速度，严重时将造成结碳 拉弧，使加工难以进行） 措施：采用强迫冲油 工作电极定时抬刀
公式2-1、2-2、2-3、2-4
讨论:
Байду номын сангаас
提高电蚀量和生产率的途径： 提高电蚀量时的注意事项：
3、金属材料热学常数对电蚀量的影响
热学常数----是指熔点、沸点（气化点）、 热导率、比热容、融化热、气化热等
几种常见的热学常数见表2-2
每次脉冲放电时，通道内及正、 负电极放电点都瞬时获得大量热能。 而正、负电极放电点获得的热能被分 配为两部分 1）、由于热传导散失到电极其它部分和 工作液中 2）、使局部金属材料温度升高直至达到 熔点、使金属融化、沸腾、气化，并进 一步成为过热蒸汽。