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。