【教学课题】电火花加工的原理、特点及分类【教学目的】1)、重点掌握

【教学课题】电火花加工的原理、特点及分类
【教学目的】：
1）、重点掌握电火花加工的物理本质；
2）、掌握电火花线切割、成形加工的异同点。

3）、熟悉电火花加工的特点及其适用范围；
【教学重点及难点】：电火花加工中一次放电现象所经过的过程
【教学方法】：讲授、多媒体辅助教学等
【教学准备】：多媒体课件
【教学过程设想】：
1、导入新课：
通过电火花产品演示导入（提高学生学习的主动性、积极性及好奇心）2、讲授新课：
讲授电火花的基本原理和基本工作过程后，播放电火花工作的全过程，进一步熟悉电火花加工的原理。

同时可使静态、抽象的概念动态、具体、直观化，进一步提高学生的学习兴趣。

3、突破难点：
电火花加工中一次放电现象所经过的过程是本节的重点，通过多媒体播放，ppt课件展示讲解让学生掌握电火花加工的工作过程和原理。

4、知识拓展：
课前布置学生查阅资料了解电火花加工及其应用领域，了解目前制造业的最新加工手段。

让学生以小组为单位查阅资料，课堂分享。

一次培养学生的自主学习能力，查阅资料能力，协作工作能力。

【教学时间】：1课时
【教学过程】
1.请一个小组展示收集的电火花加工零件，并做简单介绍。

引出问题：什么是电火花加工？
2.新课讲授
电火花加工（Electrical Discharge Machining,简称EDM）是通过工件和工具电极间的放电而有控制地去除工件材料，以及使材料变形、改变性能的特种加工。

其中成形加工适用于各种孔、槽模具，还可刻字、表面强化等；切割加工适用于各种冲模、粉末冶金模及工件，各种样板、磁钢及硅钢片的冲片，钼、钨、半导体或贵重金属。

（ppt课件）
播放电火花加工视频（完整的加工过程,）
基本原理
一次电火花放电所经历的过程：
电离—放电—热膨胀—抛金属—消电离
图1-1
1—工件；2—脉冲电源；3—自动进给装置
4—工具电极；5—工作液；6—过滤器；7—泵(ppt课件)
电火花放电动画演示（ppt课件）
电火花加工的物理本质
电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下来。

那么两电极表面的金属材料是如何被蚀除下来的呢？这一过程大致分为以下几个阶段(如图1-2所示)：
图1-2
(1) 极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图1-2(a)所示)。

工具电极与工件电极缓缓靠近，极间的电场强度增大，由于两电极的微观表面是凹凸不平的，因此在两极间距离最近的A、B处电场强度最大。

工具电极与工件电极之间充满着液体介质，液体介质中不可避免地含有杂质及自由电子，它们在强大的电场作用下，形成了带负电的粒子和带正电的粒子，电场强度越大，带电粒子就越多，最终导致液体介质电离、击穿，形成放电通道。

放电通道是由大量高速运动的带正电和带负电的粒子以及中性粒子组成的。

由于通道截面很小，通道内因高温热膨胀形成的压力高达几万帕，高温高压的放电通道急速扩展，产生一个强烈的冲击波向四周传播。

在放电的同时还伴随着光效应和声效应，这就形成了肉眼所能看到的电火花。

(2) 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。

(3) 正负电极间产生的电火花现象，使放电通道产生高温高压。

通道中心的压力最高，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。

仔细观察电火花加工，可以看到桔红色的火花四溅，这就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。

(4) 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。

上述步骤(1)～(4)在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行，即单个脉冲放电结束，经过一段时间间隔(即脉冲间隔)使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲又作用到工具电极和工件上，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，蚀出另一个小凹坑。

这样以相当高的频率连续不断地放电，工件不断地被蚀除，故工件加工表面将由无数个相互重叠的小凹坑组成(如图1-3所示)。

所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。

图1-3
学生分组讨论：
分析其基本原理，对比以往的机械加工方法，电火花加工需要什么样的条件？然后请1~2组学生与大家分享讨论结果，并进行最后归纳总结。

电火花加工必备条件：
脉冲放电用于零件加工应具备以下基本条件。

1、接在不同极性上的工具和工件之间必须保持一定距离以形成放电间隙。

2、放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。

3、脉冲波形基本是单向的。

4、有足够的脉冲放电能量。

播放视频:观看实际情况下电火花穿孔加工。

学生继续讨论：同以往的机械加工方法相比点火花加工具备什么特点？
然后请1~2组学生与大家分享讨论结果，并进行最后归纳总结。

电火花加工的特点：
1．便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料。

2．电极和工件在加工过程中不接触，两者间的宏观作用力很小。

3．电极材料不要求比工件材料硬。

4．直接利用电、热能进行加工，便于实现加工过程的自动控制。

5．同一机床，调节脉冲参数，可连续进行粗中精及精微加工。

影响加工速度的主要因素---极性效应
定义：正、负两极的蚀除速度不同，这种蚀除速度不同的现象称极性效应。

1、当采用短脉冲进行加工时，大部分正离子尚未到达负极表面，脉冲便已结束，所以负极的蚀除量小于正极。

工件正极---正极性加工工件负极----负极性加工
2、当采用长脉冲加工时，正离子有足够的时间加速得到较大的速度，也有足够的时间到达负极表面。

加上它的质量大，因而正离子对负极的轰击作用远大于电子对正极的轰击，负极的蚀除量大于正极。

讨论：采用单项脉冲电源进行电火花加工的时候，怎样安排工具电极和工件的极性。

结论：合理的选择加工极性，可以提高加工效率，减少电极的损耗。

3.小结
本次课学习了模具零件的特种加工当中电火花加工的基本原理，分解过程、实现电火花的必备条件和电火花的特点。

4.作业
1、课下熟悉本节内容，加深理解；
2、电火花加工中，什么叫极性效应？在生产中如何利用极性效应？
3、预习下节课内容，查找资料电火花加工的工艺
板书设计。