第四章 电火花加工(修改)

精密与特种加工技术

第四章 电火花加工 教学提示：电火花加工是一种电、热能加工 方法。本章研究电火花加工的机理及基本工 艺规律，并介绍了电火花加工的应用。 教学要求：本章对学生的要求是：熟悉电火 花加工的原理和基本工艺规律，能够借助工 艺手册正确选用各种参数；熟悉电火花加工 机床的类型及工艺范围，能对不同的加工要 求，选择合适的加工机床。2013-8-10 1

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4.1 概

述

4.1.1 基本概念 电火花加工又称放电加工(简称EDM),其加工过程 与传统的机械加工完全不同。电火花加工是一种电、热能加 工方法。加工时，工件与加工所用的工具为极性不同的电极 对，电极对之间多充满工作液，主要起恢复电极间的绝缘状 态及带走放电时产生的热量的作用，以维持电火花加工的持 续放电。在正常电火花加工过程中，电极与工件并不接触， 而是保持一定的距离(称作间隙),在工件与电极间施加一 定的脉冲电压，当电极向工件进给至某一距离时，两极间的 m Ra Ra 工作液介质被击穿，局部产生火花放电，放电产生的瞬时高 m 温将电极对的表面材料熔化甚至汽化，使材料表面形成电腐 蚀的坑穴。如适当控制这一过程，就能准确地加工出所需的 工件形状。在放电过程中常伴有火花，故称作电火花加工。 2013-8-10 2 日、美、英等国通常称作放电加工。

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4.1.2 电火花加工的特点 在电火花加工过程中，工件的加工性能 主要取决于其材料的导电性及热学特性 (如熔点、沸点、比热容及电阻率等),而 与工件材料的力学特性(硬度、强度等)几 乎无关。另外加工时的宏观力，远小于传统 切削加工时的切削力，所以在加工相同规格 的尺寸时，电火花机床的刚度和主轴驱动功 率要求比机械切削机床低得多。 由于电火花加工时工件材料是靠一个个 火花放电予以蚀除的，加工速度相对切削加 工而言是很低的，所以，从提高生产率、降 低成本考虑，一般情况下凡能采用切削加工 工艺时，就尽可能不要采用电火花加工工艺。2013-8-10 3

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归纳起来，电火花加工具有如下特点。 (1)适用于无法采用刀具切削或切削加工十分困难的 场合，如航天、航空领域的众多发动机零件、蜂窝密 封结构件、深窄槽及狭缝等加工，特别适宜于加工弱 刚度、薄壁工件的复杂外形，异形孔以及形状复杂的 型腔模具，弯曲孔等。 (2)加工时，工具电极与工件并不直接接触，两者之 间宏观作用力极小，工具电极不须比工件材料硬，因 此工具电极制造容易。 (3)直接利用电能进行加工，因此易于实现加工过程 的自动控制及实现无人化操作；并可减少机械加工工

序，加工周期短，劳动强度低，使用维护方便。 (4)由于火花放电时工件与电极均会被蚀除，因此电 极的损耗对加工形状及尺寸精度的影响比切削加工时 刀具的影响要大。电火花成形加工时电极损耗的影响 又比线切割加工时大，这点在选择加工方式时应予以 充分考虑。2013-8-10 4

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4.1.3 发展概况

20世纪40年代后期，前苏联科学家鲍· 拉扎连 科针对插头或电器开关在闭合与断开时经常发生电火 花烧蚀这一现象，经过反复的试验研究，他终于发明 了电火花加工技术，把对人类有害的电火花烧蚀转化 为对人类有益的一种全新工艺方法。20世纪50年 代初研制出电火花加工装置：采用双继电器作控制元 件，控制主轴头电机的正、反转，达到调节电极与工 件间隙的目的。这台装置只能加工出简单形状的工件， 自动化程度很低。我国是国际上开展电火花加工技术 研究较早的国家之一，由中国科学院电工所牵头，到 20世纪50年代后期也先后研制了电火花穿孔机床 和线切割机床。一些先进工业国，如瑞士、日本也加 入电火花加工技术研究行列，使电火花加工工艺在世 界范围取得巨大的发展，应用范围日益广泛。2013-8-10 5

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我国电火花成形机床经历了双机差动式主轴头，电液压 主轴头，力矩电机或步进电机主轴头，直流伺服电机主轴头， 交流伺服电机主轴头，到直线电机主轴头的发展历程；控制 系统也由单轴简易数控逐步发展到对双轴、三轴联动乃至更 多轴的联动控制；脉冲电源也以最初的RC弛张式电源，及 脉冲发电机，逐步推出电子管电源，闸流管电源，晶体管电 源，晶闸管电源及RC、RLC电源复合的脉冲电源。成形 机床的机械部分也以滑动导轨、滑动丝杠副逐步发展为滑动 贴塑导轨、滚珠导轨、直线滚动导轨及滚珠丝杠副，机床的 机械精度达到了微米级，最佳加工表面粗糙度已由最初的R a32μm提高到目前的Ra0.02μm,从而使电火花成形加工步 入镜面、精密加工技术领域，与国际先进水平的差距逐步缩 小。 电火花成形加工的应用范围从单纯的穿孔加工冷冲模具、 取出折断的丝锥与钻头，逐步扩展到加工汽车、拖拉机零件 的锻模、压铸模及注塑模具，近几年又大踏步跨进精密微细 加工技术领域，为航空、航天及电子、交通、无线电通讯等 领域解决了切削加工无法胜任的一大批零部件的加工难题。 例如心血管的支架、陀螺仪中的平衡支架、精密传感器探头、 微型机器人用的直径仅1mm的电机转子等的加工。2013-8-10 6

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4.1.4 应用前景伴随现代制造技术的快速发展，传统切削加工工艺也有 了长足的进步：四

轴、五轴甚至更多轴的数控加工中心先后 面世，其主轴最高转速已高达(7~8)×105r/min。机床的 精度与刚度也大大提高，再配上精密超硬材料刀具，切削加 工的加工范围，加工速度与精度均有了大幅提高。 面对现代制造业的快速发展，电火花加工技术在 “一特 二精”方面具有独特的优势。“一特”即特殊材料加工(例 如硬质合金、聚晶金刚石以及其它新研制的难切削材料), 在这一领域，切削加工难以完成，是电加工的最佳研究开发 领域。“二精”是精密模具及精密微细加工。 随着计算机技术的快速发展，将以往的成功工艺经验进 行归纳总结，建立数据库，开发出专家系统，使电火花成形 加工及线切割加工的控制水平及自动化、智能化程度大大提 高。新型脉冲电源的不断研究开发。使电极损耗大幅降低， 再辅以低能耗新型电极材料的研究开发，有望将电火花成形 加工的成形精度及线切割加工的尺寸精度再提高一个数量级， 达到亚微米级，则电火花加工技术在精密微细加工领域可进 一步扩大其应用范围。2013-8-10 7

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4.2 电火花加工的机理4.2.1 电火花加工的基本原理 电火花加工的原理是基于工具和工件 (正、负电极)之间脉冲性火花放电时的电腐 蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺 寸、形状及表面质量预定的加工要求。研究结 果表明，电火花腐蚀的主要原因是：电火花放 电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高 的温度，足以使任何金属材料局部熔化、气化 而被蚀除掉，形成放电凹坑。要利用电腐蚀现 象对金属材料进行尺寸加工应具备以下条件：

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(1)必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持 一定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定，通常约 为几微米至几百微米。如果间隙过大，极间电压不能 击穿极间介质，因而不会产生火花放电；如果间隙过 小，很容易形成短路接触，同样也不能产生火花放电。 为此，在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动 进给和调节装置，使和工件保持某一放电间隙。 (2)两极之间应充入有一定绝缘性能的 …… 此处隐藏：4125字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……