第2章 电火花加工

切割加工
相对旋转运动、 精密小孔、外圆 径向轴向进给运动 小模数滚刀
4 同步共轭
5 高速小孔
均作旋转运动 且纵横进给
细管电极旋转、 穿孔速度极高
精密螺纹、异形 齿轮、回转表面
深小孔、喷嘴、 穿丝孔
占总数1%
占总数2% 占总数
6 表面强化、工具在工件上振动
工具刃口强化、 工具相对工件移动 刻字
2%～3%
• t--加工时间；
• vp--正极蚀除速度。 • φ——有效脉冲利用率，%；
提高加工速度途径
１）提高脉冲频率 ２）增加单个脉冲能量 ３）提高工艺参数 ４）正确选择工件的极性
（２）工具的相对损耗
加工中衡量工具电极是否耐损耗，不仅要看工具损耗速度， 还要看同时能达到的加工速度，所以采用相对损耗（损耗比） 作为衡量工具电极耐损耗之指标。
• 铜碳、铜钨和银钨合金等合金材料：导热性好，熔 点高，电极损耗少，价格较贵、制造成型困难，通 常只用于精密电火花加工。
2.影响加工精度的主要因素
（１）放电间隙的大小和一致性 （２）工具电极的损耗及“二次放电”
• 二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等 的介入而再次进行的非正常放电。 • 二次放电主要是在加工深度方向的侧面产生 斜度和使加工棱角边变钝。
电火花加工过程
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。
极性效应
工件正极—正极性加工 工件负极—负极性加工
精加工 短脉冲 ti <10 s
粗加工 长脉冲 ti >80 s
为充分利用极性效应，一般都采用单向脉冲电源
图3-4 加工斜度的产生 a)工具损耗产生加工斜度 b)轮廓对比图 1-工具电极无损耗时的轮廓线 2-工具电极有损耗但不考虑二次放电时的 工件轮廓线 1-工具电极有损耗时的轮廓线 2-工具电极有损耗且产生二次放电时的工 件轮廓线 3-工件 4-工具电极
• 另外，工具的尖角或凹角很难精确地复制在 工件的表面上。
图3-5 尖角变圆现象 a)加工外表面 b)加工内表面 1-工件电极 2-工具电极
影响表面质量的因素
◆表面粗糙度：单个脉冲能量、工具电极的表面粗糙 度 、加工速度 。 ◆表面变质层：熔化凝固层、热影响层及显微裂纹。 ◆表面力学性能：表面最外层硬度与耐磨性、残余应
力 、耐疲劳性能。
电火花加工的应用
电火花加工的特点及应用
优 点
1.适于难切削材料的加工
硬质合金、淬火钢等
2.加工复杂形状或特殊零件 应用领域日益扩大
局限性
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
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；
电极材料是紫铜或石墨 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
(b)
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Baidu Nhomakorabea影响
4.其他因素(工作液种类、性能等)
电火花加工的局限性
1.一般加工速度较慢
2.存在电极损耗和二次放电
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。
smax
二次放电
工具
电极损耗
加工斜度
smin
棱角变钝
图 电火花加工时的加工斜度
u
ui
o
t
ti tp to
图2-1 脉冲电源空载电压波形
图中
ti为脉冲宽度， to为脉冲间隔， tp为脉冲周期， ui为脉冲峰值电压或空载电压
型 号
D K 7 1 32
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）
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 主要一个进给运动 挤压模、异形孔
工具为线状电极 两个进给运动 冲模、直纹面、 窄缝、下料
约占电机床 总数30%
占总数60% 占总数3%
2 电火花线 3 内孔、外
圆成形磨 回转加工 加工 刻字
• 一般电火花加工后尺寸公差可达IT7级，表 面粗糙度Ra值1.25。
• 电火花加工较大孔时，一般先预制孔，留合适余量 （单边余量为0.5～1mm左右），余量太大，生产率低， 电火花加工时不好定位。 • 细微孔：直径小于0.2mm的孔。 • 国外目前可加工出深径比为5，直径为0.015mm的细微 孔。在我国一般可加工出深径比为10，直径为0.05mm 的细微孔。
1.穿孔加工
a)圆孔
b)方槽
c)异形孔
d)弯孔
• 常指贯通的等截面或变截面的二维型孔（圆孔、方 孔、多边孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、 小孔、微孔等加工的电火花加工。
• 穿孔加工的尺寸精度主要取决于工具电极 的尺寸和放电间隙。
• 工具电极的截面轮廓尺寸要比预定加工的 型孔尺寸均匀地缩小一个加工间隙，其尺 寸精度要比工件高一级，表面粗糙度应比 工件的小。
电火花加工设备
（一）脉冲电源
驰张式、闸流管式、晶闸管式、 晶体管式、集成元件等
（1）绝缘、击穿放电及消电离 （二）自动进给调节装置 常用石墨或铜作工 维持所需的“平均” （2）压缩放电通道，能量集中 具材料，价格低廉 放电间隙 S ,保证电火 （三）工具电极 （3）气化产生局部高压，利于 钨、钼或铜钨、银 花加工正常进行。 蚀物排除 钨等复合材料，性 步进电机、伺服电机 （四）液体介质 （4）对工具、工件的冷却作用 系统 能好价格贵。 常用的工作液有煤油、机油等
• 但加工细微孔的效率较低，因为工具电极制造困难， 排屑也困难，单个脉冲的放电能量须有特殊的脉冲电 源控制，对伺服进给系统要求更严。
• 电火花主要应用在直径为 0.3～3mm的高速小孔的加 工，可避免小直径钻头 （d≤1mm）易折断问题。 • 还适用于斜面和曲面上加 工小孔，并可达较高尺寸 精度和形状精度。 • 在加工时可采用管状电极， 内通高压工作液，工具电 极在回转的同时又作轴向 进给运动，速度可达 60mm/min。
２.电火花型腔加工
• 一般指三维型腔和型面加工，如挤压模、压铸模、 塑料模及胶木模等型腔的加工及整体式叶轮、叶片 等曲面零件的加工。
• 型腔多为盲孔加工，且形状复杂，致使工作液难以循 环，排出蚀除渣困难，因此比穿孔加工困难。 • 为了改善加工条件，有时在工具电极中间开有冲油孔， 以便冷却和排出加工产物
第一章 电火花加工
本章要点
电火花加工的基本原理及 其分类 电火花加工的机理 电火花加工用的脉冲电源 电火花加工机床 电火花穿孔成形加工
加工原理
两极之间 创造条件：
1.工具与工件之间保持适当间隙 2.火花放电必须是脉冲性放电
自动进给调节系统 采用脉冲电源
火花放电
电腐蚀
去除材料
3.在有一定绝缘性能的介质中放电 液体绝缘介质
vN / v
100%
降低工具电极的相对损耗途径
• １）极性效应 • ２）覆盖效应：黑膜只能在正极表面形成， 因此须采用负极性加工 • ３）传热效应 • 4）沉积效应 • 5）选择合适的工具电极材料
工具电极材料
• 铜：制成各种精密复杂电极，可用于中小型腔加工
• 钨、钼：熔点和沸点较高、损耗少，但其机械加工 性能不好，价格较贵，一般仅用于线切割。 • 石墨：用于型腔加工
电火花加工的基本工艺规律
1.加工速度和工具损耗速度
• 加工速度：单位时间内工件的电蚀量，即 生产率； • 损耗速度：单位时间内工具的电蚀量
（１）加工速度
vP qP / t k P wM f
• qp--正极的总蚀除量；
• kp--工艺系数（与电极材料、脉冲参数和工作液有关）；
• wM--单个脉冲能量； • f --脉冲频率；
3
2
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7 1
图2-1
1—工件 4—工具
电火花加工原理示意图
2—脉冲电源 3—自动进给调节系统 5—工作液 6—过滤器 7—工作液泵
加工条件
1.必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定 的距离以形成放电间隙；
2.放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行；
3.脉冲波形基本是单向的； 4.有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属熔 化或气化 。
名称：普通电火花 成型机床
型号：D7132N、40N、 50N、60N
名称：数控屏显成型机床
型号：DK7132D、40D、 50D、63D
名称：机电一体电火 花成型机床
型号：D7125ND、32ND
影响金属蚀除率的主要因素
1.极性效应的影响
1 4 2 3 + 4 2 1 3 +
(a) (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