电脉冲认识

电脉冲认识
一、电火花加工的起源
电火花加工中的电蚀现象早在20世纪初就被人们发现，如插头、开关的启闭所产生的电火花对接触表面的损害。

但真正将电蚀现象运用到实际生产加工中的是：20世纪中期前苏联的拉扎林科夫妇俩在研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温使局部金属熔化、气化而被蚀除掉，从而开创和发明了电火花加工方法，并于1943年利用电蚀原理研制出世界上第一台实用化的电火花加工装置。

我国在20世纪50年代初期开始研究电火花设备，并于60年代初研制出第一台靠模仿形电火花线切割机床，随后研制出具有我国特色的高速走丝线切割机床。

仿形机床
copying machine
按照样板或靠模控制刀具或工件的运动轨迹进行切削加工的半自动机床。

仿形机床可实现单机自动化或纳入自动生产线中。

一些通用机床附装仿形装置后也可实现仿形加工。

仿形运动可分为平面仿形和立体仿形等。

仿形机床的加工精度因切削用量不同而异，一般在±0.1～±0.03毫米范围内,表面粗糙度一般为R a5～1.25微米。

二、电火花加工的概念
电火花加工是一种利用电能和热能进行加工的新工艺，俗称放电加工（Electrical Discharge Machining，EDM）。

电火花加工与一般切削加工的区别在于，电火花加工时工具与工件并不接触，而是靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电，利用放电时产生局部、瞬时的高温把金属材料逐步蚀除下来，由于在放电过程中有可见火花产生，故称电火花加工。

三、电火花加工的原理
电火花加工(视频1)是基于在绝缘的工作液中工具和工件之间脉冲性火花放电局部、瞬时产生的高温，是工件表面的金属熔化、气化、抛离工件表面的原理。

电火花加工的原理图如图所示，当工件与工具两电极间电压加到直流100V左右，极间某一间隙最小处或绝缘强度最低处介质被击穿引起电离并产生火花放电，产生瞬时高温，使工具与工件表面蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑。

然后经过一段时间间隔，排除电蚀产物和介质恢复绝缘，再在两级间加电…，如此连续的重复放电，工具电极不断地向工件进给就可将工具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件。

其加工的必备条件是：必须采用脉冲电源；工具电极和工件被加工表面之间必须保持一定的间隙；放电必须在一定绝缘性能的液体介质中进行。

四、电火花加工过程
电火花加工是一个非常复杂的过程，其微观过程
是热力、流体力、电场力、磁力、电化学等综合作用
的结果。

这一过程可分为以下四个阶段：
1.极间介质的电离、击穿，形成放电通道
2.介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀
3.电极材料的抛出
4.极间介质的电离消除
五、电火花加工的分类
六、电火花加工的特点
1.是非接触加工、工件与工具电极之间放电间隙为0.1-0.01毫米，间隙中充满煤油工作液
2.加工过程中没有宏观切削力
3.可以“以柔克刚”
4.要求工件与工具必须是导电材料
七、电火花加工的适用范围
1.加工任何难加工的金属材料和导电材料；电极材料是紫铜、石墨或合金材料；
2.加工形状复杂的表面；
3.加工薄壁、弹性、低刚度、微细小孔、异形小孔、深小孔等有特殊要求的零件
八、型号
D K7132
参数代号（工作台横向行程为320）
型别代号（穿孔、成型加工机床）
组别代号（电火花加工机床）
特征代号（数控）
类别代号（电加工类机床）
九、组成部分
主要包括机床主体、控制部分、工作液循环系统。

工作液循环过滤系统
电火花加工液主要作用及性能：
（1）低粘度：冷却性好，流动性好，加工碎屑容易排出。

（2）高闪火点、高沸点：闪火点高，不易起火；沸点高，不易汽化、损耗。

（3）绝缘性好：以维系工具电极与工件之间的适当的绝缘强度。

（4）臭味小：加工中分解的气体无毒，对人体无害，当然无分解气体最好。

（5）对加工件不污染、不腐蚀。

（6）氧化安全性要好，寿命长。

（7）价格要便宜。

电火花工作液发展的三个阶段
（1）五、六十年代甚至以前开始的水基、油基两大系列并用时期，基本上使用水和一般矿物油，如煤油、变压器油等。

（2）七十年代至八十年代，开始生产电火花加工专用油，即适当的矿物油加入适量的添加剂，油中含有较多芳烃。

（3）八十年代到九十年代开始，随着环保要求提高，机床升级换代， 开始出现合成型、高速型和混合性电火花加工液(放电加工油，电火花机油)。

控制部分脉冲电源
驱动电源控制面板
十、影响金属蚀除率的主要因素
1.极性效应的影响
（1）在短脉冲加工时，负电子对正极的轰击作用大于正离子对负极的轰击，因为负电子质量下，在短时间内达到了很高的速度，所得了很高的能量。

因此在窄脉冲（t<10us ）精加工时，采用正极性；
（2）在长脉冲（放电持续时间较长）加工时，质量和惯性大的正离子将有足够的时间加速，能量达到足够大轰击负极表面。

因此在采用长脉冲（ t>100us ）粗加工时，应采用负极性加工，可以得到较高的蚀除速度和较低的电极损耗。

2.电参数对蚀除率的影响
脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电压、峰值电流等。

3.金属材料热学常数对蚀除率的影响 4.其他因素 工作液种类、性能等
1) 熔化层 熔化层位于电火花加工后工件表面的最上层，它被电火花脉冲放电产生的瞬时高温所熔化，又受到周围工作液介质的快速冷却作用而凝固。

对于碳钢来说，熔化层在金相照片上呈现白色，故又称为白层。

白层与基体金属完全不同，是一种树枝状的淬火铸造组织，与内层的结合不很牢固。

熔化层中有渗碳、渗金属、气孔及其他夹杂物。

熔化层厚度随脉冲能量增大而变厚，一般为0.01～0.1 mm 。

(a)
(b)(a)正极性 (b)负极性1-成形电极；2-工件；3-脉冲电源；4-工作液
-体金属热影响层
熔化层
电火花加工表面
2) 热影响层
热影响层位于熔化层和基体之间，热影响层的金属被熔化，只是受热的影响而没有发生金相组织变化，它与基体没有明显的界限。

由于加工材料及加工前热处理状态及加工脉冲参数的不同，热影响层的变化也不同。

对淬火钢将产生二次淬火区、高温回火区和低温回火区；对未淬火钢而言主要是产生淬火区。

3)金属基体
电脉冲加工工艺
在电火花加工中，如何合理地制定电火花加工工艺呢？如何用最快的速度加工出最佳质量的产品呢？一般来说，主要采用两种方法来处理：第一，先主后次，如在用电火花加工去除断在工件中的钻头、丝锥时，应优先保证速度，因为此时工件的表面粗糙度、电极损耗已经不重要了；第二，采用各种手段，兼顾各方面。

其中主要常见的方法有：粗、中、精逐挡过渡式加工方法。

粗加工用以蚀除大部分加工余量，使型腔按预留量接近尺寸要求；中加工用以提高工件表面粗糙度等级，并使型腔基本达到要求，一般加工量不大；精加工主要保证最后加工出的工件达到要求的尺寸与粗糙度。

在加工时，首先通过粗加工，高速去除大量金属，这是通过大功率、低损耗的粗加工规准解决的；其次，通过中、精加工保证加工的精度和表面质量。

中、精加工虽然工具电极相对损耗大，但在一般情况下，中、精加工余量仅占全部加工量的极小部分，故工具电极的绝对损耗极小。

在粗、中、精加工中，注意转换加工规准。

先用机械加工去除大量的材料，再用电火花加工保证加工精度和加工质量。

电火花成型加工的材料去除率还不能与机械加工相比。

因此，在工件型腔电火花加工中，有必要先用机械加工方法去除大部分加工量，使各部分余量均匀，从而大幅度提高工件的加工效率。

采用多电极。

在加工中及时更换电极，当电极绝对损耗量达到一定程度时，及时更换，以保证良好的加工质量。

十一、影响电火花加工精度和表面质量的主要因素
影响精度的因素主要有：
1.与传统的机械加工一样，机床本身的各种误差，工件和工具电极的定位、安装误差都会影响到电火花加工的精度；
2.与电火花加工工艺有关的主要因素是放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定等。

电火花加工时工具电极与工件之间放电间隙大小实际上是变化的，电参数对放电间隙的影响非常显着，精加工放电间隙一般只有0.01mm（单面），而粗加工时则可达0.5mm以上。

目前，电火花加工的精度为0.01~0.05mm。

影响粗糙度的因素主要有：
1.脉冲能量越大，加工速度越高，R a值越大；
2.工件材料越硬、熔点越高，R a值越小；
3.工具电极的表面粗糙度越大，工件的R a值越大；
十二、电火花加工的局限性
1）一般加工速度较慢安排工艺时可采用机械加工去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率。

最近新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率甚至高于切削加工。

2）存在电极损耗和二次放电电极损耗多集中在尖角或底面，最近的机床产品已能将电极相对损耗比降至0.1％，甚至更小；电蚀产物在排除过程中与工具电极距离太小时会引起二次放电，形成加工斜度，影响成型精度。

二次放电甚至会使得加工无法继续。

3）最小角部半径有限制一般电火花加工能得到的最小角部半径等于加工间隙（通常为0.02~0.3mm），若电极有损耗或采用平动、摇动加工则角部半径还要增大。