数控电火花加工技术
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持
❖⑤-⑥： 脉冲截止，极间电压下降、电流下 降
电火花加工的三个必备条件
❖1．电极和被加工表面之间必须保持一定大 小的放电间隙
❖没有间隙意味着电极与工件直接接触，整 个电路呈直接导通状态，不可能产生电火 花；间隙过大将无法击穿绝缘介质，不会 产生火花放电；间隙过小易形成短路，不 能正常放电加工。
❖2．必须使用单向脉冲电
电火花成形加工机床的电源
❖ 1）高低压复合脉冲
❖ 所谓高低压复合脉冲，就是在每个低压脉冲电压 （60～90V）波形上叠加一个小能量的高压（约 300V）脉冲，如图所示。低压脉冲的特点是电压 低、电流大，主要起蚀除加工作用，所在回路称 为加工回路；高压脉冲的特点是电压高、电流小、 能量小，主要起击穿间隙作用，所在回路称为高 压引燃回路。加工时先由高压回路击穿间隙，再 由低压回路放电加工，可大大提高脉冲的击穿率 和利用率，加工过程稳定，在“钢打钢”时显示 出很大的优越性。
❖ 一旦进入脉冲间隔期，电压和电流迅速下降至零， 导致温度骤然下降。失去电磁场的压缩作用，气 泡会爆炸，爆炸力使熔融的金属飞离工件表面， 向周围排射并撞击电极，如图所示。若电极为脆 性或结构疏松的材料，并且此时得不到及时冷却 时，电极会出现撞击损耗。
❖7）一个脉冲结束时，由于材料被移除，工 件上产生了一个凹坑，未被抛离的熔融金 属凝固成重铸层，如图所示。
❖新的工作液涌入型腔，冲走杂质，冷却工 件和电极表面，恢复两极间的绝缘状态。
❖8）被抛离的金属凝固成圆形小颗粒并分散 在工作液中，如图所示，没有破碎的气泡 浮到工作液表面，紧接着下一个放电周期 又开始了。
❖总体看来，一个脉冲周期内两极间的电压、 电流经历了如图所示的变化：
❖①-②： 电源输出脉冲，极间电压上升 ❖②-③： 击穿延时 ❖③： 击穿点 ❖③-④： 击穿后，极间电压下降、电流增大 ❖④-⑤： 火量柱下面的材料将处 于熔融状态。
当脉冲将近结束时，电流和电压都呈稳定状态，气 泡中的热量和压力达到最大值，一些金属被熔蚀 （包括电极，所以熔点低的电极材料会有较大损 耗）。此刻，直接位于柱形放电通道下的金属层 处于熔融状态，但受到气泡的压力而原地不动， 如图所示。
❖ 6）在脉冲间隔时间里，气泡发生内爆，熔化的材 料被排射出去。
电火花加工的特点
4)小孔加工。对各种圆形小孔、异形孔的加 工，或者长深比非常大的深孔，很难采用 钻孔方法加工，而采用电火花或者专用的 高速小孔加工机可以完成各种深度小孔加 工。
5）加工中不存在机械应变或大面积的热应变， 其热应力、残余应力，冷作硬化等均比较 小，尺寸稳定性好。
电火花加工的特点
2.电火花加工的不足之处 1）只适合于加工导电材料。由于要构成电流回路，
❖ 电流必须是单向脉冲和有规律的，如图a） 所示，若使用双向脉冲电，如图b）所示， “极性效应”将被抵消。
❖3．电火花加工必须在绝缘的液体介质中进 行
❖ 液体介质即工作液，必须绝缘，否责只会 导致持续放电而不能产生电火花。工作液 还有排屑、冷却的作用，工作液在放电间 隙中流动，把加工过程中产生的金属小颗 粒、炭黑等电蚀产物排除出去，保证工作 液的绝缘强度，避免极间短路，并且保持 放电间隙的通畅。工作液可以有效控制加 工区域的温度，对电极和工件起到良好的 降温冷却作用。
电火花成形加工原理图
2．EDM蚀除材料的具体过程
1）电极向工件表面靠近，相互间的距离由间 隙电压决定。在图中两极距离最近处建立 高电压（高压空载电压），工作液（火花 油）开始被电离。
2）当工作液分解出带电离子后，电路导通， 低压电流经电极、工作液、工件形成回路， 如图所示。
悬浮在工作液中的石墨微粒和金属微粒有助 于电流的传导，这些微粒能够参与工作液 的电离，直接携带电流，还可以促进工作 液被电离击穿。
电火花加工综述
电火花加工又称放电加工，是一种直接利用电能 和热能进行加工的新工艺。 由于放电过程中可见到明显的火花，所以称之为 电火花加工。 电火花加工工艺包括电火花穿孔成形加工、电火 花线切割、电火花磨削和镗削、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 化与刻字等类型。 最常见的电火花加工有两类：
电火花加工的工件材料必须具有导电性，虽然在 一定条件下也可以加工半导体和非导体材料，但 目前电火花加工主要还是应用于金属等导电材料。 2）加工过程中，存在因为使用操作不当引起火灾的 安全隐患。 3）加工效率较低（相对机械加工来讲）。 4）电极损耗会影响加工精度。电火花加工中电极会 同时产生损耗，而且电极的损耗多集中在电场强 度较大的尖角突出部位，容易影响工件的成形精 度。
电火花成形加工（EDM） 电火花线切割加工（WEDM）
电火花加工综述
电火花加工的特点
1.电火花加工的优点 1）电火花加工是一种非接触性的电蚀加工，不需要传统机
械加工中刀具与工件间的巨大切削力，无切削力变形和夹 紧变形，可以利用电火花来加工各种刚性很差的薄壁类、 弹性类工件。 2）电火花加工“以柔克刚”，可以利用较软的电极材料来 复映加工出各种高强度、高硬度、难切削材料的几何形状， 如硬质合金、耐热合金、淬火钢、不锈钢、磁钢和金属陶 瓷类等难切削材料，甚至可以加工像聚晶金刚石、立方氮 化硼这一类的超硬材料。 3）适于加工复杂型面、窄缝等零件。如电火花成形加工， 它实际是将电极的形状复制到工件上去，可以通过雕刻等 手段在铜等较软的电极材料上得到复杂的形状，进而进行 复制出型腔。各种模具的型腔常存在着一些尖角部位，在 常规切削加工中由于存在刀具半径而无法加工到位，使用 电火花加工可以完全成型。
电火花成形加工 (EDM)
电火花成形加工(EDM)
1．电火花成形加工基本原理 把工件和工具电极（铜公）作为两个电极 浸入到工作液中，并在两极间施加符合一 定条件的脉冲电压，当两极间的距离小到 一定程度时，极间的工作液介质会被击穿 产生火花放电。火花放电产生的瞬间高温 使工件表层材料局部熔化和气化，使材料 得以蚀除，达到加工的目的。
3）由于离子在电极间流动并撞击摩擦，产生 极高的热能。
随着电流的增加，热量快速积聚，使部分工 作液、工件和电极气化，形成放电通道， 产生电火花。
4）电流流过工作液时，电化学反应产生氢气泡。
电流不断流过工作液，热量不断上升，气泡试图向 外膨胀，但离子由于受到强烈的电磁场作用不断 冲向放电通道，这股冲力抑制了气泡的膨胀，如 图所示。与此同时，电流不断增加，电压继续下 降。
❖⑤-⑥： 脉冲截止，极间电压下降、电流下 降
电火花加工的三个必备条件
❖1．电极和被加工表面之间必须保持一定大 小的放电间隙
❖没有间隙意味着电极与工件直接接触，整 个电路呈直接导通状态，不可能产生电火 花；间隙过大将无法击穿绝缘介质，不会 产生火花放电；间隙过小易形成短路，不 能正常放电加工。
❖2．必须使用单向脉冲电
电火花成形加工机床的电源
❖ 1）高低压复合脉冲
❖ 所谓高低压复合脉冲，就是在每个低压脉冲电压 （60～90V）波形上叠加一个小能量的高压（约 300V）脉冲，如图所示。低压脉冲的特点是电压 低、电流大，主要起蚀除加工作用，所在回路称 为加工回路；高压脉冲的特点是电压高、电流小、 能量小，主要起击穿间隙作用，所在回路称为高 压引燃回路。加工时先由高压回路击穿间隙，再 由低压回路放电加工，可大大提高脉冲的击穿率 和利用率，加工过程稳定，在“钢打钢”时显示 出很大的优越性。
❖ 一旦进入脉冲间隔期，电压和电流迅速下降至零， 导致温度骤然下降。失去电磁场的压缩作用，气 泡会爆炸，爆炸力使熔融的金属飞离工件表面， 向周围排射并撞击电极，如图所示。若电极为脆 性或结构疏松的材料，并且此时得不到及时冷却 时，电极会出现撞击损耗。
❖7）一个脉冲结束时，由于材料被移除，工 件上产生了一个凹坑，未被抛离的熔融金 属凝固成重铸层，如图所示。
❖新的工作液涌入型腔，冲走杂质，冷却工 件和电极表面，恢复两极间的绝缘状态。
❖8）被抛离的金属凝固成圆形小颗粒并分散 在工作液中，如图所示，没有破碎的气泡 浮到工作液表面，紧接着下一个放电周期 又开始了。
❖总体看来，一个脉冲周期内两极间的电压、 电流经历了如图所示的变化：
❖①-②： 电源输出脉冲，极间电压上升 ❖②-③： 击穿延时 ❖③： 击穿点 ❖③-④： 击穿后，极间电压下降、电流增大 ❖④-⑤： 火量柱下面的材料将处 于熔融状态。
当脉冲将近结束时，电流和电压都呈稳定状态，气 泡中的热量和压力达到最大值，一些金属被熔蚀 （包括电极，所以熔点低的电极材料会有较大损 耗）。此刻，直接位于柱形放电通道下的金属层 处于熔融状态，但受到气泡的压力而原地不动， 如图所示。
❖ 6）在脉冲间隔时间里，气泡发生内爆，熔化的材 料被排射出去。
电火花加工的特点
4)小孔加工。对各种圆形小孔、异形孔的加 工，或者长深比非常大的深孔，很难采用 钻孔方法加工，而采用电火花或者专用的 高速小孔加工机可以完成各种深度小孔加 工。
5）加工中不存在机械应变或大面积的热应变， 其热应力、残余应力，冷作硬化等均比较 小，尺寸稳定性好。
电火花加工的特点
2.电火花加工的不足之处 1）只适合于加工导电材料。由于要构成电流回路，
❖ 电流必须是单向脉冲和有规律的，如图a） 所示，若使用双向脉冲电，如图b）所示， “极性效应”将被抵消。
❖3．电火花加工必须在绝缘的液体介质中进 行
❖ 液体介质即工作液，必须绝缘，否责只会 导致持续放电而不能产生电火花。工作液 还有排屑、冷却的作用，工作液在放电间 隙中流动，把加工过程中产生的金属小颗 粒、炭黑等电蚀产物排除出去，保证工作 液的绝缘强度，避免极间短路，并且保持 放电间隙的通畅。工作液可以有效控制加 工区域的温度，对电极和工件起到良好的 降温冷却作用。
电火花成形加工原理图
2．EDM蚀除材料的具体过程
1）电极向工件表面靠近，相互间的距离由间 隙电压决定。在图中两极距离最近处建立 高电压（高压空载电压），工作液（火花 油）开始被电离。
2）当工作液分解出带电离子后，电路导通， 低压电流经电极、工作液、工件形成回路， 如图所示。
悬浮在工作液中的石墨微粒和金属微粒有助 于电流的传导，这些微粒能够参与工作液 的电离，直接携带电流，还可以促进工作 液被电离击穿。
电火花加工综述
电火花加工又称放电加工，是一种直接利用电能 和热能进行加工的新工艺。 由于放电过程中可见到明显的火花，所以称之为 电火花加工。 电火花加工工艺包括电火花穿孔成形加工、电火 花线切割、电火花磨削和镗削、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 化与刻字等类型。 最常见的电火花加工有两类：
电火花加工的工件材料必须具有导电性，虽然在 一定条件下也可以加工半导体和非导体材料，但 目前电火花加工主要还是应用于金属等导电材料。 2）加工过程中，存在因为使用操作不当引起火灾的 安全隐患。 3）加工效率较低（相对机械加工来讲）。 4）电极损耗会影响加工精度。电火花加工中电极会 同时产生损耗，而且电极的损耗多集中在电场强 度较大的尖角突出部位，容易影响工件的成形精 度。
电火花成形加工（EDM） 电火花线切割加工（WEDM）
电火花加工综述
电火花加工的特点
1.电火花加工的优点 1）电火花加工是一种非接触性的电蚀加工，不需要传统机
械加工中刀具与工件间的巨大切削力，无切削力变形和夹 紧变形，可以利用电火花来加工各种刚性很差的薄壁类、 弹性类工件。 2）电火花加工“以柔克刚”，可以利用较软的电极材料来 复映加工出各种高强度、高硬度、难切削材料的几何形状， 如硬质合金、耐热合金、淬火钢、不锈钢、磁钢和金属陶 瓷类等难切削材料，甚至可以加工像聚晶金刚石、立方氮 化硼这一类的超硬材料。 3）适于加工复杂型面、窄缝等零件。如电火花成形加工， 它实际是将电极的形状复制到工件上去，可以通过雕刻等 手段在铜等较软的电极材料上得到复杂的形状，进而进行 复制出型腔。各种模具的型腔常存在着一些尖角部位，在 常规切削加工中由于存在刀具半径而无法加工到位，使用 电火花加工可以完全成型。
电火花成形加工 (EDM)
电火花成形加工(EDM)
1．电火花成形加工基本原理 把工件和工具电极（铜公）作为两个电极 浸入到工作液中，并在两极间施加符合一 定条件的脉冲电压，当两极间的距离小到 一定程度时，极间的工作液介质会被击穿 产生火花放电。火花放电产生的瞬间高温 使工件表层材料局部熔化和气化，使材料 得以蚀除，达到加工的目的。
3）由于离子在电极间流动并撞击摩擦，产生 极高的热能。
随着电流的增加，热量快速积聚，使部分工 作液、工件和电极气化，形成放电通道， 产生电火花。
4）电流流过工作液时，电化学反应产生氢气泡。
电流不断流过工作液，热量不断上升，气泡试图向 外膨胀，但离子由于受到强烈的电磁场作用不断 冲向放电通道，这股冲力抑制了气泡的膨胀，如 图所示。与此同时，电流不断增加，电压继续下 降。