电火花加工资料

电火花成型

工技术基础 电火花加工又称放电加工（EDM ),是一种直接利用

能进行加工的新工艺。电火花加工与金属切削加工的原理完全不同， 在加工过程中，工具和I件之间并不接触，而是靠工具和工件之间不 断 的脉冲性火花放电，产生局部、瞬时的高温把金属材料逐步熔化和 气化 蚀除掉。由于放电过程中可见到火花，故我国称之为电火花加工， 曰本、 英国、美国称之为放电加工，俄罗斯称之为电蚀加工.目前这 一工艺技术 已广泛用于加工淬火钢、硬质合金等难加工材料及模具制 造业。己成为 切

削加工的重要补充和发展。

1-1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、 负电极泛间脉冲性放 电时的电腐蚀现象来去除多余的金属材料，以达 到对零件的尺寸、m 状及表面质量预定的加工要求。电腐蚀现象很早就

被人们发现，如緬 头或电器幵关在幵、闭时有时会产生火花而把接 触面烧熔。丨:佾纪 40年代舫苏联科学家拉扎连柯夫妇幵始研究并研 制出第台电火花 加工装置。 ?电火花加1:的原押如围所

1一自动进给调节装置2—脉冲电源3—工具电极 4~工作液5—工件工作台7—过滤器8~工作液泵 工件5与 工具电极3分别与脉冲电源2的两个不同极性输出端相 连接， 自动进给调解装置1使工件和电极间保持相当的放电间隙。两 极间加上脉冲电压后，在间隙最小处或绝缘强度最低处将工作 液介质 击穿，形成放电火花。放电通道中等离子瞬时高温使工件 和电极都被 蚀除一小部分材料，使各自形成一个微小的放电小 坑（如图a)。脉 冲放电结束后，经过一段时间间隔，使工作液 恢复绝缘，下一个脉冲 电压又加在两极上，同样进行另一个循

基于上述原理，进行电火花加工应具备\F列条件:

环，形成另一个小凹坑。当这 种过程以相当高的频率《复进行 时，工具电极不断的调整与工件的相 对位置，加工出所需要的 零件。所以，从微观上看，加工表面是由很 多个脉冲放电小坑 组成。（如图b)

(1 )在脉冲放电点必须有足够能量的高频脉冲电源能够金属局部 熔化和气化。

电极和工件表面之间必须保持一定的放电间隙大小由加工条 件而 定，通常为几微米至几百微米。间隙过大极间电压不能击穿极间 介质，不能产生火花放电：间隙过小，容易形成短路，也不能正 常放电。

放电必须是短时间的脉冲性放电。一般放电时间为IPs? lms。这 样才能使放电时产生的热量来不及在被加工材料内部扩散， 从而

把能量作用局限在很小的范围内，保持火花放电的冷极特性? 电火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如 煤油、机油、皂化液或去离子水等。以有利于产生脉冲性的火 花放电。

1-2电火花加工的特点及应用

电火花加工与金厲切削加工不同，在加工过程中，工具和工件不 接触，而是直接利用电能和热能来去除金厲，己成为常规切削、 磨削 加工的重要补充，相对机械切削加工而言，电火花如工具 有以下一雙

特点：a>脉冲放电的能域密度高.便f?加丨特殊WM和蜒鈇形状 的丨:件《 不受材料的硬度的影响，小受热处押状况的影响。

基于上述原理，进行电火花加工应具备\F列条件:

脉冲放电时间极短?放电时产生的热最传导范闱小，材料受热 处理 影响范_小*

C)加I:时，丨拽电极和材料不接触，两者之间宏观作用力极小* 工 具电极材料不需要比工件材料硬度高^

d)直接利用电能加工，便于实现加工过程的自动化。 电火花加工同时也具有一定的局限性，具体是：

只能加工金属等导电材料。但最近研究表明，在一定条件下也 可 以加工半导体和聚晶金刚石等非导体超硬材料。

加工速度一般较慢存在电极损耗。由于电火花加工靠电、热来蚀除 金属，电极也 会在受损耗，影响加工精度。最小角部半径有限制。 一般电火花加工能得到的最小角半径等 于加工间隙。 2、电火花加工的应用

由于电火花加工有其独特的优越性，再加上数控水平和工艺技 术 的不断提高，其应用领域日益扩大。目前已广泛应用于机械、宇航、 航空、电子、仪器、汽车、轻工等行业。用以解决各种难加工材料、 复杂形状零件和有特殊要求的零件制造，成为常规切削、磨削加工 的重要补充和发展。 特别是在模具制造中应用鎩广：

(1) (2)

度零件加如某些高硬度横 具或定特别高的滑块等。

彻腔尖角部位加工。一些模具的型腔常存在尖角部位》常规 加工刀

具无法加工到位，

横具h的筋加〗:?箏件1??的加强筋或敝热片在横具t:则是深而窄 的槽.这种深榷用机加工方法很阐难.用电火花则可顒利加工成型.

深腔部位加工。型腔过深，刀具过长没有足够的刚性，此时 可以 用电火花进行加工，小孔加工。各种圆形小孔、异形孔可用电火花 加工表面处理。如刻制文字、花纹，对金属表面的渗碳和涂覆特殊 材料的电火花强化等。

三、电火花成型加工机床的结构和组成 近年来电火花发展很快， 种类很多，不同企业生产的电火花机床 也有所差异。上图所示为 一种典型的电火花加工机床，主要包括机床主体、电源箱、工作液 循环过滤系统等几个部分组成。

二、机床主体：主要由床身、立柱、主轴头、X作台等组成

1、床身和立柱：为机床基础，立柱与纵横托板安在床身上，变速箱 位于立柱顶部，主轴头安装在立柱的导轨上。要求床身和立柱有足 够的刚度以防震动和变形保证加工精度。

2、工作台：用于装夹工件，可作纵横运动。工作台上装有工作液箱。 3、主轴头：主轴头是电火花成型机床的关键部件，它的结构由伺服 进给机构、导向和防扭机构、辅助机构三部分组成。主轴头的质量 直接影响加工工艺指标，如生产率、精度和表面粗糙度等。要求主 轴头：有足够的刚度及精度；有足够的进给和回升速度：主轴头直线 性和扭转性好：灵敏度高无爬行，等性能。

目前，普遍采用步进电动机、直流电动机或交流伺服电动机作进给驱 动的主轴头。

4、主轴头和工作台的主要附件可调节工具电极角度的夹头

夹在主轴头下的I:具电极，加工前需要调W到与工件1:件 基准面垂

直或?定的角度，通常采用球面铰链来实现平动头

平动头楚-个能使装在其1.的电极产生向外机械扑偿动作 的r. 艺附件，它在电火花成?加工采用单电极如工#腔时*可以补偿 上卜两个加丄规准之间的放电间麻达到表面修光* 甲动头的动作原押进|利用鴒心机构将伺脤电机的旋转运绕其原始位置在水平面内作小圆周运动，许多小圆的外包络线就 形成了加工表面。平动头由偏心机构和平动轨迹保持机构两部分 组成。

(3)油杯油杯是实现工作液冲油或抽油强迫循环的一个主要附件， 其侧壁和底边上冲油或抽油孔，电蚀产物在放电间隙通过冲油和 抽油排出。

二、电火花加工机床的伺服进给系统在电火花加工过程中，电极和 工件必须保持一定间隙， 由于放电间隙很小且与加工面积、速度

等有关。所以，进给 速度是不等速的，人工无法控制，必须采用 伺服进给系统 伺服进给系统的组成 比较环节

动通过平动轨迹保持机构，转化成电极h的每一个质点都能围

1、调节对象：是电极和丨:件的放电间隙S.

2、通过测蹶与放电间隙成比例关系的电参数来间推反映放电间* 的 大小?

3、比较环节：把测缳到的倌号与给定值的信吋进行比较

来控制加工过程*

4、放大驱动器：放大测量到信号。

5、执行环节：用各种伺服电机根据测量信号及时调节电极进给量

以保持合适的放电间隙。

三、数控电火花机床的数控系统

控制X、Y、Z、C轴运动，与其他数控机床的数控系统基本类似， 在此不作介绍。

四、工作液循环过滤系统

电火花机床的工作夜循环过滤系统包括工作液泵、容器、过滤器及 管道等。使工作液强迫循环，来达到保持工作液清洁和排出 电蚀

物及热量的目的。

四、电火花成型加工的脉冲电源 电火花加工机床的脉冲电源是整个 设备的重要组成部分*作用是 把普通的220V或380V、50Hz交流电转 变成-定频率范围，具有 定输出功率的单项脉冲电，提供电火花成型 所霈要的放电能置来蚀除 金属。脉冲电源的技术性能的好坏，卩【 接影响电火花成形加工的各项 工艺指标，如加工精度、加T:速度、 电极损耗等。

?般情况下脉冲电源有以卜'要求： 、能输出系列脉冲，

、毎个脉冲应具备’定的能最，波形要合适’脉冲电彤轜值、电流峰值、脉宽和间隔度要满足加工要求。

(3)、工作稳定可靠，不受外界干扰。常用的脉冲电源有：RC线

路脉冲电源、电子管式和闸流管式脉冲 电源、晶体管式和晶闸管 式脉冲电源。

五、电火花成型加工工艺参数 本节主要介绍电火花加工电参数对 加工精度、加工速度表面粗糙 度等影响。电参数主要有： 1、脉冲宽度Ton,又称持续放电时间。 2、脉冲间隔Toff方法，又称放电停歇时间

3、脉冲峰值电流Ip,正常放电时的脉冲电流幅值。 4、脉冲峰值电压。

5、脉宽峰值比，即Ton/Ip

其中脉冲宽度、脉冲间隔脉和冲峰值电流对加工影响最大。一般情 况下，其他参数不变增大脉冲宽度Ton将减少电极损耗表面粗糙度 变差，生产率提高，稳定性会好一些。脉冲间隔对加工稳定性影响最

大，Toff越大稳定性越好.增大峰值电流丨p可提离生产率，改善结 构稳定性，但粗糙度差，间隙增大，电极损耗增加，表面变质层壜厚. 脉宽峰值比是衡暈电极损耗的承要依据，能作低损耗加工的脉冲电 源必须输出较大的Ton脉冲.下面简攀介绍电火花加工中的表面相糙 度、加精度、加工速度及影响闵素， 1、表面粗糙度

表面粗糙度与电参数之间的关系如下： 表面粗糙度随脉冲宽度增大而增大。 表面粗糙度随峰值电流增大而增大

为了提高表面粗糙度必须减小脉冲宽度和峰值电流。

脉宽较大时，峰值电流对表面粗糙度影响较大；脉宽较小时, 脉宽 队表面粗糙度影较大。因此在粗加工时，提高生产率以增大脉宽和

减小间隔为主，精加工时一般以减小脉宽来降低表面粗糙度。 此外，表面粗糙度还受工件材料、电极材料、击穿电压和工作液 等因素的影响。 2、电火花加工精度

影响加工精度的因素主要有以下几点：

、放电间隙的大小及其一致性：放电间隙越大精度越差，粗加工 时一般为0.5mm，精加工时可达0.01mm.

、电极损耗：电极损耗大精度差，精度要求高时一般 采用多个电 极加工。电极本身的加工精度也很重要。

、二次放电：加工屑末在通过法定间隙时形成“桥”，造成二次放 电使间隙扩大。

、热影响：包括机床、工件、电极受工作液升温引起的热变形。

此外，装夹定位、电极夹持部分刚性、乎动刚性和精度、冲油压 力，电极运动精度等都良接关系到加丨梢度。 加X速度^单位时间内I:件的电蚀量称为加】速度。可、增大脉冲峰值电流、脉冲宽度可提高加工速度。 、提高脉冲频率即缩小脉冲间隔从而提高加工速度。

、合理电极材料、电参数和工作液，改善工作液循环过滤方法以提高 脉冲利用率，通过结构六、电火花成型加工的工具电极稳定性以及 控制异常放电等。

六、电火花成型加工的工具电极在电火花加工中，电极是作为工 具来使用的，它用以蚀除工件材料。它不同于机加工的刀具或线 切割的电极丝，它不是通用的，而是 专用工具，需要安装工件的 材料、形状及加工要求进行电极材料选择、 设计、加工?

用重貴或体积来表示。提高加工速度的方法有:

1、电极材料：电火花加工电极损耗越小越好，所以电极材料应具 2、备导电性能好、损耗小、造型容易、结构稳定、效率高、材料来 3、源丰富、价格便宜等特点。常用电极材料有：

4、石墨石墨电极密度小、易加工?般采用机加.1:成形?也可采用 5、加压振动或烧结成形。石驪电极的加丨稳定性较好，在粗加1 6、或窄脉宽的輜加丨:时损耗很小。缺点是容杨发生电弧烧伤?在 7、精加 时损耗比紫钢人，故适用于较大嘲腔成人脉冲、大电流、 8、相加丨-中。

(2),纯铜纯铜须是尤杂成的电解制最?好经过供打押利报耗大。镉 电极用机加丨制作?也可来用放电液丨丨、形、电锌、锻嫌馨方法? 纯 懶电极加丄件能好?尤其加丄嫌定件，_

用重貴或体积来表示。提高加工速度的方法有:

铜电极个扬烧弧成桥裱?生产中成州最广

C3>.锔柯合金与银玲合金 从理论上讲，妈是金厲中最好的电极材 料，它的强度和硬度高、密度大熔点近3400*0,损耗小。这两种合 金由于含钨高，所以在加工中电极损耗小，机加工成形也较容易。 缺点是价格较贵。

、钢在冲模加工时可以采用“钢打钢”的方法。常用的材料有 T8A、T10A、Crl2、GCrl5>硬质合金等。钢电极加工稳定性较差， 损耗一般。

2、电极的设计、制造电火花加工时电极设计很注意应针对模具形 状的复杂程度、工件与电极材质、加工时的电参数等确定电极的 结构和各部分尺寸。电极的加工主要根据电极的材料、数量及精 度要求来选择，常用的方法有：

(1〉、机械切削加工适用于石墼、铜等。

>电火花线切割截面形状复杂的电极，但很难加工石墨电极。 、压力振动加工适于世纪末电极加工。 、电铸法适于纯铜电极加I。 、液压放电成形也适于纯铜电极加工?

电极设计和制造时成考虑电极的装夹与找iH填准面。电极与电极 柄的连接必须外:固，结合间f輳光沾。H电极还曲注意M；方向性? 影响电极损粍的W素柯《 (1)脉宽Ton和峰值电流Ip

Ip ?定时Ton越人电极徇耗越小I Ton .定时丨P緘人損耗越人? (2)极件效殉

加工中即时正负极材料相同，两者的电蚀量也不相同，这种现象

称为极性效应。工件接正极称“正极性加工”；工件接负极则

称“负极 性加工”。极性效应影响因素如图：

吸附效应工作液为煤油等碳氢化合物时，在电极表面会形成吸附

层，称“碳黑层”对电极有一定的保护作用〃

电极材料从大到小：黄铜、纯铜、铸铁、钢、石墨铜钨合金、 银 钨合金，纯铜是连续脉冲加工的最好材料

七电火花工作液电火花加工必须在有-定绝缘性能的液体介质中进 行，该液体介 质通常称为电火花工作液。 U电火花工作液的作用

在脉冲间隔火花放电结束后，尽快恢复放电间隔的绝缘状态， 以便 下一个脉冲电/K冉次形成火花放电.

排出电蚀物。使电蚀物从放电间隙中排_出去，避免放电间障严重污 染，导致放电点不分散而形成有害的电弧放电，

冷却工具电极和降低工件表面瞬时放电产生和局部高温，否則表面 会因为局部过热而产生积碳、烧伤并形成电弧放电。

工作液还可以压缩火花放电通道，增加通道中被压缩气体、等离子体 的膨胀及爆炸力，以抛出更多熔化和气化了的金属，增加蚀除 量。 粘度、密度愈大此项作用愈强。 2、电火花工作液的种类

(1)煤油。我国过去普遍使用煤油作为工作液，新煤油的电阻率为 10 (6次方）而且比较稳定。粘度、密度、表面张力等也符合要求。 缺点 是闪火点低（46*C左右）易导致火灾，易挥发，且加工中分解有害 气体。

(2)水基及一般矿物油型。第一代产品，水基工作液仅局隕于电 火花

高速穿孔加工等少数类型使用，而以煤油为代表的矿物油也逐渐 被专用的矿物型火花油所代替。 合成哦的火花工作液?

20世纪80年代开始有了合成甩油H 是指

iH构烷烃和异构烷烃。由于不加酚类抗氧刑，故色白透亮、无异 味.缺点足不含芳烃，加丨速度较慢。

高速合成喂电火花丄作液?迮合成切的鸚础丨??加入聚】嫌等类似 添加剂.8在提高加1:效串。（tl本、纗L、德国等>

快速成逭(Rapid PitMotyping——RP)ft术厲F机械丨W学科特种 加丨? 1:艺的笵鹦.使用激 先作为婕_的快速成想技术还可 以责人激光加工『丨类*快速成印技术T* 20 At纪80 年代后期兴 起.起源r美a.席很俠发展《!日本、两欧和中0.它是一項多学

科交叉多技术 集成的先进_途技术，也是制迪理论研究成果中具 有代表性的成果之一?

快速成揪技术的产生S科予技术的迅逋发餍紧密相关，M如害能 技术，恃感技术、倌息技 术与结构科学的交叉正在产生智能纳抅 科学：激光技术、计算机轜助设计等为快速成荦的产 生莫定r技 术基雄.另一方面.经济的发展和社会的进步提升了人们对衡技术 、新产品的期 望和剩进企业对市场霱求变化的反庥能力.在这样 的背录卜快速成瓚技术痄达两生.

1-2快速成楚技术的贩琿 %统地讲.RP^T?堆积成形，严格地讲RP 痄该厲T离ft/堆积成形.它挺由：维模印 ?技#动的快速任意复杂 形状燦物爾实体的技木总称，真笔本过枳是：《宄设计出所 霱零 件的计算机维複窄，然C裉据丨艺要求，按照定的规橡将该校V离 敗为系刊有序 的单元.通常AZ匈将其按一定厚《进彳j离*U习 憤称力分层成切片> ,把琢来的二嫌模妒 变成一系列的IE片：冉

根褫每个层片的?麻倌息，_入tar参数，fi动生成数控代科；Mr; 由成形系统成形系”砧片并CJ动轉它们耽接起来，得到 个维实体.teffi所不.

快遑成形的丨艺过相，

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