現(xiàn)代加工技術(shù)-02電火花加工 2

1、電火花加工電火花加工1蔣克偉蔣克偉 Electrical DischargeElectrical Discharge Machining MachiningE EDMDM本章內(nèi)容本章內(nèi)容2 1 1放電現(xiàn)象放電現(xiàn)象 2 2電火花加工的基本原理和特點(diǎn)電火花加工的基本原理和特點(diǎn) 3 3電火花加工的基本規(guī)律電火花加工的基本規(guī)律 4 4電火花加工機(jī)床電火花加工機(jī)床 5 5電火花加工自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)電火花加工自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng) 6 6電火花穿孔成型加工電火花穿孔成型加工 7 7其他電火花加工其他電火花加工 8 8電火花加工技術(shù)的發(fā)展前景電火花加工技術(shù)的發(fā)展前景第一部分第一部分 電火花的基本概念電火花的基本概

2、念 (a)電火花為脈沖式的瞬時(shí)放電，如：雷電放電、靜電放電、電電火花為脈沖式的瞬時(shí)放電，如：雷電放電、靜電放電、電磁感應(yīng)放電等等。電火花一般是尖端放電現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間短，并磁感應(yīng)放電等等。電火花一般是尖端放電現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間短，并伴隨自由電荷的轉(zhuǎn)移，發(fā)光發(fā)熱，不同于一般的燃燒現(xiàn)象。伴隨自由電荷的轉(zhuǎn)移，發(fā)光發(fā)熱，不同于一般的燃燒現(xiàn)象。 3電火花的基本概念電火花的基本概念(b)電弧為連續(xù)放電，并發(fā)出強(qiáng)烈的光輝。電弧為連續(xù)放電，并發(fā)出強(qiáng)烈的光輝。應(yīng)用之一：應(yīng)用之一：HID（High Intensity Discharge）中文）中文翻譯：翻譯：“高強(qiáng)度氣體放電燈高強(qiáng)度氣體放電燈”，是依據(jù)電弧放電原，是依

3、據(jù)電弧放電原理，激活燈內(nèi)的氙氣來(lái)發(fā)光，取代傳統(tǒng)的鎢絲燃燒理，激活燈內(nèi)的氙氣來(lái)發(fā)光，取代傳統(tǒng)的鎢絲燃燒發(fā)光發(fā)光應(yīng)用之二：電焊應(yīng)用之二：電焊應(yīng) 用 之 三 ： 電 火 花 加 工 ， 又 稱 為應(yīng) 用 之 三 ： 電 火 花 加 工 ， 又 稱 為 放 電 加 工放 電 加 工 ，Electrical Discharge Machining，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱EDM。4放電現(xiàn)象放電現(xiàn)象 當(dāng)兩電極接近時(shí)，也會(huì)發(fā)生放電，例如電燈開關(guān)在合當(dāng)兩電極接近時(shí)，也會(huì)發(fā)生放電，例如電燈開關(guān)在合上和拉開時(shí)，產(chǎn)生局部放電，可看到電弧光。使開關(guān)的接上和拉開時(shí)，產(chǎn)生局部放電，可看到電弧光。使開關(guān)的接觸部位觸部位燒蝕燒蝕，這種現(xiàn)象

4、稱為，這種現(xiàn)象稱為電蝕電蝕。這種現(xiàn)象早在。這種現(xiàn)象早在18701870年，年，就被英國(guó)科學(xué)家普里斯特利發(fā)現(xiàn)了。就被英國(guó)科學(xué)家普里斯特利發(fā)現(xiàn)了。5第二部分第二部分 電火花加工的基本原理和特點(diǎn)電火花加工的基本原理和特點(diǎn)一、電火花加工原理一、電火花加工原理6電火花加工機(jī)理7視頻視頻一次電火花腐蝕的微觀過程一次電火花腐蝕的微觀過程1.1.極間介質(zhì)的電離、擊穿、形成放電通道極間介質(zhì)的電離、擊穿、形成放電通道 極間電壓升高或極間距離減小極間電壓升高或極間距離減小極間電場(chǎng)強(qiáng)度極間電場(chǎng)強(qiáng)度增大增大105V/mm即即100V/m左右時(shí)左右時(shí)產(chǎn)生場(chǎng)致電子發(fā)射產(chǎn)生場(chǎng)致電子發(fā)射雪雪崩電離崩電離小于小于0.1s建立放電

5、通道建立放電通道（電流密度達(dá)（電流密度達(dá)105106A/cm2（103104A/mm2） 8一次電火花腐蝕的微觀過程一次電火花腐蝕的微觀過程2.2.介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹放電通道形成后放電通道形成后電子、正離子運(yùn)動(dòng)電子、正離子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)熱能動(dòng)能轉(zhuǎn)熱能電極表面高溫電極表面高溫工工作液氣化、熱分解作液氣化、熱分解電極材料熔化、氣化電極材料熔化、氣化迅速熱膨脹迅速熱膨脹93.3.電極材料拋出電極材料拋出存在下面三種作用存在下面三種作用熱爆炸力熱爆炸力 瞬時(shí)膨脹瞬時(shí)膨脹電動(dòng)力電動(dòng)力正負(fù)離子對(duì)電極的沖正負(fù)離子對(duì)電極的沖擊壓力擊壓力流體動(dòng)力流體動(dòng)力蒸發(fā)、分

6、解氣體蒸發(fā)、分解氣體熱膨脹產(chǎn)生微爆炸熱膨脹產(chǎn)生微爆炸電極材料拋出電極材料拋出大部分拋入工作液中收縮成小顆大部分拋入工作液中收縮成小顆粒，一小部分飛濺、鍍覆、吸附在粒，一小部分飛濺、鍍覆、吸附在對(duì)面的電極表面上對(duì)面的電極表面上（這種互相飛濺、鍍覆（這種互相飛濺、鍍覆以及吸附的現(xiàn)象，在某些條件下可以用來(lái)減少或以及吸附的現(xiàn)象，在某些條件下可以用來(lái)減少或補(bǔ)償工具電極在加工過程中的損耗補(bǔ)償工具電極在加工過程中的損耗 ） 104.4.極間介質(zhì)消電離 帶電離子帶電離子 中性粒子中性粒子v 介質(zhì)恢復(fù)絕緣介質(zhì)恢復(fù)絕緣v 電蝕物排除電蝕物排除v 熱能排除熱能排除11一次電火花腐蝕的微觀過程一次電火花腐蝕的微觀過程

7、放電影響區(qū)域放電影響區(qū)域 氣化區(qū)氣化區(qū) 熔化區(qū)熔化區(qū) 熱影響區(qū)熱影響區(qū) 無(wú)變化區(qū)無(wú)變化區(qū)12電蝕坑電蝕坑 由于通道的截面積很小，放電時(shí)間極短，致使能量高度由于通道的截面積很小，放電時(shí)間極短，致使能量高度集中集中（106107W/mm2)，放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫，放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫,可達(dá)可達(dá)10000以上，以上，足以使材料溶化甚至蒸發(fā)，灼熱的金屬蒸氣具足以使材料溶化甚至蒸發(fā)，灼熱的金屬蒸氣具有很大的壓力有很大的壓力,引起劇烈的暴炸引起劇烈的暴炸,而將熔融的金屬拋出而將熔融的金屬拋出,以致形以致形成一個(gè)小凹坑。第一次脈沖放電結(jié)束后，經(jīng)過很短的時(shí)間間成一個(gè)小凹坑。第一次脈沖放電結(jié)束后，經(jīng)過很短的

8、時(shí)間間隔，第二個(gè)脈沖又在另一極間最近點(diǎn)擊穿放電。如此周而復(fù)隔，第二個(gè)脈沖又在另一極間最近點(diǎn)擊穿放電。如此周而復(fù)始高頻率地重復(fù)地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，始高頻率地重復(fù)地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，它的形狀最終就復(fù)制在工件上，形成所需要的加工表面。它的形狀最終就復(fù)制在工件上，形成所需要的加工表面。13二、電火花加工的條件二、電火花加工的條件v1.1.極間保持一定放電間隙極間保持一定放電間隙 自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)v間隙過大：不能擊穿間隙過大：不能擊穿v間隙過?。憾搪方佑|間隙過小：短路接觸v2.2.瞬時(shí)的脈沖放電（瞬時(shí)的脈沖放電（1010-7-7 10 10-3-3 s

9、 s） 脈沖電源脈沖電源v連續(xù)放電：電弧放電，無(wú)法控制尺寸連續(xù)放電：電弧放電，無(wú)法控制尺寸v3.3.兩電極之間必須充入介質(zhì)兩電極之間必須充入介質(zhì) 工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)v工作液：煤油、皂化液、去離子水工作液：煤油、皂化液、去離子水v工作液的作用工作液的作用v有利于火花放電有利于火花放電v排除電蝕產(chǎn)物排除電蝕產(chǎn)物v冷卻電極和工件冷卻電極和工件14三、電火花加工設(shè)備的組成三、電火花加工設(shè)備的組成 如圖所示，加工時(shí)，如圖所示，加工時(shí)，脈沖電源脈沖電源的一極接工具電的一極接工具電極，另一極接工件。兩極極，另一極接工件。兩極均浸入具有均浸入具有絕緣性的液體絕緣性的液體介質(zhì)介質(zhì)中。工具電極由

10、中。工具電極由自動(dòng)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置控制，以保進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置控制，以保證工具與工件在正常加工證工具與工件在正常加工時(shí)維持一很小的放電間隙時(shí)維持一很小的放電間隙（0.01-0.05mm）。）。15四、電火花加工的特點(diǎn)四、電火花加工的特點(diǎn) (1)(1) 可以加工任何高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性可以加工任何高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性以及時(shí)高純度的導(dǎo)電材料。如不銹鋼、鈦合金、工業(yè)以及時(shí)高純度的導(dǎo)電材料。如不銹鋼、鈦合金、工業(yè)純鐵、淬火鋼、硬質(zhì)合金、導(dǎo)電陶瓷、立方氮化硼和純鐵、淬火鋼、硬質(zhì)合金、導(dǎo)電陶瓷、立方氮化硼和人造聚晶金剛石等；人造聚晶金剛石等； (2)(2)在加工過程中工具與工件不直接接觸，所

11、以工在加工過程中工具與工件不直接接觸，所以工件無(wú)機(jī)械變形，方法可加工細(xì)長(zhǎng)、薄、脆性零件；件無(wú)機(jī)械變形，方法可加工細(xì)長(zhǎng)、薄、脆性零件； (3)(3)雖然該方法是利用熱效應(yīng)來(lái)切除金屬，但大部分雖然該方法是利用熱效應(yīng)來(lái)切除金屬，但大部分材料不變熱；材料不變熱；16四、電火花加工的特點(diǎn)四、電火花加工的特點(diǎn)(4)(4)可以在硬度高的材料上，加工出精度高，表面質(zhì)量可以在硬度高的材料上，加工出精度高，表面質(zhì)量好的復(fù)雜模具；好的復(fù)雜模具；(5)(5)用電火花加工的表面，是由許多小的弧坑組成，有用電火花加工的表面，是由許多小的弧坑組成，有助于油的保存和較好的潤(rùn)滑；助于油的保存和較好的潤(rùn)滑；(6)(6)這種方法易

12、于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這種方法易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。局限性局限性主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料加工速度較慢加工速度較慢存在電極損耗，影響加工精度存在電極損耗，影響加工精度17第三部分第三部分 電火花加工的基本規(guī)律電火花加工的基本規(guī)律一、影響材料電蝕量的主要因素一、影響材料電蝕量的主要因素極性效應(yīng)和脈沖寬度極性效應(yīng)和脈沖寬度電參數(shù)電參數(shù)( (單個(gè)脈沖能量單個(gè)脈沖能量WM和脈沖頻率和脈沖頻率)工作液工作液181.1.極性效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響極性效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響 極性效應(yīng)極性效應(yīng)l電火花加工過程中，由于正、負(fù)極性不同而電蝕量電火花加工過程中，由于正、負(fù)極性不同而電蝕量不同的現(xiàn)象。不同的現(xiàn)象。

13、 產(chǎn)生極性效應(yīng)的原因產(chǎn)生極性效應(yīng)的原因 電子的質(zhì)量電子的質(zhì)量 正離子的質(zhì)量正離子的質(zhì)量電子的慣性小電子的慣性小窄脈沖：正極性加工窄脈沖：正極性加工長(zhǎng)脈沖：負(fù)極性長(zhǎng)脈沖：負(fù)極性 加工加工 19 對(duì)于短脈沖（如小于30s）加工時(shí)，負(fù)極的蝕除量小于正極。這是因?yàn)殡x子相比電子而言，慣性和質(zhì)量較大，起動(dòng)加速慢，脈沖結(jié)束時(shí)仍有很多未到負(fù)極表面。在這種情況下，工件應(yīng)接正極，成為“正極性加工”或“正極性接法”。 在用較長(zhǎng)脈沖（如脈寬大于300s）加工時(shí)，負(fù)極的蝕除量大于正極，此時(shí)工件應(yīng)接負(fù)極，成為“負(fù)極性加工”或“負(fù)極性接法”。2.單個(gè)脈沖能量單個(gè)脈沖能量WM和脈沖頻率和脈沖頻率 在連續(xù)的電火花加工過程中，一

14、定范圍內(nèi)，工件或工具的在連續(xù)的電火花加工過程中，一定范圍內(nèi)，工件或工具的單個(gè)脈沖蝕除量與單個(gè)脈沖能量成正比。正、負(fù)極的蝕除速度單個(gè)脈沖蝕除量與單個(gè)脈沖能量成正比。正、負(fù)極的蝕除速度與單個(gè)脈沖能量、脈沖頻率成正比：與單個(gè)脈沖能量、脈沖頻率成正比：MqKW f tv提高電蝕量和生產(chǎn)率的途徑提高電蝕量和生產(chǎn)率的途徑w 提高脈沖頻率提高脈沖頻率f fw 增加單個(gè)脈沖能量增加單個(gè)脈沖能量W WM Mw 減小脈沖間隙減小脈沖間隙t to ow 提高工藝系數(shù)提高工藝系數(shù)K K213 3. .工作液工作液v工作液對(duì)電蝕量的影響工作液對(duì)電蝕量的影響w 粘度大的工作液有利于壓縮放電通道，提高粘度大的工作液有利于壓

15、縮放電通道，提高放電能量密度，強(qiáng)化電蝕產(chǎn)物的放電能量密度，強(qiáng)化電蝕產(chǎn)物的拋出拋出效應(yīng)；效應(yīng)；但不利于電蝕產(chǎn)物的但不利于電蝕產(chǎn)物的排出排出，影響正常放電。，影響正常放電。v工作液的選擇工作液的選擇w 粗加工粗加工機(jī)油：粘度大、介電性能好機(jī)油：粘度大、介電性能好w 精加工精加工煤油：粘度小、流動(dòng)性好煤油：粘度小、流動(dòng)性好22二、加工速度與工具損耗速度二、加工速度與工具損耗速度1.加工速度加工速度vWw 單位時(shí)間內(nèi)工件的電蝕量稱為加工速度單位時(shí)間內(nèi)工件的電蝕量稱為加工速度w 體積加工速度和重量加工速度體積加工速度和重量加工速度提高加工速度的途徑提高加工速度的途徑w 提高脈沖頻率提高脈沖頻率w 增加單

16、個(gè)脈沖能量增加單個(gè)脈沖能量w 提高工藝系數(shù)提高工藝系數(shù)232.2.工具相對(duì)損耗工具相對(duì)損耗v工具損耗速度工具損耗速度vE Ew 單位時(shí)間內(nèi)工具的電蝕量單位時(shí)間內(nèi)工具的電蝕量v工具損耗比工具損耗比w 工具損耗速度與加工速度的比值，稱為損耗比。工具損耗速度與加工速度的比值，稱為損耗比。w 體積相對(duì)損耗體積相對(duì)損耗100%EWvv24降低工具損耗的措施(1)(1)正確選擇極性和脈寬正確選擇極性和脈寬一般情況下，短脈沖精加工采一般情況下，短脈沖精加工采用正極性加工；長(zhǎng)脈沖粗加工用正極性加工；長(zhǎng)脈沖粗加工采用負(fù)極性加工。采用負(fù)極性加工。(2)(2)利用吸附效應(yīng)利用吸附效應(yīng)負(fù)極性加工時(shí)，在一定條件下，負(fù)極

17、性加工時(shí)，在一定條件下，工具表面可以形成一定強(qiáng)度和工具表面可以形成一定強(qiáng)度和厚度的化學(xué)吸附層（碳黑膜），厚度的化學(xué)吸附層（碳黑膜），對(duì)電極起到保護(hù)和補(bǔ)償作用，對(duì)電極起到保護(hù)和補(bǔ)償作用，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“低損耗低損耗”加工。加工。25降低工具損耗的措施降低工具損耗的措施(3)(3)利用傳熱效應(yīng)利用傳熱效應(yīng)選擇導(dǎo)熱性能比工件好的工具電極。選擇導(dǎo)熱性能比工件好的工具電極。(4)(4)選擇合適的材料選擇合適的材料銅：熔點(diǎn)低，但導(dǎo)熱性好，因此損耗小，又能制成各種精密、銅：熔點(diǎn)低，但導(dǎo)熱性好，因此損耗小，又能制成各種精密、復(fù)雜電極復(fù)雜電極石墨：熱學(xué)性能好，長(zhǎng)脈沖粗加工中可以吸附游離的碳來(lái)補(bǔ)償石墨：熱學(xué)性能好，長(zhǎng)脈

18、沖粗加工中可以吸附游離的碳來(lái)補(bǔ)償電極損耗，目前用來(lái)制成型腔加工的電極電極損耗，目前用來(lái)制成型腔加工的電極鎢、鉬：熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較高，損耗小；機(jī)械加工性能差，一般在鎢、鉬：熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較高，損耗小；機(jī)械加工性能差，一般在線切割中使用線切割中使用銅碳、銅鎢、銀鉬：熔點(diǎn)高，導(dǎo)熱性好；價(jià)格昂貴，制造成形銅碳、銅鎢、銀鉬：熔點(diǎn)高，導(dǎo)熱性好；價(jià)格昂貴，制造成形困難，一般只用在精密電火花加工中。困難，一般只用在精密電火花加工中。26三、影響加工精度的主要因素三、影響加工精度的主要因素v除電火花加工機(jī)床結(jié)構(gòu)、機(jī)床傳動(dòng)、裝夾定除電火花加工機(jī)床結(jié)構(gòu)、機(jī)床傳動(dòng)、裝夾定位誤差之外，影響電火花加工精度的因素主位誤差之外，影響

19、電火花加工精度的因素主要有以下幾個(gè)方面：要有以下幾個(gè)方面：w 放電間隙（大小及其一致性）放電間隙（大小及其一致性）w 工具電極的損耗工具電極的損耗w 尖角與棱邊倒角尖角與棱邊倒角27放電間隙對(duì)加工精度的影響放電間隙對(duì)加工精度的影響w 一般在一般在0.010.5mm之間，精加工時(shí)間隙較小，之間，精加工時(shí)間隙較小，粗加工時(shí)間隙較大。粗加工時(shí)間隙較大。w 從減小加工誤差的角度考慮，應(yīng)該采用較小的從減小加工誤差的角度考慮，應(yīng)該采用較小的加工規(guī)準(zhǔn)，縮小放電間隙，從而提高仿形精度加工規(guī)準(zhǔn)，縮小放電間隙，從而提高仿形精度和間隙的一致性。和間隙的一致性。w “二次放電二次放電”會(huì)造成側(cè)向間隙不均勻，形成斜會(huì)造

20、成側(cè)向間隙不均勻，形成斜度，影響加工的形狀精度。度，影響加工的形狀精度。28工具電極的損耗對(duì)加工精度的影響工具電極的損耗對(duì)加工精度的影響w 電極入口處的放電間隙由于電蝕產(chǎn)物的存在，電極入口處的放電間隙由于電蝕產(chǎn)物的存在，“二次放電二次放電”的幾率大而擴(kuò)大，因而產(chǎn)生了加工斜度；工具電極下端加工的幾率大而擴(kuò)大，因而產(chǎn)生了加工斜度；工具電極下端加工時(shí)間長(zhǎng)，絕對(duì)損耗大。時(shí)間長(zhǎng)，絕對(duì)損耗大。w 工具電極的損耗直接影響加工精度，損耗越小，精度越高。工具電極的損耗直接影響加工精度，損耗越小，精度越高。29尖角與棱邊倒角對(duì)加工精度的影響尖角與棱邊倒角對(duì)加工精度的影響 工具的尖角或凹角很難精確地復(fù)制在工件上，這

21、是因?yàn)楫?dāng)工工具的尖角或凹角很難精確地復(fù)制在工件上，這是因?yàn)楫?dāng)工具為凹角時(shí)，工件上對(duì)應(yīng)的尖角處放電蝕陳的機(jī)率大，容易遭具為凹角時(shí)，工件上對(duì)應(yīng)的尖角處放電蝕陳的機(jī)率大，容易遭受腐蝕而成為圓角。受腐蝕而成為圓角。 尖角變圓現(xiàn)象尖角變圓現(xiàn)象a)加工外表面加工外表面 b)加工內(nèi)表面加工內(nèi)表面1-工件電極工件電極 2-工具電極工具電極30四、電火花加工的表面質(zhì)量四、電火花加工的表面質(zhì)量 電火花加工的表面質(zhì)量主要包括表面粗糙度、電火花加工的表面質(zhì)量主要包括表面粗糙度、表面變質(zhì)層和表面力學(xué)性能三部分。表面變質(zhì)層和表面力學(xué)性能三部分。 影響表面粗糙度的因素影響表面粗糙度的因素l表面粗糙度主要決定于表面粗糙度主要

22、決定于單個(gè)脈沖能量單個(gè)脈沖能量，單個(gè)脈沖能量，單個(gè)脈沖能量越大，表面粗糙度越大；越大，表面粗糙度越大；l熔點(diǎn)高的材料（硬質(zhì)合金）在相同能量下加工表面粗熔點(diǎn)高的材料（硬質(zhì)合金）在相同能量下加工表面粗糙度比熔點(diǎn)低（鋼）的材料好；糙度比熔點(diǎn)低（鋼）的材料好；l精加工時(shí)，精加工時(shí)，工具電極工具電極的表面粗糙度也將影響加工表面的表面粗糙度也將影響加工表面的粗糙度；的粗糙度；l電極面積電極面積也對(duì)表面粗糙度有影響；也對(duì)表面粗糙度有影響；l表面粗糙度和表面粗糙度和加工速度加工速度存在很大的矛盾。存在很大的矛盾。31表面變質(zhì)層表面變質(zhì)層l在火花放電的瞬時(shí)高溫和工作液的快速冷卻作用在火花放電的瞬時(shí)高溫和工作液的

23、快速冷卻作用下，材料的表層發(fā)生了很大變化，粗略的分為下，材料的表層發(fā)生了很大變化，粗略的分為熔熔化凝固層化凝固層和和熱影響層熱影響層。l熔化層容易出現(xiàn)熔化層容易出現(xiàn)顯微裂紋顯微裂紋，脈沖能量越大，顯微，脈沖能量越大，顯微裂紋越寬越深，過大的脈沖能量將會(huì)使裂紋擴(kuò)展裂紋越寬越深，過大的脈沖能量將會(huì)使裂紋擴(kuò)展到熱影響層。到熱影響層。放電痕剖面顯示的表面變質(zhì)層放電痕剖面顯示的表面變質(zhì)層32表面力學(xué)性能表面力學(xué)性能l電火花加工表面最外層的電火花加工表面最外層的硬度硬度較高，較高，耐磨性耐磨性好。好。l電火花加工表面存在電火花加工表面存在殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力，較大的加工規(guī)準(zhǔn)，較大的加工規(guī)準(zhǔn)引起的殘余應(yīng)力越大。

24、引起的殘余應(yīng)力越大。l較大的殘余拉應(yīng)力和顯微裂紋的存在使電火花加較大的殘余拉應(yīng)力和顯微裂紋的存在使電火花加工表面比機(jī)械加工表面的工表面比機(jī)械加工表面的耐疲勞性耐疲勞性低許多倍。低許多倍。33第四部分第四部分 電火花加工機(jī)床電火花加工機(jī)床34電火花成型加工機(jī)床電火花成型加工機(jī)床 電火花小孔加工機(jī)床電火花小孔加工機(jī)床 電火花成形加工機(jī)床的組成電火花成形加工機(jī)床的組成一、電火花成型加工機(jī)床一、電火花成型加工機(jī)床35電火花加工機(jī)床電火花加工機(jī)床36電火花機(jī)床結(jié)構(gòu)圖電火花機(jī)床結(jié)構(gòu)圖371. 1. 機(jī)床本體機(jī)床本體 機(jī)床本體主要由機(jī)床本體主要由床身、立柱、主軸頭及附床身、立柱、主軸頭及附件、工作臺(tái)等部分組

25、成，件、工作臺(tái)等部分組成，是用以實(shí)現(xiàn)工件和工是用以實(shí)現(xiàn)工件和工具電極的裝夾固定和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)具電極的裝夾固定和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)。床身、床身、支柱、坐標(biāo)工作臺(tái)是電火花機(jī)床的骨架，起著支柱、坐標(biāo)工作臺(tái)是電火花機(jī)床的骨架，起著支承、定位和便于操作的作用。支承、定位和便于操作的作用。382.2.主軸頭主軸頭 主軸頭是電火花成型機(jī)床中最關(guān)鍵的部件，是自動(dòng)主軸頭是電火花成型機(jī)床中最關(guān)鍵的部件，是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響極大。調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響極大。 對(duì)主軸頭的要求是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)間對(duì)主軸頭的要求是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)間隙小、熱變形小、具有足夠

26、的精度和剛度，以適應(yīng)自動(dòng)隙小、熱變形小、具有足夠的精度和剛度，以適應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的慣性小、靈敏度好、能承受一定負(fù)載。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的慣性小、靈敏度好、能承受一定負(fù)載。 主軸頭主要由進(jìn)給系統(tǒng)、上下移動(dòng)導(dǎo)向和水平面內(nèi)主軸頭主要由進(jìn)給系統(tǒng)、上下移動(dòng)導(dǎo)向和水平面內(nèi)防扭機(jī)構(gòu)、電極裝夾及其調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)組成。防扭機(jī)構(gòu)、電極裝夾及其調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)組成。我國(guó)早在我國(guó)早在20世世紀(jì)紀(jì)6070年代曾廣泛采用液壓伺服進(jìn)給的主軸頭，年代曾廣泛采用液壓伺服進(jìn)給的主軸頭，隨著隨著步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、力矩電動(dòng)機(jī)和數(shù)控直流、交流伺服電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、力矩電動(dòng)機(jī)和數(shù)控直流、交流伺服電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)和技術(shù)進(jìn)步，電火花機(jī)床中已越來(lái)越多地采用電的出現(xiàn)和技術(shù)進(jìn)步，

27、電火花機(jī)床中已越來(lái)越多地采用電機(jī)械式主軸頭機(jī)械式主軸頭。392.2.主軸頭主軸頭 主軸頭主軸頭403.3.脈沖電源脈沖電源 在電火花加工過程中，在電火花加工過程中，脈沖電源的作用是把工頻正脈沖電源的作用是把工頻正弦交流電流轉(zhuǎn)變成頻率較高的單向脈沖電流，弦交流電流轉(zhuǎn)變成頻率較高的單向脈沖電流，向工件向工件和工具電極間的加工間隙提供所需要的放電能量以蝕和工具電極間的加工間隙提供所需要的放電能量以蝕除金屬除金屬。脈沖電源的性能脈沖電源的性能直接關(guān)系到電火花加工的直接關(guān)系到電火花加工的加加工速度、表面質(zhì)量、加工精度、工具電極損耗等工速度、表面質(zhì)量、加工精度、工具電極損耗等工藝工藝指標(biāo)。指標(biāo)。 脈沖電源

28、輸入為脈沖電源輸入為380 V、50 Hz的交流電，其輸出應(yīng)的交流電，其輸出應(yīng)滿足如下要求：滿足如下要求： (1) 要有一定的要有一定的脈沖放電能量脈沖放電能量，否則不能使工件金，否則不能使工件金屬氣化。屬氣化。41423.3.脈沖電源脈沖電源(2)火花放電必須是火花放電必須是短時(shí)間的脈沖性放電短時(shí)間的脈沖性放電，這樣才能使，這樣才能使放電產(chǎn)生的熱量來(lái)不及擴(kuò)散到其他部分，從而有放電產(chǎn)生的熱量來(lái)不及擴(kuò)散到其他部分，從而有效地效地蝕除金屬蝕除金屬，提高成型性和加工精度提高成型性和加工精度。(3)脈沖波形是脈沖波形是單向的單向的，以便充分利用極性效應(yīng)，提高，以便充分利用極性效應(yīng)，提高加工速度和加工速

29、度和降低工具電極損耗降低工具電極損耗。(4)脈沖波形的主要參數(shù)脈沖波形的主要參數(shù)(峰值電流、脈沖寬度、脈沖間峰值電流、脈沖寬度、脈沖間歇等歇等)有較寬的調(diào)節(jié)范圍，有較寬的調(diào)節(jié)范圍，以滿足粗、中、精加工的要以滿足粗、中、精加工的要求。求。(5)有適當(dāng)?shù)挠羞m當(dāng)?shù)拿}沖間隔時(shí)間脈沖間隔時(shí)間，使放電介質(zhì)有，使放電介質(zhì)有足夠時(shí)間消足夠時(shí)間消除電離并沖去金屬顆粒，除電離并沖去金屬顆粒，以免引起電弧而燒傷工件。以免引起電弧而燒傷工件。43441.RC線路脈沖電源線路脈沖電源優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低。在小功率時(shí)可以獲得很窄的脈寬在小功率時(shí)可以獲得很窄的脈寬和很小的單個(gè)脈沖能

30、量，可用作光和很小的單個(gè)脈沖能量，可用作光整加工和細(xì)微加工。整加工和細(xì)微加工。缺點(diǎn)缺點(diǎn)1.電源利用率低。電源利用率低。2.生產(chǎn)效率低。生產(chǎn)效率低。3.工藝參數(shù)不穩(wěn)定。工藝參數(shù)不穩(wěn)定。4.工具損耗大。工具損耗大。RLC線路脈沖電源線路脈沖電源主要優(yōu)點(diǎn)： 大大縮短了電容C的充電時(shí)間，即縮短了脈沖間隙時(shí)間，從而提高脈沖頻率。1.電容C上的電壓可充至高于直流電源電壓U，因而提高單個(gè)脈沖能量。將電阻阻抗值一分為二將電阻阻抗值一分為二閘流管式和電子管式電源閘流管式和電子管式電源晶閘管式、晶體管式和晶閘管式、晶體管式和MOS管式電管式電源源4 各種派生電源：如等脈沖電源、自適應(yīng)控制電源等各種派生電源：如等脈

31、沖電源、自適應(yīng)控制電源等46其他電源其他電源第五部分第五部分 電火花加工自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)電火花加工自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)在放電過程中，電極工具工件不斷被蝕除間隙逐漸增大，在放電過程中，電極工具工件不斷被蝕除間隙逐漸增大，必須使工具補(bǔ)償進(jìn)給，以維持所需的放電間隙；當(dāng)工具工件必須使工具補(bǔ)償進(jìn)給，以維持所需的放電間隙；當(dāng)工具工件間短路時(shí)，必須使工具反向離開，隨即再重新進(jìn)給調(diào)節(jié)到所間短路時(shí)，必須使工具反向離開，隨即再重新進(jìn)給調(diào)節(jié)到所需的放電間隙，這是正常加工所必需解決的問題。由于電火需的放電間隙，這是正常加工所必需解決的問題。由于電火花加工放電間隙很小花加工放電間隙很小(0.01一一0.2mm)，而且電蝕量

32、、放電間隙，而且電蝕量、放電間隙在瞬時(shí)都不是常值而在一定范圍內(nèi)動(dòng)蕩，因此人工進(jìn)給或恒在瞬時(shí)都不是常值而在一定范圍內(nèi)動(dòng)蕩，因此人工進(jìn)給或恒速的速的“機(jī)動(dòng)機(jī)動(dòng)”進(jìn)給很難滿足要求，必須采用自動(dòng)進(jìn)給和調(diào)節(jié)進(jìn)給很難滿足要求，必須采用自動(dòng)進(jìn)給和調(diào)節(jié)裝置。裝置。自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)在于維持一定的放電間隙，保證電自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)在于維持一定的放電間隙，保證電火花加工正常而穩(wěn)定地進(jìn)行，以獲得較好的加工效果。火花加工正常而穩(wěn)定地進(jìn)行，以獲得較好的加工效果。47一、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用、技術(shù)要求和分類一、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用、技術(shù)要求和分類48在設(shè)計(jì)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，在設(shè)計(jì)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)這

33、兩特征曲線來(lái)使其工應(yīng)根據(jù)這兩特征曲線來(lái)使其工作點(diǎn)交在最佳放電間隙作點(diǎn)交在最佳放電間隙SB附近附近，已獲得最高的加工速度。，已獲得最高的加工速度。自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)在于自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)在于維持一定的放電間隙維持一定的放電間隙S，保證，保證電火花加工正常而平穩(wěn)地進(jìn)行電火花加工正常而平穩(wěn)地進(jìn)行，已獲得較好的加工效果。，已獲得較好的加工效果。對(duì)于自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一般要求如下：對(duì)于自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一般要求如下： 早期采用液壓伺服進(jìn)給； 后來(lái)采用步進(jìn)電機(jī)； 目前普遍采用交、直流伺服電機(jī); 先進(jìn)的采用直線電機(jī)進(jìn)給。1.1.有較廣的速度調(diào)節(jié)范圍有較廣的速度調(diào)節(jié)范圍2.2.有足夠的靈敏度和快速性有

34、足夠的靈敏度和快速性3.3.有必要的穩(wěn)定性有必要的穩(wěn)定性自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)按照?qǐng)?zhí)行元件大致可分為：自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)按照?qǐng)?zhí)行元件大致可分為：二、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成部分二、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成部分1 1）調(diào)節(jié)對(duì)象：極間放電間隙）調(diào)節(jié)對(duì)象：極間放電間隙2 2）測(cè)量環(huán)節(jié)：測(cè)量脈沖電壓的信號(hào)）測(cè)量環(huán)節(jié)：測(cè)量脈沖電壓的信號(hào)3 3）比較環(huán)節(jié)：比較電壓差）比較環(huán)節(jié)：比較電壓差4 4）放大驅(qū)動(dòng)器：一般采用晶體管放大）放大驅(qū)動(dòng)器：一般采用晶體管放大5 5）執(zhí)行環(huán)節(jié)：伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)）執(zhí)行環(huán)節(jié)：伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)50第六部分第六部分 電火花穿孔成型加工電火花穿孔成型加工電火花成形穿孔加工是用工具電極對(duì)工件進(jìn)行復(fù)制

35、加工的工電火花成形穿孔加工是用工具電極對(duì)工件進(jìn)行復(fù)制加工的工藝方法，可歸納為藝方法，可歸納為51小孔成型小孔成型一、沖模的電火花加工一、沖模的電火花加工利用電火花加工的優(yōu)點(diǎn)利用電火花加工的優(yōu)點(diǎn)便于加工硬脆的沖模便于加工硬脆的沖?？稍诖慊鸷蠹庸た稍诖慊鸷蠹庸た刹捎谜w式硬質(zhì)合金沖模，不可采用整體式硬質(zhì)合金沖模，不用鑲嵌結(jié)構(gòu)用鑲嵌結(jié)構(gòu) 配合間隙均勻、刃口耐磨配合間隙均勻、刃口耐磨52電火花穿孔加工的工藝方法電火花穿孔加工的工藝方法1. 1. 直接配合法直接配合法直接配合法是用加長(zhǎng)的鋼凸模作電極加工凹模的型孔，直接配合法是用加長(zhǎng)的鋼凸模作電極加工凹模的型孔， 加工加工后將凸模上損耗的部分去除。后將凸

36、模上損耗的部分去除。 凸、凸、 凹模的沖裁間隙靠控制凹模的沖裁間隙靠控制脈沖放電間隙來(lái)保證。脈沖放電間隙來(lái)保證。2. 2. 修配凸模法修配凸模法凸模和工具電極分別制造，凸模和工具電極分別制造， 在凸模上留有一定的修配余量，在凸模上留有一定的修配余量， 鉗工按電火花加工好的凹模型孔修配凸模，鉗工按電火花加工好的凹模型孔修配凸模， 達(dá)到所要求的凸達(dá)到所要求的凸、 凹模沖裁間隙。凹模沖裁間隙。3. 3. 配作電極法配作電極法工具電極和凸模分別制造，工具電極和凸模分別制造， 但電極的斷面尺寸根據(jù)凸、但電極的斷面尺寸根據(jù)凸、 凹凹模沖裁間隙的要求，模沖裁間隙的要求， 以及所選電規(guī)準(zhǔn)的放電間隙進(jìn)行配作，以

37、及所選電規(guī)準(zhǔn)的放電間隙進(jìn)行配作， 使電火花加工后的凹模與凸模配合后能獲得所要求的沖裁間使電火花加工后的凹模與凸模配合后能獲得所要求的沖裁間隙。隙。 這種加工方法的缺點(diǎn)與修配凸模法類似。這種加工方法的缺點(diǎn)與修配凸模法類似。53視頻資料視頻資料二、型腔模的電火花加工二、型腔模的電火花加工54手機(jī)模具型腔的電火花55模具型腔的電火花模具型腔的電火花565758三、小孔電火花加工三、小孔電火花加工59小孔加工特點(diǎn)：小孔加工特點(diǎn)：1）加工面積小，深度大，直）加工面積小，深度大，直徑一般徑一般 0.052mm，深徑，深徑比達(dá)比達(dá)20以上；以上；2）小孔加工均為盲孔加工，）小孔加工均為盲孔加工，排屑困難。排

38、屑困難。常規(guī)機(jī)加工最新小孔鉆進(jìn)展常規(guī)機(jī)加工最新小孔鉆進(jìn)展（日本）：（日本）：1mm鉆深達(dá)鉆深達(dá)150mm；12mm鉆深可達(dá)鉆深可達(dá)2500mm以上。以上。視頻：電火花高速小孔機(jī)視頻：電火花高速小孔機(jī) 高清高清.flv.flv采用特制冷拔雙采用特制冷拔雙孔管狀電極，轉(zhuǎn)孔管狀電極，轉(zhuǎn)動(dòng)加工消除毛刺動(dòng)加工消除毛刺芯，管孔通芯，管孔通15MPa高壓工作高壓工作液。適合加工直液。適合加工直徑徑0.3 3mm深深300mm。范例。范例1mm深深1000mm。61噴絲板四、異形小孔的電火花加工四、異形小孔的電火花加工62第七部分第七部分 其他電火花加工其他電火花加工表表4-163 其他電火花加工（續(xù)）其他電火花加工（續(xù)）64電火花加工分類電火花加工分類65一、電火花小孔磨削一、電火花小孔磨削66二、電火花鏟磨硬質(zhì)合金小