电火花加工技术.docx

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电火花加工技术

电火花加工技术

第一章绪论

1.1电火花加工技术的的发展历程

 电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。

早在十九世纪，人们就发现了电器开关的触点开闭时，因为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。

这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。

起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电腐蚀产生的原因和防止的办法。

当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。

研究结果表明，当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。

二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。

电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，

最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。

随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。

电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。

控制系统也越来越复杂，

从单轴数控到轴数控、再到多轴联动。

20世纪90年代初期，3轴电火花机在国内还是空白，主要是从日本和瑞士引进。

直到90年代中期，北京市电加工研究所才和日本沙迪克公司合作开始制造3轴电火花加工机，也可以说开始步入国内电火花加工机的真正快速发展轨道，后来在此基础上又生产研发了4轴

4联动电火花加工机。

以该合作为例，可以看出北京市电加工研究所的消化吸收再创新的道路大概经历了以下几个阶段：

首先制造主机，也就是机械部分，相对较为简单；此后是数控系统部分，可以理解为引进；之后是整个电源，是消化阶段。

经历这三个阶段之后是吸收，最后是再创新。

对电火花加工而言电火花成形机下一步的发展空间在精密微细和特殊材料两个方面。

特殊材料（如航空航天领域用的材料）专机，窄槽窄缝、异型腔的加工，精密模具等领域都是发展重点。

在精加工方面，曾经有过高速铣要代替电火花的传言，现在证明这是不现实的。

现在粗加工、大电流的火花机又有回头的趋势，在家电、汽车很多行业中应用。

人类新开发出来的导电的特殊材料都可进行放电加工，而高速铣通常很难实现。

精密微细加工比如喷丝板等微小型零件都离不开电花加工；航空航天领域中很多零部件需要多轴联动电火花加工。

我们国家在专用机型上有创新的能力，有很大的空间。

1.2模具电火花的发展趋势 

     模具电火花加工技术正不断向精密化、自动化、智能化、高效化等方向发展。

如今新型数控电火花机床层出不穷，如瑞士阿奇、瑞士夏米尔、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱等机床在这方面技术都有了全面的提高。

第二章 电火花加工基本原理

电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。

2.1电火花加工条件 

（1）.工具电极和工件电极之间必须维持合理的距离在该距离范围内，既可以满足脉冲电压不断击穿介质，产生火花放电，又可以适应在火花通道熄灭后介质消电离以及排出蚀除产物的要求。

若两电极距离过大，则脉冲电压不能击穿介质、不能产生火花放电，若两电极短路，则在两电极间没有脉冲能量消耗，也不可能实现电腐蚀加工。

（2）.两电极之间必须充入介质在进行材料电火花尺寸加工时，两极间为液体介质（专用工作液或工业煤油）;在进行材料电火花表面强化时，两极间为气体介质。

（3）.输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大在火花通道形成后，脉冲电压变化不大，因此，通道的电流密度可以表征通道的能量密度。

能量密度足够大，才可以使被加工材料局部熔化或气化，从而在被加工材料表面形成一个腐蚀痕（凹坑），实现电火花加工。

因而，通道一般必须有105-106A1em}电流密度。

放电通道必须具有足够大的峰值电流，通道才可以在脉冲期间得到维持。

一般情况下，维持通道的峰值电流不小于2A。

（4）.放电必须是短时间的脉冲放电脉冲。

放电持续时间一般为10-1^-10-3s。

由于放电时间短，使放电时产生的热能来不及在被加工材料内部扩散，从而把能量作用局限在很小范围内，保持火花放电的冷极特性。

（5）.脉冲放电需重复多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的这里包含两个方面的意义:

其一时间上相邻的两个脉冲不在同一点上形成通道;其二，若在一定时间范围内脉冲放电集中发生在某一区域，则在另一段时间内，脉冲放电应转移到另一区域。

只有如此，才能避免积碳现象，进而避免发生电弧和局部烧伤。

（6）.脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外，使重复性放电顺利进行在电火花加工的生产实际中，上述过程通过两个途径完成。

一方面，火花放电以及电腐蚀过程本身具备将蚀除产物排离的固有特性;蚀除物以外的其余放电产物〔如介质的气化物）亦可以促进上述过程;另一方面，还必须利用一些人为的辅助工艺措施，例如工作液的循环过滤，加工中采用的冲、抽油措施等等。

2.2电火花加工原理

进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。

通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。

在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。

这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。

 紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。

这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。

在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。

因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。

 工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。

在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。

工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。

常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。

 按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为五类：

利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工；利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。

 电火花加工能加

工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。

第三章 电火花加工的特点

3.1电弧火花加工的工艺特点 

电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。

随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现。

具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。

因此，人们除了进一步发展和完善机械加工法之外，还努力寻求新的加工方法。

电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛的应用。

电火花加工的特点如下：

1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。

不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。

2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围校  

3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极校工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。

4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。

基于上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项1）制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。

 2）加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。

 3）在金属板材上切割出零件。

 4）加工窄缝。

 5）磨削平面和圆面。

 6）其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。

第四章 电火花加工工艺流程

数控电火花加工是一门重要的特种加工技术，它在模具制造、航空、电子、核能、仪器、轻工等部门用来解决各种复杂形状零件和难加工材料的加工问题。

电火花加工可以说是一种不可替代的工艺方法，发挥着重要的作用。

4.1  模具电火花加工的工艺确定 

模具零件在制造前，根据本身的特点、加工要求来确定合理的加工工艺。

一般来说，为了使模具零件在尽量短的时间内加工出来，减少加工成本，提高加工效率，应尽量选用铣削加工、线切割加工等工艺来加工零件。

当在铣削加工、线切割加工等加工不到或工件有特殊要求的情况下才进行电火花加工，如刀具难以够到的复杂表面，需要深度切削的地方，长径比特别大的地方，精密小型腔、窄缝、沟槽、拐角，不便于切削加工装夹，材料硬度很高，规定了要提供火花纹表面等的加工场合。

电火花加工前要对零件图进行分析，了解工件的结构特点、材料，明确加工要求。

根据加工对象、精度及表面粗糙度等要求和机床功能选择采用合适的电火花成形工艺方法。

4.2  对工件轮廓进行预加工 

一般在电火花加工前，需要对工件轮廓进行预加工，如上图所示。

预加工一般使用机械加工的方法，如加工

中心、普通铣床等。

预加工的目的是为了减少电 火花加工中的材料去除量，可以大幅度提高电火花加工速度，电极的损耗减少，使得电极的数目减少。

粗加工电流可以较小，从而使加工表面受影响小。

4.3  电极的设计与制造 

电火花加工首先要进行电极的设计、制造。

当前计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术已广泛应用于模具制造行业。

那些高端的CAD/CAM软件，像UG、Pro/E、CimatronE、MasterCAM等都提供了强大的电极设计、编程功能，减少了手工拆电极的繁琐工作，与传统的电极设计、制造相比，提高效率十几倍甚至几十倍。

4.4  工件、电极的装夹与校正 

 电火花加工将工件安装于工作台，并要对工件进行校正。

由于电火花加工中电极与工件并不接触，宏观作用力很小，所以工件装夹一般都比较简单。

通常用永磁吸盘来装夹工件，为了适应各种不同工件加工的需求，还可以使用其他工具来进行装夹，如平口钳、导磁块、正弦磁台、角度导磁块等。

工件装夹后要对其进行校正，以保证工件的坐标系方向与机床的坐标系方向一致。

在实际加工中常用校表来校正工件。

4.5加工的定位 

当工件和电极装夹、校正完成后，就需要将电极对准工件的加工位置，才能在工件上加工出准确的型腔。

模具制造电火花加工最常用的定位方式是利用电极基准中心与工件基准中心之间的距离来确定加工位置，称之为“四面分中”。

利用电极基准中心与工件单侧之间的距离确定加工位置的定位方式也比较常用，称之为“单侧分中”。

另外，还有一些其他的定位方式。

4.6  电参数的配置 

在完成校正、定位等基本操作以后，就要根据加工要求选择合理的电参数。

电参数选择的好坏，直接影响加工的各项工艺指标。

选用电参数最终目的是为了达到预定的加工尺寸和表面粗糙度要求。

选用电参数时，基本上要考虑：

电极数目、电极损耗、工作液处理、加工表面粗糙度要求、电极缩放量、加工面积、加工深度等因素。

粗加工参数选择的主要依据是电极缩放尺寸的大小。

粗加工电极的缩放尺寸一般都比较大，可以选用其安全间隙接近电极缩放尺寸的电参数。

精加工参数选择的主要依据是最终的表面粗糙度要求，选用多组电参数，放电能量从大到小进行平动加工，达到表面粗糙度和加工尺寸的要求。

4.7 加工过程的监控 

 电火花加工一切准备就绪时，就可以起动机床开始进行加工。

在加工过程中，要随时监控加工状态，对加工中不正常的放电状态及时采取相应的处理方法，保证加工的顺利进行。

主要是防止发生拉弧现象，一般可通过修改抬刀参数、清理电极和工件、调整电规准参数等措施来改善放电状况。

 目前的数控电火花加工机床的加工性能已经有了全面的提高，一些先进数控电火花加工机床的智能化控制技术几乎可以代替人工监控。

加工中由计算机监测、判断电火花加工间隙的状态，在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件；但机床的智能控制技术不是万能的，还是不能忽视人工监控的作用，尤其像在深孔加工、大锥度加工、大面积加工等一些比较特殊的加工场合，人工监控就有它的意义了。

参考文献 :

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机械工业出版社，2003

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