电火花加工 课件.ppt

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1、1,大家好,第二章 电火花加工（EDM）(Electrical Discharge Machining),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,2,2.1 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。,3,加工原理图,4,加工原理图,5,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、

2、气化 被去除,电火花加工的基本原理,6,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,7,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（11000 s）。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,8,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

3、液的作用：有利于火花放电 排除电蚀产物 冷却电极和工件,9,加工原理图,10,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。,11,2.2 电火花加工的机理,一次电火花腐蚀的微观过程

4、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,12,一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,13,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。,14,电极材料抛出,一

5、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,15,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,16,一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,17,电火花加工表面局部放大图,18,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

6、性离子 介质恢复绝缘 电蚀物排除 热能排除,19,电火花加工过程,20,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,21,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）,22,2.3 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,23,2.

7、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,24,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,25,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,26,总蚀除量正极：qa=KaWM f t负极：qc=KcWM f tKa、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=KaWM f 负极：vc=q

8、c/t=KcWM f,电参数对电蚀量的影响（1）,27,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）,28,提高生产率（蚀除量）的方法,qa=KaWM f t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

9、电提高工艺系数Ka、Kc：工作液、脉冲参数、电极材料,29,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。,30,1.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。,31,热能转换过程,每次脉冲放电时，通道内及正、负电极

10、放电点都瞬时获得大量热能。,32,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。,33,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。,34,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,35,工作液对电蚀量的影响,工作液的作用形成放电

11、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。,36,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）,37,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

12、钢对钢不稳定铜对钢稳定,其他因素对电蚀量的影响,38,2.3.2 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,39,2.3.2 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,40,2.3.2 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

13、相对损耗；若以g/min为单位计算，则为质量相对损耗。,41,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,42,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）,43,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,44,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）,45,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

14、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）,46,2.3.3 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,47,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,48,放电间隙经验

15、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3 m。,放电间隙的一致性,49,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

16、生斜度和加工棱角边变钝。,二次放电对加工精度的影响,50,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,51,2.3.4 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

17、时常取2.3；te脉冲放电时间（s）；峰值电流（A）。,52,表面粗糙度无方向性的小坑和硬凸边组成，一般可达到 Ra1.250.32 m采用平动或摇动工艺时，可达到 Ra0.630.04 m电火花磨削时，可达到 Ra0.040.02 m（加工速度很低）一般加工到Ra2.50.63 m，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,53,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,54,2.3.4 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

18、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。显微裂纹：由聚冷聚热产生的拉应力引起微裂纹,一般仅在熔化凝固层内出现。,55,显微硬度、耐磨性表层硬度较高，类似淬火，耐磨性好但对于滚动干摩擦，表层（熔化凝固层与基体结合不牢固）易脱落残余应力聚冷聚热作用下产生，多为拉应力。取较小的电蚀量WM耐疲劳性显微裂纹、内应力影响内疲劳性回火、喷丸处理，降低残余应力,表面机械性能,56,电火花加工表面缺陷,加工表面微裂纹,加工变质层示意图,57,2.4 电火花加工用脉冲电源,2.4.1 对脉冲电源的要求 总的要求 要有较高的加工速度 工具损耗低

19、稳定性好 工艺范围广具体要求单向脉冲（利用极性效应）波形前后沿要陡 矩形波主要参数调节范围宽（峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔等）节能,58,脉冲电源种类,59,2.4.2 RC线路脉冲电源,电源工作原理充电回路：直流电源E、充电电阻R（调节充电速度、限流）、电容器C（储能）放电回路：C、工具、电极、放电间隙,60,RC线路脉冲电源,61,电源的优点结构简单、工作可靠，成本低在小功率时可获得很窄的脉宽和很小的单个脉冲能量，可用于光整加工和精细加工。电源的缺点电能利用率低（36）电阻R损失能量生产率低（充电时间放电时间）工艺参数不稳定（靠电极间隙中介质的击穿和消电离使脉冲电流导通和切断）非独立式电源

20、（驰张式）不能独立形成和发生脉冲能否击穿取决于介质性质、间隙大小（用于小功率的精微加工或简式电火花加工机床中）,62,2.4.3 闸流管式和电子管式脉冲电源,特点：电流小脉宽调节范围小能耗大适用于小功率、精加工,63,2.4.4 晶闸管式和晶体管式,晶闸管式电源：电流大（100200A）适用于大功率、粗加工晶体管式电源：频率高、波形好、参数易调节适用于小功率加工,64,晶体管式脉冲电源,工作原理多谐振荡器Z发出矩形脉冲信号，经放大级F放大，推动功率晶体管导通（开）或截止（关）。导通时直流电源电压U加在加工间隙上，击穿工作液进行火花放电，截止时脉冲结束，工作液恢复绝缘，准备下一个脉冲到来。限流电

21、阻R的作用：放电间隙短路时保护晶体管。,65,2.4.5 各种派生电源（1）,高低压复合电路,高压电源(300V左右)高压引燃回路电流小、击穿作用低压电源(6080V)加工回路电流大、蚀除金属优点：击穿率高脉冲利用率高加工稳定,66,2.4.5 各种派生电源（2）,多回路脉冲电源,利用多个输出端，同时放电，因不增加单个脉冲能量，可同时兼顾效率和加工质量适合于大面积、多孔等场合生产率并不与回路数完全成正比（24个回路）回路间相互牵制干扰,67,2.4.5 各种派生电源（3）,等脉冲电源,每个脉冲在介质击穿后所释放的能量相等（对于矩形波，放电电流持续时间te相等）可在保证表面粗糙度的情况下，提高加

22、工速度。实现的方法利用火花击穿信号控制脉冲电源中的一个单稳态电路。击穿后开始计时，保证电流脉宽 te 相等,每次的脉冲电流宽度te都相等，而电压脉宽ti则不一定相等,68,双重优点：高频脉冲加工：Ra小低频脉冲加工：效率高、低损耗梳形波脉冲电源与高频分组脉冲电源的区别是始终有一较低的正电压存在，有利于正极工具吸附碳膜，获得较低的电极损耗。,2.4.5 各种派生电源（4）,高频分组和梳形波脉冲电源,69,自选加工规准电源,把不同材料、粗、中、精不同的电加工参数、规准做成曲线表格，作为数据库写入“只读存储器（EPROM）”集成芯片内，作为脉冲电源的一个组成部分。操作人员只要“输入”工具电极、工件材

23、料和表面粗糙度等加工条件，通过内部“查表”。电源就可“输出”较佳的加工规准参数（脉宽、脉间、峰值电流、电压、极性等）,2.4.5 各种派生电源（5）,70,智能化、自适应控制脉冲电源,根据某一给定目标（保证一定表面粗糙度下提高生产率）来连续不断地检测放电加工状态，并与最佳模型（数学模型或经验模型）进行比较运算，然后按其计算结果控制有关参数，以获得最佳加工效果。这类脉冲电源实际上已是一个自适应控制系统，它的参数是随加工条件和极间状态而变化的。当工件和工具材料、粗、中、精不同的加工规准、工作液的污染程度与排屑条件、加工深度及加工面积等条件变化时，自适应控制系统都能自动地、连续不断地调节有关脉冲参数

24、如脉间和进给、抬刀参数，防止电弧放电，并达到生产率最高的最佳稳定放电状态，成为电火花加工的“专家系统”。,2.4.4 各种派生电源（6）,71,2.5 电火花加工的自动进给调节系统（1）,间隙S与蚀除速度vw关系S过大，不能击穿，vw=0S过小，电蚀物不易排除，vw小S0，短路，不放电，vw=0vw=Max，有最佳的S值,自动进给调节系统的作用,72,2.5 电火花加工的自动进给调节系统（2）,系统的作用加工时，保持最佳的S值开始：S大，vd 取大一些正常：S=S，vd=vw短路：S0，vd 取大一些反向回退对系统的技术要求速度调节跟踪范围广灵敏、响应速度快稳定性好低速爬行,73,间隙蚀除特性

25、与调节特性曲线,2.5 电火花加工的自动进给调节系统（3）,74,自动进给调节系统的分类电液压式（喷嘴挡板式）：反应速度慢，已停产步进电机：价廉，低速性能差中小型机床宽调速力矩电动机：价格高、调速性能好高性能机床直流伺服电机：用于大多数电火花机床。交流伺服电机：无电刷、力矩大、寿命长大中型机床。直线电动机：直接带动主轴或工作台作直线运动。速度快、惯性小、伺服性能好，价高。,2.5 电火花加工的自动进给调节系统（4）,75,自动进给调节系统的组成,2.5 电火花加工的自动进给调节系统（5）,76,比较环节：测量值与给定值（由加工精度决定）比较。放大驱动器：功率放大，以便驱动执行机构。执行环节：常

26、采用伺服电动机，根据控制信号调节进给量，以保持间隙不变。调节对象：工具电极和工件之间的放电间隙（0.1-0.01mm）。,2.5 电火花加工的自动进给调节系统（6）,77,电液自动进给调节系统,2.5 电火花加工的自动进给调节系统（7）,工作原理：测量环节从放电间隙检测出电压或电流信号来控制线圈电流大小。控制信号调节喷嘴和挡板的距离，改变喷出的油量。液压缸上下油腔压力差变化，是主轴相应运动。,78,电液自动进给调节系统,79,直流伺服电机系统 低速性能好，可直接带动丝杠，传动链短，灵敏度高，易实现自动控制。,2.5 电火花加工的自动进给调节系统（8）,80,加工装置图,81,2.6 电火花加工

27、机床（1）,机床总体：主轴头，床身，立柱，工作台，工作液槽床身工作台面与立柱要有垂直度要求主轴头是最关键部件。要求热变形小，有足够的精度和刚度脉冲电源自动进给调节系统工作液净化循环系统,82,2.6 电火花加工机床（2）,组成工作液箱、电机、泵、过滤装置、测试仪表等电蚀物的排除方法自然扩散定期抬刀工具振动工作液强迫循环净化过滤方法自然沉淀法-速度慢、周期长介质过滤法-黄沙、木屑、棉纱头、过滤纸、硅藻土、活性炭等高压静电过滤离心过滤法,工作液净化循环系统,83,2.6 电火花加工机床（3）,强迫循环方式 冲油式：（常用）从已加工表面与电极间的间隙排除冲刷力强电蚀物通过加工表面 抽油式：从已加工表

28、面与电极间的间隙进入冲刷力弱，气体易积聚在死角处应用于小间隙，精加工,84,2.7电火花穿孔成型加工（占电火花机床总数的30%）,特点：,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或形状,用途：,1.型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件。2.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。,85,电火花穿孔成型加工的分类,86,2.7.1 冲模的电火花加工（1）,利用电火花加工的优点可加工硬质合金等材料可淬火后加工不用镶嵌结构配合间隙均匀、刃口耐磨 加工方法 L2L1+2SL，SL 0.010.02mm 单边间隙SL取决

29、于脉冲参数和机床的精度,SL,87,工具电极电极材料（工具和工件取不同材料，利于加工稳定）优质高碳钢（T8A、T10A），鉻钢（Gr12、GCr15），硬质合金电极设计电极精度比凹模高一级，长度要长（留切除余量）电极制造磨削加工、线切割加工工件的准备工件（凹模）型孔部分要加工预孔，留适当的电火花加工余量。一般为0.3-1.5mm。,2.7.1 冲模的电火花加工（2）,88,电规准的选择电规准：电火花加工中的一组电参数，如电压、电流、脉宽、脉间等。粗加工：要求生产率高，工具电极损耗小。采用大电流、长脉宽（脉宽：50500m）中规准：用于过渡性加工，减少精加工时的加工余量，提高加工速度（脉宽：10

30、100m）精加工：最终保证模具所要求的配合间隙、表面粗糙度、刃口斜度等质量指标。采用小电流、高频率、短脉宽（脉宽：2 6m）,2.7.1 冲模的电火花加工（3）,89,电火花加工型孔冲模,图为用成型电极“钢打钢”电火花加工形孔的落料冲模。相比于线切割加工冲模的优点：加工时周边放电间隙很均匀，因而上下冲模配合间隙很均匀，冲片质量高。,90,2.7.2 型腔模的电火花加工（1）,型腔模加工难度大属于盲孔加工电蚀物不易排除电极损耗不易补偿加工面积变化大各点的电极损耗不均匀电规准变化大,型腔模：锻模、压铸模、胶木模、塑料模、挤压模等,91,电火花加工型腔,由于电火花加工时基本没有切削力，工件、工具并不

31、接触，所以只要先用铜或石墨制作出相反的型腔表面，就可以加工出复杂的型腔。,92,2.7.2 型腔模的电火花加工（2）,工艺方法单电极平动法多电极更换法分解电极法,93,2.7.2 型腔模的电火花加工（3）,单电极平动法优点：一次装夹、一个电极；排除电蚀物方便缺点：精度低清棱、清角不彻底 工具平动；工件平动（摇动）,94,电火花平动加工,电火花平动（或摇动）加工用于修光侧壁和修准内孔尺寸。原理是使工件相对于工具电极在平面内作圆形或方形等轨迹运动，运动半径逐渐扩大，然后可使孔的内壁修光，孔的尺寸更为准确。,95,几种典型的摇动模式,96,数控联动加工实例利用简单电极配合侧向移动、转动、分度等进行多

32、轴加工,97,2.7.2 型腔模的电火花加工（4）,多电极更换法优点：加工精度高缺点：需多个电极，成本高电极重复定位精度要求高要求多个电极的尺寸一致性好一般用于精密加工，一般采用23个电极,98,2.7.2 型腔模的电火花加工（5）,电极分解法-单电级平动法和多电极更换法的综合应用分为主、副型腔，先主后副优点：加工精度高；工具简单缺点：主、副型腔之间的位置精度不易保证（采用回零机构，由机床精度保证）国外已有像加工中心的有电极库的数控电火花机床,99,2.7.2 型腔模的电火花加工（6）,工具电极工具电极的选材：对材料的要求：导热好；熔点高；工艺性好；价廉常用材料：纯铜：加工稳定、损耗小，工艺性

33、好，Ra小石墨：工艺性好，易电弧损伤，加工精度低铜钨合金：损耗小，工艺性差，成本高,100,工具电极的设计方法(1),工具电极水平方向尺寸aa=A KbA：型腔图纸上名义尺寸K：与型腔尺寸有关的系数，单边K=1；双边K=2b：单边缩放量b=SL+Hmax+hmaxSL：单边加工间隙,Hmax：前一规准加工时表面微观不平度最大值 hmax：本规准加工时表面微观不平度最大值号：按缩放原则确定，a1时-号，a2时+号,101,工具电极的设计方法（2）,高度方向尺寸H=l+LH：除装夹部分外的电极总高度l：电极每加工一个型腔，在垂直方向的有效高度，包括型腔深度和电极端面损耗量，并扣除端面加工间隙值L：

34、加工结束时，电极夹具不和工件夹具接触而增加的高度,102,盲孔加工排气、排屑困难，影响加工质量（a）残余部分大（b）残余部分小（c）良好,排气孔和冲油孔设计,103,工作液的强迫循环,型腔浅：用排气孔、冲油孔排气排屑型腔深：强迫循环（冲油压力20kPa左右）存在问题工件表面残留突起解决办法：电极旋转冲油压力大时，吸附作用，电极损耗解决办法：精加工时，采用定期抬刀,104,电规准的选择、转换及平动量的分配,电规准粗加工：大电流、宽脉冲（400s以上）精加工：小电流、窄脉冲（220s）中规准：介于两者之间电规准的转换加工精度工件的形状工件的尺寸大小平动量的分配中规准平动量最大，占总量的7580%,

35、105,铜+、钢-时表面粗糙度与脉冲宽度和脉冲峰值电流的关系,106,主要工艺指标：表面粗糙度；精度、生产率、电极损耗率主要脉冲参数：极性、脉宽、脉间、峰值电流、峰值电压其他因素：电极材料、工件材料、冲抽油、抬刀、平动情况,电火花加工工艺参数曲线图表（1）,107,电火花加工工艺参数曲线图表（2）,是选择电规准的依据是实测数据工艺参数对Ra的影响工艺参数对加工精度的影响工艺参数对生产率的影响工艺参数对电极损耗率的影响脉冲间隔：粗加工：1/5-1/10脉宽精加工：2-5倍脉宽加工面的影响：峰值电流小面积:电流密度 3-5A/cm2大面积:电流密度1-3A/cm2,108,铜+、钢-时单边侧面放电

36、间隙与脉冲宽度和脉冲峰值电流的关系,109,铜+、钢-时工件蚀除速度与脉冲宽度和脉冲峰值电流的关系,110,铜+、钢-时电极损耗与脉冲宽度和脉冲峰值电流的关系,111,2.7.3 小孔的电火花加工,难点及其解决方法,孔径小,电极截面积小,刚性差导热差排屑难,导向装置刚性好的电极,导热好的材料冷却,空心电极+强迫循环电极上下震动（电磁、超声）,一般为盲孔,孔径：0.052mm,112,电火花高速小孔加工（占电火花机床总数的2%）,1.采用细管（直径大于0.3mm）电极，管内冲入高压水基工作液。2.细管电极旋转。3.穿孔速度极高（60mm/min)。,特点：,用途：,1.线切割预穿丝孔。2.深径比

37、很大的小孔，如喷嘴等。,113,电火花小孔加工实例,实例1：在钢球中加工0.33mm孔,实例2：喷嘴上加工0.31mm孔,114,叶片上加工冷却小孔在航空发动机叶片上，常用电火花加工很多冷却小孔，使气流从小孔中流出以冷却叶片，使叶片能够耐受更高的工作温度。,电火花小孔加工实例,115,电火花高速加工深小孔是在高速钢坯上加工出孔深约200mm，孔径为1mm的孔，深径比达2001，加工用的电极是空心纯铜管，电极转速300r/min，管中通以5MPa的高压水用以冲走电蚀产物。,电火花小孔加工实例,116,2.7.4 异型小孔的电火花加工,单片扁电极组合,化学纤维喷丝板的异型孔,117,2.7.4 异

38、型小孔的电火花加工,关键问题：工具电极的制造与装夹,工具电极的制造方法,冷拔整体电极法：用电火花线切割加工制成异型电极的硬质合金拉丝模，拉制Y形、十字形等异型截面电极。精度低，成本低，效率高、用于大批量电火花线切割加工整体电极法：制造周期短、精度和刚度好，成本高，适合单件小批量电火花反拷贝加工整体电极法：定位装夹方便、误差小，精度高，生产率低，成本高,118,2.7.4 异型小孔的电火花加工,反拷加工法原理图,a）一次加工 b）二次加工,119,2.8 其他电火花加工,电火花线切割加工电火花小孔磨削电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀电火花共轭同步回转加工螺纹聚晶金刚石等高阻抗材料的电火花加工金属

39、电火花表面强化和刻字,120,121,电火花线切割加工（占电火花机床总数的60%）,1.工具电极为顺电极丝轴线方向移动着的线状电极2.工具与工件在两个水平方向同时有相对伺服进给运动,特点：,用途：,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,122,电火花内孔，外圆和成型磨削（占电火花机床总数的3%）,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,特点：,用途：,1.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2.加工外圆、小模数滚刀等,123,电火花同步共轭回转加工（占电火花机床总数的1%）,1.成形工具与工件均作旋转运动，

40、但二者角速度相等或成整倍数，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。,特点：,用途：,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。,124,电火花表面强化，刻字（占电火花机床总数的23%）,1.工具在工件表面上振动。2.工具相对于工件移动。,特点：,用途：,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。,125,2.9 电火花加工新技术 2.9.1 混粉电火花大面积光泽加工,存在问题两极之间产生寄生电容，WM小到一定程度时，

41、几个脉冲充电后才能被击穿，因而减小WM 受限制。解决方法加入12m的硅、铝微粉，降低工作液的电阻率,126,混粉与常规电火花加工的对比,工作液导电率变小可增大放电间隙寄生电容变小单个脉冲能量小排屑好、稳定性好散热好放电点分散放电通道直径变大,127,混粉电火花加工效果,128,2.9.2 电火花微细加工,分类微细孔加工微三维结构的加工关键技术微电极制作技术微三维结构的加工技术电极微驱动装置微电极在线修正,129,2.9.2.1 微电极制作技术,线电极电火花磨削原理,130,2.9.2.2 微细探针的制作技术,原理图,探针加工实例横向探针三方向探针,131,微细电火花加工机床,132,7.9.2.3 微细孔加工实例,实例1：10m孔,实例2：90m孔,133,2.9.2.4 微细三维结构的加工技术,微细三维结构应用例,微细三维结构零件,134,微细三维结构加工方案成型加工分层电火花加工分层电火花加工使用简单形状的电极，借鉴数控铣削方式，分层加工,微细三维结构加工实例,135,2.9.2.5 电极微驱动装置,驱动方式分类蠕动式电极驱动冲击式电极驱动线性马达驱动机构椭圆驱动机构,136,蠕动式电极驱动原理,最小进给量：0.7m,137,冲击式电极驱动原理,最小进给量：0.02m,138,线性马达驱动机构,最小进给量：0.2m,139,椭圆驱动机构,最小进给量：1.2m,140,