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電火花加工技術(shù)

學(xué)院：機(jī)械與汽車工

程學(xué)院

專業(yè)：材控10-2班 姓名：徐鵬

學(xué)號(hào)：201001021047

電火花加工技術(shù)

電火花是一種加工工藝，主要是利用具有特定幾何形狀的放電電極（EDM 電極）在金屬（導(dǎo)電）部件上燒灼出電極的幾何形狀。電火花加工工藝常用于沖裁模和鑄模的生產(chǎn)。

利用火花放電時(shí)產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象對(duì)材料進(jìn)行尺寸加工的方法，叫電火花加工。電火花加工是在較低的電壓范圍內(nèi)，在液體介質(zhì)中的火花放電。電火花加工主要由機(jī)械廠完成。電火花是一種自激放電，其特點(diǎn)如下： 火花放電的兩個(gè)電極間在放電前具較高的電壓，當(dāng)兩電極接近時(shí)，其間介質(zhì)被擊穿后，隨即發(fā)生火花放電。伴隨擊穿過程，兩電極間的電阻急劇變小，兩極之間的電壓也隨之急劇變低?；鸹ㄍǖ辣仨氃诰S持暫短的時(shí)間（通常為10-7-10-3s）后及時(shí)熄滅，才可保持火花放電的“冷極”特性（即通道能量轉(zhuǎn)換的熱能來不及傳至電極縱深），使通道能量作用于極小范圍。通道能量的作用，可使電極局部被腐蝕。

工具電極和工件之間并不直接接觸，而是有一個(gè)火花放電間隙0.1—0.01mm，間隙中充滿工作液。

加工過程中沒有宏觀切削力 火花放電時(shí)，局部、瞬時(shí)爆炸力的平均值很小，不足以引起工件的變形和位移?？梢浴耙匀峥藙偂庇捎陔娀鸹庸ぶ苯永秒娔芎蜔崮軄砣コ饘俨牧?，與工件材料的強(qiáng)度和硬度等關(guān)系不大，因此町以用軟的工具電極加工硬的工件，實(shí)現(xiàn)“以柔克剛”。可以加工任何難加工的金屬材料和導(dǎo)電材料

由于加工中材料的去除是靠放電時(shí)的電、熱作用實(shí)現(xiàn)的，材料的可加工性主要取決于材料的導(dǎo)電性及熱學(xué)特性，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、電阻率等，而幾乎與其力學(xué)性能(硬度、強(qiáng)度等)無關(guān)。這樣可以突破傳統(tǒng)切削加工對(duì)刀具的限制，可以實(shí)現(xiàn)用軟的工具加工硬、韌的工件甚至可以加工聚晶金剛行、立方氮化硼一類的超硬材料。目前電極材料多采用紫銅或石墨，因此工具電極較容易加工?？梢约庸ば螤顝?fù)雜的表面

由于可以簡(jiǎn)單地將工具電極的形狀復(fù)制到工件上，因此特別適用于復(fù)雜表面形狀工件的加工，如復(fù)雜型腔模具加工等。特別是數(shù)控技術(shù)的采用，使得用簡(jiǎn)單的電極加工復(fù)雜形狀零件成為現(xiàn)實(shí)?？梢约庸ぬ厥庖蟮牧慵?/p>

可以加工薄壁、彈性、低剛度、微細(xì)小孔、異形小孔、深小孔等有特殊要求的零件。由于加工中工具電極和工件不直接接觸，沒有機(jī)械加工的切削力，因此適宜加工低剛度工件及微細(xì)加工。

電火花加工原理

電火花加工時(shí)，脈沖電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質(zhì)（常用煤油或礦物油或去離子水）中。工具電極由自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時(shí)維持一很小的放電間隙（0.01～0.05mm）。當(dāng)脈沖電壓加到兩極之間，便將當(dāng)時(shí)條件下極間最近點(diǎn)的液體介質(zhì)擊穿，形成放電通道。由于通道的截面積很小，放電時(shí)間極短，致使能量高度集中（10～107W／mm），放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫足以使材料熔化甚至蒸發(fā)，以致形成一個(gè)小凹坑。第一次脈沖放電結(jié)束之后，經(jīng)過很短的間隔時(shí)間，第二個(gè)脈沖又在另一極間最近點(diǎn)擊穿放電。如此周而復(fù)始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，它的形狀最終就復(fù)制在工件上，形成所需要的加工表面。與此同時(shí)，總能量的一小部分也釋放到工具電極上，從而造成工具損耗。

從上看出，進(jìn)行電火花加工必須具備三個(gè)條件：必須采用脈沖電源；必須采用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，以保持工具電極與工件電極間微小的放電間隙；火花放電必須在具有一定絕緣強(qiáng)度（10～107Ω ·m）的液體介質(zhì)中進(jìn)行。

電火花加工具有如下特點(diǎn)：可以加工任何高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性以及高純度的導(dǎo)電材料；加工時(shí)無明顯機(jī)械力，適用于低剛度工件和微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工：脈沖參數(shù)可依據(jù)需要調(diào)節(jié)，可在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工；電火花加工后的表面呈現(xiàn)的凹坑，有利于貯油和降低噪聲；生產(chǎn)效率低于切削加工；放電過程有部分能量消耗在工具電極上，導(dǎo)致電極損耗，影響成形精度。

電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡(jiǎn)稱EDM。

發(fā)明與發(fā)展

1943年，蘇聯(lián)學(xué)者拉扎連科夫婦研究發(fā)明電火花加工，之后隨著脈沖電源和控制系統(tǒng)的改進(jìn)，而迅速發(fā)展起來。最初使用的脈沖電源是簡(jiǎn)單的電阻-電容回路。50年代初，改進(jìn)為電阻-電感-電容等回路。同時(shí)，還采用脈沖發(fā)電機(jī)之類的所謂長脈沖電源，使蝕除效率提高，工具電極相對(duì)損耗降低。隨后又出現(xiàn)了大功率電子管，閘流管等高頻脈沖電源，使在同樣表面粗糙度條件下的生產(chǎn)率得以提高。60年代中期，出現(xiàn)了晶體管和可控硅脈沖電源，提高了能源效率和降低了工具電極損耗，并擴(kuò)大了粗精加工的可調(diào)范圍。到70年代，出現(xiàn)了高低壓復(fù)合脈沖、多回路脈沖、等幅脈沖和可調(diào)波形脈沖等電源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具電極損耗等方面又有了新的進(jìn)展。在控制系統(tǒng)方面，從最初簡(jiǎn)單地保持放電間隙，控制工具電極的進(jìn)退，逐步發(fā)展到利用微型計(jì)算機(jī)，對(duì)電參數(shù)和非電參數(shù)等各種因素進(jìn)行適時(shí)控制。進(jìn)行電火花加工時(shí)，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。通過間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進(jìn)給，當(dāng)兩電極間的間隙達(dá)到一定距離時(shí)，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。在放電的微細(xì)通道中瞬時(shí)集中大量的熱能，溫度可高達(dá)一萬攝氏度以上，壓力也有急劇變化，從而使這一點(diǎn)工作表面局部微量的金屬材料立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝，形成固體的金屬微粒，被工作液帶走。這時(shí)在工件表面上便留下一個(gè)微小的凹坑痕跡，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復(fù)絕緣狀態(tài)。緊接著，下一個(gè)脈沖電壓又在兩電極相對(duì)接近的另一點(diǎn)處擊穿，產(chǎn)生火花放電，重復(fù)上述過程。這樣，雖然每個(gè)脈沖放電蝕除的金屬量極少，但因每秒有成千上萬次脈沖放電作用，就能蝕除較多的金屬，具有一定的生產(chǎn)率。在保持工具電極與工件之間恒定放電間隙的條件下，一邊蝕除工件金屬，一邊使工具電極不斷地向工件進(jìn)給，最后便加工出與工具電極形狀相對(duì)應(yīng)的形狀來。因此，只要改變工具電極的形狀和工具電極與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式，就能加工出各種復(fù)雜的型面。工具電極常用導(dǎo)電性良好、熔點(diǎn)較高、易加工的耐電蝕材料，如銅、石墨、銅鎢合金和鉬等。在加工過程中，工具電極也有損耗，但小于工件金屬的蝕除量，甚至接近于無損耗。工作液作為放電介質(zhì)，在加工過程中還起著冷卻、排屑等作用。常用的工作液是粘度較低、閃點(diǎn)較高、性能穩(wěn)定的介質(zhì)，如煤油、去離子水和乳化液等

分類及使用說明

按照工具電極的形式及其與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特征，可將電火花加工方式分為五類：利用成型工具電極，相對(duì)工件作簡(jiǎn)單進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的電火花成形加工；利用軸向移動(dòng)的金屬絲作工具電極，工件按所需形狀和尺寸作軌跡運(yùn)動(dòng)，以切割導(dǎo)電材料的電火花線切割加工；利用金屬絲或成形導(dǎo)電磨輪作工具電極，進(jìn)行小孔磨削或成形磨削的電火花磨削；用于加工螺紋環(huán)規(guī)、螺紋塞規(guī)、齒輪等的電火花共軛回轉(zhuǎn)加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面強(qiáng)化等其他種類的加工。電火花加工能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復(fù)雜形狀工件；加工時(shí)無切削力；不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；工具電極材料無須比工件材料硬；直接使用電能加工，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；加工后表面產(chǎn)生變質(zhì)層，在某些應(yīng)用中須進(jìn)一步去除；工作液的凈化和加工中產(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩。電火花加工的主要用于加工具有復(fù)雜形狀的型孔和型腔的模具和零件；加工各種硬、脆材料，如硬質(zhì)合金和淬火鋼等；加工深細(xì)孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等；加工各種成形刀具、樣本和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。

電火花加工特點(diǎn) 1：電火花加工速度與表面質(zhì)量

模具在電火花機(jī)加工一般會(huì)采用粗、中、精分檔加工方式。粗加工采用大功率、低損耗的實(shí)現(xiàn)，而中、精加工電極相對(duì)損耗大，但一般情況下中、精加工余量較少，因此電極損耗也極小，可以通過加工尺寸控制進(jìn)行補(bǔ)償，或在不影響精度要求時(shí)予以忽略。

2：電火花碳渣與排渣

電火花機(jī)加工在產(chǎn)生碳渣和排除碳渣平衡的條件下才能順利進(jìn)行。實(shí)際中往往以犧牲加工速度去排除碳渣，例如在中、精加工時(shí)采用高電壓，大休止脈波等等。另一個(gè)影響排除碳渣的原因是加工面形狀復(fù)雜，使排屑路徑不暢通。唯有積極開創(chuàng)良好排除的條件，對(duì)癥的采取一些方法來積極處理。

3：電火花工件與電極相互損耗

電火花機(jī)放電脈波時(shí)間長，有利于降低電極損耗。電火花機(jī)粗加工一般采用長放電脈波和大電流放電，加工速度快電極損耗小。在精加工時(shí)，小電流放電必須減小放電脈波時(shí)間，這樣不僅加大了電極損耗，也大幅度降低了加工速度。

電火花加工是與機(jī)械加工完全不同的一種新工藝。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高脆性，高粘性和高純度等性能的新材料不斷出現(xiàn)。具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要求的工件越來越多，這就使得傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法不能加工或難于加工。因此，人們除了進(jìn)一步發(fā)展和完善機(jī)械加工法之外，還努力尋求新的加工方法。電火花加工法能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應(yīng)用中顯示出很多優(yōu)異性能，因此，得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用。

電火花加工的應(yīng)用

電火花加工主要用于模具生產(chǎn)中的型孔、型腔加工，已成為模具制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法，推動(dòng)了模具行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。電火花加工零件的數(shù)量在3000件以下時(shí)，比模具沖壓零件在經(jīng)濟(jì)上更加合理。按工藝過程中工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和用途不同，電火花加工可大體分為：電火花成形加工、電火花線切割加工、電火花磨削加工、電火花展成加工、非金屬電火花加工和電火花表面強(qiáng)化等。

（1）電火花成形加工 該方法是通過工具電極相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，將工件電極的形狀和尺寸復(fù)制在工件上，從而加工出所需要的零件。它包括電火花型腔加工和穿孔加工兩種。電火花型腔加工主要用于加工各類熱鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模和膠木膜的型腔。電火花穿孔加工主要用于型孔（圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔）、曲線孔（彎孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年來，為了解決小孔加工中電極截面小、易變形、孔的深徑比大、排屑困難等問題，在電火花穿孔加工中發(fā)展了高速小孔加工，取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。（2）電火花線切割加工 該方法是利用移動(dòng)的細(xì)金屬絲作工具電極，按預(yù)定的軌跡進(jìn)行脈沖放電切割。按金屬絲電極移動(dòng)的速度大小分為高速走絲和低速走絲線切割。我國普通采用高速走絲線切割，近年來正在發(fā)展低速走絲線切割，高速走絲時(shí)，金屬絲電極是直徑為φ0.02～φ0.3mm的高強(qiáng)度鉬絲，往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度為8～10m／s。低速走絲時(shí)，多采用銅絲，線電極以小于0.2m/s的速度作單方向低速運(yùn)動(dòng)。線切割時(shí)，電極絲不斷移動(dòng)，其損耗很小，因而加工精度較高。其平均加工精度可達(dá) 0.0lmm，大大高于電火花成形加工。表面粗糙度Ra值可達(dá)1.6 或更小。

國內(nèi)外數(shù)控電火花線切割都采用了不同水平的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電火花線切割數(shù)控化。目前電火花線切割廣泛用于加工各種沖裁模（沖孔和落料用）、樣板以及各種形狀復(fù)雜型孔、型面和窄縫等。