特种加工第二章电火花加工电火花加工的自动进给调节系统讲义资料
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第二章 电火花加工
一、电火花加工的原理和设备组成 二、电火花加工的特点及其应用 三、电火花加工工艺方法分类
电火花加工的原理和设备组成
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，这一间隙随加 工条件而定，通常约为 0.02～0.1mm。 2) 火花放电必须是瞬时的脉 冲性放电(图2-1)。 3) 火花放电必须在有一定绝 缘性能的液体介质中进行， 例如煤油、皂化液或去离子 水等。
放电的热效应
介质热分解、气 化
煤油 水基工作液
电极材料熔化、 气化
图2-6 单个脉冲放电痕 剖面放大示意图 1—无变化区 2—热影响层 3—翻边 凸起 4—放电通道 5—气化区 6—熔化区 7—熔化凝固层
电极材料的抛出
图2-5 放电间隙状况示意图 1—正极 2—从正极上熔化并抛出金属的区域 3—放电通道 4—气泡 5—在负极上熔 化并抛出金属的区域 6—负极 7—翻边凸起 8—在工作液中凝固的微粒 9—工作液 10—放电形成的凹坑
用途
1．线切割穿丝预孔 2．深径比很大的小孔，如喷嘴等
说明
约占电火花机床2%， 典型机床有D703A电火花高速小孔加工机床
电火花表面强化、刻字
特点
1．工具在工件表面上振动 2．工具相对工件移动
用途
1．模具刃口，刀、量具刃口表面强化和镀覆 2．电火花刻字、打印记
说明
约占电火花机床总数的2%～3%， 典型设备有D9105电火花强化器等
1) 所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或负半波很 小，这样才能最大限度地利用极性效应，提高生产率和 减少工具电极的损耗。 2) 脉冲电压波形的前后沿应该较陡，这样才能减少电极 间隙的变化及油污程度等对脉冲放电宽度和能量等参数 的影响，使工艺过程较稳定。 3) 脉冲的主要参数，如峰值电流e、脉冲宽度ti、脉冲 间隔t0等应能在很宽的范围内调节，以满足粗、中、精 加工的要求。 4) 脉冲电源不仅要考虑工作稳定可靠、成本低、寿命长、 操作维修方便和体积小等问题，还要考虑节省电能。
电火花加工的原理和设备组成
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，这一间隙随加 工条件而定，通常约为 0.02～0.1mm。 2) 火花放电必须是瞬时的脉 冲性放电(图2-1)。 3) 火花放电必须在有一定绝 缘性能的液体介质中进行， 例如煤油、皂化液或去离子 水等。
放电的热效应
介质热分解、气 化
煤油 水基工作液
电极材料熔化、 气化
图2-6 单个脉冲放电痕 剖面放大示意图 1—无变化区 2—热影响层 3—翻边 凸起 4—放电通道 5—气化区 6—熔化区 7—熔化凝固层
电极材料的抛出
图2-5 放电间隙状况示意图 1—正极 2—从正极上熔化并抛出金属的区域 3—放电通道 4—气泡 5—在负极上熔 化并抛出金属的区域 6—负极 7—翻边凸起 8—在工作液中凝固的微粒 9—工作液 10—放电形成的凹坑
用途
1．线切割穿丝预孔 2．深径比很大的小孔，如喷嘴等
说明
约占电火花机床2%， 典型机床有D703A电火花高速小孔加工机床
电火花表面强化、刻字
特点
1．工具在工件表面上振动 2．工具相对工件移动
用途
1．模具刃口，刀、量具刃口表面强化和镀覆 2．电火花刻字、打印记
说明
约占电火花机床总数的2%～3%， 典型设备有D9105电火花强化器等
1) 所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或负半波很 小，这样才能最大限度地利用极性效应，提高生产率和 减少工具电极的损耗。 2) 脉冲电压波形的前后沿应该较陡，这样才能减少电极 间隙的变化及油污程度等对脉冲放电宽度和能量等参数 的影响，使工艺过程较稳定。 3) 脉冲的主要参数，如峰值电流e、脉冲宽度ti、脉冲 间隔t0等应能在很宽的范围内调节，以满足粗、中、精 加工的要求。 4) 脉冲电源不仅要考虑工作稳定可靠、成本低、寿命长、 操作维修方便和体积小等问题，还要考虑节省电能。
电火花加工ppt课件
2.1 电火花加工基本原理及其分类
2.1.1 电火花加工的原理 2.1.2 电火花加工的设备组成 2.1.3 电火花加工的特点 2.1.4 电火花加工的应用 2.1.5 电火花加工工艺方法分类
2020/2/9
4
第2章 电火花加工
2.1 电火花加工基本原理及其分类
2.1.1 电火花加工的原理
必要条件(1)： 必须使工具和工件被加工表面之间始终保持一定的放电间隙； ——过大→不能击穿，过小→容易短路； ——间隙距离：几微米到几百微米。
工具电极
工 作 液
工件电极
电蚀产物排出示意图
2020/2/9
7
第2章 电火花加工
2.1 电火花加工基本原理及其分类
2.1.1 电火花加工的原理
A
B
加工过程描述：
1. 加脉冲电压、击穿放电、 形成凹坑；
2. 脉冲间隔恢复绝缘、再次 放电形成凹坑；
3. 凹坑增多并重叠、间隙增 大、电极进给，得到需要 的零件。
特种加工技术 — 第2章 电火花加工(1)
韦东波 迟关心
机械制造及其自动化
第2章 电火花加工
20世纪40年代， 前苏联拉扎林科夫妇 研究开关触点腐蚀的原因时发现： 利用工具和工件之间不断的脉冲性火花放电 产生的局部、瞬时的高温 把金属蚀除下来。 由于加工过程中可以看到火花，故称电火花加工 Electrical Discharge Machining (EDM)
等），几乎不受力学性能（硬度、强度等）的限制。
可以加工特殊及复杂形状的表面和零件
——有微观切削力，没有宏观切削力。 ——工具电极硬度要求小，制作较容易。 ——数控技术使简单电极加工复杂形状可行。
2020/2/9
2.1.1 电火花加工的原理 2.1.2 电火花加工的设备组成 2.1.3 电火花加工的特点 2.1.4 电火花加工的应用 2.1.5 电火花加工工艺方法分类
2020/2/9
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第2章 电火花加工
2.1 电火花加工基本原理及其分类
2.1.1 电火花加工的原理
必要条件(1)： 必须使工具和工件被加工表面之间始终保持一定的放电间隙； ——过大→不能击穿，过小→容易短路； ——间隙距离：几微米到几百微米。
工具电极
工 作 液
工件电极
电蚀产物排出示意图
2020/2/9
7
第2章 电火花加工
2.1 电火花加工基本原理及其分类
2.1.1 电火花加工的原理
A
B
加工过程描述：
1. 加脉冲电压、击穿放电、 形成凹坑；
2. 脉冲间隔恢复绝缘、再次 放电形成凹坑；
3. 凹坑增多并重叠、间隙增 大、电极进给，得到需要 的零件。
特种加工技术 — 第2章 电火花加工(1)
韦东波 迟关心
机械制造及其自动化
第2章 电火花加工
20世纪40年代， 前苏联拉扎林科夫妇 研究开关触点腐蚀的原因时发现： 利用工具和工件之间不断的脉冲性火花放电 产生的局部、瞬时的高温 把金属蚀除下来。 由于加工过程中可以看到火花，故称电火花加工 Electrical Discharge Machining (EDM)
等），几乎不受力学性能（硬度、强度等）的限制。
可以加工特殊及复杂形状的表面和零件
——有微观切削力，没有宏观切削力。 ——工具电极硬度要求小，制作较容易。 ——数控技术使简单电极加工复杂形状可行。
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《特种加工》第二版第2章
体结构，减少了加工和装配工时，延长了使用寿命。
6
➢ 局限性：
（1）一般只能加工金属等导电材料； （2）加工速度一般较慢； （3）存在电极损耗； （4）最小角部半径有限制； （5）加工表面有变质层甚至微裂纹。
7
2.1.3 电火花加工应具备的条件
➢ 实现电火花加工的必要条件： 1) 工具电极与工件保持一定的放电间隙；一般是几个微米至
➢ 极性：工件或电极接入电源回路的正极或负极。 ➢ 极性效应：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。 ➢ 我国对极性的规定：以工件所接为准。
27
➢ 影响因素：电子流、离子流，长脉宽与短脉宽、工作液和 电极对等都影响极性效应
➢ 产生原因：在火花放电过程中，正、负电极表面分别受到 负电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用，在两极表面所 分配到的能量不一样，因而熔化、气化抛出的电蚀量也不 一样。
11
适用范围： 1）电火花穿孔成形加工
➢ 穿孔加工 ➢ 型腔加工 2）电火花线切割加工 ➢ 冲模 ➢ 下料、截割和窄缝 3）电火花内孔、外圆和成形磨削 ➢ 加工高精度、表面粗糙度值小的小孔 ➢ 外圆、小模数滚刀
12
4 )电火花同步共扼回转加工 ➢ 各种复杂型面的零件，如高精度的异形齿轮，精密螺纹 环规，高精度、高对称度、表面粗糙度值小的内、外回 转 体表面等
（2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 没有机械加工的切削力 ，适宜加工低刚度工件及
进行微细加工。
5
（3）易于实现加工过程自动化 直接利用电能加工，而电能、电参数较机械量易于
实现数字控制、适应控制、智能化控制和无人化操作等；
（4）通过改进结构设计，改善结构的工艺性 将拼镶结构的硬质合金冲模改为用电火花加工的整
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➢ 局限性：
（1）一般只能加工金属等导电材料； （2）加工速度一般较慢； （3）存在电极损耗； （4）最小角部半径有限制； （5）加工表面有变质层甚至微裂纹。
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2.1.3 电火花加工应具备的条件
➢ 实现电火花加工的必要条件： 1) 工具电极与工件保持一定的放电间隙；一般是几个微米至
➢ 极性：工件或电极接入电源回路的正极或负极。 ➢ 极性效应：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。 ➢ 我国对极性的规定：以工件所接为准。
27
➢ 影响因素：电子流、离子流，长脉宽与短脉宽、工作液和 电极对等都影响极性效应
➢ 产生原因：在火花放电过程中，正、负电极表面分别受到 负电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用，在两极表面所 分配到的能量不一样，因而熔化、气化抛出的电蚀量也不 一样。
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适用范围： 1）电火花穿孔成形加工
➢ 穿孔加工 ➢ 型腔加工 2）电火花线切割加工 ➢ 冲模 ➢ 下料、截割和窄缝 3）电火花内孔、外圆和成形磨削 ➢ 加工高精度、表面粗糙度值小的小孔 ➢ 外圆、小模数滚刀
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4 )电火花同步共扼回转加工 ➢ 各种复杂型面的零件，如高精度的异形齿轮，精密螺纹 环规，高精度、高对称度、表面粗糙度值小的内、外回 转 体表面等
（2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 没有机械加工的切削力 ，适宜加工低刚度工件及
进行微细加工。
5
（3）易于实现加工过程自动化 直接利用电能加工，而电能、电参数较机械量易于
实现数字控制、适应控制、智能化控制和无人化操作等；
（4）通过改进结构设计，改善结构的工艺性 将拼镶结构的硬质合金冲模改为用电火花加工的整
特种加工---电火花加工
火花放电过程中，负电子奔向正极，而正离子则冲 向负极，在电子和离子的轰击下，电极产生高温而熔化、 气化，从而形成所谓的“电蚀现象”。 电子质量轻惯性小启动快，离子质量大惯性大启动 慢，因此当采用短脉冲加工时电子作用大于离子的作用， 亦即正极电蚀速度快过负极电蚀速度，而采用长脉冲加 工时则正好相反。
纯铜电极加工钢：粗加工宜采用负极性长脉冲加工 （ti<10μm),而精加工则宜改用正极性窄脉冲加工
第三节 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 单纯由工件接正、负极的不同而引起电蚀量的不一样， 这种现象叫极性效应。 工件接脉冲电源的正极称为“正极性加工” ，此时工 具电极接负极。 工件接脉冲电源的负极称为“负极性加工” ，此时工 具电极接正极。
极性效应的机理：
电参数：电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te、脉冲间 隔to、脉冲频率f、峰值电流ie、峰值电压u和极性。
加工规准：通常选定的电参数亦叫“加工规准”， 其影响见P.14-15。
3 金属材料热学常数对电蚀量的影响
热学参数：熔点、沸点（气化点）、热导率、比热容、 熔化热、气化热等
4 工作液对电蚀量的影响
除下来。
电火花机床实例
电火花成形加工加工出来的模具
电火花线切割加工出来的工具
电火花线切割加工出来的产品
电火花加工原理示意图1
脉 冲 电 源
工 具 电 极
B
(a
工件电极
(d
电火花加工的条件：
1）工具电极与工件电极之间必须保持一定的放电间隙
放电间隙通常为几微米至几百微米
2）必须采用脉冲电源产生瞬时的脉冲放电，避免形成 持续电弧放电
3）耐疲劳性能
花线切割加工。
纯铜电极加工钢：粗加工宜采用负极性长脉冲加工 （ti<10μm),而精加工则宜改用正极性窄脉冲加工
第三节 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 单纯由工件接正、负极的不同而引起电蚀量的不一样， 这种现象叫极性效应。 工件接脉冲电源的正极称为“正极性加工” ，此时工 具电极接负极。 工件接脉冲电源的负极称为“负极性加工” ，此时工 具电极接正极。
极性效应的机理：
电参数：电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te、脉冲间 隔to、脉冲频率f、峰值电流ie、峰值电压u和极性。
加工规准：通常选定的电参数亦叫“加工规准”， 其影响见P.14-15。
3 金属材料热学常数对电蚀量的影响
热学参数：熔点、沸点（气化点）、热导率、比热容、 熔化热、气化热等
4 工作液对电蚀量的影响
除下来。
电火花机床实例
电火花成形加工加工出来的模具
电火花线切割加工出来的工具
电火花线切割加工出来的产品
电火花加工原理示意图1
脉 冲 电 源
工 具 电 极
B
(a
工件电极
(d
电火花加工的条件：
1）工具电极与工件电极之间必须保持一定的放电间隙
放电间隙通常为几微米至几百微米
2）必须采用脉冲电源产生瞬时的脉冲放电，避免形成 持续电弧放电
3）耐疲劳性能
花线切割加工。
特种加工技术第二章电火花加工
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。
(5) 有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时间消 除电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件。
第二章 电火花加工的基本原理及设备 二、RC线路脉冲电源
这种电源是利用电容器充电储存电能，然后瞬时放出， 形成火花放电来蚀除金属的。因为电容器时而充电，时而放 电，一弛一张，故又称“弛张式”脉冲电源(如图2-11所示)。 由于这种电源是靠电极和工件间隙中的工作液的击穿作用来 恢复绝缘和切断脉冲电流的，因此间隙大小、电蚀产物的排 出情况等都影响脉冲参数，使脉冲参数不稳定，所以这种电 源又称为非独立式电源。
1.加工速度 体积加工速度υw（mm3/min） 即υw=V/t 质量加工速度υm（g/min）
第二章 电火花加工的基本原理及设备
提高加工速度的途径： 提高脉冲频率f； 增加单个脉冲能量WM ； 设法提高工艺系数K；
电火花加工速度： 粗 加 工 （ 表 面 粗 糙 度 Ra10-20μm ） 时 可 达 200-1000 mm3/min； 半精加工（Ra2.5-10μm）时可达20-100 mm3/min； 精加工（Ra0.32-2.5μm）时一般在10 mm3/min以下；
第二章 电火花加工的基本原理及设备
(5) 有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时间消 除电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件。
第二章 电火花加工的基本原理及设备 二、RC线路脉冲电源
这种电源是利用电容器充电储存电能，然后瞬时放出， 形成火花放电来蚀除金属的。因为电容器时而充电，时而放 电，一弛一张，故又称“弛张式”脉冲电源(如图2-11所示)。 由于这种电源是靠电极和工件间隙中的工作液的击穿作用来 恢复绝缘和切断脉冲电流的，因此间隙大小、电蚀产物的排 出情况等都影响脉冲参数，使脉冲参数不稳定，所以这种电 源又称为非独立式电源。
1.加工速度 体积加工速度υw（mm3/min） 即υw=V/t 质量加工速度υm（g/min）
第二章 电火花加工的基本原理及设备
提高加工速度的途径： 提高脉冲频率f； 增加单个脉冲能量WM ； 设法提高工艺系数K；
电火花加工速度： 粗 加 工 （ 表 面 粗 糙 度 Ra10-20μm ） 时 可 达 200-1000 mm3/min； 半精加工（Ra2.5-10μm）时可达20-100 mm3/min； 精加工（Ra0.32-2.5μm）时一般在10 mm3/min以下；
第二章 电火花加工的基本原理及设备
2电火花加工培训资料
放电间隙大小及一致性；工具电极损耗及稳定性。 放电间隙大小实际是变化的，影响着加工精度； 工具电极损耗对尺寸和形状精度都有影响。
放电间隙 加工斜度
二次放电：已加工表面上，由于电蚀产物等的 介入，而再次进行的不必要的放电，使得加工 深度方向产生斜度和加工棱角，棱边变钝。
电火花加工时的加工斜度 1—电极无损耗时工具轮廓线 2—电极有损耗时而不考虑二次放电时 工件轮廓线
窄缝零件； 3）电极材料不必比工件材料硬； 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程的自动
控制； 5) 广泛应用于凹模型孔、型腔加工。
3
模具制造综合实践
模具制造综合实践
2-2.电火花加工的机理
l加工过程
1）电离:电场强度大,液体介质—电子、离子 2）放电： 电子——阴离子—— 阳介质绝缘形成电通道 3）热膨胀：电子、离子碰撞， 阴、阳极碰撞,10000℃左右， 工件表
成火花放电来蚀除金属。 它有二个回路，◆.充电回路：E→R→C组成
◆.放电回路：C→工具电极→放电间隙→工件组成。
电源接通，电容二端电压按指数 曲线逐步上升，Vc=Vg.继续上升 ，间隙被击穿，电阻变的很小，C 上储存能量瞬间放出，形成较大的 脉冲电流Ie。
模具制造综合实践
当电容的能量释放后,电压瞬时下降到接近零,间隙中 的工作液又迅速恢复绝缘状态,电流也为零。
为降低工具电极的相对损耗，必须很好地利用电火花加工过程中的各种效应。 主要包括：极性效应、吸附效应、传热效应等，这些效应又是相互影响综合作用
的。
具体做到：⑴.正确选择极性 ⑵.利用吸附效应 ⑶.利用传热 效应 ⑷.要减少工具电极损耗选用合适材料
模具制造综合实践
电极损耗
l影响电火花加工精度的主要因素
放电间隙 加工斜度
二次放电：已加工表面上，由于电蚀产物等的 介入，而再次进行的不必要的放电，使得加工 深度方向产生斜度和加工棱角，棱边变钝。
电火花加工时的加工斜度 1—电极无损耗时工具轮廓线 2—电极有损耗时而不考虑二次放电时 工件轮廓线
窄缝零件； 3）电极材料不必比工件材料硬； 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程的自动
控制； 5) 广泛应用于凹模型孔、型腔加工。
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模具制造综合实践
模具制造综合实践
2-2.电火花加工的机理
l加工过程
1）电离:电场强度大,液体介质—电子、离子 2）放电： 电子——阴离子—— 阳介质绝缘形成电通道 3）热膨胀：电子、离子碰撞， 阴、阳极碰撞,10000℃左右， 工件表
成火花放电来蚀除金属。 它有二个回路，◆.充电回路：E→R→C组成
◆.放电回路：C→工具电极→放电间隙→工件组成。
电源接通，电容二端电压按指数 曲线逐步上升，Vc=Vg.继续上升 ，间隙被击穿，电阻变的很小，C 上储存能量瞬间放出，形成较大的 脉冲电流Ie。
模具制造综合实践
当电容的能量释放后,电压瞬时下降到接近零,间隙中 的工作液又迅速恢复绝缘状态,电流也为零。
为降低工具电极的相对损耗，必须很好地利用电火花加工过程中的各种效应。 主要包括：极性效应、吸附效应、传热效应等，这些效应又是相互影响综合作用
的。
具体做到：⑴.正确选择极性 ⑵.利用吸附效应 ⑶.利用传热 效应 ⑷.要减少工具电极损耗选用合适材料
模具制造综合实践
电极损耗
l影响电火花加工精度的主要因素
特种加工技术第二章电火花加工
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二章 电火花加工
定义： 在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉
冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高 温把金属蚀除下来。这种加工方法就叫电火花加 工。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第一节 电火花加工的基本原理及其分类
一、电火花加工的原理和设备组成 原理：基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花 放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件 的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
三、电火花加工的工艺方法分类
按照工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大 致分为六大类：
电火花穿孔成形加工
电火花线切割
电火花磨削和镗磨
电火花同步共轭回转加工
电火花高速小孔加工
电火花表面强化与刻字
前五种属于电火花成形、尺寸加工，改变零件形状或尺 寸；后一种属于表面加工，改善或改变零件表面性质。
电火花腐蚀的主要原因： 电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高
的温度，足以使任何金属材料局部融化、气化而被蚀除 掉，形成放电凹坑。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
要达到利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工的目的， 必须解决三个问题： 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，通常为几微米至几百微米。 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， 同样不能产生火花放电。 在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调 节装置，使和工件保持某一放电间隙。
其中电火花穿孔成型加工和电火花线切割应用最广泛。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二章 电火花加工
定义： 在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉
冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高 温把金属蚀除下来。这种加工方法就叫电火花加 工。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第一节 电火花加工的基本原理及其分类
一、电火花加工的原理和设备组成 原理：基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花 放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件 的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
三、电火花加工的工艺方法分类
按照工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大 致分为六大类：
电火花穿孔成形加工
电火花线切割
电火花磨削和镗磨
电火花同步共轭回转加工
电火花高速小孔加工
电火花表面强化与刻字
前五种属于电火花成形、尺寸加工，改变零件形状或尺 寸；后一种属于表面加工，改善或改变零件表面性质。
电火花腐蚀的主要原因： 电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高
的温度，足以使任何金属材料局部融化、气化而被蚀除 掉，形成放电凹坑。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
要达到利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工的目的， 必须解决三个问题： 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，通常为几微米至几百微米。 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， 同样不能产生火花放电。 在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调 节装置，使和工件保持某一放电间隙。
其中电火花穿孔成型加工和电火花线切割应用最广泛。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
先进制造技术第三讲特种加工系列电火花加工二
7. 电火花加工应用
平动头 电火花粗加工时的火花间隙比中加工的要大，而中加工的火花间隙比精加工的又要大一些。 当用一个电极进行粗加工，将工件的大部分余量蚀除掉后，其底面和侧壁四周的表面粗糙度很 差，为了将其修光，就得改变规准逐档进行修整。由于后档规准的放电间隙比前档小，对工件 底面可通过主轴进给进行修光，而四周侧壁就无法修光了。平动头就是为解决修光侧壁和提高 其尺寸精度而设计的。 平动头的动作原理是:
叶片上加工冷却小孔 多孔精密小圆孔 多孔精密小方孔
7. 电火花加工应用
电火花高速小孔加工
工作原理：
采用管状电极，加工时电极作回 转和轴向进给运动，管电极中通入1～ 5MPa的高压工作液。由于高压工作液 能迅速将电极产物排除，且能强化火 花放电的蚀除作用，此加工方法的最 大特点是加工速度高，一般小孔加工 速度可达60mm/min左右，比普通钻孔 速度还要快。最适合加工0.3～3mm左 右的小孔且深径比可超过100。
加 工 参数 选 择
电参数 非电参数
脉 冲 宽度 脉 冲 间隔 峰 值 电流 加 工 电压 加 工 极性
冲 油 方式 冲 油 压力 液 面 高度 加 工 深度 平动量
加工 冲 油 压力 调 节 进 给 调节 规 准 转换 平 动 量调 节
检验 加 工 时间 加 工 精度 电 极 损耗 表 面 粗糙 度
动画 动画2
7. 电火花加工应用
异型小孔加工
异形电极的制造： 1.冷拔整体电极法 2.电火花线切割加工整体 电极法 3.电火花反拷加工整体电 极法
加工凹异形槽
7. 电火花加工应用
型腔模电火花加工
型腔模包括锻模、压铸模、胶木模、塑料模、挤压模等。 加工特点：
1.不通孔加工 工作液循环和电蚀产物排除条件差；金属蚀除量大。 2.加工面积变化大 型腔复杂，电极损耗不均匀。
特种加工-第二讲 电火花加工的基本原理及设备(1)
生
。高温高压
每一次火花放电，就会在工件表面蚀出一个带凸边的
。凹
坑
电火花加工中的蚀除产物，一部分以气态形式抛出，其余大部分
以
固体微粒分散悬浮在工作液中。球状
电火花加工和电火花线切割加工的原理是
。相同的
电火花加工 在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间的 脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。
降低温度；
一次火花放电过程大致分为以下几个阶段： 消除带电离子；
排出电蚀产物；
(4)极间介质的消电离(如图2.2(e)所示)。
防止碳搭桥；
图2.2 电火花一次放电过程
二、电火花（穿孔成形）加工、电火花线切割加工的特点 共同特点
(1)二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的 热来熔化去除金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬 度无关，加工中不存在显著的机械切削力。
电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在。
放电间隙0.01-0.1mm； 脉冲性放电；
图2.1 电火花加工原理
有绝缘介质；
加工过程 一次火花放电过程大致分为以下几个阶段：
(1)极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图2.2(a) 所示)。
第二讲 电火花加工的基本原理及设备（1）
一、电火花加工的物理本质 二、电火花加工、电火花线切割加工的特点 三、电火花机床型号与分类 四、电火花加工机床结构
N2+2O2===2NO2 化学反应条件：高温、高压
放 电 产 生：高温、高压
一、电火花加工的物理本质
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
A、32mm
B、320mm
C、3200mm D、32000 mm
特种加工(章 (2)
第2章 电火花加工
图2－1 电火花加工原理示意图
第2章 电火花加工
图2－2 放电间隙状况示意图 (a)放电间隙状况；(b)放电后的表面
第2章 电火花加工
2.2.2 电火花加工的形成条件 利用电火花加工方法对材料进行加工应具备以下条件： （1）作为工具和工件的两极之间要有一定的距离（通常
为数微米到数百微米），并且在加工过程中能维持这一距离。 （2）两极之间应充入介质。对导电材料进行尺寸加工时，
第2章 电火花加工
2.1.2 （1)适合于任何难切削导电材料的加工。由于加工中材料
的去除是靠放电时的电热作用实现的，因此材料的可加工性主 要取决于材料的导电性及其热学特性，如熔点、沸点、比热容、 导热系数、电阻率等，而几乎与其力学性能(硬度、强度等)无 关。这样可以突破传统切削加工对刀具的限制，可以实现用软 的工具加工硬韧的工件，甚至可以加工超硬材料。目前，电极 材料多采用紫铜或石墨，因此工具电极较容易加工。
（5）脉冲放电需要不断地多次进行，并且每次脉冲放电 在时间上和空间上是分散的、不重复的。即每次脉冲放电一般 不在同一点进行，避免发生局部烧伤。
（6）脉冲放电后的电蚀产物能及时排运至放电间隙之外， 使重复性脉冲放电顺利进行。
第2章 电火花加工
2.2.3 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下来
第2章 电火花加工
电火花加工在各行业的应用主要表现在： （1）可直接加工各种金属及其合金材料、特殊的热敏感 材料、半导体和非导体材料。 （2）可加工各种形状复杂的型孔和型腔工件，包括圆孔、 方孔、多边形孔、异形孔、曲线孔、螺纹孔、微孔等。 （3）可加工深孔等型孔工件及各种型面的型腔工件。 （4）可进行各种工件与材料的切割，包括材料的切断， 特殊结构工件的切断，切割微细窄缝及微细窄缝组成的工件， 如金属栅网、异型孔喷丝板、激光器件等。
电火花加工工艺规律课件PPT
8．脉冲频率fP(Hz)
9．有效脉冲频率fe(HZ)
10．脉冲利用率λ
fe fp
11．脉宽系数τ
ti ti
tp ti to
12．占空比ψ ψ=ti/to
13．开路电压或峰值电压(V)
14．火花维持电压
^ui
ti
to td te
tp
ti
to
电15流．/A加工电压或间隙
空 平载 均电火压花U(V) 电 弧
热学常数：熔点、沸点（气化点）、热导率、 比热容、熔化热、气化热等。
第二章 电火花4加.1工原电理火及花加加工工工艺规律
当脉冲放电能量相同时： １）金属的熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热愈高，电蚀 量愈少，愈难加工。 ２）热导率愈大的金属，电蚀量愈少，愈难加工。
最佳脉宽
当单个脉冲能量一定时： １） ^ 愈小，ti愈长，散失的热量愈多，电蚀量减少
说平均放电电流（对矩形脉冲即为峰值电流）和 去 处：四处飞溅，大部分抛入工作液中，小部分飞溅、镀覆、吸附在对面的电极表面上。
主要取决于平均放电电流和脉冲宽度的大小。 但在实际生产中，这些因素往往是相互制约的，并影响到其它工艺指标，应根据具体情况综合考虑。
（1）去电离参脉子数水对冲、电乳极化宽损液耗等的度）影排响；提高脉冲频率；减小脉间；设法提高
1.主要加工金属等导电材料 2.加工速度较慢 3.有电极损耗，影响加工精度
第二章 电火花4加.1工原电理火及花加加工工工艺规律
四．电火花加工工艺方法分类
类别 工艺方法
特点
用途
备注
1 穿孔成形加工 工具为成形电极
型腔加工、冲模
主要一个伺服进给运动 挤压模、异形孔
约占电机床总
特种加工_第二章_电火花加工(2-1)
3 影响加工精度的主要因素
除通常的加工误差（机床本身的各种误差/工 件和电极的定位和安装误差）外，还有与电火 花加工的工艺有关的误差。 放电间隙的大小及其稳定性 0 ˆ S Kuui KRWM.4 Sm
工具电极的损耗及其稳定性
4 电火花加工的表面质量
表面质量主要包括：
0.3 0.4 R e e
电火花加工的表面质量与加工速度之间存在很 大的矛盾，如从Ra2.5μm提高到Ra1.25μm，加 工速度要下降十多倍。 加工面积对对表面粗糙度也有影响
工件材料对表面粗糙度也有影响
精加工时，工具电极的表面粗糙度也影响加工 粗糙度。
表面变质层—电火花加工的表面质量
结束
表面粗糙度 表面变质层 表面力学性能
表面粗糙度—电火花加工的表面质量
电火花加工表面是由无数的小坑和硬凸所组成 的，有利于保存润滑油。
与传统加工方法一样，表面粗糙度用
微观平面度的平均算术偏差Ra表示
平面度最大高度值Rmax表示
对表面粗糙度影响最大的是单个脉冲的能量， 实验公式：
ˆ Rmax K t i
极性效应
电火花加工过程中正负极都会受到电腐蚀，即使材 料相同,其电腐蚀程度也不同。这种由于正负极不 同而引起电腐蚀量不一样的现象，称为极性效应。
极性定义
电火花加工分“正极性加工” 和“负极性加 工” 。 通常定义以电极为准：
“正极性加工”——工件接正极
“负极性加工”——工件接负极,也称反极 性
工作液的好坏对电蚀量有较大的影响 一般选用粘度小、流动性好、渗透性好的 煤油为工作液。
特种加工第二章电火花加工电火花加工的自动进给调节系统讲义资料
• 4、电规准选择及转换：
• 冲模加工中，常选用粗、中、精三种规 准，每种规准有可分几档。（详细介绍）
改变输入动圈 中的电流，可 使挡板随着运 动
电机械 转换器
节流孔
溢
流 阀
主轴的移动是由电机械 转换器中控制线圈电流 大小来实现的
动圈 静圈 挡板
控制线 圈电流 大小由 加工间 隙电信 号控制
四、电—机械式自动进给调节系统 （示例）
将电压信号放大并转变为0~1000HZ不同频率的脉冲串
发出恒频率的回退触发脉冲
同类型的伺服电动机，它能根据控制信
号的大小及时地调节工具电极的进给速
度，以保持合适的放电间隙。
• 要求执行环节能快速反映间隙状态 变化；机械传动间隙和摩擦力应当尽量 小，以减少系统的不灵敏区；具有较宽 的调速范围。
三、电液自动进给调节系统（示例）
这种系统在20世纪80年代应用很广泛,但 目前已逐渐被电—机械式的各种交直流伺服电 极所替代，但分析了解其调节过程，仍具有典 型的理论意义。
4、放大驱动器:
• 由测量环节获得的信号，一般都很
小，难于驱动执行元件，必须要有一个 放大环节，通常称它为放大器。
•
为了获得足够的驱动功率，放大器
要有一定的放大倍数，但放大倍数也不
能过高，过高会使工具电极时进时退，
调节不稳定。
• 常用的放大器主要是各类晶体管放大器
5、执行环节:
•
执行环节也称执行机构，常采用不
• 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 Ra1.25，且直线度、平面度和平行度在 100mm的长度上不大于0.01mm。
• 工具电极应有足够的长度。
• （3）电极的制造：线切割的方法
• 冲模加工中，常选用粗、中、精三种规 准，每种规准有可分几档。（详细介绍）
改变输入动圈 中的电流，可 使挡板随着运 动
电机械 转换器
节流孔
溢
流 阀
主轴的移动是由电机械 转换器中控制线圈电流 大小来实现的
动圈 静圈 挡板
控制线 圈电流 大小由 加工间 隙电信 号控制
四、电—机械式自动进给调节系统 （示例）
将电压信号放大并转变为0~1000HZ不同频率的脉冲串
发出恒频率的回退触发脉冲
同类型的伺服电动机，它能根据控制信
号的大小及时地调节工具电极的进给速
度，以保持合适的放电间隙。
• 要求执行环节能快速反映间隙状态 变化；机械传动间隙和摩擦力应当尽量 小，以减少系统的不灵敏区；具有较宽 的调速范围。
三、电液自动进给调节系统（示例）
这种系统在20世纪80年代应用很广泛,但 目前已逐渐被电—机械式的各种交直流伺服电 极所替代，但分析了解其调节过程，仍具有典 型的理论意义。
4、放大驱动器:
• 由测量环节获得的信号，一般都很
小，难于驱动执行元件，必须要有一个 放大环节，通常称它为放大器。
•
为了获得足够的驱动功率，放大器
要有一定的放大倍数，但放大倍数也不
能过高，过高会使工具电极时进时退，
调节不稳定。
• 常用的放大器主要是各类晶体管放大器
5、执行环节:
•
执行环节也称执行机构，常采用不
• 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 Ra1.25，且直线度、平面度和平行度在 100mm的长度上不大于0.01mm。
• 工具电极应有足够的长度。
• （3）电极的制造：线切割的方法
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•
（介绍这几部分的作用及要求）
• 2、主轴头：
• 是机床中最关键的部件，是自动调节系统的执行 机构，对加工工艺指标的影响极大。
• 对主轴头的要求是：结构简单、传动链短、传动 间隙小、热变形小、足够的精度和刚度。以适应
自动调节系统的惯性小、灵敏度好、能承受一定 负荷的要求。
• 主轴头的组成：进给系统、上下移动导向、水平 面内防扭机构、电极装夹及其调节环节
• 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 Ra1.25，且直线度、平面度和平行度在 100mm的长度上不大于0.01mm。
• 工具电极应有足够的长度。
• （3）电极的制造：线切割的方法
• 3、工件的准备：
• 电火花加工之前，凹模型孔部分要加工 预孔，并留下适当电火花加工余量，一 般情况下，单边余量为0.3~1.5并力求 均匀，对形状复杂的型孔，余量应适当 加大。
3、工具电极夹具
• 用来调节工具电极与工作台面的垂直度 及工具电极在水平面内微量的扭转角。
• 常用的有： 十字铰链式
•
球面铰链式
4、工作液循环过滤系统:
• 工作液循环过滤系统包括：工作液箱、 电动机、泵、过滤装置、工作液槽、油 杯、管道、阀门及测量仪表。（见后图）
• 工作液循环过滤系统作用：实现冲抽油 强迫循环、排除电蚀产物、带走热量、 净化过滤作用。
• 第五节 电火花加工的自动进给调节系统
• 一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类
• 自动进给调节系统的作用： • 维持一定的平均放电间隙，保证电火花加工
的正常稳定进行，已获得好的加工效果。 • 如图2-21
• 图2-21
对自动进给调节系统的一般要求：
(1)有较广的速度调节跟踪范围； (2)有足够的灵敏度和快速性； (3)有必要的稳定性,避免低速爬行,抗干扰
• 4、电规准选择及转换：
• 冲模加工中，常选用粗、中、精三种规 准，每种规准有可分几档。（详细介绍）
冲模凸凹模配合间隙的保证:
• (1)”钢打钢”直接配合法:
• (2)混合法:
• (3)修配凸模法:
•
(讲解教案)
• 另外:也可采用线切割的方法直接切割
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，硬质合金等；凸模、凹模不要选同一种 钢材型号。
• （2）电极的设计：
能力要强； （4）体积小、结构简单、可靠及维修操
作方便
自动进给调节系统的基本组成部分：
1、调节对象:
• 为工具和工件之间的放电间隙，应控制 放电间隙在0.1~0.01mm之间。
2、测量环节:
• 直接测量电极间隙及其变化是很困难的，都是 采用测量与放电间隙成比例关系的电参数来间 接反映放电间隙的大小。
• 常用的信号检测方法有两种： （1）平均间隙电压测量法：弛张式脉冲电源用 （2）利用稳压管来测量脉冲电压的峰值信号：
独立式脉冲电源用
电
容
电位器
器 充 电 滤
分压取
其中一 部分
波
工具工 件的极 性变换 不会影 响输出 信号U 的极性
突出了空载峰值 电压的控制作用
• 更合理的是应检测间隙间的放电状态， 通常共有五种放电状态:
• 净化、过滤的方法：自然沉淀法
•
介质过滤法
第七节 电火花穿孔成形加工
• 其应用范围可归纳为：
• 穿孔加工：冲模、粉末冶金模、挤压模、
•
型孔零件、小孔、小异形孔、
•
深孔
• 型腔加工：型腔模、型腔零件
一、冲模的电火花加工
冲模采用电火花加工的优点：P35
1、冲模电火花
加工工艺方法： 凹模的尺寸精度 主要靠工具电极 来保证方法如下：
三、电液自动进给调节系统（示例）
这种系统在20世纪80年代应用很广泛,但 目前已逐渐被电—机械式的各种交直流伺服电 极所替代，但分析了解其调节过程，仍具有典 型的理论意义。
改变输入动圈 中的电流，可 使挡板随着运 动
电机械 转换器
节流孔
溢
流 阀
主轴的移动是由电机械 转换器中控制线圈电流 大小来实现的
电火花机床的分类：
• 按规格分：小型、中型、大型
• 按数控程度分：非数控、单轴数控、多轴数控
• 按精度等级分：标准精度型、高精度型
• 按工具电极的伺服进给系统分：
•
液压进给
•
步进电极进给
•
直流或交流伺服电机进给等
滑枕式
1、机床总体部分:
• 主机主要包括：床身、立柱、工作台、主轴头及 工作液槽等几部分。
3、比较环节:
• 把从测量环节得来的信号（如间隙平均电压 信号）和“给定值”的信号（如预制的伺服参 考电压）进行比较，再按此差值来控制加 工过程（工具是进给还是回退）。大多数比较 环节包含或合并在测量环节中。
4、放大驱动器:
• 由测量环节获得的信号，一般都很
小，难于驱动执行元件，必须要有一个 放大环节，通常称它为放大器。
•
为了获得足够的驱动功率，放大器
要有一定的放大倍数，但放大倍数也不
能过高，过高会使工具电极时进时退，
调节不稳定。
• 常用的放大器主要是各类晶体管放大器
5、执行环节:
•
执行环节也称执行机构，常采用不
同类型的伺服电动机，它能根据控制信
号的大小及时地调节工具电极的进给速
度，以保持合适的放电间隙。
• 要求执行环节能快速反映间隙状态 变化；机械传动间隙和摩擦力应当尽量 小，以减少系统的不灵敏区；具有较宽 的调速范围。
动圈 静圈 挡板
控制线 圈电流 大小由 加工间 隙电信 号控制
四、电—机械式自动进给调节系统 （示例）
将电压信号放大并转变为0~1000HZ不同频率的脉冲串
发出恒频率的回退触发脉冲
第六节 电火花加工机床
• 电火花穿孔成形加工机床主要由以下几部分： • 主机（包含自动进给调节系统的执行机构） • 脉冲电源 • 自动进给调节系统 • 工作液净化及循环系统