模具零件的电火花加工培训课件
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• 1952年，瑞士夏米尔（后并入阿奇）技术公 司量产工业级机床
逆向思维经典案例
1）防腐——腐蚀加工（玻璃上刻图案） 2）雷击——避雷针 3）润滑——摩擦/高尔夫球 4）茅草——锯子（鲁班）
……
电腐蚀用于金属加工的必备条件：
• 局部电流密度105~106A/cm2，产生10000℃以 上高温，使金属气化；
• 峰值电流Ip Ip↑，电极损耗θ↑，生产率↑，间隙δ↑，表面粗 糙，表面变质层↑，加工稳定性好
Байду номын сангаас
• 电规准其它参数：波形，击穿电压，放电脉冲 前、后沿，平均电流Im，脉宽峰值比Ton/Ip （μs/A）
• 单个脉冲能量=Im ×Ton 或
• 粗规准（大能量）：低电压，大Ton，大Ip，小 T粗off糙得负到极高性生产率，低θ，但加工精度差，表面
4.1 电火花成形加工 （Electrical Discharge Machining）
• 4.1.1 电火花加工的基本原理及特点 • 4.1.1.1 电火花加工的基本原理
• 工具电极与工件之间脉冲性火花放电时的电 腐蚀。
• 1752年，本杰明.富兰克林以雷电为例对放点 现象作了说明；
• 1943年，前苏联学者拉扎林柯夫妇利用RC回 路发明了电加工机床；
电场。场强足够大时，极间产生极化或搭桥，电子从阴 极向阳极发射，进而形成雪崩式电离过程，极间形成等 离子体放电通道，产生击穿。
2）放电—热蚀：阳极和阴极表面分别受到带电粒子流
高速冲击，电流密度可达105~106A/cm2，通道中心温度 高达104℃以上，瞬时压力高达107Pa，电极材料熔化和 气化，形成过热金属。同时，通道周围的工作液变热， 气化，气泡区形成并扩展。
一般用加工速度、加工精度、加工表面质量、工具电极相 对损耗4个工艺指标评价电火花加工的工艺效果。
4.1.2.1 影响加工速度的主要因素
电规准3元素（应可调）：
• 脉宽Ton 范围0.1~2000μs（微秒） Ton↑，电极损耗θ↓，生产率↑，间隙δ↑，表面 粗糙，表面变质层↑，斜度↑，加工稳定性好
• 脉冲间隔Toff Toff↑，加工稳定性好
喷丸？）,液体喷射加工,挤压珩磨（AFM）,水射流切割 （WJC）
特种加工 引起机械制造工艺技术领域的变革
• 提高了材料的可加工性； • 改变了零件的典型工艺路线（热处理前后，
分散—集中）； • 缩短了新产品试制周期； • 对产品零件的结构设计带来了很大影响
（清角与圆角，镶拼与整体）； • 对传统的结构工艺性的好坏需要重新衡量。
质量差引起起动时间差
• 正确利用：
形精度（矛盾Ⅰ）； 8）一般加工速度较慢（矛盾Ⅲ？）； 9）最小角部半径有限制。
电火花加工解决了 高熔点、高硬度、高强度、高脆性、高粘性、 高韧性、高纯度材料和具有各种复杂结构与 特殊工艺要求的零件 长期以来存在的加工难题
电火花加工按工艺方法分类
• 电火花成形、穿孔 • 电火花磨削 平面、内外圆、成形 • 电火花线电极加工 电火花线切割，其它线
• 精大小T，规off可准得达（到到小较较能低高量生精）产度：率较正，高极较电性大压θ，，小但T表on，面小粗I糙p，度 • 中规准：介于两者之间
• 1. 电参数 • 加工速度正比于单个脉冲能量（w）、脉冲
频率（f）、平均电流（Im）。 • 2. 极性效应 • 蚀除速度的差别。 原因：正离子和电子的
• 脉冲宽度Ton，放电持续时间10－7~10－3sec； • 脉冲间隔Toff，足够的停歇时间，不在同一点
重复放电； • 放电间隙δ，电极与工件间隙nμm ~n×102μm； • 工作液。
脉冲电流波形
4.1.1.2 电火花加工的物理本质
• 单次脉冲放电的物理过程（慢动作）：
1）电离—击穿：脉冲电压加至两极，极间立即建立起
3）抛出—消电离：随着放电延续，熔化的金属断续从
电极表面抛离。脉冲电流终止时，气泡由于惯性继续向 外扩展，内部压力降低，过热熔融金属抛离电极后，电 极表面形成放电凹坑。随着气泡收缩而破裂，带电离子 迅速减少，极间恢复绝缘状态。
从工艺观点出发，电火花加工过程 可以归结为3个基本矛盾
• Ⅰ) 工具电极损耗与工件成形精度之间的矛盾； • Ⅱ) 加工生产率和加工表面质量之间的矛盾； • Ⅲ) 电蚀产物的产生与排除之间的矛盾。
• 电能、动能——离子束加工（电－机械）（IBM） • 电化学能——电解加工（ECM）,电铸（EF）,涂镀（EP） • 电化学能、机械能——电解磨削（ECG）,阳极机械磨削，
电解珩磨（ECH） • 声能、机械能——超声波加工（USM） • 光能、热能——激光加工（切割、打孔、打标记，LBM），
激光处理、表面改性（LBT） • 化学能——化学铣削（CHM），化学抛光（CHP） • 光能、化学能——光刻（照相腐蚀，PCM） • 液流、机械能——磨粒流加工，磨料喷射加工（喷砂，
电极电火花加工
• 电火花展成加工 利用简单形状电极与工件 作相对应的展成运动，逐点加工，实现整 体成形（共轭旋转、螺旋面、……）
• 电火花强化？
新技术（日本）
• 气中放电加工的最大优点是电极损耗极低， 且与脉宽无关。
• 混粉（硅、铝等）工作液 可达到类似镜面 效果
4.1.2 电火花加工的基本规律
第4章 模具零件的电火花加工
• 特种加工与传统切削加工本质不同点：
• 不要求工具材料比工件材料硬； • 不需要施加明显的机械力，而是利用电能、
化学能、光能、声能、热能等对工件进行 加工。
常用特种加工方式：
• 电能、热能——电火花成形加工（EDM），电火花线切 割加工（WEDM），电子束加工（切割、打孔、焊接， EBM），等离子弧加工（切割/喷镀，PAM）
4.1.1.3 电火花加工的特点
1）主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下 也可加工半导体和非导体材料；
2）加工不靠明显的作用力，可用于加工小孔、窄槽 等复杂孔、腔加工；
3）脉冲放电持续时间短，工件被加工表面受影响小； 4）可完成粗、中、精、精微加工； 5）便于实现自动化； 6）去除材料率与质量指标无法兼顾（矛盾Ⅱ）； 7）存在电极损耗，并往往集中在某一局部，影响成
逆向思维经典案例
1）防腐——腐蚀加工（玻璃上刻图案） 2）雷击——避雷针 3）润滑——摩擦/高尔夫球 4）茅草——锯子（鲁班）
……
电腐蚀用于金属加工的必备条件：
• 局部电流密度105~106A/cm2，产生10000℃以 上高温，使金属气化；
• 峰值电流Ip Ip↑，电极损耗θ↑，生产率↑，间隙δ↑，表面粗 糙，表面变质层↑，加工稳定性好
Байду номын сангаас
• 电规准其它参数：波形，击穿电压，放电脉冲 前、后沿，平均电流Im，脉宽峰值比Ton/Ip （μs/A）
• 单个脉冲能量=Im ×Ton 或
• 粗规准（大能量）：低电压，大Ton，大Ip，小 T粗off糙得负到极高性生产率，低θ，但加工精度差，表面
4.1 电火花成形加工 （Electrical Discharge Machining）
• 4.1.1 电火花加工的基本原理及特点 • 4.1.1.1 电火花加工的基本原理
• 工具电极与工件之间脉冲性火花放电时的电 腐蚀。
• 1752年，本杰明.富兰克林以雷电为例对放点 现象作了说明；
• 1943年，前苏联学者拉扎林柯夫妇利用RC回 路发明了电加工机床；
电场。场强足够大时，极间产生极化或搭桥，电子从阴 极向阳极发射，进而形成雪崩式电离过程，极间形成等 离子体放电通道，产生击穿。
2）放电—热蚀：阳极和阴极表面分别受到带电粒子流
高速冲击，电流密度可达105~106A/cm2，通道中心温度 高达104℃以上，瞬时压力高达107Pa，电极材料熔化和 气化，形成过热金属。同时，通道周围的工作液变热， 气化，气泡区形成并扩展。
一般用加工速度、加工精度、加工表面质量、工具电极相 对损耗4个工艺指标评价电火花加工的工艺效果。
4.1.2.1 影响加工速度的主要因素
电规准3元素（应可调）：
• 脉宽Ton 范围0.1~2000μs（微秒） Ton↑，电极损耗θ↓，生产率↑，间隙δ↑，表面 粗糙，表面变质层↑，斜度↑，加工稳定性好
• 脉冲间隔Toff Toff↑，加工稳定性好
喷丸？）,液体喷射加工,挤压珩磨（AFM）,水射流切割 （WJC）
特种加工 引起机械制造工艺技术领域的变革
• 提高了材料的可加工性； • 改变了零件的典型工艺路线（热处理前后，
分散—集中）； • 缩短了新产品试制周期； • 对产品零件的结构设计带来了很大影响
（清角与圆角，镶拼与整体）； • 对传统的结构工艺性的好坏需要重新衡量。
质量差引起起动时间差
• 正确利用：
形精度（矛盾Ⅰ）； 8）一般加工速度较慢（矛盾Ⅲ？）； 9）最小角部半径有限制。
电火花加工解决了 高熔点、高硬度、高强度、高脆性、高粘性、 高韧性、高纯度材料和具有各种复杂结构与 特殊工艺要求的零件 长期以来存在的加工难题
电火花加工按工艺方法分类
• 电火花成形、穿孔 • 电火花磨削 平面、内外圆、成形 • 电火花线电极加工 电火花线切割，其它线
• 精大小T，规off可准得达（到到小较较能低高量生精）产度：率较正，高极较电性大压θ，，小但T表on，面小粗I糙p，度 • 中规准：介于两者之间
• 1. 电参数 • 加工速度正比于单个脉冲能量（w）、脉冲
频率（f）、平均电流（Im）。 • 2. 极性效应 • 蚀除速度的差别。 原因：正离子和电子的
• 脉冲宽度Ton，放电持续时间10－7~10－3sec； • 脉冲间隔Toff，足够的停歇时间，不在同一点
重复放电； • 放电间隙δ，电极与工件间隙nμm ~n×102μm； • 工作液。
脉冲电流波形
4.1.1.2 电火花加工的物理本质
• 单次脉冲放电的物理过程（慢动作）：
1）电离—击穿：脉冲电压加至两极，极间立即建立起
3）抛出—消电离：随着放电延续，熔化的金属断续从
电极表面抛离。脉冲电流终止时，气泡由于惯性继续向 外扩展，内部压力降低，过热熔融金属抛离电极后，电 极表面形成放电凹坑。随着气泡收缩而破裂，带电离子 迅速减少，极间恢复绝缘状态。
从工艺观点出发，电火花加工过程 可以归结为3个基本矛盾
• Ⅰ) 工具电极损耗与工件成形精度之间的矛盾； • Ⅱ) 加工生产率和加工表面质量之间的矛盾； • Ⅲ) 电蚀产物的产生与排除之间的矛盾。
• 电能、动能——离子束加工（电－机械）（IBM） • 电化学能——电解加工（ECM）,电铸（EF）,涂镀（EP） • 电化学能、机械能——电解磨削（ECG）,阳极机械磨削，
电解珩磨（ECH） • 声能、机械能——超声波加工（USM） • 光能、热能——激光加工（切割、打孔、打标记，LBM），
激光处理、表面改性（LBT） • 化学能——化学铣削（CHM），化学抛光（CHP） • 光能、化学能——光刻（照相腐蚀，PCM） • 液流、机械能——磨粒流加工，磨料喷射加工（喷砂，
电极电火花加工
• 电火花展成加工 利用简单形状电极与工件 作相对应的展成运动，逐点加工，实现整 体成形（共轭旋转、螺旋面、……）
• 电火花强化？
新技术（日本）
• 气中放电加工的最大优点是电极损耗极低， 且与脉宽无关。
• 混粉（硅、铝等）工作液 可达到类似镜面 效果
4.1.2 电火花加工的基本规律
第4章 模具零件的电火花加工
• 特种加工与传统切削加工本质不同点：
• 不要求工具材料比工件材料硬； • 不需要施加明显的机械力，而是利用电能、
化学能、光能、声能、热能等对工件进行 加工。
常用特种加工方式：
• 电能、热能——电火花成形加工（EDM），电火花线切 割加工（WEDM），电子束加工（切割、打孔、焊接， EBM），等离子弧加工（切割/喷镀，PAM）
4.1.1.3 电火花加工的特点
1）主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下 也可加工半导体和非导体材料；
2）加工不靠明显的作用力，可用于加工小孔、窄槽 等复杂孔、腔加工；
3）脉冲放电持续时间短，工件被加工表面受影响小； 4）可完成粗、中、精、精微加工； 5）便于实现自动化； 6）去除材料率与质量指标无法兼顾（矛盾Ⅱ）； 7）存在电极损耗，并往往集中在某一局部，影响成