苏大机电学期小论文.docx

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苏大机电学期小论文

苏州大学

机电工程学院

学期小论文

题目：

电火花加工技术发展现状和发展趋势

学号：

姓名：

专业：

指导教师：

2015年5月17日

摘要

电火花加工（ElectricalDischargeMachining,简称EDM）是基于正负电极间脉冲放电时的电腐蚀现象对材料进行加工的，又称放点加工、电蚀加工、电脉冲加工等，是一种利用电、能量进行加工的方法。

电火花加工适用材料广、适用加工特殊及复杂形状的零件、脉冲参数可以调节、易于自动化，使得电火花加工技术成为特种加工领域的一门重要技术。

关键词：

1、电火花2、工作原理3、发展趋势

ABSTRACT

EDM（ElectricalDischargeMachining,hereinafterreferredtoasEDM）isbasedonthepositiveandnegativeelectrodepulsedischargeofelectriccorrosionphenomenaofmaterialsforprocessing,alsoknownasdroppointprocessing,electricerosionmachining,electricalpulseprocessingandsoon,istheuseofelectricenergyforprocessing.WideEDMapplicationmaterials,processing,applicationofspecialandcomplexshapesofcomponents,pulseparametersadjustable,easytoautomate,EDMbecomespecialprocessingareasofanimportanttechnology.

KEYWORDS:

1、Electricspark2、Workingprinciple3、Developmenttrend

目录

第1章电火花的发展1

1.1电火花加工的发展历史1

1.2电火花加工的发展现状1

1.2.1国外的技术现状..................................................................................................................................1

1.2.2国内的技术现状..................................................................................................................................4

第2章电火花加工技术分类及原理5

2.1电火花加工基础理论研究5

2.2电火花加工工艺理论研究6

2.2.1高效率电火花加工技术6

2.2.2镜面电火花加工技术.………………………………………………………………………………..6

2.2.3低电极损耗电火花加工技术.………………………………………………………………………..7

2.2.4微细电火花加工技术…….…………………………………….…………………………………….7

2.2.5非导电材料的电火花加工技术…….………………………………………………………………..8

2.2.6弯曲孔电火花加工技术…….………………………………………………………………………..8

第3章电火花技术的优缺点9.

3.1电火花技术的优点…….………………………………………………………………………………………..9

3.2电火花技术的缺点…….……………………………………………………………………………………….9

第4章电火花加工的应用10

4.1电火花表面强化和刻字加工10

4.2电火花磨削…….………………………………………………………………………………………………..11

4.3深小孔高速电火花加工…….…………………………………………………………………………………11

4.4电火花线切割加工…….………………………………………………………………………………………..12

5章电火花技术未来发展趋势…….……...……………………………………………………………………………13

5.1未来发展趋势…...……………………………………………………………………………………………...13

参考文献.15

第一章电火花的发展

1.1电火花发展历史

电火花线切割机（WirecutElectricalDischargeMachining简称WEDM），属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点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可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。

线切割机也于1960年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家。

自1970年9月由第三机械工业部所属国营长风机械总厂研制成功“数字程序自动控制线切割机床”，为该类机床国内首创。

1972年第三机械工业部对工厂生产的CKX数控线切割机床进行技术鉴定，认为已经达到当时国内先进水平。

1973年按照第三机械工业部的决定，编号为CKX—1的数控线切割机床开始投入批量生产。

1981年9月成功研制出具有锥度切割功能的DK3220型的坐标数控机，产品的最大特点是具有1.5度锥度切割功能。

完成了线切割机床的重大技术改进。

随着大锥度切割技术逐步完善，变锥度、上下异形的切割加工也取得了很大的进步。

大厚度切割技术的突破，横剖面及纵剖面精度有了较大提高，加工厚度可超过1000mm以上。

使往复走丝线切割机床更具有一定的优势。

同时满足了国内外客户的需求。

这类机床的数量正以较快的速度增长，由原来年产量2~3千台上升到年产量数万台，目前全国往复走丝线切割机床的存量已达20余万台，应用于各类中低档模具制造和特殊零件加工，成为我国数控机床中应用最广泛的机种之一。

1.2电火花加工的发展现状

1.2.1国外的技术现状

l、脉冲电源的进步

电火花加工中脉冲电源，对加工速度、表面质量和加工材料等极为重要，当前各国针对加工的对象不同，提出了不同功能的脉冲电源、无电解电源、高效镜面加工电源．控制加工屑的脉冲电源，无阻抗脉冲电源等等。

（1）无电解脉冲电源

慢走丝线切割加工均采用去离子水工作液。

由于工件在水中加工易产生氧化腐蚀、变质层、显微裂纹和锈斑，使加工件表面硬度下降，降低了加王件的使用寿命为了解决这一问题，国外厂商推出了无电解脉冲电源。

这种电源的电压波形为交变的。

电压的平均值为零，电流波形为单极性脉冲放电，反向电流极少，不产生放电加工，消除了阳极氧化作用，提高了加工的表面质量，表面变质层极浅，小于2μm；几乎没有显微裂纹和锈斑，表面硬度高，加工模具的使用寿命提高1.5-3倍；表面粗糙度达1μm。

日本三菱公司的AE电源、沙迪公司的BS电源、FANUC公司的AC电源、瑞士夏米尔公司的SI电源、阿奇公司的HSS电源等都具有清除电解的作用。

（2）高速精加工电源

在电火花精加工和低粗糙度镜面加工时，加工速度很低．为此国外电火花加工机床生产厂家，都推出高速精加工脉冲电源，如瑞士阿奇公司的HFS高速精加工电源，该电源无阻抗，脉冲宽度极窄（ns级），瞬时峰值电流达1000A，徽细电流可调，以保证高效率。

这种电源一般采用可控的RLC线路实现。

据介绍，这种电源加工速度比通常电源提高一倍，加工表面租糙度Ra0.2<μm，超硬材料，Ra<0.18μm，使用石墨电极加工可达到Ra0.2um，电极损耗极低．日本沙迪克公司的线切割超高频精加工回路（SUPPERPIKAW）,在超短脉冲条件下获得上百安的高峰值电流，由脉冲变压器输出双向脉冲进行放电精细加工,脉冲变压器输入端是无电阻的场效应管的高速脉冲电路,以实现对超精加工的有效控制。

用该电源切割20m厚的钢件、表面粗糙度达RaO.04um。

（3）控制加工屑的脉冲电源

电火花加工中加工屑的聚集严重影响加工效率和加工的表面质量。

日本三菱公司

的FP脉冲电源，具有较强的控制加工屑的聚集作用。

其原理：

是在每一放电脉冲后，有一个检测脉冲，以确认加工间隙有否加工屑的聚集，如有则切断下一个放电脉冲，并发出消除短路桥的脉冲，击碎加工屑，消除短路，减少二次放电，提高加工稳定性，减少了电极损耗和加工表面的烧伤。

该电源在精加工时间比常规电源缩短40％。

该电源无限流电阻，节电50％。

99年又推出了FPⅡ型电源，除原来特点外，增加PS细分脉冲回路，以提高大面积精加效率和性能；增加A-SC回路，进一步降低电极的超低损耗。

瑞士夏米尔公司的SPAC防短路积碳电源，也具有强的控制加工屑的聚集功能。

当检测出现积碳的前兆时，通过控制软件发出高峰值尖脉冲，排除积碳，该电源对加工窄糟深孔效果显著。

为了提高电火花加工的表面质量和降低设备功耗，许多电火花机床制造厂家，设计出性能好的脉冲电源．如台湾庆鸿公司电火花加工脉冲电源，采用了有限流电阻等能量放电方式和无阻抗有电感式的脉冲电源；为了加工超硬合金等材料，有的厂家推出了超硬材料电火花加工脉冲电源，这种电源多采用高电压、高峰值电流方式进行加工，以提高对超硬材料的电火花加工速度。

2、智能控制技术

电火花加工过程控制是一项关键技术．这是因为加工过程稳定性的维持，加工效

率的挺高和电极损耗的降低。

都直接依赖于加工过程的控制性能。

因此，为了获得高

的电火花加工技术指标和稳定完美的控制性能。

减少依赖人的影响，提高自动化水平，

所以，电火花加工过程的研究，一直是电加工领域中的热点。

90年代后．智能控制、模糊控制和专家控制技术，在电火花加工领域中获得了成功应用，日本、瑞士等国知名的电加工机床制造公司，都推出了最新的智能控制系统．使电火花加工技术指标和加工稳定性有了大幅度的提高。

如瑞士夏米尔公司的ROBOFORM35机床的专家智能控制电源，能根据电极表面放电变化实时跟踪,进行专家调整，获得最佳的加工指标;日本沙迪克公司的NFⅡ神经元模糊控制电源，文件操作容量从原来几十个增加到300个，有16个坐标系；日本三菱公司FUZZYPROⅢ型模糊控制电源，在原专家系统基础上增加了面积检测，反力检测和变速摇动（自由高速摇动方式）；瑞士阿奇公司的模糊逻辑与自适应（ACC/ACO）的混合控制系统（FUZZYTRON）。

该系统避免了因模糊规则太长计算耗时的不足，提高了系统控制的清晰度。

3、驱动系统

国外电火花加工机床X、Y、Z轴伺服驱动，大多为交流（或直流）闭环驱动系统，

最小脉冲当量为0.1μm。

日本三菱公司电火花机床最小脉冲当量为0.05μm。

99年日本沙迪克公司率先推出直线电机驱动的电火花成型机床AM55L型（Z轴直线马达）和AQ35L型（三轴马达）．直线电机驱动是把轴的旋转运动改变为控制轴的直接直线高速运动，省去了丝杠传动环节，轴的移动速度达36m/min，分辨率为0.1μm。

其原理：

直线电机于溜扳一体化结构，溜板的移动是直线电机的直接移动，溜扳（主轴）采用陶瓷材料，在溜板两侧装有永磁块（电抠），在主轴两侧固定支承上安装定子绕组。

三相交流电源驱动，

主轴内部制成气缸式的z轴平衡装置．在两侧固定体上设有油冷却管；为防止关机主轴下滑，在轴上方装有制动器等。

由于采用电极高速跳跃（抬刀）加工。

在不冲液的情况下加工速度提高一倍。

在深槽、深窄缝尤为显著。

如加工尺寸为l×38mm、斜度1度，加工深度70mm，总加工时间5小时，其中粗加工2小时40分；而用通常方法加工，2小时仅加工深达40mm，再也无法进行。

1.2.2国内的技术现状

1．开发市场需要的先进产品

20世纪50年代初期,我国开始研究和试制电火花镀敷设备,即把硬质合金用电火花工艺镀敷在高速钢金属切削刀具和冷冲模刃口上,提高金属切削刀具和模具的使用寿命。

同时我国还成功研制了电火花穿孔机,并广泛应用于柴油机喷嘴小孔的加工。

60年代初,上海科学院电工研究所成功研制了我国第一台靠模仿形电火花线切割机床。

随后又出现了具有我国特色的冷冲模工艺,即直接采用凸模打凹模的方法,使凸凹模配合的均匀性得到了保证,大大简化了工艺过程。

60年代末,上海电表厂张维良工程师在阳极切割的基础上发明了我国独有的高速走丝线切割机床。

上海复旦大学研制出电火花线切割数控系统。

70年代随着电火花工艺装备的不断进步,电火花型腔模具成型加工工艺已经成熟。

线切割工艺也从加工小型冷冲模发展到可以加工中型和较大型模具。

切割厚度不断增加,加工精度也不断提高。

80年代以来计算机技术飞速发展,电火花加工也引进了数控技术和电脑编程技术,数控系统的普及,使人们从繁重、琐碎的编程工作中解放出来,极大的提高了效率。

99年汉川机床厂和哈尔滨工业大学联台研制的“MD21”系列电火花成型数控系统，相配套的两种新机床已推向市场，该两种机床（单轴数控和精密三轴数控）是一种适应市场的经济性数控机床，性能价格比高。

其结构特点：

①采用模块化结构，有良好的可扩展性；②采用大规模可编辑逻辑器件（ASIC），使硬件电路高集成化，提高了系统的可靠性；③采用多片智能处理器．提高了系统控制的实用性和加工稳定性。

该系统采用模糊控制技术，界面友好，操作简单方便、电极损耗小，市场上竞争力强的好产品。

2．开发高水平先进的加工技术

北京阿基公司的SF310精密数控电火花成型机床，具有自动化多功能全数控系统。

操作简单，有内置式C轴和C轴联动加工，以及电极自动交换等功能，国产化率高。

成本低；北京电加工研究所，新开发的DM71200大型电火花成型机床，市场前景好，工作台尺寸为1850mm×2500mm，Z轴行程700mm_，最大工件重量15吨；北京福士德公司,针对东南沿海市场许多小型个体企业中存在工人“炒老板”的现象，开发出一种操作简单、易掌握的“傻瓜式”机床，深受用欢迎：

山东生建电火花机床厂，针对鞋底模具加工量大的问题，开发出石墨电极加工鞋底模具专用电火花加工机床，已取得了好的销售前景；苏州电加工机床所，根据难加工材料深小孔加工需求量的增加，为航空汽车零件的加工研制出专用高速电火花小孔加工机床．创造了良好的经济效益，并用φlmm直径电极、加工出1米的深孔零件，达到了世界先进水平．显示了高速深小孔，火花加工技术有着广阔的市场前景。

苏州金属机械电子公司，生产的大锥度、大厚度电火花切割机床很有特色，己成功的切割出世界先进水平的l米厚的工件。

据介绍该机最大切割锥度为90度，为线切割机的首创，具有强烈的市场竞争力。

以上技术显示出只要企业紧跟

市场，不断推出用户需要的先进技术，企业就有活力,在市场激烈竞争的大潮中才会取胜。

第二章电火花加工技术分类及原理

2.1电火花加工基础理论研究

在电火花加工基础理论研究领域,由于放电过程本身的复杂性、随机性,近几年来在放电间隙的物理状态和过程的研究方面未取得突破性进展,但仍有一些研究成果值得注意。

亓利伟等[1]研究发现,在脉冲放电持续期间,放电通道的位置和形状并非一成不变,放电通道中的等离子体很容易受干扰而产生剧烈震荡,使放电通道出现扭折,表现出波动特性。

这是因为带电粒子在放电通道中的振荡可分解为纵振和横振两个分量,横振分量是引起放电通道波动的原因。

放电通道的波动使放电通道中心带电粒子密度最大的点不会始终落在放电斑点的中心点,而是在放电区域内游动。

在这种情况下,电极表面上的放电区域内某一点所受到的冲击压力是变化的,放电所形成的凹坑也随之变化。

放电通道达到位形平衡后,其横振对材料的抛出起主导作用。

Kunieda等[2]也进行了类似的研究,他们通过对单脉冲放电之后的放电凹坑进行了观察,发现放电凹坑的周围有很多较小的放电凹坑,据此推断出,在单脉冲放电期间,带电粒子在一个小的区域内高速运动,产生运动的原因是阴极表面和内部材料功函数的差异以及放电凹坑底部和上缘的电场力差异。

Chen等[3]对电火花放电加工过程进行了系统分析研究了不同的加工放电电流、脉宽、脉间参数对放电加工效率和表面加工质量的影响,建立了放电加工中材料去除率和加工表面粗糙度的理论模型,推导出材料去除率公式,公式表明材料去除率随放电电流、脉冲宽度的增加而增加,随脉冲间隔的增加而降低。

Singh等[4]通过大量的研究得出,放电加工过程中,材料的熔化是材料去除的主要原因,但对短脉冲（小于5Lm）放电加工,材料的熔化不再是材料去除的主要原因。

在短脉冲放电时,材料没有足够的时间吸收足以使其局部熔化的热量,因此短脉冲放电中几乎没有熔融现象发生。

短脉冲放电加工中,材料去除主要靠作.用在工件表面的静电力。

对于长脉冲大于100Lm放电加工,静电力的作用变得微不足道。

他们推导出了计算短脉冲放电加工中的静电力公式。

2.2电火花加工工艺理论研究

2.2.1高效率电火花加工技术

采用水作工作液,并向工作液中通入氧气,可以观察到更大的放电凹坑和更加频繁的放电,加工速度也相应提高。

这是因为氧化反应产生大量的热量,有利于工件材料的融熔气化,并增加抛出熔融物质的爆炸力,从而提高了材料去除效率。

使工具电极或工件电极振动是提高电火花加工效率的有效方式。

T研究中使工具电极作超声频振动,振动所产生的激波改善了间隙中杂质的分布,有利于碎屑的排除和工作液介电性能的恢复,并能额外地从熔池中排除部分熔融物质,减少熔融点附近液态金属的重新固化,大幅度地提高了加工速度。

改变工作液的供给方式可有效提高电火花加工效率。

在传统的纵向进给电火花加工中,间隙中蚀除微粒的运动方向与吸入工作液的运动方向相反,较大的颗粒可能聚集在下部,底部区域存在不流动点,形成稳定的电弧放电点。

把纵向将给变为横向进给,研究表明,横向进给电火花加工中,蚀除微粒沿着放电间隙端面上升,而清洁的工作液从下部吸入,在加工间隙内不存在静止点,加工效率相应提高。

2.2.2镜面电火花加工技术

混粉电火花镜面加工技术是近十几年来才发展起来的一门新技术,通过在工作液中添加一定浓度的导电性硅、铝等微细粉末,以改变电火花放电状态,使大面积电火花加工表面的粗糙度值显著降低,表面性能得到改善,从根本上克服了常规电火花加工表面质量差、表面性能差的缺点,使电火花加工作为大面积精密、复杂型面的最终加工工艺成为可能。

混粉电火花镜面加工技术最先由日本的毛利尚武等发明,很快就受到世界各国的重视,被认为是21世纪电火花加工技术发展的重要方向之一。

国内外学者都对混粉电火花镜面加工技术进行了一系列研究,取得了显著的效果。

文献[21,22]在混粉电火花镜面加工技术的基础上又附加了超声波振动,进一步改善了工件表面放电痕的分布,使放电痕变得浅而均匀,提高了镜面加工的质量。

在镜面电火花加工过程中,在普通工作液中（煤油）混入粒度为5Lm的硅粉并伴以工具电极的转动,结果使加工效率和加工质量更佳。

镜面电火花加工技术中,脉冲电源的优劣对获得高质量的表面起着至关重要的作用。

国外已经对脉冲电源进行了深入的研究,瑞士Charmi-lles公司近几年研制了纳秒级的脉冲电源SPS,用以实现小面积镜面电火花加工,其最佳加工表面粗糙度Ra可达到01055Lm;日本Sodick公司的PIKA系列电源实现了Ra小于011Lm的镜面加工水平,可在较大的加工面积3000mm条件下达到粗糙度Ra为0132Lm的加工效果。

哈尔滨电工业大学电加工研究室也开发了适于镜面电火花加工的RC电源,其放电电阻在508~3k8之间,间断可调;加工电容在100pF~20nF之间,共分8档并联,通过不同的组合调整电容值;电源工作电压在30~200V之间连续可调。

2.2.3低电极损耗电火花加工技术

工具电极的损耗直接影响到加工工件的精度,电极的低损耗技术早就引起了人们的注意,是近几年研究的热点之一。

由于电极的损耗主要是由放电初始阶段的电子流造成的,所以采用电流斜率控制方法控制放电初期的放电能量,使这一阶段内的电子流尽可能小,可有效地改善电极的损耗情况。

日本三菱电机公司开发出大幅度减小电极损耗的SC电路,当脉冲较宽时,可实现电极无损耗加工。

另外,电火花加工中,采用工件接负极和长脉冲加工,电极选用高熔点高传热系数的材料,可使电极损耗降低。

对电火花加工硬质合金时的电极损耗进行研究,采用较大的峰值电压、峰值电流和较小脉宽的加工参数组合,提高了加工效率,并能相对减少表面微观裂纹的产生和减小电极的损耗。

2.2.4微细电火花加工技术

随着科学技术的发展,对产品的小型化和精密化程度的要求越来越高,因此微细加工技术受到了世界各国的普遍重视。

电火花微细加工主要指小于013mm的孔径、沟槽、型腔等的加工。

近几年来微细加工技术发展很快,国内外研究者众多,也是目前研究的热点之一。

微进给机构和微电机制造技术是微细电火花加工技术的关键,因此也受到了众多研究机构的重视。

2.2.5非导电材料的电火花加工技术

一般说来,电火花加工只适于加工具有良好电导率的工件,当被加工材料的电阻率低于1008Ω（mm）^2/m时,可有效地利用电火花技术对材料进行加工。

近年来有人试图用电火花技术加工非导电材料,并取得了不错的效果。

其加工原理如下:

在非导电材料表面预制一层具有导电性的辅助电极,然后将辅助电极和工件一起置入加工液中,且使被加工材料为阳极,工具电极为阴极;加工初始阶段,由于辅助电极的导电性,使火花放电加工得以进行;当工具电极穿过辅助电极层后,由于加工时从煤油中分解产生的碳沉积物附着于绝缘性陶瓷材料表面而形成了一层导电膜,使绝缘性陶瓷的加工表面具有导电性,从而使得加工继续进行。

2.2.6非导电材料的电火花加工技术

电火花加工一般只适于加工轴线为直线的孔,但近几年来有人研制成功弯曲孔的电火花加工技术。

日本电气通信大学的石田与竹内发明了一种用于模具三维冷却通道加工用的自主式弯曲孔加工装置,称为/自动放电间隙控制器0。

这一装置巧妙地运用了一个螺旋压缩弹簧和一个由形状记忆合金制成的伸长式弹簧,使装置具有自行走和放电间隙自动调节的功能。

电极被安装在轴上,形状记忆合金弹簧在没有放电电流流过时处于收缩状态,被偏置弹簧顶住;当整个机构距离工件足够近时,电极与工件间产生火花放电,放电电流流过形状记忆合金弹簧并产生热量使弹簧温度升高,导致形状记忆合金弹簧伸长使得电极远离工件,放电间隙增大,其结果将使空载率增加、电火花加工一般只适于加工轴线为直线的孔,但近几年来有人研制成功弯曲孔的电火花加工技术。

日本电气通信大学的石田与竹内发明了一种用于模具三维冷却通道加工用的自主式弯曲孔加工装置,称为/自动放电间隙控制器0。

这一装置巧妙地运用了一个螺旋压缩弹簧和一个由形状记忆合金制成的伸长式弹簧,使装置具有自行走和放电间隙自动调节的功能。

电极被安装在轴上,形状记忆合金弹簧在没有放电电流流过时处于收缩状态,被偏置弹簧顶住;当整个机构距离工件足够近时,电极与工件间产生火花放电,放电电流流过形状记忆合金弹簧并产生热量使弹簧温度升高,导致形状记忆合金弹簧伸长使得电极远离工件,放电间隙增大,其结果将使空载率增加、有效放电率降低,流过形状记忆合金的平均放电电流也随之下降,从而引起形状记忆合金的收缩,带动电极向工件方向移动,当达到一定平衡时就可以稳定地进行加工。

日本大阪大学Ishida等发明了一种与鼹鼠掘洞类似的电火花加工装置,该装置前端为一半球形的电极,由一钢丝绳转向节和柔性管支撑,并辅以导向轮,可加工任何方向的孔。

采用记忆合金（SMA）功能材料,仿照