特种加工第6版教学课件作者白基成第二章电火花加工课件.pptx

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,第一节电火花加工的基本原理及分类第二节电火花加工机理第三节电火花加工中的一些基本规律第四节电火花加工用的脉冲电源第五节电火花加工的自动给调节系统第六节电火花加工机床第七节电火花穿孔成形加工,第二章电火花加工,工具与工件之间保持适当间隙自动进给调节系统火花放电必须是脉冲性放电采用脉冲电源在有一定绝缘性能的介质中放电液体绝缘介质,去除材料,一、电火花加工原理和设备组成两极之间火花放电电腐蚀创造条件：

第一节电火花加工的基本原理及分类,图2-2,电火花加工原理示意图,优点,适于难切削材料的加工硬质合金、淬火钢等加工复杂形状或特殊零件应用领域日益扩大,局限性,主要加工金属等导电材料加工速度较慢有电极损耗，影响加工精度,二、电火花加工的特点及应用,三、电火花加工工艺方法分类,第二节电火花加工的机理,电火花腐蚀的四个连续阶段：

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；电极材料的抛出；极间介质的消电离。

第二节电火花加工的机理,一、极间介质的电离、击穿，形成放电通道当脉冲电压施加于工具电极与工件之间时，两极之间立即形成一个电场。

电场强度与电压成正比，与距离成反比，随着极间电压的升高或是极间距离的减小，极间电场强度也将随着增大。

由于工具电极和工件的微观表面是凸凹不平的，极间距离又很小，因而极间电场强度是很不均匀的，两极间离得最近的突出点或尖端处的电场强度一般为最大。

当电场强度增大到一定数量时，介质被击穿，放电间隙电阻从绝缘状态迅速降低到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大值。

由于通道直径很小，所以通道中的电流密度很高。

间隙电压则由击穿电压迅速下降到火花维持电压（一般约为2030V），电流则由0上升到某一峰值电流。

第二节电火花加工的机理,二、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀极间介质一旦被电离、击穿，形成放电通道后，脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极，正离子奔向负极。

电能变成动能，动能通过碰撞又转变为热能。

于是在通道内正极和负极表面分别成为瞬时热源，达到很高的温度。

通道高温将工作液介质汽化，进而热裂分解汽化。

这些汽化后的工作液和金属蒸汽，瞬间体积猛增，在放电间隙内成为气泡，迅速热膨胀并具有爆炸的特性。

观察电火花加工过程，可以看到放电间隙间冒出气泡，工作液逐渐变黑，并听到轻微而清脆的爆炸声。

电火花加工主要靠热膨胀和局部微爆炸，使熔化、汽化了的电极材料抛出蚀除。

第二节电火花加工的机理,三、电极材料的抛出通道和正负极表面放电点瞬时高温使工作液汽化和金属材料熔化、汽化，热膨胀产生很高的瞬时压力。

通道中心的压力最高，使汽化了的气体不断向外膨胀，压力高处的熔融金属液体和蒸汽，就被排挤、抛出而进入工作液中。

由于表面张力和内聚力的作用，使抛出的材料具有最小的表面积，冷凝时凝聚成细小的圆球颗粒。

熔化和汽化了的金属在抛离电极表面时，向四处飞溅，除绝大部分抛入工作液中并收缩成小颗粒外，还有一小部分飞溅、镀覆、吸附在对面的电极表面上。

这种互相飞溅、镀覆以及吸附的现象，在某些条件下可以用来减少或补偿工具电极在加工过程中的损耗。

第二节电火花加工的机理,四、极间介质的消电离随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速降为零，但此后仍应有一段间隔时间，使间隙介质消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处介质的绝缘强度，以及降低电极表面温度等，以免下次总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，从而保证在两极间最近处或电阻率最小处形成下一次击穿放电通道。

上述步骤

（1）（4）在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行，即单个脉冲放电结束，经过一段时间间隔（即脉冲间隔）使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲又作用到工具电极和工件上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，蚀出另一个小凹坑。

这样以相当高的频率连续不断地放电，工件不断地被蚀除，故工件加工表面将由无数个相互重叠的小凹坑组成。

所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。

第三节电火花加工中的基本规律,一、影响材料放电腐蚀的主要因素1.极性效应在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。

即使是相同的材料，正、负电极的电蚀量也是不同的。

这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。

若两电极材料不同，则极性效应更加复杂。

工件负极负极性加工,精加工,短脉冲ti10s,粗加工,长脉冲ti80s,为充分利用极性效应，一般都采用单向脉冲电源,极性效应极性效应工件正极正极性加工,生产率工具损耗,第三节电火花加工中的基本规律,极性效应的影响因素：

在实际加工中，极性效应受到电极及电极材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等多种因素的影响，其中主要原因是脉冲宽度。

极性选择在电场的作用下，放电通道中的电子奔向正极，正离子奔向负极。

在窄脉宽度加工时，由于电子惯性小，运动灵活，大量的电子奔向正极，并轰击正极表面，使正极表面迅速熔化和气化；而正离子惯性大，运动缓慢，只有一小部分能够到达负极表面，而大量的正离子不能到达，因此电子的轰击作用大于正离子的轰击作用，正极的电蚀量大于负极的电蚀量，这时应采用正极性加工。

第三节电火花加工中的基本规律,2、电参数对电蚀量的影响电参数：

电压脉冲宽度ti电流脉冲宽度to脉冲间隔t0脉冲频率f峰值电流峰值电压极性WM生产率,第三节电火花加工中的基本规律,3.金属材料热学常数对电蚀量的影响,热学常数:

熔点、沸点、热导率、比热容、熔化热、气化热等,热能传散的途径：

金属液体升温至沸点熔融金,热传导工作液局部金属升温至熔点熔化材料属气化,金属蒸气升温成过热蒸气。

4.工作液对电蚀量的影响,工作液的主要特性:

介电性、密度、粘度工作液的作用绝缘、击穿放电及消电离压缩放电通道，能量集中气化产生局部高压，利于蚀物排除对工具、工件的冷却作用工作液种类煤油（精加工）、机油（粗加工）、煤油机油、皂化液、去离子水、酒精水溶液等。

选择：

精加工-煤油；粗加工机油,第三节电火花加工中的基本规律,5.影响电蚀量的一些其它因素加工过程的稳定性：

电极材料；加工面积和加工电流；电极材料熔化气化抛出速度；正极上碳黑膜的形成使正电极蚀除量减小（故需采用负极性加工）。

二、加工速度和工具损耗速度单位时间内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.加工速度采用体积加工速度来表示。

vw=V/t（mm3/min）也采用质量加工速度vm来表示，单位g/min,二、加工速度和工具损耗速度提高加工速度的途径：

提高脉冲频率；增加单个脉冲能量-加工速度工件质量；提高与电极材料、脉冲参数和工作液等有关的工艺系数。

二、加工速度和工具损耗速度2、工具相对损耗相对损耗（损耗比）vEvWvE-工具损耗速度；vw-体积加工速度,二、加工速度和工具损耗速度,降低工具电极损耗的途径：

正确选择极性和脉宽；利用吸附效应；利用传热效应；选择合适的电极材料,。

图中t为脉冲宽度，t为脉冲间隔，t为iop,脉冲周期，ui为脉冲峰值电压或空载电压,电火花加工常用电极材料的性能,三、影响加工精度的主要因素,影响加工精度的主要因素有放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定性。

尤其是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。

三、影响加工精度的主要因素,工具电极的损耗对尺寸精度和形状精度都有影响。

电火花穿孔加工时，电极可以贯穿型孔而补偿电极的损耗，型腔加工时则无法采用这一方法，精密型腔加工时可采用更换电极的方法。

影响电火花加工形状精度的因素还有“二次放电”。

二次放电是指侧面已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电，集中反映在加工深度方向产生斜度和加工棱角棱边变钝方面。

图2-9,电火花加工时的加工斜度,二次放电,加工斜度,电极损耗,棱角变钝,图2-10,电火花加工时尖角变圆,放电间隙的等距性,三、影响加工精度的主要因素,采用高频率窄脉宽精加工，放电间隙小，圆角半径可以明显的减小，因而提高了仿形精度，可以获得圆角半径小于0.01mm的尖棱，这对于加工精密小模数齿轮等冲模是很重要的。

目前，电火花加工的精度可达0.010.05mm左右。

四、电火花加工的表面质量,表面质量包括：

表面粗糙度、表面变质层、表面力学性能1.表面粗糙度RaWMRa表面质量相同WM：

工件熔点Ra表面质量,四、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，它被放电时瞬时高温熔化而又滞留下来，受工作液快速冷却而凝固。

对于碳钢来说，融化层在金相照片上呈现白色，故又称之为白层。

热影响层：

它介于融化层和基体之间。

热影响层的金属材料并没有熔化，只是受到高温的影响，使材料的金相组织发生了变化，它和基体材料之间并没有明显的限制。

显微裂纹：

电火花加工表面由于受到瞬时高温作用并迅速冷却收缩而产生拉应力，往往出现显微裂纹。

四、电火花加工的表面质量,3.表面力学性能显微硬度和耐磨性：

电火花加工后表面层的硬度一般均比较高，但对某些淬火钢，也可能稍低于基体硬度。

残余应力：

电火花加工表面存在着由于瞬时先热胀后冷缩作用而形成的残余应力，而且大部分表现为拉应力。

耐疲劳性能：

电火花加工表面存在着较大的拉应力，还可能存在显微裂纹，因此其耐磨性能大大低于机械加工表面。

第四节电火花加工的脉冲电源,一、对脉冲电源的要求及分类对电火花加工用脉冲电源总的要求：

有较高的加工速度工具电极损耗低加工过程稳定性好工艺范围广,第四节电火花加工的脉冲电源,一、对脉冲电源的要求及分类对电火花加工用脉冲电源的具体要求是：

1）所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或负半波很小，这样才能最大限度地利用极性效应，提高生产率和减少工具电极的损耗。

2）脉冲电压波形的前后沿应该较陡，这样才能减少电极间隙的变化及油污程度等对脉冲放电宽度和能量等参数的影响，使工艺过程较稳定。

因此一般常采用矩形波脉冲电源。

3）脉冲的主要参数，如峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔等应能在很宽的范围内调节，一满足粗、中、精加工的要求。

4）脉冲电源不仅要考虑工作稳定可靠、成本低、寿命长、操作维修方便和体积小等问题，还要考虑节省电能。

第四节电火花加工的脉冲电源,一、对脉冲电源的要求及分类,第四节电火花加工的脉冲电源,二、RC线路脉冲电源RC线路脉冲电源的最大优点：

1）结构简单，工作可靠，成本低。

2）在小功率时可以获得很窄的脉宽（小于0.1s）和很小的单个脉冲能量，可用作光整加工和精微加工。

RC线路脉冲电源主要用于小功率精微加工或简式电火花加工机床中。

第四节电火花加工的脉冲电源,二、RC线路脉冲电源RC线路脉冲电源的缺点是：

电能利用效率很低，计算证明最大不超过36%，因大部分电能经过电阻时转化为热能损失掉了，这在大功率加工时是很不经济的。

生产效率低，因为电容的充电时间比放电时间长50倍以上，脉冲间歇系数太大。

直流电源与放电间隙之间没有开关元件隔离，影响稳定性，此外还不能独立形成脉冲。

为了克服上述缺点，可采用改进型的晶体管控制的Tr-RC脉冲电源，其原理是用一大功率的晶体管Tr代替限流电阻。

第四节电火花加工的脉冲电源,三、晶体管式脉冲电源利用功率晶体管作为开关元件获得单向脉冲。

具有脉冲频率高，参数易调节，脉冲波形好，易实现多回路加工和自适应控制等自动化要求。

广泛用于中、小型脉冲电源,第四节电火花加工的脉冲电源,四、各种派生脉冲电源高低压复合脉冲电源多回路脉冲电源等脉冲电源高频分组脉冲和梳形波脉冲电源节能型脉冲电源自选加工规准电源和智能化、自适应控制电源,第五节电火花加工的自动进给调节系统,一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类自动进给调节系统的任务在于维持所需的“平均”放电间隙S,保证电火花加工正常进行，以获得较好的加工效果。

步进电机、伺服电机系统放电间隙、蚀除速度