电火花加工 PPT课件.ppt

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第二章电火花加工（EDM）（ElectricalDischargeMachining）,电火花加工的基本原理电火花加工的机理电火花加工中的基本规律电火花加工用脉冲电源电火花加工的自动进给调节系统电火花加工机床电火花加工的应用电火花加工新技术,2.1电火花加工的基本原理与设备,电火花加工的定义在一定的液体介质中，利用脉冲放电对导电材料的电腐蚀作用来蚀除材料，使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。

加工原理图,加工原理图,电腐蚀现象基于工具和工件（正负电极）之间脉冲性火花放电而产生电腐蚀现象的原因火花放电产生热量高温金属局部熔化、气化被去除,电火花加工的基本原理,电腐蚀现象用于尺寸加工的条件,1.极间保持一定放电间隙间隙过大：

不能击穿介质间隙过小：

短路接触（几微米几百微米）*采用工具电极的自动进给调节系统,电腐蚀现象用于尺寸加工的条件,2.瞬时的脉冲放电放电间隙：

使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分（11000s）。

连续放电：

电弧放电，产生表面烧伤，无法控制尺寸。

必须采用脉冲电源,脉冲电压波形,ti：

脉冲宽度to：

脉冲间隔tp：

脉冲周期i：

脉冲峰值电压,电腐蚀现象用于尺寸加工的条件,3.两电极之间必须充入有一定绝缘性的液体介质工作液循环过滤系统工作液（液体介质）：

煤油、皂化液、去离子水工作液的作用：

有利于火花放电排除电蚀产物冷却电极和工件,加工原理图,电火花加工的特点,优点局限性主要加工导电材料加工效率较低存在电极损耗,可加工任何硬、脆、软、韧和高熔点的导电材料，如硬质合金、导电陶瓷、不锈钢、钛合金、工业纯铁、人造聚晶金刚石等，还可加工半导体和非导体材料。

由于脉冲放电持续时间极短，加工表面的影响极小。

故可加工热敏感性很强的材料；加工时，工具与工件不接触，“切削力”极小。

故适合于低刚度工件和微细结构的加工。

特别适合加工复杂截面的形孔和形腔；调整脉冲参数，可以在同一台机床上依次进行粗、精加工；易于实现自动控制。

2.2电火花加工的机理,一次电火花腐蚀的微观过程极间介质的电离、击穿、形成放电通道介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀电极材料抛出极间介质消电离,一次电火花腐蚀的微观过程

（1）,极间介质的电离、击穿、形成放电通道,两极间形成电场电场强度达到10V/m产生电子发射，由阴极表面向阳极逸出电子，并撞击工作液介质中的分子或中性粒子，产生碰撞电离，形成带正、负电粒子。

带电粒子雪崩式增多，介质被击穿而形成放电通道。

通道结构：

同一时间一个放电通道,介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀,一次电火花腐蚀的微观过程

（2）,能量转换电能动能热通道高温使介质气化、热裂分解气化。

正负极表面的高温也使金属材料熔化，直至沸腾气化。

电极材料抛出,一次电火花腐蚀的微观过程（3）,存在下面三种作用热爆炸力瞬时膨胀电动力正负离子对电极的冲击压力流体动力蒸发、分解气体,电极材料抛出,一次电火花腐蚀的微观过程（3）,1-阴极2-从阴极上抛出金属的区域3-溶化的金属微粒4-工作液5-在工作液中凝固的金属微粒6-从阳极上抛出金属的区域7-阳极8-气泡9-放电通道,一次电火花腐蚀的微观过程（3）,气化区熔化区熔化凝固层热影响层无变化区,单个脉冲放电痕剖面,放电通道,翻边凸起,电极材料抛出,电火花加工表面局部放大图,极间介质消电离,一次电火花腐蚀的微观过程（4）,脉冲电压结束，脉冲电流降为零,带电离子中性离子介质恢复绝缘电蚀物排除热能排除,电火花加工过程,极间介质的电离、击穿、形成放电通道介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀电极材料抛出极间介质消电离,电火花加工的机理,极间放电电压和电流波形,1.脉冲电压施加于工具电极与工件之间（0-1段和1-2段）。

2.电离、击穿，形成放电通道（2-3段）。

3.介质分解、电极材料溶化、气体热膨胀（3-4段）4.极间介质的消电离（4-5段）,2.3电火花加工中的基本规律,2.3.1影响材料放电腐蚀的主要因素2.3.2电火花加工的速度和工具损耗速度2.3.3影响加工精度的主要因素2.3.4电火花加工的表面质量,2.3.1影响材料放电腐蚀的主要因素,（影响电蚀量/生产率的主要因素）极性效应电参数金属材料热学常数工作液其他因素,极性效应对电蚀量的影响,极性效应这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象。

正极性加工：

工件接在脉冲电源的正极负极性加工：

工件接在脉冲电源的负极,产生极性效应的原因,电子的质量正离子的质量

（1）窄脉冲：

正极性加工

（2）长脉冲：

负极性加工,总蚀除量正极：

qa=KaWMft负极：

qc=KcWMftKa、Kc工艺系数（电极材料、脉冲参数等有关）WM单个脉冲能量f脉冲频率有效脉冲利用率t加工时间蚀除速度正极：

va=qa/t=KaWMf负极：

vc=qc/t=KcWMf,电参数对电蚀量的影响

（1）,单个脉冲放电释放的能量WM（J）其中，te单个脉冲实际放电时间（s）u（t）放电间隙中随时间变化的极间放电电压（V）i（t）放电间隙中随时间变化的极间放电电流（A）由于火花放电间隙的电阻是非线性特性的，击穿后间隙上的火花维持电压与两电极材料及工作液有关（在煤油中用纯铜加工钢时约为25V，用石墨加工钢时约为30V）。

电参数对电蚀量的影响

（2）,提高生产率（蚀除量）的方法,qa=KaWMft提高频率f：

但f过大时，排屑、消电离差，加工不稳定增加单个脉冲能量Wm：

但过大时，一次蚀除量过大，Ra变大减小脉间t0：

但过小，电弧放电提高工艺系数Ka、Kc：

工作液、脉冲参数、电极材料,金属材料热学常数对电蚀量的影响

（1）,热学常数：

指熔点、比热容、熔化热、沸点（气化点）、气化热、热导率等。

1.金属材料的比热容：

使局部金属材料温度升高直至达到熔点，而每克金属材料升高1C所需之热量。

2.金属的熔化热：

每熔化1g材料所需之热量。

3.熔融金属的比热容：

使熔化的金属液体继续升温至沸点，每克金属液体升高1C所需之热量。

4.金属的气化热：

使熔融金属气化，每气化1g材料所需之热量。

5.蒸气的比热容：

使金属蒸气继续加热成过热蒸气，每克金属蒸气升高1C所需之热量。

热能转换过程,每次脉冲放电时，通道内及正、负电极放电点都瞬时获得大量热能。

金属材料热学常数对电蚀量的影响

（2）,当脉冲放电能量相同时金属的熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热越高，电蚀量越小，越难加工。

热导率越大的金属，由于较多的把瞬时产生的热量传导散失到其他部位，因而降低了本身的蚀除量。

最佳脉宽,单个脉冲能量一定时，使工件电蚀量最大的脉宽，为最佳脉宽。

脉宽ti过大，热量不集中，热量散失较多，使电蚀量减小。

脉宽ti过小，热量过于集中而来不及传导扩散，气化比例增大，多耗气化热，电蚀量减小。

不同材料加工时蚀除量与脉宽的关系,最佳脉宽随着金属材料的热学常数的不同而变化,工作液对电蚀量的影响,工作液的作用形成放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态对放电通道产生压缩作用帮助电蚀物抛出和排除对工具工件的冷却,工作液的介电性能好、密度和粘度大：

有利于压缩放电通道，提高放电的能量密度；但不利于电蚀产物的排除，影响正常放电。

应用粗加工：

脉冲能量大，加工间隙也大，爆炸排屑能力强机油（介电性能，粘度大，压缩作用好）半、精加工：

加工间隙小，排屑困难煤油（粘度小，流动性好，利于排屑）线切割：

去离子水（冷却）发展：

水基工作液（环保）,加工过程的稳定性不稳定时，影响正常放电，有效脉冲利用率下降影响稳定性的因素电蚀物不能及时排出深沟、复杂曲面、加工速度低（结炭拉弧）、加工面过小（过热形成电弧）电极材料钢对钢不稳定铜对钢稳定,其他因素对电蚀量的影响,2.3.2电火花加工的速度和工具损耗速度,加工速度（生产率）工具的相对损耗速度降低工具损耗的方法,2.3.2电火花加工的速度和工具损耗速度,1.加工速度（生产率）单位时间内工件的电蚀量体积加工速度：

V为被蚀除的体积一般使用质量加工速度（g/min）提高加工速度的途径脉冲频率单个脉冲能量工艺系数（电极材料、电参数、工作液）脉间,2.3.2电火花加工的速度和工具损耗速度,2.工具的相对损耗速度损耗速度：

单位时间内工具的电蚀量相对损耗：

vE为工具损耗速度；vW为加工速度。

若工具损耗速度和加工速度均以mm3/min计算，则为体积相对损耗；若以g/min为单位计算，则为质量相对损耗。

利用极性效应利用吸附效应（碳黑膜）利用传热效应优选电极材料（导热性好、熔点高）,降低工具电极损耗的方法,利用极性效应正极性加工：

工件接正极，窄脉冲、精加工负极性加工：

工件接负极，长脉冲、粗加工,降低工具电极损耗的方法

（1）,工具：

6纯铜工件：

钢工作液：

煤油脉冲电源：

矩形波加工电流峰值：

10A,利用吸附效应（碳黑膜）,只适用于负极性加工对形成炭黑膜有利的因素脉宽大、脉间小工作液流动速度和压力小,降低工具电极损耗的方法

（2）,利用传热效应工具材料的导热性工件控制脉冲电流增长率（di/dt）优选电极材料（热学性能好）采用熔点、沸点高的难加工材料常用电极材料铜钨、银钼：

熔点高、工艺性差（精加工）铜：

熔点低、但导热性好，工艺性好（常用）石墨：

热学性能好、吸附游离碳（常用）,降低工具电极损耗的方法（34）,2.3.3影响加工精度的主要因素,放电间隙大小放电间隙的一致性工具损耗二次放电,目前，电火花加工精度可达0.01-0.05mm左右,对复杂形状的加工表面，棱角部位电场强度分布不均，间隙越大，影响越严重。

工具的尖角或凹角很难精确地复制在工件上。

采用较小加工规准，缩小放电间隙可提高仿形精度。

精加工的单面放电间隙一般只有0.01mm，而粗加工时可达0.5mm以上。

放电间隙大小,放电间隙经验公式,式中S放电间隙（指单面放电间隙，m）；i开路电压（V）；Ku与工作液介电强度有关的常数，纯煤油时为510-2；含有电蚀产物后Ku增大；KR常数，与加工材料有关。

一般易熔金属的值较大，对铁，KR=2.5102，对硬质合金，KR=1.4102，对铜，KR=2.3102；WM单个脉冲能量（J）；Sm考虑热膨胀、收缩、振动等影响的机械间隙，约为3m。

放电间隙的一致性,工具电极的损耗工具电极的损耗对尺寸精度和形状精度都有影响。

（穿孔加工时电极可以贯穿型孔而补偿电极损耗，精密形腔加工时可更换电极）二次放电已加工表面由于电蚀产物等的介入，再次进行非必要的放电。

集中反映在加工深度方向产生斜度和加工棱角边变钝。

二次放电对加工精度的影响,主要包括：

表面粗糙度，表面变质层，表面力学性能机械加工表面存在着切削或磨削粗糙度刀痕，具有方向性。

电火花加工表面由无方向性的小坑和硬凸边组成，有利于保存润滑油。

相同表面粗糙度的情况下，电火花加工表面的润滑性能和耐磨损性能好。

表面粗糙度的测量方法与切削加工一样。

测量微观平面度的平均算数偏差Ra。

2.3.4电火花加工的表面质量,2.3.4电火花加工的表面质量

（1）,表面粗糙度表面粗糙度通常用微观平面度的平均算数偏差Ra表示，也有用平面度的最大高度值Rmax表示的。

实验公式,式中Rmax实测的表面粗糙度（m）；KR常数，铜加工时常取2.3；te脉冲放电时间（s）；峰值电流（A）。

表面粗糙度无方向性的小坑和硬凸边组成，一般可达到Ra1.250.32m采用平动或摇动工艺时，可达到Ra0.630.04m电火花磨削时，可达到Ra0.040.02m（加工速度很低）一般加工到Ra2.50.63m，再采用其它研磨方法改善其表面质量，比较经济。

影响表面粗糙度的因素电蚀量大（WM），Ra值上升难加工材料（熔点高），相同WM下Ra值小工具表面Ra小，加工表面的Ra小,电火花加工表面粗糙度,粗加工表面,半精加工表面,精加工表面,2.3.4电火花加工的表面质量

（2）,表面变质层熔化凝固层：

位于工件表面最上层熔化但未抛出后冷却滞留在工件表面热影响区：

介于熔化层和基体之间没熔化，但金相组织有变化，与基层无明显界限。

显微