《电火花加工》PPT课件
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• 火花放电产生高温的特性：
• ①.局部：结果使金属材料局部熔化、汽化。
• ②.瞬时：热量集中，来不及扩散，能量密度大 ，最后蚀除掉金属形成放电坑。
• 虽然在正负电极之间加上电源可以实现火花放 电这一物理现象进行实际加工，还要满足一定的 条件才行。
2-3.电火花加工中的一些基本规律
•●影响材料放电腐蚀量的主要因素
熔化热、汽化热等。
• 当脉冲放电电能量相同时，金属的熔点、沸点 、比热容、熔化热、汽化热越高，则电蚀量越小 ，其加工的难度越大。
• ㈣.工作液对电蚀量的影响 • 介电性能好、密度、粘度大的工作液有利于压
缩放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产 物的抛出效果。
• ㈤.影响电蚀量的一些其它因素
•
•
加工过程的稳定性
•㈠.极性效应的影响，由于正负极不同而彼此电蚀量不一样的现象，称极性效应。 •㈡.电参数对电蚀量的影响
qa ka wm ft qc kc wm ft
va
qa t
ka wm f
vc
qc t
kc wm f
•式中， • qa、qc——正负极的总蚀除量 • Va、Vc——正负极的蚀除速度 • WM————单个脉冲能量 • f——脉冲频率 • t——脉冲时间 • Ka、Kc——与电极材料、脉冲参数、工作液有关的工艺参数。 • ψ——有效脉冲利用率
• ㈡：工具电极相对损耗速度和相对损耗比
• 在工作现场中，用来衡量工具电极是否耐损耗，不单单是提高工具损耗速度V E，还要看同时能达到的加工速度VW。
• 因此，采用相对损耗或称损耗比θ，作为衡量工具电极耐损耗的指标，即：
• 式中的VE、VW均以mm3/min为单位，θ为体积相对损耗，以g/min为单位，表 示了质量的相对损耗。
3
●电火花加工方法的分类
电火花加工
普通电火花加工
电火花磨削 线电极电火花加工 电火花展成加工
电电 火火 花花 穿成
孔形
电 电电
火 花 平
火 花 内 外
火 花 成
面 圆形
磨 磨磨
电 电电
火 火极
花 线
花 小 孔
电 火 花
切 加加
割 工工
电 火 花 共 扼 展 成
电 火 花 表 面 强 化
其 他 展 成 加 工
2-2.电火花加工的机理 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 面熔化、汽化介质汽化、分离碳黑 4）抛处金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形成凹坑。 5）消电离： 带电粒子转变成中性粒子，介质恢复成绝缘状态，为下 一次准备。
• 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 。
第二章：电火花加工 2-1.电火花加工原理和设备
原理：在一定的介质中，利用两个电极之间产生火花放电时的电蚀效应来蚀除部分金 属材料的加工方法。电火花加工的基本原理如图：
1) 电极：铜 、钢、石墨 2) 加工介质：煤油、煤油和
机油、水基工作液 3) 脉冲电源
1
电火花加工应具备的条件
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）脉冲波形基本是单向的；具有合适的脉间和脉宽； • 3）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行； • 4）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属溶化或气化 。
• 单个脉冲所释放的能量,取决于极间放电电压、 放电电流和放电持续时间，因此单个脉冲放电能量 为：
te
wm u(t)i(t)dt
0
由于火花放电间隙电阻的非线性特性，击穿后间 隙的火花维持电压是一个与电极对材料及工作液种类有 关的数值。
正、负极的电蚀量正比于平均放电电流的大小和电 流脉宽。
• 提高电蚀量和生产率的主要途径在于：
脉冲电流波形
2
电火花加工
电火花加工的特点 • 1）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料； • 2）电极和工件在加工过程中不接触，便于加工小孔、深孔、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。
• 单个脉冲能量的增加可以提高加工速度，但同时会增加表面粗糙度和降低加 工精度，因此一般只用于粗加工和半精加工的场合。
• ⑶.提高工艺系数
• 提高K的途径有很多，例如合理选择电极材料、电参数、工作液、改善工作液 循环过滤方式等。从而提高有效脉冲利用率，达到提高K的目的。
• 电火花成形加工的加工速度，可参考下面来选：
• 提高途径：
• ⑴.提高脉冲频率 • 提高脉冲频率，可缩短脉冲停歇时间，但要注意脉冲停歇时间过短，会使
加工区工作液来不及消电离，排除电蚀产物及气泡来恢复其介电性能，以致 形成破坏性的稳定电弧放电，使电火花加工过程不能正常进行。
• ⑵.提高单个脉冲能量
• 增加单个脉冲能量，主要靠加大脉冲电流和增加脉冲宽度。
• 粗加工：（Ra：10~20um）选：200~1000mm3/min • 半精加工：（Ra：2.5~10um）选：20~100mm3/min • 精加工：（Ra：0.32~2.5um）选：<10mm3/min • 随着表面粗糙度值的减小，加工速度显著下降，加工速度与加工电流ie有关。 • 对于电火花成形加工，每安培加工电流的速度约为10mm3/min。
•
采用加工的电流过大
•
电极材料
•
脉冲波形
•
碳黑膜的形成
•
工作液
●电火花加工速度和工具的损耗速度
• 单位时间内工件的电蚀量称加工速度，也叫生产率。 • 单位时间内工具的电蚀量称为损耗速度。 • ㈠：加工速度 • 指体积加工速度VW，单位：mm3/min
• 为了测量方便，有事也用质量加工速度Vm来表示，单位：g/min。
• 提高脉冲频率f；
• 提高单个脉冲能量Wm；
•
增加脉冲电流的幅值i；
•
减少脉冲间隔te；
•
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设法提高系数Ka、Kc等。
u
ui
t
o ti
to
tp
图中
图2-1 脉冲电源空载电压波形
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
• ㈢.金属材料热学物理常数对电蚀量的影响 • 热学物理常数：熔点、沸点、热导率、比热容、
• 火花放电产生高温的特性：
• ①.局部：结果使金属材料局部熔化、汽化。
• ②.瞬时：热量集中，来不及扩散，能量密度大 ，最后蚀除掉金属形成放电坑。
• 虽然在正负电极之间加上电源可以实现火花放 电这一物理现象进行实际加工，还要满足一定的 条件才行。
2-3.电火花加工中的一些基本规律
•●影响材料放电腐蚀量的主要因素
熔化热、汽化热等。
• 当脉冲放电电能量相同时，金属的熔点、沸点 、比热容、熔化热、汽化热越高，则电蚀量越小 ，其加工的难度越大。
• ㈣.工作液对电蚀量的影响 • 介电性能好、密度、粘度大的工作液有利于压
缩放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产 物的抛出效果。
• ㈤.影响电蚀量的一些其它因素
•
•
加工过程的稳定性
•㈠.极性效应的影响，由于正负极不同而彼此电蚀量不一样的现象，称极性效应。 •㈡.电参数对电蚀量的影响
qa ka wm ft qc kc wm ft
va
qa t
ka wm f
vc
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•式中， • qa、qc——正负极的总蚀除量 • Va、Vc——正负极的蚀除速度 • WM————单个脉冲能量 • f——脉冲频率 • t——脉冲时间 • Ka、Kc——与电极材料、脉冲参数、工作液有关的工艺参数。 • ψ——有效脉冲利用率
• ㈡：工具电极相对损耗速度和相对损耗比
• 在工作现场中，用来衡量工具电极是否耐损耗，不单单是提高工具损耗速度V E，还要看同时能达到的加工速度VW。
• 因此，采用相对损耗或称损耗比θ，作为衡量工具电极耐损耗的指标，即：
• 式中的VE、VW均以mm3/min为单位，θ为体积相对损耗，以g/min为单位，表 示了质量的相对损耗。
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●电火花加工方法的分类
电火花加工
普通电火花加工
电火花磨削 线电极电火花加工 电火花展成加工
电电 火火 花花 穿成
孔形
电 电电
火 花 平
火 花 内 外
火 花 成
面 圆形
磨 磨磨
电 电电
火 火极
花 线
花 小 孔
电 火 花
切 加加
割 工工
电 火 花 共 扼 展 成
电 火 花 表 面 强 化
其 他 展 成 加 工
2-2.电火花加工的机理 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 面熔化、汽化介质汽化、分离碳黑 4）抛处金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形成凹坑。 5）消电离： 带电粒子转变成中性粒子，介质恢复成绝缘状态，为下 一次准备。
• 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 。
第二章：电火花加工 2-1.电火花加工原理和设备
原理：在一定的介质中，利用两个电极之间产生火花放电时的电蚀效应来蚀除部分金 属材料的加工方法。电火花加工的基本原理如图：
1) 电极：铜 、钢、石墨 2) 加工介质：煤油、煤油和
机油、水基工作液 3) 脉冲电源
1
电火花加工应具备的条件
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）脉冲波形基本是单向的；具有合适的脉间和脉宽； • 3）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行； • 4）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属溶化或气化 。
• 单个脉冲所释放的能量,取决于极间放电电压、 放电电流和放电持续时间，因此单个脉冲放电能量 为：
te
wm u(t)i(t)dt
0
由于火花放电间隙电阻的非线性特性，击穿后间 隙的火花维持电压是一个与电极对材料及工作液种类有 关的数值。
正、负极的电蚀量正比于平均放电电流的大小和电 流脉宽。
• 提高电蚀量和生产率的主要途径在于：
脉冲电流波形
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电火花加工
电火花加工的特点 • 1）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料； • 2）电极和工件在加工过程中不接触，便于加工小孔、深孔、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。
• 单个脉冲能量的增加可以提高加工速度，但同时会增加表面粗糙度和降低加 工精度，因此一般只用于粗加工和半精加工的场合。
• ⑶.提高工艺系数
• 提高K的途径有很多，例如合理选择电极材料、电参数、工作液、改善工作液 循环过滤方式等。从而提高有效脉冲利用率，达到提高K的目的。
• 电火花成形加工的加工速度，可参考下面来选：
• 提高途径：
• ⑴.提高脉冲频率 • 提高脉冲频率，可缩短脉冲停歇时间，但要注意脉冲停歇时间过短，会使
加工区工作液来不及消电离，排除电蚀产物及气泡来恢复其介电性能，以致 形成破坏性的稳定电弧放电，使电火花加工过程不能正常进行。
• ⑵.提高单个脉冲能量
• 增加单个脉冲能量，主要靠加大脉冲电流和增加脉冲宽度。
• 粗加工：（Ra：10~20um）选：200~1000mm3/min • 半精加工：（Ra：2.5~10um）选：20~100mm3/min • 精加工：（Ra：0.32~2.5um）选：<10mm3/min • 随着表面粗糙度值的减小，加工速度显著下降，加工速度与加工电流ie有关。 • 对于电火花成形加工，每安培加工电流的速度约为10mm3/min。
•
采用加工的电流过大
•
电极材料
•
脉冲波形
•
碳黑膜的形成
•
工作液
●电火花加工速度和工具的损耗速度
• 单位时间内工件的电蚀量称加工速度，也叫生产率。 • 单位时间内工具的电蚀量称为损耗速度。 • ㈠：加工速度 • 指体积加工速度VW，单位：mm3/min
• 为了测量方便，有事也用质量加工速度Vm来表示，单位：g/min。
• 提高脉冲频率f；
• 提高单个脉冲能量Wm；
•
增加脉冲电流的幅值i；
•
减少脉冲间隔te；
•
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设法提高系数Ka、Kc等。
u
ui
t
o ti
to
tp
图中
图2-1 脉冲电源空载电压波形
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
• ㈢.金属材料热学物理常数对电蚀量的影响 • 热学物理常数：熔点、沸点、热导率、比热容、