电火花加工工艺方法分类

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电火花加工

(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图5-1(b)、(c)所示)。液体介质被电离、击穿，形成放电通道后，通道间带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子奔向负极，粒子间相互撞击，产生大量的热能，使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使工作液汽化，进而气化，然后高温向四周扩散，使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增，形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时，可以看到工件与工具电极间有冒烟现象，并听到轻微的爆炸声。
(2) 火花放电必须是短时间的脉冲性放电，这样才能使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。 (3) 脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应，提高加工速度和降低工具电极损耗。 (4) 脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉冲间歇等)有较宽的调节范围，以满足粗、中、精加工的要求。 (5) 有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时间消除电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件。电源的好坏直接关系到电火花加工机床的性能，所以电源往往是电火花机床制造厂商的核心机密之一。
快速走丝线切割机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～10 m/s，是我国独创的电火花线切割加工模式。快速走丝线切割机床上运动的电极丝能够双向往返运行，重复使用，直至断丝为止。线电极材料常用直径为 0.10～0.30 mm的钼丝(有时也用钨丝或钨钼丝)。对小圆角或窄缝切割，也可采用直径为0.6 mm的钼丝。工作液通常采用乳化液。快速走丝线切割机床结构简单、价格便宜、生产率高，但由于运行速度快，工作时机床震动较大。钼丝和导轮的损耗快，加工精度和表面粗糙度就不如慢速走丝线切割机床，其加工精度一般为0.01～ 0.02 mm，表面粗糙度Ra为1.25～2.5 µm。

第二章电火花加工

二、电火花加工的特点 1、非接触加工，无宏观切削力 2、适合于难切削导电材料的加工 3、有电极损耗 4、加工速度较慢 5、可加工特殊及复杂形状的表面
三、电火花加工的适用范围 1、加工任何难加工的金属材料和导电材料 2、加工材料复杂的表面 3、加工薄壁、异形小孔、深小孔等有特殊要求的零件。
第三节电火花加工设备和工作液
一、电火花加工机床 1、机床总体部分（电火花穿孔成形机床）——主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽 2、主轴头要求（精度和刚度） 1）结构简单 2）传动链短 3）传动间隙小 4）热变形小 5）具有足够的精度和刚度
3）工具电极夹具（十字铰链式和球面铰链式）——调节工具电极和工作台的垂直度、工具电极在水平面内微量的扭转角。
1）工件接脉冲电源的正极——正极性加工 2）工件接脉冲电源的负极——负极性加工思考：短脉冲与长脉冲适合哪种极性加工，那一种适合精加工？
短脉冲——正极性——精加工长脉冲——负极性——粗加工
3）正极吸附效应 ——黑膜只能在正极表面生成，所以只能使用负极性加工影响吸附效应的因素：峰值电流、脉冲间隔一定时，碳黑膜厚度随着脉冲宽度的增加而增加。脉冲宽度、峰值电流一定时，碳黑膜厚度随着脉冲间隔增大而减薄。冲抽油压力也会对吸附效应有影响，过大的油压会冲走带电碳粒子，减少吸附效应。
三、小孔电火花加工工艺 1、适于Ф 0.3～ Ф 3mm，深径比可超 200以上。为了改善排屑条件，采用电磁振动头或超声波振动头。可采用空心管电极中部冲油。
四、异形小孔的电火花加工——主要是异形电极的制造及装夹。 1、冷拔——采用电火花线切割加工并配合钳工修磨制成异形电极的拉丝模。 2、电火花线切割加工整体电极 3、电火花反拷加工整体电极（见图4-31）

电火花加工的基本原理及四个阶段

电火花加工的基本原理及四个阶段概述电火花加工（Electrical Discharge Machining, EDM）是一种使用离子流引发的电火花来加工材料的非传统加工方法。

它具有高精度、无需机械接触、适用于硬质材料等优点，在模具制造、航空航天、医疗器械等领域得到广泛应用。

本文将介绍电火花加工的基本原理以及涉及的四个阶段。

基本原理电火花加工是通过在工件和电极之间施加高电压产生的强电场中，通过离子击穿和放电放大的作用，使工件表面的材料蒸发、熔化、氧化和脱落，从而实现对工件进行加工的一种方法。

电火花加工的基本原理可分为以下几个步骤：一、电极初始化电极初始化是电火花加工的第一个阶段，也是整个加工过程非常重要的一步。

在电极初始化阶段，电极与工件之间的间隙会被填充上介质，通常为绝缘油。

电极初始化的主要目的是为了保证加工过程中电极与工件之间的电气隔离，并提供离子形成通道所需的条件。

二、击穿阶段击穿阶段是电火花加工的第二个阶段。

在这个阶段，施加在电极和工件之间的高电压会导致液体介质中形成离子通道，并在高电场的作用下形成离子击穿。

离子通道的形成可以导致液相电导率的急剧增加，从而产生电流，使电火花放电得以发生。

三、脉冲放电阶段脉冲放电阶段是电火花加工的第三个阶段。

在击穿阶段之后，电火花会在电极和工件之间发生放电，产生强大的电流。

电火花放电的时间通常在几十微秒到几百微秒之间，而间歇时间则在几微秒到几毫秒之间。

通过周期性的充电和放电过程，电火花能够不断地冲击、腐蚀和剥离工件表面的材料。

四、冲击腐蚀阶段冲击腐蚀阶段是电火花加工的最后一个阶段，也是整个加工过程的主要阶段。

在这个阶段，电火花不断地冲击和腐蚀工件表面的材料，使其熔化、蒸发、氧化和脱落。

通过不断重复脉冲放电和冲击腐蚀过程，工件的形状和尺寸最终得以加工完成。

总结电火花加工以其高精度、无需机械接触、适用于硬质材料等优点在工业领域得到广泛应用。

在电火花加工的过程中，电极初始化、击穿阶段、脉冲放电阶段和冲击腐蚀阶段是不可或缺的四个阶段。

第二章电火花加工

–在电场的作用下，电子高速奔向阳极，正离子奔向阴极，产生火花放电，形成放电通道
2.2电火花加工的机理
• 3热膨胀:
–放电通道中电子和离子高速运动时相互碰撞，动能转化成热能，在两极之间沿通道形成一个高达1000～1200℃的瞬时高温热源，在热源作用区的电极和工件表面金属会很快熔化，甚至气化 –周围的工作液除一部分气化外，另一部分被高温分解为游离的碳黑和H2、C2H2 、C2H4、 CnH2n等气体（使工作液变黑，在极间冒出小气泡）
•脉冲电源参数：
–脉冲宽度ti :放电延续时间，ti应小于0.001s，以使放电气化产
生的热量不会传导扩散到其它部位，只是在极小范围内使金属局部熔化，直至气化
–脉冲间隔t0 :相邻脉冲之间的间隙时间，使放电介质有足够的时
间恢复绝缘状态（称为消电离）
–脉冲周期T=ti+t0； –峰值电压:工件和电极间隙开路时电极间的最高电压ui –峰值电流:工件和电极间隙火花放电时脉冲电流瞬间的最大值i
–电极材料不必比工件材料硬，不存在机械加工时由于刀具硬度而无法加工的问题
• 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程自动控制 • 5）只能加工导电材料 • 6）加工速度慢 • 7）电极有损耗
四、电火花加工方法分类
• 表2-1
2.2电火花加工的机理
• 包括：电离、放电、热膨胀、抛出金属和消电离等几个连续的阶段
–煤油工作液，为避免起火可采用燃点较高的机油或煤油与机油的混合物 –水基工作液，可大幅度提高粗加工效率
三、电火花成型加工的特点及应用
• 1）可加工用机械加工方法难于或无法加工的材料
–如淬火钢、硬质合金钢、耐热合金钢等
• 2）可加工小孔、深孔、窄缝零件

电火花加工原理

图2-1为脉冲电源的电压、电流波形
3、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，绝缘强度为103~107Ω.cm，例如：煤油、皂化液或去离子水等。电火花加工必须有循环过滤系统
以上这些问题的综合解决，是通过电火花加工系统来实现的：
二、电火花加工的特点及其应用
1、主要优点：（1）适合任何难切削材料的加工（2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 2、电火花加工的局限性：（1）主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非导体材料（2）一般加工速度较慢（3）存在电极损耗
注意：
1、极性效应越明显越好，在电ห้องสมุดไป่ตู้花加工过程中必须充分利用，电火花加工一般都采用单向脉冲电源。 2、极性效应是一个较为复杂的问题，影响极性效应的因素有：脉宽、脉间、脉冲峰值电流、放电电压、工作液及电极对材料等。为了充分利用极性效应，应合理选择工具电极的材料，选用最佳的电参数、正确的选用极性。
应用：（电火花成形加工目前主要采用油类工作液）
粗加工时，使用粘度大、介电性能好的材料。如：机油（另外，机油的燃点较高，在大能量加工时着火燃烧的可能性小）中、精加工时，一般使用粘度小，流动性好，渗透性好的煤油作为工作液。
讨论：
（1）油类工作液的缺点：有味、容易燃烧，加工时容易产生烟气（2）奋斗目标：寻找一种无色无味、不然烧、流动性好、不产生碳黑、价廉（3）最新研究成果：水基工作液（在水中加入各种添加剂），在粗加工时的加工速度可大大高于煤油，甚至高于切削加工，但在大面积精加工中还不能代替煤油。
产生极性效应的原因(笼统解释):
在火花放电过程中,正负电极表面分别受到负电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用,在两极表面所分配到的能量不一样,因而熔化、气化抛出的电蚀量也不一样。

电火花加工工艺流程

但是，当脉冲宽度一定时，都会各有一个使工件电蚀量最大的最佳脉宽
4.工作液对电蚀量的影响工作液的作用： 1）形成火花击穿放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态；
2）对放电通道产生压缩作用； 3）帮助电蚀产物的抛出和排除； 4）对工具、工件产生冷却作用，因而对电蚀量也有较大的影响
介质性能好、密度和粘度大的工作液有利于压缩放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效应，但粘度大不利于电蚀产物的排出，影响正常放电。
2.热影响层位于熔化层和机体之
间，只受热的影响而没有晶相组织的变化，它与机体没有明显的界限，对未淬火钢主要是产生淬火区
3.显微裂纹
加工表面层受高温作用后又迅速冷却而产生残余拉应力。在脉冲能量较大时，表面层甚至出现细微裂纹，裂纹主要产生熔化层，只有脉冲能量很大时才扩展到热影响层，不同的材料对裂纹的敏感性也不同，硬淬材料容易产生裂纹，脉冲能量越大，显微裂纹越宽越深，脉冲能量很小时，一般不会出现显微裂纹。
qa KaWM ft
va
qa t
KaWm
f
Qa——电极在某段时间内的总蚀除量；
Va——电极的蚀除速度；
WM——单个脉冲能量; Φ——有效脉冲利用率 F——脉冲频率
单个脉冲放电能量为：
WM
te u(t)i(t)dt
0
te---单个脉冲实际放电时间(S); U(t)---放电间隙中随时间而变化的电压（V）； i(t)---放电间隙中随时间而变化的电流（A）；
热导率越大的金属，由于较多地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。
单个脉冲能量一定时，脉冲电流幅值越小，脉冲宽度越长，散失的热量也越多
若脉冲宽度越短，脉冲电流幅值越大，由于热量过于集中而来不及传导扩散，虽使散失的热量减少，但抛出的金属中气化部分比例增大，多耗用不少气化热，电蚀量也会降低

第2章-电火花加工

11
适用范围
1 )电火花穿孔成形加工 (1)穿孔加工：各种冲模、挤压模、粉末冶金模、异形孔及微孔等； (2)型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔工件。 2 )电火花线切割 (1)切割各种冲模和具有直纹面的零件； (2)下料、截割和窄缝加工。
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适用范围
3 )电火花同步共扼回转加工以同步回转、展成回转、倍角速度回转等不同方式，加工各种复杂型面的零件，如高精度的异形齿轮，精密螺纹环规，高精度、高对称度、表面粗糙度值小的内、外回转体表面等。 4 )电火花高速小孔加工 (1)线切割预穿丝孔； (2)深径比很大的小孔，如喷嘴等。 5 )电火花表面强化与刻字 (1)模具刃口，刀、量具刃口表面强化和镀覆； (2)电火花刻字、打印记。
பைடு நூலகம்
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脉冲电源的放电电压及电流波形
极间放电电压和电流波形 a）电压波形 b）电流波形
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2.1.4 电火花加工的类型及适用范围
按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，电火花加工大致可分为: 1 )电火花穿孔成形加工 2 )电火花线切割 3 )电火花同步共扼回转加工 4 )电火花高速小孔加工 5 )电火花表面强化与刻字
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放电凹坑形状与放电参数示例
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近期的研究还发现放电的蚀除量不仅与能量的大小有关，还与蚀除的形式有关，对于窄脉宽高峰值电流放电的情况产生的蚀除形式主要是以材料的气化为主，而大脉宽低峰值电流主要产生的蚀除形式是熔化方式，气化形式的蚀除效率比熔化的要高30～50％，并且表面残留的金属及表面质量有明显差异。
37
2.3.3
蚀除速度和电极损耗的关系
1．加工速度
体积加工速度 mm3/min；质量加工速度 g/min。

第二章电火花加工

(1) 可以精确控制加工尺寸精度。 (2) 可以加工出复杂的形状，如螺纹。 (3) 可以提高工件侧面和底面的表面粗糙度。 (4) 可以加工出清棱、清角的侧壁和底边。 (5) 变全面加工为局部加工，有利于排屑和加工稳定。 (6) 对电极尺寸精度要求不高。
摇动的轨迹除了可以像平动头的小圆形轨迹外，数控摇动的轨迹还有方形、菱形、叉形和十字形，且摇动的半径可为9.9 mm以内任一数值。
工作液循环过滤系统
工作液循环过滤系统包括工作液箱、电动机、泵、过滤装置、工作液槽、油杯、管道、阀门、引射器以及测量仪表等。
放电间隙中的电蚀产物除了靠自然扩散、定期抬刀以及使工具电极附加振动等排除外，常采用强迫循环的方法加以排除，以免间隙中电蚀产物过多，引起已加工过的侧表面间“二次放电”，影响加工精度，此外也可带走一部分热量。
2.3.2 电火花加工的加工速度和工具的损耗速度 1.加工速度
单位时间内工件的蚀除量称之为加工速度，一般采用体积加工速度来表示，即被加工掉的体积除以加工时间加工精度越高，表面粗糙度减小，加工速度明显下降
2.工具电极损耗速度和相对损耗比
采用相对损耗或损耗比θ作为衡量工具电极耐损耗的指标。即θ=VE/VW 上式中加工速度和损耗速度均以mm3/min为单位计算，则θ为体积相对损耗。如以g/min 为单位计算，则θ为重量相对损耗；如以 mm/min为单位计算，则θ为直线相对损耗。
(1)要有一定的脉冲放电能量，否则不能使工件金属气化。 (2) 火花放电必须是短时间的脉冲性放电，这样才能使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。 (3) 脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应，提高加工速度和降低工具电极损耗。

电火花工艺

电火花工艺
电火花工艺
电火花工艺是一种常用的金属切削加工方法，可以用于切削或孔加工
不同种类的金属材料，包括钢、铝、铜、锌、铅、镁等金属材料。

电
火花工艺的原理是，电极由高压直流电源产生的强大电能，与工件表
面的金属材料相接触，形成一个火花放电，使材料放电点处发生熔化，从而形成一个孔或浅槽。

电火花工艺可用于制造各种精密零件，特别是用于制造复杂形状的零件。

采用电火花工艺切削材料不需要预先加热，因此能够加快加工速度，节省加工时间，提高产品质量。

此外，由于电火花工艺切削的成
形精度很高，因此有助于提高制造的精度。

电火花工艺的缺点在于它的损耗和操作风险较大，因此使用时要谨慎，并且需要定期检查与维护，以确保其正常运行。

总之，电火花工艺是一种重要的切削加工方法，其优点是加工速度快，加工精度高，加工时间节省，缺点是损耗大，操作风险高，使用时要
谨慎小心。

5现代加工技术-电加工技术

现代设计与集成制造技术教育部重点实验室
2、电火花加工速度和工具电极损耗速度电火花加工时，工具和工件都有不同程度的电蚀。单位时间工件的电蚀量称为加工速度，单位时间内工具的电蚀量称为损耗速度。（1）加工速度通常用单位时间内工件体积蚀除量或质量蚀除量表示。电火花成形加工的加工速度分别为：粗加工：200~1 000 mm³ /min 半精加工：20~100 mm³ /min 精加工10 mm³ /min以下
如图1所示。工件与工具都臵于流动工作液中，并分别与脉冲电源的正、负极相接。自动进给调节装臵使工具与工件保持很小的放电间隙。通过脉冲发生器，在一定条件下相对某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，使工具与工件间产生脉冲放电现象。由于放电时间很短，且发生在放电区的小点上，所以能量高度集中，放电区的电流密度很大，引起金属材料的熔化或气化，从而达到去除材料的目的，流动的工作液将腐蚀掉的金属材料带离工作区，从而达到电火花加工的目的。
现代设计与集成制造技术教育部重点实验室
5.2.6 发展动态
国外传统制造强国如美国、日本、德国等对此进行了深入的研究，国内山东大学、清华大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学等对此进行相关的研究。一般主要集中在放电电流、脉宽、脉间参数等对加工效率和表面质量的影响。同时也对电火花技术进行改进研究，如采用向工作液中通入一定的氧气，通过氧化反应产生大量的热量，有利于工件材料的熔化或气化，并增加抛出熔融物质的爆炸力，从而提高材料去除率；也有些学者提出使工具电极作超声振动，振动可以改善间隙中杂质的分布，有利于碎屑的排除，可以大幅度提高加工速度。发展了电火花镜面加工技术，通过在工作液中添加一定浓度的硅、铝等微细粉末，以改变电火花放电状态，使电火花加工表面的粗糙度显著降低，表面性能得到改善。

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按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同,大致可分为电火花穿孔成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类。

前五类属电火花成形、尺寸加工，是用于改变零件形状或尺寸的加工方法；后者则属表面加工方法，用于改善或改变零件表面性质。

以上以电火花穿孔成形加工和电火花线切割应用最为广泛。

下表所列为总的分类情况及各类加工方法的主要特点和用途。

电火花加工工艺方法分类
类别工艺方法特点用途备注
1 电火花穿孔成形加工
(1)、工具和工件间主要只有一个相对的伺服进给运动
(2)、工具为成形电极、与被加工表面有相同的截面和相应的形状
3.穿孔加工：加工各种冲模、挤压模、粉末冶金模、各种异形孔及微孔等
4.型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件
5.约占电火花机床总数的30％，典型机床有D7125,D7140等电火花穿孔成形机床
2 电火花线切割加工
(1)、工具电极为顺电极丝轴线垂直移动着的线状电极
(2)、工具与工件在两个水平方向同时有相对伺服进给运动
3、切割各种冲模和具有直纹面的零件
4 、下料、截割和窄缝加工
5.约占电火花机床总数的60％，典型机床有DK7725,DK7740数控电火花线切割机床
3 电火花内孔、外圆和成形磨削
1、工具与工件有相对的旋转运动
2、工具与工件间有径向和轴向的进给运动
3、加工高精度、表面粗糙度值小的小孔，如拉丝模、挤压模、微型轴承内环、钻套等
4、加工外圆、小模数滚刀等
5.约占电火花机床总数的3％，典型机床有D6310电火花小孔内圆磨床等
4 电火花同步共轭回转加工
1、成形工具与工件均作旋转运动，但二者角速度相等或成整数倍，相对应接近的放电点可有切向相对运动速度
2、工具相对工件可作纵、横向进给运动
3.以同步回转、展成回转、倍角速度回转等不同方式，加工各种复杂型面的零件，如高精度的异形齿轮，精密螺纹环规，高精度、高对称度、表面粗糙度值小的内、外回转体表面等
4.约占电火花机床总数不足1％，典型机床有JN-2,JN-8内外螺纹加工机床
5 电火花高速小孔加工
1、采用细管（>Φ0.3mm）电极，管内冲入高压水基工作液
2、细管电极旋转
3、穿孔速度很高（30～60mm/min）
5、线切割穿丝预孔
6、深径比很大的小孔，如喷嘴等
7.约占电火花机床总数的2％，典型机床有D703G电火花高速小孔加工机床
6 电火花表面强化、刻字
1、工具在工件表面上振动，在空气中放火花
2、工具相对工件移动
3、模具刃口，刀、量具刃口表面强化和镀覆
4、电火花刻字、打印记
5.约占电火花机床总数的2％－1％，典型设备有D9105电火花强化机等.。

电火花加工工艺方法分类

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