电火花加工的机理、特点及分类
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电火花加工机理及微观物理过程2
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电火花加工的定义
• 电火花加工又称放电加工（Electrical Discharge Machining）：是利用浸在工作 液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用 蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电 加工或电蚀加工。
电火花加工的分类1 电火花加工的分类1
• 电火花成型加工和电火花线切割加工 • 电火花成型加工
电火花加工的特点
• 电火花加工具有以下优点：
– 便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材 料，如淬火钢，硬质合金等。 – 适用于复杂表面形状工件的加工。 – 电极材料不必比工件硬 – 可进行微精细加工。0.01-0.1mm的型孔。 – 可加工各种成型工具和量具。 – 直接利用电、热能加工，便于控制。
数控电火花成型机床
电火花加工的分类2 电火花加工的分类2
电火花加工型腔
电火花加工落料冲模
电火花加工的原理
1-工件；2-脉冲电源；3-自动进给调节装置；4-工具电极；5-工作液；6过滤器；7-液压泵
ti-脉冲宽度；to-脉冲间隔；tp-脉冲周期；ui-峰值电压
• 电火花加工应具备的条件
– 工件与电极之间应保持一定的放电间隙。一般 为0.01-0.1mm左右。 – 工件与电极之间应充满有一定的绝缘性的工作 液。 （1）产生脉冲性火花放电 （2）排出电蚀产物 （3）冷却电极和工件表面 – 火花放电必需为瞬时的脉冲性放电，而不是持 续的电弧放电
• 电火花加工的微观物理过程： • （1）极间介质的电离、击穿形成放电通道。 • （2）介质热分解，电极材料熔化、气化、 热膨胀。 • （3）电极材料的抛出 • （4）极间介质的消电离
电火花加工的定义
• 电火花加工又称放电加工（Electrical Discharge Machining）：是利用浸在工作 液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用 蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电 加工或电蚀加工。
电火花加工的分类1 电火花加工的分类1
• 电火花成型加工和电火花线切割加工 • 电火花成型加工
电火花加工的特点
• 电火花加工具有以下优点：
– 便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材 料，如淬火钢，硬质合金等。 – 适用于复杂表面形状工件的加工。 – 电极材料不必比工件硬 – 可进行微精细加工。0.01-0.1mm的型孔。 – 可加工各种成型工具和量具。 – 直接利用电、热能加工，便于控制。
数控电火花成型机床
电火花加工的分类2 电火花加工的分类2
电火花加工型腔
电火花加工落料冲模
电火花加工的原理
1-工件；2-脉冲电源；3-自动进给调节装置；4-工具电极；5-工作液；6过滤器；7-液压泵
ti-脉冲宽度；to-脉冲间隔；tp-脉冲周期；ui-峰值电压
• 电火花加工应具备的条件
– 工件与电极之间应保持一定的放电间隙。一般 为0.01-0.1mm左右。 – 工件与电极之间应充满有一定的绝缘性的工作 液。 （1）产生脉冲性火花放电 （2）排出电蚀产物 （3）冷却电极和工件表面 – 火花放电必需为瞬时的脉冲性放电，而不是持 续的电弧放电
• 电火花加工的微观物理过程： • （1）极间介质的电离、击穿形成放电通道。 • （2）介质热分解，电极材料熔化、气化、 热膨胀。 • （3）电极材料的抛出 • （4）极间介质的消电离
第二章 电火花加工
二、电火花加工的特点 1、非接触加工，无宏观切削力 2、适合于难切削导电材料的加工 3、有电极损耗 4、加工速度较慢 5、可加工特殊及复杂形状的表面
三、电火花加工的适用范围 1、加工任何难加工的金属材料和导电材料 2、加工材料复杂的表面 3、加工薄壁、异形小孔、深小孔等有特殊 要求的零件。
第三节 电火花加工设备和工作液
一、电火花加工机床 1、机床总体部分（电火花穿孔成形机床）——主 轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽 2、主轴头要求（精度和刚度） 1）结构简单 2）传动链短 3）传动间隙小 4）热变形小 5）具有足够的精度和刚度
3）工具电极夹具（十字铰链式和球面铰链 式）——调节工具电极和工作台的垂直度、 工具电极在水平面内微量的扭转角。
1）工件接脉冲电源的正极——正极性加工 2）工件接脉冲电源的负极——负极性加工 思考：短脉冲与长脉冲适合哪种极性加工， 那一种适合精加工？
短脉冲——正极性——精加工 长脉冲——负极性——粗加工
3）正极吸附效应 ——黑膜只能在正极表面生成，所以只 能使用负极性加工 影响吸附效应的因素： 峰值电流、脉冲间隔一定时，碳黑膜厚度随着脉冲 宽度的增加而增加。 脉冲宽度、峰值电流一定时，碳黑膜厚度随着脉冲 间隔增大而减薄。 冲抽油压力也会对吸附效应有影响，过大的油压会 冲走带电碳粒子，减少吸附效应。
三、小孔电火花加工 工艺 1、适于Ф 0.3～ Ф 3mm，深径比可超 200以上。为了改善 排屑条件，采用电磁 振动头或超声波振动 头。可采用空心管电 极中部冲油。
四、异形小孔的电火花加工——主要是异 形电极的制造及装夹。 1、冷拔——采用电火花线切割加工并配合 钳工修磨制成异形电极的拉丝模。 2、电火花线切割加工整体电极 3、电火花反拷加工整体电极（见图4-31）
第2章电火花加工
(1) 要有一定的脉冲放电能量，否则不能使工件金 属气化。
(2) 电火火花花放成电型必加须工是短时间的脉冲性放电，这样才能 使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有 效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。
(3) 脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应，提 高加工速度和降低工具电极损耗。
(4) 脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉 冲间歇等)有较宽的调节范围，以满足粗、中、精加 工的要求。
电火花成型加工
影响工具相对损耗的主要因素
极性效应 吸附效应：表面碳黑膜 传热效应：宽脉冲，小电流 材料选择：钨、钼，熔点和沸点高，损耗小，但机械加工性能
差，价格贵，用于线切割。铜，导热性好，常用于中小型型 腔加工的工具电极。石墨，热学性能好，吸附效应好，损耗 低，广泛用于型腔的加工。
电火花影成型响加工加工精度主要因素
电火花成型加工
2.电极材料的熔化、气化热膨胀 ：
液体介质被电离、击穿，形成放电通道后， 通道间带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子 奔向负极，粒子间相互撞击，产生大量的热能， 使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使 工作液汽化，进而气化，然后高温向四周扩散， 使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气 化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增， 形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时， 可以看到工件与工具电极间有冒烟现象，并听 到轻微的爆炸声。
电火花成型加工 脉冲电源
在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是产生频 率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加 工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。脉冲电 源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、表面 质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。
脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电，其输出 应满足如下要求：
(2) 电火火花花放成电型必加须工是短时间的脉冲性放电，这样才能 使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有 效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。
(3) 脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应，提 高加工速度和降低工具电极损耗。
(4) 脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉 冲间歇等)有较宽的调节范围，以满足粗、中、精加 工的要求。
电火花成型加工
影响工具相对损耗的主要因素
极性效应 吸附效应：表面碳黑膜 传热效应：宽脉冲，小电流 材料选择：钨、钼，熔点和沸点高，损耗小，但机械加工性能
差，价格贵，用于线切割。铜，导热性好，常用于中小型型 腔加工的工具电极。石墨，热学性能好，吸附效应好，损耗 低，广泛用于型腔的加工。
电火花影成型响加工加工精度主要因素
电火花成型加工
2.电极材料的熔化、气化热膨胀 ：
液体介质被电离、击穿，形成放电通道后， 通道间带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子 奔向负极，粒子间相互撞击，产生大量的热能， 使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使 工作液汽化，进而气化，然后高温向四周扩散， 使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气 化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增， 形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时， 可以看到工件与工具电极间有冒烟现象，并听 到轻微的爆炸声。
电火花成型加工 脉冲电源
在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是产生频 率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加 工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。脉冲电 源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、表面 质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。
脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电，其输出 应满足如下要求：
电火花加工
（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。
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。
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：
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
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。
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。
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：
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
电火花加工技术简介
电火花加工技术Electrical Discharge Machining Technology 【摘要】电火花加工（Electrical Discharge Machining,简称EDM）是基于正负电极间脉冲放电时的电腐蚀现象对材料进行加工的，又称放点加工、电蚀加工、电脉冲加工等，是一种利用电、能量进行加工的方法。
电火花加工适用材料广、适用加工特殊及复杂形状的零件、脉冲参数可以调节、易于自动化，使得电火花加工技术成为特种加工领域的一门重要技术。
本文从电火花的发展历程、基本原理、特点及分类、基本工艺规律、加工设备和工作液、新技术发展及应用等方面加以论述。
【Abstract】EDM (Electrical Discharge Machining, hereinafter referred to as EDM) is based on the positive and negative electrode pulse discharge of electric corrosion phenomena of materials for processing, also known as drop point processing, electric erosion machining, electrical pulse processing and so on, is the use of electric energy for processing. Wide EDM application materials, processing, application of special and complex shapes of components, pulse parameters adjustable, easy to automate, EDM become special processing areas of an important technology. This article from the spark development course, basic principles, characteristics, classification, basic technology law, processing equipment and working fluid, new technology development and application in turn.【关键词】电火花加工发展历程、基本原理、特点、规律、新技术发展【Keywords 】 EDM course of development, basic principles Characteristics, The law, new technology development【引言】电火花加工技术作为特种加工的一门重要技术，人们对其研究及应用投入了大量的精力，同时也取得了丰硕的成果。
第二章 电火花加工
–在电场的作用下，电子高速奔向阳极，正离 子奔向阴极，产生火花放电，形成放电通道
2.2电火花加工的机理
• 3热膨胀:
–放电通道中电子和离子高速运动时相互碰撞， 动能转化成热能，在两极之间沿通道形成一 个高达1000～1200℃的瞬时高温热源，在热 源作用区的电极和工件表面金属会很快熔化， 甚至气化 –周围的工作液除一部分气化外，另一部分被 高温分解为游离的碳黑和H2、C2H2 、C2H4、 CnH2n等气体（使工作液变黑，在极间冒出小 气泡）
•脉冲电源参数：
–脉冲宽度ti :放电延续时间，ti应小于0.001s，以使放电气化产
生的热量不会传导扩散到其它部位，只是在极小范围内使金属局部 熔化，直至气化
–脉冲间隔t0 :相邻脉冲之间的间隙时间，使放电介质有足够的时
间恢复绝缘状态（称为消电离）
–脉冲周期T=ti+t0； –峰值电压:工件和电极间隙开路时电极间的最高电压ui –峰值电流:工件和电极间隙火花放电时脉冲电流瞬间的最大值i
–电极材料不必比工件材料硬，不存在机械加工时由于刀具 硬度而无法加工的问题
• 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过 程自动控制 • 5）只能加工导电材料 • 6）加工速度慢 • 7）电极有损耗
四、电火花加工方法分类
• 表2-1
2.2电火花加工的机理
• 包括：电离、放电、热膨胀、抛出金属和 消电离等几个连续的阶段
–煤油工作液，为避免起火可采用燃点较高的机油或煤油 与机油的混合物 –水基工作液，可大幅度提高粗加工效率
三、电火花成型加工的特点及应用
• 1）可加工用机械加工方法难于或无法加工的材料
–如淬火钢、硬质合金钢、耐热合金钢等
• 2）可加工小孔、深孔、窄缝零件
2.2电火花加工的机理
• 3热膨胀:
–放电通道中电子和离子高速运动时相互碰撞， 动能转化成热能，在两极之间沿通道形成一 个高达1000～1200℃的瞬时高温热源，在热 源作用区的电极和工件表面金属会很快熔化， 甚至气化 –周围的工作液除一部分气化外，另一部分被 高温分解为游离的碳黑和H2、C2H2 、C2H4、 CnH2n等气体（使工作液变黑，在极间冒出小 气泡）
•脉冲电源参数：
–脉冲宽度ti :放电延续时间，ti应小于0.001s，以使放电气化产
生的热量不会传导扩散到其它部位，只是在极小范围内使金属局部 熔化，直至气化
–脉冲间隔t0 :相邻脉冲之间的间隙时间，使放电介质有足够的时
间恢复绝缘状态（称为消电离）
–脉冲周期T=ti+t0； –峰值电压:工件和电极间隙开路时电极间的最高电压ui –峰值电流:工件和电极间隙火花放电时脉冲电流瞬间的最大值i
–电极材料不必比工件材料硬，不存在机械加工时由于刀具 硬度而无法加工的问题
• 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过 程自动控制 • 5）只能加工导电材料 • 6）加工速度慢 • 7）电极有损耗
四、电火花加工方法分类
• 表2-1
2.2电火花加工的机理
• 包括：电离、放电、热膨胀、抛出金属和 消电离等几个连续的阶段
–煤油工作液，为避免起火可采用燃点较高的机油或煤油 与机油的混合物 –水基工作液，可大幅度提高粗加工效率
三、电火花成型加工的特点及应用
• 1）可加工用机械加工方法难于或无法加工的材料
–如淬火钢、硬质合金钢、耐热合金钢等
• 2）可加工小孔、深孔、窄缝零件
电火花加工知识讲解
后，需停歇一段时间，如图所示。 这样才能使能量集中于微小区域，而不致于扩散到邻近的材料中 去。如果形成连续放电，就会形成象电焊一样的电弧，使工件表 面烧伤而不能保证零件的尺寸和表面质量
第一节 电火花加工的基本原理及分类
• 2、必须采用自动进给调节装置 • 以保证工具电极与工件电极间微小的放电间隙。间隙过大，极间
第一节 电火花加工的基本原理及分类
➢电火花加工的点及其应用
• 主要优点：
• 1、可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及时高 纯度的导电材料。如不锈钢、钛合金、工业纯铁、淬火钢、硬 质合金、导电陶瓷、立方氮化硼和人造聚晶金刚石等。
• 2、加工时无明显机械力，故适用于低刚度工件和细微结构的 加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制在工件上，再加 上数控技术的运用，因此，特别适用于复杂的型孔和型腔加工。 甚至可以使用简单的工具电极加工出复杂形状的零件。
电压难以击穿极间的液体介质，不能产生火花放电；间隙过小， 容易产生短路，也不能产生火花放电。电参数对放电间隙的影响 很 大 ， 精 加 工 时 单 边 间 隙 仅 有 0.01mm, 而 粗 加 工 时 则 可 达 0.5mm，甚至更大。 • 3、火花放电必须在具有一定绝缘强度(103~107Ω·cm)的液体介 质中进行 • 常用的液体介质有煤油、皂化液和去离子水等。液体介质又称工 作液，它除了有利于产生脉冲式火花放电外，而且有利于排除放 电过程中产生的电蚀产物和冷却电极及工件表面。
第一节 电火花加工的基本原理及分类
➢电火花加工原理
电火花加工是在如图1-1所示的加工系统中进行的。加工时， 脉冲电源的一极接工具电源，另一极接工件电极。两极均 浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油）中。 工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在 正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01-0.05mm）。当 脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液 体介质击穿，形成放电通道。
第一节 电火花加工的基本原理及分类
• 2、必须采用自动进给调节装置 • 以保证工具电极与工件电极间微小的放电间隙。间隙过大，极间
第一节 电火花加工的基本原理及分类
➢电火花加工的点及其应用
• 主要优点：
• 1、可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及时高 纯度的导电材料。如不锈钢、钛合金、工业纯铁、淬火钢、硬 质合金、导电陶瓷、立方氮化硼和人造聚晶金刚石等。
• 2、加工时无明显机械力，故适用于低刚度工件和细微结构的 加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制在工件上，再加 上数控技术的运用，因此，特别适用于复杂的型孔和型腔加工。 甚至可以使用简单的工具电极加工出复杂形状的零件。
电压难以击穿极间的液体介质，不能产生火花放电；间隙过小， 容易产生短路，也不能产生火花放电。电参数对放电间隙的影响 很 大 ， 精 加 工 时 单 边 间 隙 仅 有 0.01mm, 而 粗 加 工 时 则 可 达 0.5mm，甚至更大。 • 3、火花放电必须在具有一定绝缘强度(103~107Ω·cm)的液体介 质中进行 • 常用的液体介质有煤油、皂化液和去离子水等。液体介质又称工 作液，它除了有利于产生脉冲式火花放电外，而且有利于排除放 电过程中产生的电蚀产物和冷却电极及工件表面。
第一节 电火花加工的基本原理及分类
➢电火花加工原理
电火花加工是在如图1-1所示的加工系统中进行的。加工时， 脉冲电源的一极接工具电源，另一极接工件电极。两极均 浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油）中。 工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在 正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01-0.05mm）。当 脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液 体介质击穿，形成放电通道。
电火花加工
电火花加工
2.自动进给调节系统的基本组成
电火花加工
qa K aW Mft qc K cW M ft
qa va K aW M f t qc vc K aW M f t
q a、q c－ － 正 极 、 负 极 的 总 除 蚀量 ； v a、v c－ － 正 极 、 负 极 的 蚀 速 除度 ， 即 工 件 生 产 率工 或具 损 耗 速 度 ； W M－ － 单 个 脉 冲 能 量 ； f－ － 脉 冲 频 率 ； t－ － 加 工 时 间 ； K a、K c－ － 阳 极 、 阴 极 的 极 能 间量 分 配 系 数 ；
4）直接利用电能进行加工，便于实现自动化。
电火花加工
3.电火花加工工艺方法分类
按工具电极的形状、工具电极和工件相对运动的方式
和用途的不同，大致分为电火花穿孔成形加工、电火花线
切割加工、电火花磨削和镗磨、电火花展成加工、电火花
表面强化与刻字。前四类属电火花成形、尺寸加工，是用
于改变零件形状或尺寸的加工方法；最后一类属表面加工 方法，用于改善或改变零件表面性质。电火花穿孔加工和 电火花线切割应用最为广泛。
电火花加工
电火花加工
电火花加工 工件电极和工具电极均浸泡在工作介质中，工具电极在自动 进给调节装置的驱动下，与工件电极间保持一定的放电间隙。 电极的表面（微观）是凹凸不平的，当脉冲电压加到两极上时， 某一相对间隙最小处或绝缘强度最低处的工作液将最先被电离 为负电子和正离子而被击穿，形成放电通道，电流随即剧增， 在该局部产生火花放电，瞬时高温使工件和工具表面都蚀除掉 一小部分金属，各自形成一个小凹坑。脉冲放电结束后，经过 一段间隔时间（即脉冲间隔t0），使工作液恢复绝缘后，第二个 脉冲电压又加到两极上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘 强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。这样以很高频率 连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就将工具 的形状复制在工件上，加工出所需要的零件。
电火花线切割加工原理、特点、应用范围及设备
〔Байду номын сангаас〕、机床本体：
1、床身 3、走丝机构
2、坐标工作台
4、锥度切割装置 导轮偏移式丝架 导轮摆动式丝架 双坐标轴联动装置
四、电火花线切割加工设备
〔二〕、脉冲电源：
电火花线切割加工的脉 冲电源与电火花成型加工的 脉冲电源在原理上一样，不 过受加工外表粗糙度和电极 丝允许承载电流的限制，线 切割加工脉冲电源的脉宽较 窄(2～60 μs)，单个脉冲能 量、平均电流(1～5 A)一般 较小，所以线切割总是采用 正极性加工。
➢ 采用水或水基工作液，不会引燃起火 ➢ 一般没有稳定的电弧放电状态:火花放大，开路，短路 ➢ 电极与工件间存在疏松接触式轻压放电 ➢ 省掉了成形的工具电极，大大降低了成形工具电极的
制造费用 ➢ 细小的电极可以加工微细异形孔单位长度电极丝损耗
小。 ➢ 单位长度电极丝损耗较少，对加工精度影响小。
三、线切割加工的应用范围
四、电火花线切割加工设备
〔二〕、脉冲电源：
1. 晶体管矩形波脉冲电源
四、电火花线切割加工设备
〔二〕、脉冲电源：
2. 高频分组脉冲电源
四、电火花线切割加工设备
〔二〕、脉冲电源：
3. 节能型脉冲电源
.4 低速走丝线切割加工的脉冲电源
丝速低，电蚀产物的排屑效果不佳 昂贵的设备，必须有较高的生产率 提供窄脉宽，大峰值电流
电火花线切割加工原理、 特点、应用范围及设备
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一、线切割加工的原理
第四章 电火花加工
产生火花放电,瞬时高温使工件和工具表面都蚀除掉一小部分金
属，单个脉冲经过上述过程，完成了一次脉冲放电，而在工件
表面留下一个带有凸边的小凹坑，如图4-2所示。这样以很高频
率连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就将工
具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件。
第一节 电火花加工的机理、特点及分类
胀形成的初始压力可达数十甚至上百个兆帕。高压高温的放
电通道以及随后瞬时气化形成的气体(以后发展成气泡)急速扩
展,并产生一个强烈的冲击波向四周传播。在放电过程中，同
时还伴随有热效应、电磁效应、光效应、声效应及频率范围
很宽的电磁波辐射和爆炸冲击波等现象。
第一节 电火花加工的机理、特点及分类
３.蚀除产物的抛出
加工的规律性。必须掌握其击穿的规律和特征，尤其是击穿通道特性参数
(如通道截面尺寸、能量密度等)随击穿状态参数(如电参数、介质特性、电
极特性及极间距离等参数)而变化的规律性。
2021/9/25
电火花加工通常是在液体介质中进行的，属液体介质电击穿
的应用范围。电火花加工的工艺特性决定极间介质必定存在
各种各样的杂质，如气泡、蚀除颗粒等，且污染程度是随机
电火花加工的原理
单个脉冲经过上述过程，完成了
一次脉冲放电，而在件表面留下一个
带有凸边的小凹坑，如图4-2所示。这
样以很高频率连续不断地重复放电,工
具电极不断地向工件进给，就将工具
的形状复制在工件上，加工出所需要
的零件。
图4-2
2021/9/25
电火花加工表面示意图
1—凹坑 2—凸边
图4-1所示为电火花加工原理示意图。正极性接法是将工件接阳
电极的表面(微观)是凹凸不平的，当脉冲
属，单个脉冲经过上述过程，完成了一次脉冲放电，而在工件
表面留下一个带有凸边的小凹坑，如图4-2所示。这样以很高频
率连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就将工
具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件。
第一节 电火花加工的机理、特点及分类
胀形成的初始压力可达数十甚至上百个兆帕。高压高温的放
电通道以及随后瞬时气化形成的气体(以后发展成气泡)急速扩
展,并产生一个强烈的冲击波向四周传播。在放电过程中，同
时还伴随有热效应、电磁效应、光效应、声效应及频率范围
很宽的电磁波辐射和爆炸冲击波等现象。
第一节 电火花加工的机理、特点及分类
３.蚀除产物的抛出
加工的规律性。必须掌握其击穿的规律和特征，尤其是击穿通道特性参数
(如通道截面尺寸、能量密度等)随击穿状态参数(如电参数、介质特性、电
极特性及极间距离等参数)而变化的规律性。
2021/9/25
电火花加工通常是在液体介质中进行的，属液体介质电击穿
的应用范围。电火花加工的工艺特性决定极间介质必定存在
各种各样的杂质，如气泡、蚀除颗粒等，且污染程度是随机
电火花加工的原理
单个脉冲经过上述过程，完成了
一次脉冲放电，而在件表面留下一个
带有凸边的小凹坑，如图4-2所示。这
样以很高频率连续不断地重复放电,工
具电极不断地向工件进给，就将工具
的形状复制在工件上，加工出所需要
的零件。
图4-2
2021/9/25
电火花加工表面示意图
1—凹坑 2—凸边
图4-1所示为电火花加工原理示意图。正极性接法是将工件接阳
电极的表面(微观)是凹凸不平的，当脉冲
第二章 电火花加工
第二章 电火花加工
六、电火花加工的工艺类型
按照工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致可
以分为以下几种：
电火花穿孔成型加工
工 电火花线切割
艺 电火花内外圆和成型磨削
类 电火花同步共轭回转加工
型
电火花高速小孔加工
电火花表面强化和刻字
第二章 电火花加工
§2-2 电火花加工的机理
火花放电时，电极表面的金属材料究竟是怎样被 蚀除的，这一微观的物理过程即所谓电火花加工的机 理，也就是电火花加工的物理本质。这一过程大致可 分为以下几个连续的阶段：极间介质的电离、击穿， 形成放电通道；介质热分解、电极材料溶化、气化热 膨胀；电极材料的抛出；极间介质的消电离。
3、基本条件
3）火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行， 如：煤油、皂化液等。液体介质称工作液，它们必须 具有较高的绝缘强度，以利于产生脉冲性的火花放电。
第二章 电火花加工
二、设备基本组成
第二章 电火花加工
三、电火花加工的特点
1. 脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于 加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件，不受材料硬度 影响不受热处理状况影响。
§2-3 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 在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到
不同程度的电蚀。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。如果两圾材 料不同，则极性效应更加复杂。在生产中，我国通常把工 件接脉冲电源的正极(工具电极接负极)时，称“正圾性” 加工；反之，工件按脉冲电源的负极(工具电极接正极)时， 称“负极性”加工、又称“反极性”加工。
2014 - 04 - 电火花加工
冲模、直纹面、窄缝、占总数60% 下料 精密小孔、外圆 小模数滚刀 占总数3%
精密螺纹、异形齿轮、占总数1% 回转表面 深小孔、喷嘴、穿丝 占总数2% 孔
6
表面强化、刻 字
工具在工件上振动 工具相对工件移动
工具刃口强化、刻字 占总数2%～3%
B
机理 – 应具备条件
（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 常约为几微米至几百微米;
加工机理简介
(3)电极材料的抛出。 放电通道产生高温高压，工作液和金属气化后不断向外膨 胀，形成内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸汽 被排挤，抛出放电通道，大部分被抛入到工作液中。
加工机理简介
(4) 极间介质的消电离。 加工液流入放电间隙，将电蚀产物及残余的热量带走，并 恢复绝缘状态。为保证电火花加工过程的正常进行，两次放 电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排出，恢复放
放电通道解体导致压强 骤降，导致熔融材料飞 溅到极间而被蚀除
Bubble
Debris
放电通道扩张，电 极材料熔化
放电介质、电极表面材料因 Bubble 高温汽化，在放电柱周围形 成不断扩张的气泡，电极材 料熔化前沿向内部运动 Melted pool
放电介质消电离， 熔化材料凝固
Crater
新放电液进入，一方面冷 却电极材料促使其凝固， 另一方面冲走放电屑
电火花加工
什么是电火花加工?
关键词： 脉冲性火花放电 瞬时高温 金属局部熔化/气化
电火花加工 是在一定的液体介质中， 利用脉冲放电对导电材料的电蚀现象来蚀除材料，从而 使零件的尺寸、形状和表面粗糙度达到预定技术要求的 一种加工方法。
加工机理简介
加工的必备条件 1）必须采用脉冲电源（瞬间放电高温） 2）工具电极和工件被加工表面之间必须保持一定的间隙（同上） 3）放电必须在一定绝缘性能的液体介质中进行（冷却、冲走废 料）
电火花加工
4 同步共轭回
转加工
均作旋转运动 且纵横进给 细管电极旋转、 穿孔速度极高
5 高速小孔加
工
6 表面强化、
刻字
工具在工件上振动 工具相对工件移动
工具刃口强化、 占总数 刻字 2%～3%
u
ui
o
t
ti tp to
图2-1 脉冲电源空载电压波形
图中
ti为脉冲宽度， to为脉冲间隔， tp为脉冲周期， ui为脉冲峰值电压或空载电压
• 铜碳、铜钨和银钨合金等合金材料：导热性好，熔 点高，电极损耗少，价格较贵、制造成型困难，通 常只用于精密电火花加工。
影响表面质量的因素
◆表面粗糙度：单个脉冲能量、工具电极的表面粗糙 度 、加工速度 。 ◆表面变质层：熔化凝固层、热影响层及显微裂纹。 ◆表面力学性能：表面最外层硬度与耐磨性、残余应
• 型腔多为盲孔加工，且形状复杂，致使工作液难以循 环，排出蚀除渣困难，因此比穿孔加工困难。 • 为了改善加工条件，有时在工具电极中间开有冲油孔， 以便冷却和排出加工产物
电火花加工样品
电 火 花 加 工 样 品
力 、耐疲劳性能。
• 电火花加工较大孔时，一般先预制孔，留合适 余量（单边余量为0.5～1mm左右），余量太大， 生产率低，电火花加工时不好定位。 • 细微孔：直径小于0.2mm的孔。 • 国外目前可加工出深径比为5，直径为0.015mm 的细微孔。在我国一般可加工出深径比为10， 直径为0.05mm的细微孔。 • 但加工细微孔的效率较低，因为工具电极制造 困难，排屑也困难，单个脉冲的放电能量须有 特殊的脉冲电源控制，对伺服进给系统要求更 严。
3
2
4
5 6
7 1
图2-1
1—工件 4—工具
第二章 电火花加工
23
第二章 电火花加工
电压 / V
^ ui
ti tp
电射 / A 空空
to td te ti to
电加 / µs
电电
电电
粗过电电
短短
ie
^
is
电加 / µs
图2 脉冲参数与脉冲电压、电流波形
24
第二章 电火花加工 4．脉冲间隔to(μs) 脉冲间隔简称脉间或间隔(也常用OFF、TOFF表示)， 它是两个电压脉冲之间的间隔时间(如图3-2所示)。间隔时 间过短，放电间隙来不及消电离和恢复绝缘，容易产生电 弧放电，烧伤电极和工件；脉间选得过长，将降低加工生 产率。加工面积、加工深度较大时，脉间也应稍大。 5．放电时间(电流脉宽)te(μs) 放电时间是工作液介质击穿后放电间隙中流过放电电 流的时间，即电流脉宽，它比电压脉宽稍小 电流脉宽， 电流脉宽 它比电压脉宽稍小，二者相差一 个击穿延时td。脉冲宽度ti和电流脉宽te对电火花加工的生 产率、表面粗糙度和电极损耗有很大影响，但实际起作用 的是电流脉宽te。
16
第二章 电火花加工
(4) 极间介质的消电离 极间介质的消电离(如图 (e)所示)。加工 液流入放电间隙，将电蚀产物及残余的热 量带走，并恢复绝缘状态。若电火花放电 过程中产生的电蚀产物来不及排除和扩散， 产生的热量将不能及时传出，使该处介质 局部过热，局部过热的工作液高温分解、 积炭，使加工无法继续进行，并烧坏电极。 因此，为了保证电火花加工过程的正常进 行，在两次放电之间必须有足够的时间间 隔让电蚀产物充分排出，恢复放电通道的 绝缘性，使工作液介质消电离。
14
第二章 电火花加工
(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图 (b)、(c) 所示)。液体介质被电离、击穿，形成放电通道 后，通道间带负电的粒子奔向正极，带正电的 粒子奔向负极，粒子间相互撞击，产生大量的 热能，使通道瞬间达到很高的温度。通道高温 首先使工作液汽化，进而气化，然后高温向四 周扩散，使两电极表面的金属材料开始熔化直 至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间 体积猛增，形成了爆炸的特性。所以在观察电 火花加工时，可以看到工件与工具电极间有冒 烟现象，并听到轻微的爆炸声。
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二、电火花加工的特点及分类
➢1.电火花加工的特点 ➢2.电火花加工工艺方法分类 ➢3.电火花穿孔成形加工
➢1.电火花加工的特点
✓1)适用的材料范围广。 ✓2)适于加工特殊及复杂形状的零件。 ✓3)脉冲参数可以在一个较大的范围内调节，可以在同一台机 床上连续进行粗、半精及精加工。 ✓4)直接利用电能进行加工，便于实现自动化。
(3)分解电极法
分解电极法是单电极平动加工法和多电极更换加工法的综合 应用。根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔和副型腔 电极分别制造。
2.型腔模加工用工具电极
(1)电极材料的选择 (2)电极的设计 (3)排气孔和冲油孔设计
(1)电极材料的选择
１)不容易产生电弧，在较困难的条件下也能稳定地加工； ２)精加工比石墨电极损耗小； ３)采用精微加工能获得很高的表面粗糙度； ４)经锻造后还可做其他型腔加工用的电极，材料利用率高。
(2)电极的设计
与主轴头进给方向垂直的电极尺寸称为水平尺寸(图5-8) ，可用下式确定
(4-11)
(２)电极的设计
(5-10)
2.工具电极
(1)电极材料的选择 凸模一般选优质高碳钢T8A、T10A或铬钢 Cr12、GCr15以及硬质合金等。 (2)电极的设计 由于凹模的精度主要决定于工具电极的精度， 因而对它有较为严格的要求，要求工具电极的尺寸精度和表面 粗糙度比凹模高一级，一般精度不低于IT7，表面粗糙度小于Ra 1.25μm，且直线度、平面度和平行度在100mm长度上不大于0.0 1mm。 (3)电极的制造 冲模电极的制造，一般先经普通机械加工，然 后成形磨削。
2.工具电极
3.工件的准备
电火花加工前，工件(凹模)型孔部分要加工预孔，并留适当的 电火花加工余量。余量的大小应能补偿电火花加工的定位、找 正误差及机械加工误差。
4.电规准的选择及转换
电规准是指电火花加工过程中一组电参数，如电压、电流、 脉宽、脉间等。电规准选择正确与否，将直接影响着模具加 工工艺指标。
✓二、型腔模的电火花加工工艺
1.型腔模电火花加工的工艺方法 2.型腔模加工用工具电极 3.工作液强迫循环的应用 4.电规准的选择、转换 5.电火花加工工艺参数曲线图表
1.型腔模电火花加工的工艺方法
(1)单电极平动法 采用一个电极完成型腔的粗、中、精加工。 (2)多电极更换法 多电极更换法是采用多个电极依次更换加工 同一个型腔。 (3)分解电极法 分解电极法是单电极平动加工法和多电极更换 加工法的综合应用。
一、冲模的电火花加工工艺
图5-5 凹模电火花加工
一、冲模的电火花加工工艺
图5-5 凹模电火花加工
一、冲模的电火花加工工艺
凹模的尺寸精度主要靠工具电极来保证，因此，对工 具电极的精度和表面粗糙度都应有一定的要求。如凹 模的尺寸为Ｌ2，工具电极相应的尺寸为Ｌ1(图5-5)， 单面火花间隙值为ＳL，则
一、电火花加工的机理
➢ １.极间介质的击穿和放电通道的形成 ➢ ２.介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀 ➢ ３.蚀除产物的抛出 ➢ ４.极间介质的消电离
➢１.极间介质的击穿和放电通道的形成
✓ 电火花加工的基本原理决定了工作介质的击穿状态将直接 影响电火花加工的规律性。必须掌握其击穿的规律和特征 ，尤其是击穿通道特性参数(如通道截面尺寸、能量密度 等)随击穿状态参数(如电参数、介质火花加工工艺方法分类
➢２.电火花加工工艺方法分类
5.1.1 电火花穿孔成形加工
✓一、冲模的电火花加工工艺 ✓二、型腔模的电火花加工工艺 ✓三、小孔电火花加工工艺
5.1.1 电火花穿孔成形加工
✓一、冲模的电火花加工工艺
1.冲模的电火花加工工艺方法 2.工具电极 3.工件的准备 4.电规准的选择及转换
➢3)必须是脉冲性的放电(脉宽0.1～1000μs，脉间不小于10μs)，以 确保放电所产生的热量来不及传导扩散到被加工材料的其他部分而 集中在局部，使局部的材料产生熔化、气化而被蚀除。
➢4)及时排除电极间的电蚀产物，以确保电极间介电性能的稳定。
图5-２ 电火花加工表面示意图 １—凹坑 ２—凸边
5 电火花加工
5.1 电火花加工的机理、特点及分类
➢5.1.1 电火花穿孔成形加工
➢5.1.2 电火花线切割加工技术
5.2 电火花加工中的基本工艺规律
5.1 电火花加工的机理、特点及分类
一、电火花加工的机理 二、电火花加工的特点及分类
一、电火花加工的条件
➢1)电极之间始终保持确定的距离(通常为数微米至数百微米)。 ➢2)放电点的局部区域达到足够高的电流密度(一般为105～106A/cm2 )，以确保被加工材料能在局部熔化、气化，否则只能加热被加工 材料。
(１)单电极平动法
图5-6 平动头加工示意图
(1)单电极平动法
图5-7 几种典型的摇动模式和加工实例 ａ)基本摇动模式 ｂ)锥度摇动模式 ｃ)数控联动加工实例
—起始半径 —终了半径 Ｒ—球面半径
(2)多电极更换法
多电极更换法是采用多个电极依次更换加工同一个型腔 。所需电极的数量由型腔的精度要求决定，一般用两个 电极进行粗、精加工就可满足要求。
✓１.极间介质的击穿和放电通道的形成
图5-３ 矩形波脉冲时极间电压和电流波形
✓２.介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀
放电通道是由数量大体相等的带正电粒子(正离子)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。 带电粒子高速运动时相互碰撞，产生大量的热，使通道温度相 当高，但分布是不均匀的，从通道中心向边缘逐渐降低，通道 中心温度可高达10000℃以上。
✓３.蚀除产物的抛出
图5-４ 放电过程中放电间隙状态的示意图 １—工件电极 ２—工件电极上的相变区 ３—气泡中的微粒
４—工作液 ５—工具电极６—工具电极上的相变区 ７—放电通道 ８—介质气化区 ９—液介中的微粒
✓４.极间介质的消电离
两次脉冲放电之间，必须有一定间隔时间，使间隙介质消电离。 即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，间隙中电蚀产物排除 ，介质温度降低，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度。