模具零件电加工思考与练习题答案

思考与练习题参考答案项目一1．电火花加工工具阴极与工件表面之间必须保持一定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定，通常约为0.02～0.1mm，火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，且必须在有一定的绝缘性能的液体介质中进行。

2．电火花放电通道是由数量大体相等的带正电(正离子)粒子和带负电粒子(电子) 以及中性粒子(原子或分子) 组成的等离子体。

3．电火花加工的局限性：加工速度较低、有（工具）电极损耗及加工表面有变质层。

4．电火花工艺不能实现的是（ D ）A.表面强化、刻字B.高速加工深小孔C.光整及镜面加工D.无电极损耗加工5．电火花加工中利用碳黑膜补偿作用降低电极损耗，必须采用（ A ）A.负极性加工B.正极性加工C.单极性加工D.多极性加工6．电火花加工的必要条件是什么？答：(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，通常约为0.02～0.1mm。

如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会产生火花放电；如果间隙过小，很容易形成短路接触，同样也不能产生火花放电。

(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(1～1000μs)，需停歇一段时间(20～100μs)。

这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到工件的其余部分，把每一次的放电蚀除点分别局限在很小的范围内。

(3) 两极之间应充入有一定绝缘性能的介质。

进行材料表面强化时，两极间为气体介质。

液体介质又称工作液，它们必须具有较高的绝缘强度(103～107Ω·cm)，如煤油、皂化液或去离子水等，以有利于产生脉冲性的火花放电。

同时，液体介质还能把电火花加工过程中产生的金属小屑、碳黑等电蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去，并且对电极和工件表面有较好的冷却作用。

7．什么是极性效应？在电火花加工中如何充分利用极性效应？答：在电火花加工过程中，即使是相同材料(例如钢加工钢)，正、负电极的电蚀量也是不同的。

这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。

在用窄脉冲(即放电持续时间较短)加工时，电子的撞击作用大于离子的撞击作用，正极的蚀除速度大于负极的蚀除速度，这时工件应接正极。

当采用长脉冲(即放电持续时间较长)加工时，质量和惯性大的正离子将有足够的时间加速，到达并撞击负极表面的离子数将随放电时间的延长而增多；由于正离子的质量大，对负极表面的撞击破坏作用强，同时自由电子挣脱负极时要从负极获取逸出功，而正离子到达负极后与电子结合释放位能，故负极的蚀除速度将大于正极，这时工件应接负极。

因此，当采用窄脉冲(例如纯铜电极加工钢时，t i ＜10μs )精加工时，应选用正极性加工；当采用长脉冲(例如纯铜加工钢时，t i＞80μs )粗加工时，应采用负极性加工，可以得到较高的蚀除速度和较低的电极损耗。

8．什么是覆盖效应？请举例说明覆盖效应的用途。

答：在材料放电腐蚀的过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形成一定厚度的覆盖层，这种现象叫做覆盖效应。

合理利用覆盖效应，有利于降低电极损耗。

在用煤油之类的碳氢化合物作工作液时，在放电过程中发生热分解，产生大量的碳微粒，它能和金属结合形成金属碳化物的胶团。

中性的胶团在电场作用下可能与其可动层（胶团的外层）脱离，而形成带负电荷的碳胶粒，它在电场作用下会向正极移动，并吸附在正极表面。

如果电极表面瞬时温度为400℃左右，且能保持一定时间，即能形成一定强度和厚度的化学吸附碳层，通常称之为碳黑膜。

由于碳的熔点和气化点很高，故碳黑膜可对正极起到保护和补偿损耗作用，从而实现“低损耗”加工。

利用覆盖效应原理进行加工时，应采用负极性加工。

9．通过操作机床的油箱，请说出本项目中电火花加工用的工作液是什么？工作液在电火花答：工作液视实际情况确定（一般为煤油）。

其作用为：（1）消电离作用。

在脉冲间隔火花放电结束后，尽快恢复放电间隙的绝缘状态(消电离)，以便下一个脉冲电压再次形成电火花放电。

（2）排除电蚀产物作用。

工作液可以使电蚀产物较易从放电间隙中排除出去，免得放电间隙严重污染，从而导致火花放电点不分散而形成有害的电弧放电。

（3）冷却作用。

工作液可以冷却工具电极和降低工件表面瞬时产生的局部高温，使工件表面不会因局部过热而产生积碳、烧伤现象。

（4）增加电蚀量。

工作液可以压缩火花放电通道，增加通道中被压缩气体、等离子体的膨胀及爆炸力，从而抛出更多熔化和气化的金属。

10．电火花加工后工件表面是否是有许多微小的凹坑？结合电火花加工原理解释原因。

答：电火花加工后工件表面有许多微小的凹坑。

当放电结束后，气泡温度不再升高，但由于液体介质惯性作用使气泡继续扩展，致使气泡内压力急剧降低，甚至降到大气压以下，形成局部真空，再加上材料本身在低压下再沸腾的特性，使在高压下溶解在熔化和过热材料中的气体析出。

由于压力的骤降，使熔融金属材料及其蒸气从小坑中再次爆沸飞溅而被抛出。

熔融材料抛出后，在电极表面形成单个脉冲的放电痕。

熔化区未被抛出的材料冷凝后残留在电极表面，形成熔化凝固层，在四周形成稍凸起的翻边。

熔化凝固层下面是热影响层，再往下才是无变化的材料基体。

11．电火花加工后电极的表面是否还是电极材料的本色？如果不是，请解释原因。

答：电火花加工后电极的表面不是电极材料的本色。

可能为工具电极的颜色。

观察铜加工钢后的电极表面，可以看到钢上粘有铜，铜上粘有钢的痕迹。

如果进一步分析电加工后的产物，在显微镜下可以看到除了游离碳粒、大小不等的铜和钢的球状颗粒之外，还有一些钢包铜、铜包钢、互相飞溅包容的颗粒，此外还有少数由气态金属冷凝成的中心带有空泡的空心球状颗粒产物。

表面也可能为黑色，原因如下：在用煤油之类的碳氢化合物作工作液时，在放电过程中发生热分解，产生大量的碳微粒，它能和金属结合形成金属碳化物的胶团。

中性的胶团在电场作用下可能与其可动层（胶团的外层）脱离，而形成带负电荷的碳胶粒，它在电场作用下会向正极移动，并吸附在正极表面。

如果电极表面瞬时温度为400℃左右，且能保持一定时间，即能形成一定强度和厚度的化学吸附碳层，通常称之为碳黑膜。

12．根据加工前后测量的电极长度，看看电极是否缩短？如果电极尺寸缩短，比较一下电极缩短量与加工出的深度值是否相等？如果不等，请解释原因。

答：电极会缩短。

具体请根据操作实践的结果进行测量分析。

可以从极性效应的理论和项目二中相对电极损耗的概念及影响因素进行分析。

13．电火花加工时的自动进给系统与传统加工机床的自动进给系统，在原理上、本质上有何不同？为什么会引起这种不同？答：电火花加工时的自动进给系统为不等速的伺服进给系统，而传统加工机床的自动进给系统为等速的进给系统。

电火花加工时的自动进给系统的目的是保证某一设定加工间隙（放电状态）的稳定，它是按照电极间隙蚀除特征曲线和调节曲线来工作的，它的进给速度不是均匀等速的。

项目二1．下面四个电火花放电状态中，（ B ）状态是不正常工作状态。

A．短路 B.电弧放电 C.火花放电 D.开路2．用电火花进行精加工，采用（ C ）A.宽脉冲、正极性加工B.宽脉冲、负极性加工C.窄脉冲、正极性加工D.窄脉冲、负极性加工3．在电火花加工中，脉冲宽度减小将引起电极相对损耗（ A ）A.增加B.先大后小C.不变D.减小4．在电火花加工中，脉冲频率降低将引起电极相对损耗( A )A.增加B.先大后小C.不变D.减小5．为了提高电火花加工速度，可以增加单个脉冲能量W M，这种方法适用于（ B ）A.精加工B.粗加工C.镜面加工D.半精加工6．不能作为电火花加工工具电极的材料是（ B ）A.紫铜B.石英C.石墨D.碳钢7．降低电火花加工工具电极的损耗要充分利用几个效应，但不能利用的是（ D ）A.极性效应B.吸附效应C.传热效应D.压电效应8. 总结电参数对电火花加工速度和电极损耗的影响。

答:（一）电参数对电火花加工速度的影响1）峰值电流对加工速度的影响当脉冲宽度和脉冲间隔一定时，随着峰值电流的增加，因为加大峰值电流，等于加大单个脉冲能量，所以加工速度也就提高了。

但若峰值电流过大(即单个脉冲放电能量很大)，加工速度反而下降。

此外，峰值电流增大将降低工件表面粗糙度和增加电极损耗。

在生产中，应根据不同的要求，选择合适的峰值电流。

2）脉冲宽度对加工速度的影响对于矩形波脉冲电源，当峰值电流一定时，脉冲能量与脉冲宽度成正比。

脉冲宽度增加，加工速度随之增加，因为随着脉冲宽度的增加，单个脉冲能量增大，使加工速度提高；但若脉冲宽度过大，加工速度反而下降。

这是因为单个脉冲能量虽然增大，但转换的热能有较大部分散失在电极与工件之中，不起蚀除作用。

同时，在其它加工条件相同时，随着脉冲能量过分增大，蚀除产物增多，排气排屑条件恶化，间隙消电离时间不足导致拉弧，加工稳定性变差等。

因此加工速度反而降低。

3）脉冲间隔对加工速度的影响在脉冲宽度一定的条件下，若脉冲间隔减小，则加工速度提高。

这是因为脉冲间隔减小导致单位时间内工作脉冲数目增多、加工电流增大，故加工速度提高；但若脉冲间隔过小，会因放电间隙来不及消电离引起加工稳定性变差，导致加工速度降低。

（二）电参数对电极损耗的影响1）脉冲宽度对电极损耗的影响在峰值电流一定的情况下，随着脉冲宽度的减小，电极损耗增大。

脉冲宽度越窄，电极损耗θ上升的趋势越明显。

所以精加工时的电极损耗比粗加工时的电极损耗大。

脉冲宽度增大，电极相对损耗降低的原因总结如下：(1) 脉冲宽度增大，单位时间内脉冲放电次数减少，使放电击穿引起电极损耗的影响减少。

同时，负极(工件)承受正离子轰击的机会增多，正离子加速的时间也长，极性效应比较明显。

(2) 脉冲宽度增大，电极“覆盖效应”增加，也减少了电极损耗。

在加工中电蚀产物(包括被熔化的金属和工作液受热分解的产物)不断沉积在电极表面，对电极的损耗起补偿作用。

但如这种飞溅沉积的量大于电极本身损耗，就会破坏电极的形状和尺寸，影响加工效果；如飞溅沉积的量恰好等于电极的损耗，两者达到动态平衡，则可得到无损耗加工。

由于电极端面、角部、侧面损耗的不均匀性，因此无损耗加工是难以实现的。

2）峰值电流的影响对于一定的脉冲宽度，加工时的峰值电流不同，电极损耗也不同。

用紫铜电极加工钢时，随着峰值电流的增加，电极损耗也增加。

因此，对一些不适宜用长脉冲宽度粗加工而又要求损耗小的工件，应使用窄脉冲宽度、低峰值电流的方法。

由上可见，脉冲宽度和峰值电流对电极损耗的影响效果是综合性的。

只有脉冲宽度和峰值电流保持一定关系，才能实现低损耗加工。

3）脉冲间隔的影响在脉冲宽度不变时，随着脉冲间隔的增加，电极损耗增大。

因为脉冲间隔加大，引起放电间隙中介质消电离状态的变化，使电极上的“覆盖效应”减少。

随着脉冲间隔的减小，电极损耗也随之减少，但超过一定限度，放电间隙将来不及消电离而造成拉弧烧伤，反而影响正常加工的进行。