电火花加工

课程名称：院系：专业：班级：学号：姓名:电火花加工1.概述电火花加工是一种自激放电，故又称放电加工（EDM）,于20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产，是目前机械制造业中应用最广泛的特种加工方法之一，在难切削材料、复杂型面零件等的加工中得到了广泛应用。

2.原理火花放电的两个电极间在放电前具较高的电压，当两电极接近时，其间介质被击穿后，随即发生火花放电。

伴随击穿过程，两电极间的电阻急剧变小，两极之间的电压也随之急剧变低。

火花通道必须在维持暂短的时间(通常为后及时熄灭，才可保持火花放电的“冷极”特性(即通道能量转换的热能来不及传至电极纵深)，使通道能量作用于极小范围。

通道能量的作用，可使电极局部被腐蚀。

利用火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行尺寸加工的方法，叫电火花加工。

电火花加工是在较低的电压范围内，在液体介质中的火花放电。

3.特点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，材料受热影响范围小。

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小。

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。

4.表面粗糙度和加工精度除与普通加工相类似的机床精度、安装误差、工具误差等外，还与放电间隙和“二次放电”等有关。

电火花加工时，电极与工件之间存在着一定的放电间隙，如果加工过程中放电间隙保持不变，则可以通过修正电极的尺寸对放电间隙进行补偿，以获得较高的加工精度。

然而，放电间隙的大小实际上是变化的，影响着加工精度。

1）表面粗糙度电火花加工表面的粗糙度取决于放电蚀坑的深度及其布的均匀程度，只有在加工表面产生浅而分布均匀的放电蚀坑，才能保证加工表面有较小的粗糙度值。

为了控制放电凹坑的均匀性，需要采用等能量放电脉冲控制技术，即检测间隙电压击穿下降沿，控制放电脉冲电流宽度相等，用相同的脉冲能量进行加工，从而使加工表面粗糙度微观上均匀一致。

2）加工间隙(侧面间隙)的影响加工间隙的大小及其一致性直接影响电火花成形加工的加工精度。

只有掌握每个规准的加工间隙和表面粗糙度的数值，才能正确设计电极的尺寸，决定收缩量，确定加工过程中的规准转换。

3）加工斜度的影响在加工中，不论型孔还是型腔，侧壁都有斜度，形成斜度的原因，除电极侧壁本身在技术要求或制造中原有的斜度外，一般都是由电极的损耗不匀，以及“二次放电”等因素造成的。

(1)电极损耗的影响。

电极由于损耗而形成锥度,这种锥度反映到工件上,就形成了加工斜度；(2)工作液脏污程度的影响。

工作液越脏，“二次放电”的机会就越多，同时由于间隙状态恶劣，电极回升的次数必然增多。

这两种情况都将使加工斜度增大。

(3)冲油或抽油的影响。

采用冲油或抽油对加工斜度的影响是不同的。

用冲油加工时，电蚀产物由已加工面流出，增加了“二次放电”的机会，使加工斜度增大。

而用抽油加工时，电蚀产物是由抽吸管排出去，干净的工作液从电极周边进入，所以在已加工面出现”二次放电”的机会较少，加工斜度也就小。

(4)加工深度的影响。

随着加工深度的增加,加工斜度也随着增加，但不是成比例关系。

当加工深度超过一定数值后，被加工件的上口尺寸就不再扩大了，即加工斜度不再增加。

不同的加工对象对加工斜度的要求也不同。

在型腔加工中，由于本身要求有一定的拔模斜度，则对加工斜度的要求并不严格。

对于直壁冲模，则要求加工斜度比较严格。

只要掌握影响加工斜度的规律，可达到预定的要求。

4）楞角倒圆的原因及规律电极尖角和楞边的损耗，比端面和侧面的损耗严重,所以随着电极楞角的损耗导致楞角倒圆，加工出的工件不可能得到清楞。

而且，随着加工深度的增加，电极楞角倒圆的半径增大。

但超过一加工深度,其增大的趋势逐渐缓慢，最后停留在某一最大值上。

楞角倒圆的原因除电极的损耗外，还有放电间隙的等距离性。

凸尖楞电极由于尖角放电的等距离性，必然使工件产生圆角;凹尖楞电极的尖点根本不起放电作用，但由于积屑也会使工件凸楞倒圆。

因此，既使电极完全没有损耗，由于间隙放电的等距离性仍然不可能得到完全的清楞。

如果要求倒圆半径很小，必须要缩小放电间隙。

在一般型腔加工中，往往对清角的要求并不非常严格。

而加工冲模却常要求清楞清角，可用增加电极穿透深度的办法来实现。

5.电火花加工的发展趋势1）电火花加工精密化电火花加工的精密化可以理解为两方面的内容：一是加工尺寸上的精密性，二是加工表面质量的精密性。

在电火花加工过程中，与尺寸精度有直接关系的因素是上面提到的放电间隙和电极损耗。

精密的电火花加工，加工过程中应保持较小的放电间隙，并使放电间隙稳定在一个较小范围内。

而放电间隙的调整与极间状态密切相关，实时、准确地检测出两极间的放电状态，则为调整两极间合适的放电间隙提供了必要的条件，加工间隙的准确调整还有赖于合理的伺服控制策略等。

由于电火花加工状态复杂多变，为加工状态的检测和放电间隙的控制增加了难度。

因此，需加强电火花加工状态的检测、加工间隙的控制以及加工电源的稳定性等方面的研究。

如何降低工具电极的损耗，从而实现高速、低损耗的精密加工是电火花加工不断追求的目标。

电火花加工表面质量的精密化是加工精密化的另一方面的内容。

电火花加工表面是一系列的微小放电凹坑重叠组成的，一般的加工条件下表面有微裂纹，为达到较好的加工表面，需要在电火花之后增加手动抛光工序，这增加了工人的劳动强度和加工成本，制约电火花加工速度的提高，不利于自动化加工实现。

因此，实现电火花加工表面质量的精密化仍是今后的研究发展方向。

较小面积的电火花加工可以通过精微加工电源实现，微能电源对电火花加工表面质量的改善很有效果，能够达到较好的表面质量。

大面积的电火花成型加工表面的精密化，目前普遍使用的加工方法是混粉电火花加工技术，可以实现加工表面的镜面加工效果，加工出的工件表面微裂纹少，工件的表面性能得到提高。

除了对该技术的加工机理和工艺进行研究外，较大面积的混粉电火花加工专用脉冲电源是其关键技术。

目前，国外已经有专门的混粉电火花设备，如日本Sodick公司的PIKA 系列电源等，而我国在国产的机床上没有配备实现混粉加工的专用电源和装备，因此对混粉电火花加工工艺及混粉专用设备的开发还有研究和提升的空间。

2）电火花加工微细化如今，微细化发展成为机械制造业的重要发展方向，其中微细电火花加工技术是实现微细加工的重要加工方法之一。

这是由电火花加工的特点所决定的，即工具与工件之间几乎没有宏观的作用力，且不受工件硬度的制约，有利于实现加工尺寸的微细化。

电火花线磨削技术WEDG(Wire Electric Discharge Grinding) 的出现，使微细电火花加工进入了实用化阶段，因此微细电火花加工技术是今后一个重要的发展方向。

目前，微细多孔电火花加工技术有：用微细阵列电极加工阵列孔，另一种是由增泽隆久等人提出的方法，即微细电火花加工该装置有两套线电极磨削系统(WEDGA和WEDGB)。

WEDGA对工具电极进行粗加工，WEDGB对工具电极进行精加工，合理地控制WEDA和WEDGB的相对位置就能得到不同尺寸的微细电极，用微细工具电极加工微细孔。

此外，利用工件的超声振动来提高微细电火花的加工速度取得了良好的结果。

3）电火花加工的高速高效化同传统的切削加工相比，电火花加工速度和加工效率很低。

因此，高速高效化是电火花加工技术的发展方向提高电火花加工速度和加工效率，可以从以下几方面来实现：(1)研究新型的电火花节能电源。

(2) 采用电火花铣削加工技术，即使用简单形状的电极进行类似于数控铣削加工的电火花铣削技术的也是提高的火花加工速度的一种方法，并可实现电火花加工的自动化。

(3)提高电火花加工机床伺服系统的响应是提高加工速度的另一种方法。

(4)利用先进技术手段提高电火花加工速度。

4）绿色的电火花加工以及复合加工不使用液体冷却或加工，而利用气体作为工作介质的“干式”加工，即绿色制造是制造业的发展方向之一。

具体到电火花加工领域，传统的电火花成形加工主要的污染源之一是工作液，尤其是碳氢化合物的油类工作液。

这类工作液是高分子碳氢化合物，具有较强的挥发性。

加工时的高温使油分解产生大量的分解物，这些分解物主要以烟气的形式排放出来，其主要成分为H2、CO、CO2等，这些气体对机床操作人员的健康不利，而且对环境有害，还能够分解老化机床上的密封件。

用气体介质取代液体介质，可以实现电火花的绿色加工。

这是因为，气中电火花加工过程不产生有害的气体，不会对对操作人员的健康产生有害的影响，而且没有令人头疼的废物处理问题，尤其是使用资源丰富的空气，发展前景可观。

目前，气中电火花加工还处在实验研究阶段，对其的研究应进一步加强。

5）开发新的加工工艺要实现电火花加工技术的长足发展，需要不断地开发新工艺和新方法，这是促进电火花加工技术发展的动力。

目前，这方面的代表是气中电火花加工技术和电火花加工绝缘陶瓷技术，这两种加工方法突破了人们以往对电火花加工技术的局限性认识，形成了电火花加工技术的新工艺方法，丰富了电火花加工的研究内容，拓宽了研究方向。

气中电火花加工的实现突破了电火花加工只能在液体介质中进行的认识；而电火花加工绝缘陶瓷技术突破了被加工材料必须是导电材料的限制，该技术的关键是在加工前在陶瓷表面覆盖上辅助电极mj。

加工是在煤油工作液中进行，先对辅助电极区域进行加工，借助于从加工煤油中分解出来的碳元素被附着于陶瓷表面，形成一层“生成导电膜”，进入绝缘性陶瓷材料区域。

北京科技大学的贾志新对立式旋转电火花线切割的加工特性进行了分析并初步进行了实验，认为这种电火花线切割加工方式断丝率低，加工平稳性好，排屑好，加工速度高，表面粗糙度好。

通过对立式回转电火花线切割加工技术特性的分析，认为该技术在原理上具有许多优越性，是一种很有发展前景的加工技术。

尽管目前该技术在加工机理、加工动力学特性方面还有待进一步研究，加工设备的机械结构设计也有待进一步改进，但是对这种具有创新思想的工艺方法的尝试对电火花加工的发展无疑是有利的。

总之，不断开发新的加工工艺是该技术长足发展的保证。

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