电火花加工

1.电火花加工发展

电火花加工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，英文简称EDM。1943年，苏联学者拉扎连科夫妇研究发明电火花加工，之后随着脉冲电源和控制系统的改进，而迅速发展起来。最初使用的脉冲电源是简单的电阻-电容回路。50年代初，改进为电阻-电感-电容等回路。同时，还采用脉冲发电机之类的所谓长脉冲电源，使蚀除效率提高，工具电极相对损耗降低。随后又出现了大功率电子管、闸流管等高频脉冲电源，使在同样表面粗糙度条件下的生产率得以提高。60年代中期，出现了晶体管和可控硅脉冲电源，提高了能源利用效率和降低了工具电极损耗，并扩大了粗精加工的可调范围。到70年代，出现了高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲和可调波形脉冲等电源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具电极损耗等方面又有了新的进展。在控制系统方面，从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。　紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为五类：利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工；利用

轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。电火花加工的主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。一、电火花成形电极材料选择 从理论上讲，任何导电材料都可以做电极。不同的材料做电极对于电火花加工速度、加工质量、电极损耗、加工稳定性有重要的影响。因此，在实际加工中，应综合考虑各个方面的因素，选择最合适的材料做电极。目前常用的电极材料有紫铜(纯铜)、黄铜、钢、石墨、铸铁、银钨合金、铜钨合金等。这些材料的性能如表3-1所示。

表3-1 电火花加工常用电极材料的性能

电极材料

电加工性能机加工性能

说 明稳定性电极损耗

钢较差中等好

在选择电规准时注意加工稳定

性

铸铁一般中等好为加工冷冲模时常用的电极材料

黄铜好大尚好电极损耗太大

紫铜好较大较差磨削困难，难与

凸

模连接后同时加

工

石墨尚好小尚好机械强度较差，

易崩角

铜钨合金好小尚好

价格贵，在深

孔、直壁孔、硬

质合金模具加工

中使用

银钨合金好小尚好

价格贵，一般少

用

1）铸铁电极的特点 (1)来源充足，价格低廉，机械加工性能好，便于采用成型磨削，因此电极的尺寸精度几何形状精度及表面粗糙度等都容易保证。 (2)电极损耗和加工稳定性均较一般，容易起弧，生产率也不及铜电极。(3)是一种较常用的电极材料，多用于穿孔加工。 2)钢电极的特点。(1)来源丰富，价格便宜，具有良好的机械加工性能。(2)加工稳定性较差，电极损耗较大，生产率也较低。(3)多用于一般的穿孔加工。3)紫铜(纯铜)电极的特点(1)加工过程中稳定性好，生产率高。

(2)精加工时比石墨电极损耗小。(3)易于加工成精密、微细的花纹，采用精密加工时能达到优于1.25微米糙度。(4)因其韧性大，故机械加工性能差，磨削加工困难。(5)适宜于做电火花成型加工的精加工电极材料。4)黄铜电极的特点(1)在加工过程中稳定性好，生产率高。(2)机械加工性能尚好，它可用仿形刨加工，也可用成型磨削加工，但其磨削性能不如钢和铸铁。(3)电极损耗最大。5)石墨电极的特点(1)机加工成型容易，容易修正。(2)加工稳定性能较好，生产率高，在长脉宽、大电流加工时电极损耗小。(3)机械强度差，尖角处易崩裂。(4)适用于做电火花成型加工的粗加工电极材料。因为石墨的热胀系数小，也可作为穿孔加工的大电极材料。一、电火花ZNC—EDM加工电参数在电火花加工中，电参数的选择对加工的工艺指标起着重要作用，只有正确的选择电参数才能加工出品质优良的产品。影响电参数选择的因素主要有：电极材料、工件材料、电极体积、表面粗糙度、放电间隙、电极损耗、加工速度等。电参数选择的一般规律：1.脉宽（TA）：一般来说，在峰值电流一定的条件下，脉宽越大，光洁度越差，但电极损耗越小，所以一般粗加工时选150-600：精加工时逐渐减小。2.脉间（TB）：脉间增大