电火花成型加工教案

电火花成型加工教案（精选6篇）

电火花成型加工教案 篇1

2.1 电火花加工原理和特点

一、原理

电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～0.05mm）。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（10～107W／mm），放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。

从上看出，进行电火花加工必须具备三个条件：必须采用脉冲电源；必须采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙；火花放电必须在具有一定绝缘强度（10～107Ω ·m）的液体介质中进行。

二、电火花常用基本符号

1、放电间隙：放电间隙指加工时工具和工件之间产生火花放电的一层距离间隙。在加工过程中，则称为加工间隙S，它的大小一般在0.01-0.5mm之间，粗加工时间隙较大，精加工时则较小。加工间隙又可分为端面间隙SF 和侧面间隙SL

2、脉冲宽度ti（μs）：脉冲宽度简称脉宽，它是加到工具和工件上放电间隙两端的电压脉冲的持续时间（见图）为了防止电弧烧伤，电火花加工只能用断断续续的脉冲电压波。粗加工可用较大的脉宽ti>100μs，精加工时只能用较少的脉宽ti<50μs。

3、脉冲间隔to(μs)：脉冲间隔简称脉间或间隔，也称脉冲停歇时间。它是两个电压脉冲之间的间隔时间。间隔时间过短，放电间隙来不及消电离和恢复绝缘，容易产生电弧放电，烧伤工具和工件；脉间选得过长，将降低加工生产率。加工面积、加工深度较大时，脉间也应稍大。

4、开路电压或峰值电压：开路电压是间隙开路时电极间的最高电压，等于电源的直流电压。峰值电压高时，放电间隙大，生产率高，但成型复制精度稍差。

5、火花维持电压：火花维持电压是每次火花击穿后，在放电间隙上火花放电时的维持电压，一般在25V左右，但它实际是一个高频振荡的电压。电弧的维持电压比火花的维持电压低5V左右，高频振荡频率很低，一般示波器上观察不到高频成分，观察到的是一水平亮线。过渡电弧的维持电压则介于火花和电弧之间。

6、加工电压或间隙平均电压U（V）

加工电压或间隙平均电压是指加工时电压表上指示的放电间隙两端的平均电压，它是多个开路电压、火花放电维持电压、短路和脉冲间隔等零电压的平均值。在正常加工时，加工电压在30-50V，它与占空比、预置进给量等有关。占空比大、欠进给、欠跟踪、间隙偏开路，则加工电压偏大；占空比小、过跟踪或预置进给量小（间隙偏短路），加工电压即偏小。

7、加工电流I（A）

加工电流是加工时电流表上指示的流过放电间隙的平均电流。精加工时小，粗加工时大；间隙偏开路时小，间隙合理或偏短路时则大。

8、短路电流Is（A）

短路电流是放电间隙短路时（或人为短路时）电流表上指示的平均电流（因为短路时还有停歇时间内无电流）。它比正常加工时的平均电流要大20-40%。

9、峰值电流Ie（A）

峰值电流是间隙火花放电时脉冲电流的最大值（瞬时），日本、英国、美国常用Ie表示，虽然峰值电流不易直接测量，但它是实际影响生产率、表面粗糙度等指标的重要参数。在设计制造脉冲电源时，每一功率放大管串联限流电阻后的峰值电流是预先选择计算好的。为了安全，每个50W的大功率晶体管选定的峰值电流约为2-3A，电源说明书中也有说明，可以按此选定粗、中、精加工时的峰值电流（实际上是选定用几个功率管进行加工）。

10、放电状态

放电状态指电火花加工时放电间隙内每一脉冲放电时的基本状态。一般分为五种放电状态和脉冲类型

第一、开路（空载脉冲）放电间隙没有击穿，间隙上有大于50V的电压，但间隙内没有电流流过，为空载状态（td=ti）。

第二、火花放电（工作脉冲，或称有效脉冲）

间隙内绝缘性能良好，工作液介质击穿后能有效地抛出、蚀除金属。波形特点是：电压上有td，te和Ie波形上有高频振荡的小锯齿波形。

第三、短路（短路脉冲）

放电间隙直接短路相接，这是由于伺服进给系统瞬时进给过多或放电间隙中有电蚀产物搭接所致。间隙短路时电流较大，但间隙两端的电压很小，没有蚀除加工作用。

第四、电弧放电（稳定电弧放电）

由于排屑不良，放电点集中在某一局部而不分散，局部热量积累，温度升高，恶性循环，此时火花放电就成为电弧放电，由于放电点固定在某一点或某局部，因此称为稳定电弧，常使电极表面结炭、烧伤。波形特点是td和高频振荡的小锯齿波基本消失。

第五、过渡电弧放电（不稳定电弧放电，或称不稳定火花放电）

过渡电弧放电是正常火花放电与稳定电弧放电的过渡状态，是稳定电弧放电的前兆。波形特点是击穿延时td很小或接近于零，仅成为一尖刺，电压电流波上的高频分量变低成为稀疏和锯齿形。早期检测出过渡电弧放电，对防止电弧烧伤有很大意义。

以上各种放电状态在实际加工中是交替、概率性地出现的（与加工规准和进给量、冲油、间隙污染等有关），甚至在一次单脉冲放电过程中，也可能交替出现两种以上的放电状态。

11、加工速度Vw或VW（mm/min），vm或Vm（g/min）

加工速度是单位时间（min）内从工件上蚀除加工下来的金属体积（mm;），以质量（g）计算时用vm或Vm表示，也称加工生产率。大功率电源粗加工时vW>500mm/min，但电火花精加工时，通常vw<20mm/min。

12、相对损耗或损耗比（损耗率）θ（%）

相对损耗或损耗比是工具电极损耗速度和工件加工速度之比值，并以此来综合合衡量工具电极的耐损耗程度和加工性能。

13、面积效应：面积效应指电火花加工时，随加工面积大小变化而加工速度、电极损耗比和加工稳定性等指标随之变化的现象。一般加工面积过大或过小时，工艺指标通常降

333

3低，这是由“电流密度”过小或过大引起的。

14、深度效应：随着加工深度增加而加工速度和稳定性降低的现象称深度效应。主要是电蚀产物积聚、排屑不良所引起的

三、电火花加工特点

1：电火花加工速度与表面质量 模具在电火花机加工一般会采用粗、中、精分档加工方式。粗加工采用大功率、低损耗的实现，而中、精加工电极相对损耗大，但一般情况下中、精加工余量较少，因此电极损耗也极小，可以通过加工尺寸控制进行补偿，或在不影响精度要求时予以忽略。

2：电火花碳渣与排渣 电火花机加工在产生碳渣和排除碳渣平衡的条件下才能顺利进行。实际中往往以牺牲加工速度去排除碳渣，例如在中、精加工时采用高电压，大休止脉波等等。另一个影响排除碳渣的原因是加工面形状复杂，使排屑路径不畅通。唯有积极开创良好排除的条件，对症的采取一些方法来积极处理。

3：电火花工件与电极相互损耗 电火花机放电脉波时间长，有利于降低电极损耗。电火花机粗加工一般采用长放电脉波和大电流放电，加工速度快电极损耗小。在精加工时，小电流放电必须减小放电脉波时间，这样不仅加大了电极损耗，也大幅度降低了加工速度。

2.2 电火花成型加工的基本规律

一、加工条件

1）、工具电极和工件电极之间必须加以60V—300V的脉冲电压，同时还需维持合理的距离——放电间隙。大于放电间隙，介质不能被击穿，无法形成火花放电；小于放电间隙，会导致积炭，甚至发生电弧放电，无法继续加工。

2）、两极间必须充满介质。电火花成形加工一般为火花液或煤油，线切割一般为去离子水或乳化液。

3）、输送到两极间脉冲能量应足够大。即放电通道要有很大的电流密度（一般为10—10A/cm）。492 4 4）、放电必须是短时间的脉冲放电。一般为1μs — 1ms。这样才能使放电产生的热量来不及扩散，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。

5）、脉冲放电需要多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的，避免发生局部烧伤。

6）、脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外，使重复性放电顺利进行。

二、影响加工因素

1、极性效应

2、覆盖效应

3、二次放电

4、加工速度

5、火花放电通道

6、工具电极损耗

7、放电间隙

8、放电产物排除

2.3 电火花加工设备

数控电火花成型加工机床由于功能的差异，导致在布局和外观上有很大的不同，但其基本组成是一样的，都由脉冲电源、数控装置、工作液循环系统、伺服进给系统、基础部件等组成。

主轴头：主轴头是电火花成型加工机床的一个关键部件，由伺服进给机构、导向和防扭机构、辅助机构三部分组成，控制工件与工具电极之间的放电间隙。

一、对主轴头的要求

主轴头的好坏直接影响加工的工艺指标，因此主轴头应具备以下条件：

1、有一定的轴向和侧向刚度及精度；

2、有足够的进给和回升速度；

3、主轴运动的直线性和防扭转性能好；

4、灵敏度要高，无爬行现象；

5、不同的机床要具备合理的承载电极的能力。

二、主轴头运动控制方式

1、电液伺服进给

2、步进电机伺服进给

3、直（交）流伺服进给

进给装置：火花放电加工是一种无切削力不接触的加工手段，要保证加工继续，就必须始终保持一定的放电间隙S。这个间隙必须在一定的范围内，间隙过大就不能击穿放电介质，过小则容易短路。因此，电极的进给速度 Vd 必须大于电腐蚀的速度 Vw，如图 7-4 所示。同时，电极还要频繁的靠近和离开工件，以便于排渣，而这种运动是无法用手动来控制的，故必须由伺服系统来自动控制电极的的运动。

自动进给调节系统就是用来改变、调节进给速度，使进给速度接近并等于电腐蚀速度，维持一定的放电间隙，使放电加工稳定进行，获得比较好的加工效果。

工作液循环过滤装置：

如图 7-5 所示，电火花成型加工用的工作液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，其中 a）、b）为冲油式，c）、d）为抽油式。冲油是把经过过滤的清洁工作液经液压泵加压，强迫冲入电极与工件之间的放电间隙里，将放电蚀除的电蚀产物随同工作液一起从放电间隙中排除，以达到稳定加工。在加工时，冲油的压力可根据不同工件和几何形状及加工的深度随时改变，一般压力选在 0～200KPa 之间。对不通孔加工，）所示，从图中可看出采用冲油的方法循环效果比抽油更简单，特别在型腔加工中大都采用这种方式，可以改善加工的稳定性。

下图为工作液循环系统油路图，它既能冲油又能抽油。其工作过程是：储油箱的工作液首先经过粗过滤器

1、单向阀 2 吸入液压泵 3，这时高压油经过不同形式的精过滤器 7 输向机床工作液槽，溢流安全阀 5 控制系统的压力不超过 400KPa，快速进油控制阀 10 供快速进油用，待油注满油箱时，可及时调节冲油选择阀 13，由阀 9 来控制工作液循环方式及压力，当阀 13 在冲油位置时，补油冲油都不通，这时油杯中油的压力由阀 9 控制。当阀 13 在抽油位置时，补油和抽油两路都通，这时压力工作液穿过射流抽吸管 12，利用流体速度产生负压，达到实现抽油的目的。

工作液循环过滤装置的过滤对象主要是金属粉屑和高温分解出来的碳黑，其过滤方式和点

脉冲电源：

一、作用

电火花成型加工用脉冲电源的原理及作用与电火花线切割相同。

二、分类

1、按其作用原理和所用的主要元件、脉冲波形等可分为多种类型，见表 7-3。

2、按功能可分为等电压脉宽(等频率)、等电流脉宽脉冲电源，以及模拟量、数字量、微机控制、适应控制、智能化等脉冲电源。

工作台与工作液箱：工作台主要用来支承和装夹工件。在实际加工中，通过转动纵向丝杠来改变电极和工件的相对位置。工作台上装有工作液箱，用来容纳工作液，使电极和工件浸泡在工作液中，起到冷却和排屑的作用。

2.4 电火花加工技术的发展

电火花成型加工教案 篇2

1 电火花加工技术

1.1 电火花加工原理

脉冲发生器l是利用电容器C的充电放电, 把直流电转变为脉冲电流, 电流经过限流电阻R逐渐充集储存在电容器C上。电容器上的电压逐渐升高, 当它升高到足以使工具电极3和工件4之间的电极间隙火花放电击穿时, 电容器上储存的绝大部分能量在电极间隙内瞬时放出, 达到很高的电流密度, 产生极高的温度 (10000℃左右) , 足以使局部表面熔化和气化, 形成凹坑。电容器止的电能瞬时放完后, 工具电极和工件间的绝缘介质立即恢复绝缘状态, 从而把放电电路切断, 这时又经过电阻重新充电, 如此循环不已。上述过程由电火花成型加工设备综合实现。

2 电火花成型加工工艺分析

2.1 实验准备及介绍

仪器设备:MM7120A精密卧轴矩台平面磨床、ELID镜面磨削高频脉冲电源

实验材料:金刚石砂轮、工具电极

2.2 电火花整形加工工艺实验

由于电火花整形过程中, 砂轮与工具电极不接触, 砂轮不受修整力作用, 从而避免了接触式修整时出现的振颤现象, 因此可以达到很高的整形精度。其加工示意图如图2所示。

实验目的:利用电火花整形技术来修整金刚石砂轮, 使砂轮与电极的廓形想匹配。最后使用这样的砂轮去磨削工件, 得到与电极相似形状的工件。

2.3 数据分析及分析

在实验的初始阶段, 采用低电压 (120V) 和微量进给进行加工。在进给率方面, 经过实验证明在初始加工阶段采用1/4格 (每格为10μm) 的进给速度是最佳的。同一占空比 (4:4) 下不同的进量对电流的影响:当进给量为1/4格时电流相对较稳定在一数值范围内, 这样加工过程稳定。故加工初始阶段采用每次1/4格的进给。每一次进给, 电流都会出现一个最大值, 当电流恢复到一个稳定状态时, 并在这个数值的上下波动时, 可以进行下一次的进给。考虑到效率问题, 实验证明采用高电压时电流很大, 而且很不稳定, 电流的波动较大。当保持同一进给率 (1/4格) 时, 当占空比为4:1时效率最高。

随着电火花加工的进行, 砂轮表面被逐渐的蚀除, 在加工深度进行到1.2个毫米左右时, 熔化层的面积较大。这个时候火花放电稳定, 电火花呈斜线状, 效果比较好, 这个时候可以考虑加大电压到160V进行加工, 相应的进给量也可以适当的增大到1/3-1/2格。当给量为1/3~1/2格时电流较稳定, 波动不大。在加工中期的稳定阶段采用每次1/3~1/2格的进给速度。当进给为1/2格时的加工效率最高、耗费时间最少。

进行到加工后期时, 为了保证砂轮的表面精度, 要采用精加工, 大概每次进给1/5格左右。占空比为为1:4, 电压为120V, 每进给一次观察电火花现象, 就是让电火花放电进行的更充分, 达到精加工的效果。

整形完成后的电极图片如图3所示:

实验结束后考虑到测量砂轮和电极的廓形, 用MATLAB软件进行图形处理得到了砂轮和电极的廓形。如图4所示:

3 结论

论电火花加工-毕业论文 篇3





传统的机械加工已有很久的历史，它对人类的生产和物质文明起了极大的作用,但是随着科学技术和生产发展的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门要求尖端科学技术产品向高精度、高强度、高速度、高温、高压、大功率和小型化等方向发展,它们要求机械制造部门解决各种难加工材料（如硬质合金、高强度合金、耐热钢、硬韧表面涂层、陶瓷及金刚石等）的加工；解决各种特殊复杂表面（如涡轮机叶片、模具型腔、喷丝头的小孔窄缝等）的加工；解决各种具有特殊要求的零件（如高精度的薄壁零件、弹性元件等）的加工等一系列问题。这些问题仅靠传统加工方法是很难解决的,有些甚至是无法实现的。因而产生了电火花加工,它具有切削加工不具有的特点：1)不是主要依靠机械能,而是主要用其他能量(如电化学、光、声、热等)去除金属材料；2)工具硬度可以低于被加工材料的硬度；3)加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力，正因为电火花加工具有的这种特点，所以电火花加工得到了广泛的应用。下面我要详细介绍一下电火花加工。

大家都知道,当两个不同极性的带电电极靠近到一定距离（几个微米到几十微米），其间隙中的绝缘就会被破坏，而出现蓝白色的火花，这种现象称为火花放电。电火花现象在日常生活中经常可以看到，例如在插头或电器开关触点断开时，往往出现火花放电而将接触部分熔化,腐蚀而损坏，这种现象称为电腐蚀。利用这种电腐蚀现象作为一种加工方法，就称为“电火花加工”。但要将这种现象作用于尺寸加工，还必须创造条件来解决下列问题：

1.在脉冲放电必须有足够大的能量密度，使金属局部熔化和气化，并为使能量集中，通常在绝缘液体介质中进行。

2.放电形式应是脉冲的，脉宽一般为0.1-3000us,使脉冲放电使产生的绝大部分热量来不及从极微小的局部加工区扩散到非加工区。

3.必须把加工过程中所产生的电蚀产物及余热等从微小的电极间隙中排除出去，否则加工将无法正常地连续进行。

4.在每次脉冲放电之间的脉冲间隔内，电极间的介质必须来得及消电离，使下一个脉冲能在两极间另一“相对最靠近点”处击穿放电，以避免总是在同一点上放电而形成稳定电弧，从而使工件的形状尺寸逐点无限趋近于工具电极的形状尺寸。

上述问题的综合解决是通过电火花加工设备来实现的。目前电火花加工设备已非常先进，且类型较多，如电火花成形加工机床、电火花线切割加工机床等，但电火花加工机床主要由脉冲电源、机床本体、工作液循环过滤系统、间隙自动调节器四大部分组成。

脉冲电源的作用是把工频交流电流转换成一定的单向脉冲电流，以供给电极放电间隙所须要的能量来蚀除金属。脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工精度、加工过程的稳定性和工具电极损耗等技术经济指标有很大的影响，是电火花加工机床的心脏，应给予足够的重视。脉冲电源应满足以下工艺要求：

1.有较高的加工速度。不但要在粗加工时有较高的加速度，在精加工时也应有较高的加工速度

2.工具电极损耗低。粗加工时应实现电极低损耗，中、精加工时也要使电极损耗尽可能低。

3.加工过程稳定性好。在给定的各种脉冲参数下能保持稳定加工，抗干扰能力强、不易产生电弧放电、可靠性高、操作方便。

4.工艺范围广。不仅能适应粗、中、精加工的要求，而且要适应不同的工件材料的加工，以及采用不同工具电极材料进行加工的要求。

脉冲电源要都满足上述各项要求是困难的，一般说来，为了满足这些总的要求，还有些具体要求：(1).所产生的脉冲应是单向的，没有负半波或负半波很小，这样一来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，这样才能减少点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可以调节，以满足粗、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问题，还要考虑节省电能。

机床主体用来夹固工件和工具，实现工件与工具之间的精确的相对运动。包括床身、工作台、立柱、主轴头等。电火花加工虽没有机械切削力，但为了保证加工精度，机床的机械传动件和支承件应有一定的刚度，一般不作强度验算，当使用大型机床加工大型工件时，需从采料和结构方面充分考虑机床的刚性。床身工作台面与立柱导轨面间应有一定的垂直度要求，还应有较好的精度保持性，这就要求导轨具有良好的耐磨性和充分消除采料内应力等。

工作液循环过滤系统包括工作液箱、电动机、泵、过滤装臵、工作液槽、油杯、管道、阀门以及测量仪表等。放电间隙中的电蚀产物除了靠自然扩散、定期抬刀以及使工具电极附加振动等排除外，常采用强迫循环的办法加以排除，以免间隙中电蚀产物过多，引起已加工过的侧表面间“二次放电”，影响加工精度，此外也可带走一部分热量。工作液应有一定的介电能力，教好的冷却、洗涤、防锈、灭弧及游离性能、无毒等。成形加工常用的工作液有煤油、锭子油及其混合油，也可用去离子水或其他水质工作液。工作液会越用越脏，必须加以净化、过滤，否则将影响加工性能。具体做法有：自然沉淀法，但是这种方法速度太慢，周期太长，只用于单件小用量或精微加工；介质过滤法，此法常用黄沙、木屑、棉纱头、过滤纸、硅藻土、活性碳等为过滤介质。这些介质各有优缺点，但对中小型工件、加工用量不大时，一般都能满足过滤要求，可就地取材，因地制宜。其中以过滤纸效率较高，性能较好，已有专用纸过滤装臵生产供应；高压静电过滤、离心过滤法等，这些方法技术上比较复杂，采用较少。目前生产上应用的循环系统形式很多，常用的工作液循环过滤系统应可以冲油，也可以抽油，目前国内已有多家专业工厂生产工作过滤循环装臵。

间隙自动调节器的脉冲放电必须在一定的间隙下才能产生，两极间短路或断路（间隙过大）都不可能产生，并且，放电间隙的大小对电蚀效果有一最佳值，加工中应将放电间隙控制在最佳间隙附近。但随着电火花加工的进行，工件和工具电极表面不断被蚀除，放电间隙逐渐增大，因此，在加工过程中必须使工具电极不断向工件靠拢；当电极间短路时，工具电极必须迅速离开工件，而后重新调整到合理间隙；当加工条件变化时，引起实际放电间隙的变化，工具电极的进给也随之作出相应的反应。显然，采用手动调节是无法满足要求的。为此，需采用自动调节器控制安装工具电极的主轴头，以自动调整工具电极的进给，经常自动方维持工具电极与工件之间的合理间隙。间隙自动调节器常用的传动方式有两种：电机传动方式和液压传动方式。液压传动方式的刚性好，灵敏度高，在电火光成形机床中应用较普遍。电火光加工是靠局部电热效应实现加工的，其主要特点有：

1.加工时无显著切削力，适于加工小孔、薄壁、窄槽及各种复杂的形孔、型腔和曲线孔等，也适于精密微细加工；不受加工材料硬度的限制，可以加工任何硬、脆、软的导电材料。2.当脉冲电源的脉冲宽度不大时，对整个工件而言，几乎不受热影响。因此，工件的热影响层很薄，有利于提高表面质量，也可加工热敏感性很强的材料。

3.脉冲参数可以任意调节，加工中只要更换工具电极或采用阶梯形工具电极，就可以在同一台机床上通过改变规准连续进行粗、半精和精加工。精加工的尺寸精度可达0.01mm，表面粗糙度为0.8um；微精加工的尺寸精度可达0.002-0.004mm，表面粗糙度为 0.1-0.05um。

4.由于直接使用电能加工，便于实现加工的自动化。

5.电火花加工的速度、精度、表面粗糙度及工具电极的损耗等与许多因素有关，包括脉冲电源的脉冲宽度、单个脉冲容量、电极的极性、电极的材料、工作液成份及排屑条件等等。并且，降低表面粗糙度与提高加工速度是相互矛盾的，通常降低一级表面粗糙度，加工速度要成倍甚至数十倍地下降，尤其在精加工时更为明显。因此，加工时，要根据被加工零件的材质和工艺要求进行综合考虑，合理地选择上述各项参数和加工条件。

虽然电火花加工有很多的优点，但它也有它的局限性： 1.主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可加工半导体材料。

2.一般加工速度较慢，因此通常安排工艺时多采用切削来去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率，但最近已有新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率可不亚于切削加工。3.存在电极损耗，由于电极损耗多集中在尖角或底慢，影响成型精度，但近年来粗加工已能将电极相对损耗比例降到目前为0.1%以下，甚至更小。

火花放电时，电极表面的金属材料究竟是怎样被蚀除下来的呢？这一微观的物理过程即所谓电火花加工的机理，也就是电火花加工的物理本质。了解这一微观过程，有助于掌握电火花加工的基本规律，才能对脉冲电源、进给装臵、机床设备等提出合理要求，从大量实验资料来看，每次电火花腐蚀的微观过程是电场力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶化学等综合作用的过程，这一过程大致可分为以下四个连续的阶段：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，气体化膨胀；电极材料的抛出；极间介质的消电离。

1.极间介质的电离,击穿形成放电通道,液体介质中不可避免地含 有某种杂质(如金属微粒、碳粒子、胶体粒子等)，也有一些自由电子,使介质呈现一定的电导率,在电场作用下,这些杂质将使极间电场更不均匀,当阴极表面某处的电场强度增加到105v/mm即100v/um 左右时,就会产生电场电子发射,由阴极表面向阳极逸出电子,在电场作用下负电子高速向阳极运动并撞击工作液介质中的分子或中性原子,产生碰撞电离，形成带负电的粒子和带正电的粒子，导致带电粒子学崩式增多，使介质击穿形成放电通道。放电通道是由数量大体相等的带正电(正离子)和带负电(电子)以及中性粒子(原子或分子)组成等离子体。2.介质热分解,电极材料熔化,气体热膨胀,极间介质一旦被击穿,电离,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成热能,于是在通道内,正极和负极表面分别成为瞬时热源,分别达到很高的温度熔化材料。

3.电极材料的抛出,由于高温使金属熔化,汽化,产生高压把金属杂质排入工作液。通道和正负极表面放电点瞬时高温使工作液气化和金属材料熔化、气化、热膨胀产生很高的瞬时压力。通道中心的压力最高，使气化了的气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的“气泡”，气泡上下、内外的瞬时压力并不相等，压力高处的容熔金属液体和蒸气，就被排挤、抛出而进入工作液中。实际上金属材料的抛出过程远比上述的要复杂。放电过程中工作液不断气化，正极受电子撞击、负极受离子撞击，电极材料不断熔化，气泡不断扩大。当放电结束后，气泡温度不再升高，但由于液体介质惯性作用使气泡继续扩展，致使气泡内压力急剧下降，甚至降到大气压以下，形成局部真空，使在高压下溶解在熔化和过热材料中的气体析出，以及材料本身在低压下再沸腾。由于压力的骤降，使熔融金属材料及其蒸气从小坑中再次爆沸飞溅而被抛出。总之，材料的抛出是热爆炸力、电动力、流体动力等综合作用的结果，对这一复杂的抛出机理的认识还在不断深化中。

4.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,标志一次脉冲放电结束,但此后仍应有一段间隔时间使间隙消电离,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间隙介质的绝缘强度,以免总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电,这样可以保证按两极相对最近处或电阻率最小处形成下一次击穿放电通道。

电火花加工中还有一些基本规律。在加工过程中，材料被放电腐蚀的规律是十分复杂的综合性问题，研究影响材料放电腐蚀的因素，对于应用电火花加工方法，提高电火花加工的生产率，降低工具电极的损耗是极为重要的。

放电蚀除时，阳极和阴极表面分别受到电子和离子的轰击即瞬时热源的作用，因此它们都遭到电蚀除，但阴阳两极的电蚀除量是不一样的，这种两极蚀除量不一样的现象称为极性效应。一般认为电子的质量小，在短时间内可获得较大的速度，但由于加速度大，即使放电时间很短，大量电子也能达到阴极表面而进行轰击。离子的质量大，加速度小，如放电时间短，部分离子就来不及达到并轰击阳极表面，所以在放电时间短时，离子对阴极的轰击程度不如电子对阳极的轰击。但当放电时间达到一定程度时，离子也有足够的时间到达阴极面，并可获得较大的速度，加上它的质量大，因而离子对阴极的轰击程度远远大于电子对阳极的轰击。阴阳两极的蚀除量不仅与放电时间或脉冲宽度有关，而且还与电极材料及单个脉冲能量等因素有关。在电火花加工过程中极性效应愈显著愈好，必须充分利用极性效应，合理选择加工极性，以提高加工速度及减少工具电极的损耗。在习惯上，通常把工件接正极称为正极性加工，工件接负极的加工称为负极性加工。研究表明，在电火花加工过程中无论正极或负极，都存在单个脉冲的电蚀量与单个脉冲能量在一定范围内成正比的关系。某一段时间内的总蚀除量约等于这段时间内各单个有效脉冲除量总和，故正、负极的金属材料热学常数对电蚀量也有一定的影响。所谓的热学常数是指熔点、沸点、热导率、比热容、熔化热、气化热等。

在电火花加工过程中，工作液的作用是：形成火花击穿放电通道，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；帮助电蚀产物的抛出和排除；对工件、工具的冷却作用；因而对电蚀量也有较大的影响。

影响电蚀量的还有其他一些因素，如加工过程的稳定性、加工面积的大小、电极材料、电极材料瞬时熔化或气化而抛出，这些都对电蚀量有一定影响。

影响加工精度的因素很多，除电火花加工机床的机械结构，机械传动以及装夹定位的误差外，影响精度的主要因素有下述几方面：

恒定的侧向间隙可以不影响加工精度，但在加工过程中，有关参数不可避免地要发生变化，特别排屑条件及放电间隙中的电蚀产物浓度的变化，导致各处二次放电机会不同，造成侧向间隙的不均匀，形成斜度和不圆度。提高脉冲峰值电压和增大单个脉冲能量都会导致侧向间隙的增大，粗加工时，因脉冲电流大，脉宽大，所以侧面间隙也大；精加工时，侧面间隙较小。

工具电极的损耗直接影响加工精度，损耗愈小，加工精度愈高。由于尖端部分电场强度大而出现尖端放电现象，因此尖角和棱边的工具电极损耗比较大，故影响仿形精度。脉冲电压虽高，以及单个脉冲能量愈大，影响就愈大。

电火花加工的表面质量主要包括表面粗糙度、表面变质层和表面力学性能三部分。表面粗糙度主要决定于单个脉冲能量，单个脉冲能量愈大，粗糙度愈低。电火花加工后的工件表面，是脉冲放电时所形成的大量凹穴的重叠结果；电火花加工后，工件表面的物理、化学和机械能有所变化，变化层的深度与工件材料及电参数有关。单个脉冲能量愈大及脉冲宽度愈宽变化层愈深。未经淬火的钢材在电火花加工后表面有淬火现象，硬度高而耐磨。淬火经电火花加工后，表面出现二次淬火层和热影响层。由于电参数、冷却条件及材料的原来热处理不同，表面硬度有时降低，有时有不同程度的提高；加工硬质合金和金属陶瓷等硬脆材料，容易产生表面裂纹。工件材料愈脆，单个脉冲能量愈大，脉冲宽度愈宽愈容易产生裂纹。反之，则不易产生裂纹。根据不同的工件材料，合理地选择脉冲参数及工艺过程，可以妥善解决电火花加工中的表面裂纹问题。

最后我将简单介绍一下电火花加工的工艺方法、分类及应用范围。工艺方法有电火花成形加工和电火花线切割加工。电火花成形加工又分为穿孔和型腔加工两大类：穿孔是电火花加工中应用最广的一种，常用来加工冷冲模、拉丝模、喷嘴、喷丝孔等；型腔加工是对锻模、压铸模、挤压模、胶木和塑料压模等型腔加工及整体式叶轮、叶片等曲面零件的加工。线切割加工是利用一根运动着的细金属丝（直径从0.02-0.3mm的钼丝或黄铜丝）作工具电极，并在金属丝与工件间通以脉冲电流，使工件产生电蚀而进行切割加工。

由于生产发展的需要，除上述两种方法外，先后出现了许多形式的电火花加工方法，主要有：电火花磨削、电火花铣削和电火花共轭回转加工等诸多方法，可用于加工精度及表面粗糙度要求较高的小孔、外圆和小模数滚刀等。利用工具电极和工件在气体介质中进行放电的办法来强化刀具、量具和模具的刃口，还可以在各种金属工具和产品上打印标记和图形。多孔加工，用许多黄铜丝组成的刷子电极，一次可加工数万个小孔。次外，还扩展到对半导体材料和非导体材料的加工，如加工锗、硅、金刚石及各种人造宝石等。

利用电火花加工比传统加工方法更加先进，这足以看出电火花加工的优越性。

电火花成型加工教案 篇4

在电火花加工过程中，工作液是放电加工的介质，电火花工作液的主要作用是维持工具电极与工件之间适当的绝缘强度，压缩放电通道，使放电能量集中到极小的区域内，排除放电间隙中的产物，使电极与工件及时冷却，此外工作液的分解产物对电极产生镀覆作用，有利于降低电极的损耗。工作液对加工工艺指标的影响很大，对加工效率、加工精度、表面粗糙度以及工作环境等都有很重要的影响。

煤油具有较高的绝缘强度、低的粘度和良好的流动性，因而自电火花加工技术问世以来就一直是电火花成型加工常用的工作液，但是煤油的闪点低、挥发性大、臭味大、安全性差，易引起火灾事故，并且在加工过程中容易产生碳的粘附，消耗了放电能量，降低了加工效果，而且当加工面积较大时，在煤油中不易进行稳定加工，得不到很好的加工表面。和煤油相比，水基工作液具有成本低、不易燃、不污染环境等优点，是一种具有发展前途的电火花加工工作液。目前国内外很多学者集中于蒸馏水或蒸馏水中添加一定的添加剂作为电火花加工工作液的研究，取得了良好的效果，但是基本上都集中于微细电火花加工，并且蒸馏水作为电火花加工工作液时容易锈蚀机床和工件。

过去，乳化油作为冷却液，广泛应用于电火花线切割加工，由于乳化液的介电性能较差在加工过程中会产生电解，消耗放电能量，降低了击穿电压和放电爆炸力，加工效率较低，而且传统的乳化油是油性工作液，长期使用，会发黑发臭，对人体和环境都会造成污染。

火花放电加工机安全操作规程 篇5

1．总则

1.1操作火花放电加工机的工作人员，要经过学习，熟悉、了解并掌握机床的结构性能及操作方法，才可独立操作机床。

1.2正确使用机床的安全保险装置，不许任何拆卸。

1.3认真执行公司的各项安全规章制度，保持工作场地清洁、畅通。2．工作前的注意事项

2.1对机床的液压系统，防护保险及润滑、电气作全面检查机床不能带病工作。2.2检查工作液系统过滤器的滤芯，确保工作液能自动保持一定的清洁度。2.3核对加工电极跟加工图面是否一致。2.4检查电极加工间隙是否符合加工要求。3．工作中的注意事项

3.1随时检查磁盘吸力是否有效，工件是否吸牢、防止加工中物件松动。3.2加工电极的装夹与校正必须保证电极进给加工方向垂直于工作台平面。3.3要先调节好进给冷却油量，确认合理冲油方位，再放电进得加工。

3.4保证加在加工工件或加工电极上的脉冲电源输出的电压脉冲波形是单向的。3.5确认足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属正常蚀化。3.6加工时应按加工规定调节好放电参数，防止异常现象发生。3.7放电加工中，不要同时触碰电极跟机床，以免触电。

3.8放电加工中，避免人体或其他物件挤压工作台周边，影响加工精度。3.9禁止用湿手、污手按开关或接触计算机操作键盘等设备。

3.10随时检查加工状况，谨防积碳、液面低、液温高、着火，损坏工件及加工设备。3.11一切加工工具、工件不得放置于机床面上。3.12加工过程中，工作人员不得擅自离岗。4．工作后的注意事项

4.1工作结束后，打扫机床及周围卫生，清洁工作台面上的油污，工作台移至中间位置。4.2关闭机床电源开关。

电火花成型加工教案 篇6

电火花加工技术是特种加工技术中最重要的部分之一。在模具型面加工中, 电火花加工机床虽然受到高速铣削的挑战, 但高速铣削适合于加工浅型腔、型面过渡较为平滑的型腔, 在大中型型腔的加工中, 高速铣削具有一定的优势, 但对于具有深槽窄缝的型腔, 具有内清角的型腔、棱边清晰的型腔、微细、复杂、精密的型腔、深型腔 (L/D≥5) , 则是数控电火花加工的特长。在大中型型腔模中, 深槽窄缝、R<0.3mm的内清角、清晰的棱边、局部微细、复杂、精密的型腔等都大量存在, 高速铣削后仍有大量的加工需要数控电火花加工去完成。

1 机床机械系统功能分析

电火花机床设计的第一步是对机床进行功能分析。机床是比较复杂的机械产品, 难以直接求得满足总功能的功能原理方案。因此必须采用系统分解的原则进行功能分解, 将总功能分解为多个功能元, 再分别对这些较简单的功能元求解, 最后综合成一个对总功能求解的功能原理方案。精密电火花成型机床主要由工业计算机 (IPC) 、伺服控制系统、脉冲电源、工作液循环系统等组成。机床本体的机械系统功能主要包括三部分:动力功能、执行功能和结构功能。其中, 动力功能为系统的运行提供必要的能量;执行功能主要指伺服运动, 完成特性的运动方式定位、加工操作等;而系统各要素组合起来, 进行空间配置、形成一个统一的整体, 并保证系统工作中的强度和刚度, 则应由结构功能来实现。

由于科技的快速发展, 完成某种功能的功能载体常常会有多种选择, 具体选择哪一种, 需要根据预期的功能目标及设备的现实状况而定。机床的X、Y、Z三轴采用交流伺服电机直接驱动滚珠丝杠的形式, C轴直接由交流电机驱动旋转。X、Y、Z三个坐标导轨采用滚动导轨, 这样设计驱动力矩大、灵敏度高、伺服性能好、加工稳定、定位精度高。常用电火花成型机床Z轴伺服进给系统的工作原理图。交流伺服电机通过制动器、离合器安装在滚珠丝杠上, 滚珠丝杠与主轴头上的螺母配合。主轴箱移动采用精密直线动导轨副。强电接通时, 制动器放松, 电机可带滚珠丝杠旋转, 带动主轴头上下移动。当强电关闭时, 制动器锁住丝杠, 防止主轴头因自重掉下来。

2 确定总体布局

电火花机床设计的第二步是确定总体布局方案。机床是由部件装配而成的, 每个部件在机床中占有一定的位置。选择机床的形式, 分配运动以及安排各部件等在整个机床系统中的位置, 即机床的总体布局。机床的总体布局是保证实现机床工艺方案的基础, 也是部件和零件的设计依据, 对整个机床设计的影响较大。

机床总体布局设计的一般步骤是, 先根据工艺分析, 分配机床部件的运动, 不同的工艺方法所要求的机床运动的类别和数目是不一样的。因此, 在分析工艺的同时, 还必须分析机床上的运动。然后, 选择传动形式和支承形式, 并拟订从布局上改善机床性能和技术经济指标的措施, 比如为增强机床的刚性, 设计机床支承形式;为使机床的移动轴具有更快的移动速度而尽量在传动形式上减轻该轴移动部件的质量和运动惯量等等。电火花成型加工机床结构有多种形式, 常用的结构主要有立柱式、龙门式和牛头式。

立柱式布置的优点是:结构简单, 制造容易, 具有较好的精度和刚性, 操作者可以从前、.左、右三面充分靠近工作台。缺点是:装卸工件不方便, 每次安装、检测工件都必须开门放油, 然后再关门上油, 操作较复杂, 容易漏油。立柱式结构较适合中、小型机床, 国内机床大部分采用此种结构形式。龙门式布置的优点是:机床刚性好, 精度高, 稳定性好。缺点是:制造成本高, 操作不太方便, 占地面积大。龙门式结构适合大、中型机床采用。

牛头滑枕式机床, 这种结构形式类似金属切削机床中的牛头刨床工作台固定不动或实现X方向移动, 主轴头通过滑枕实现Y方向移动或X、Y方向移动, 主轴头也可以实现Z向进给运动和旋转运动。优点是:装卸、检测工件十分方便, 此结构为设计、安装可升降式工作液槽提供方便;当可升降工作液槽降下时, 工件完全暴露出来, 可以方便地对工件进行安装、检测, 完毕后只需要将工作液槽升起即可重新加工, 提高了工作效率。缺点是:结构较复杂, 制造成本较高, 刚性不如龙门式结构。

机床要求加工过程中能够实现X、Y方向的快速定位以及两轴联动加工, 机床采用龙门式结构。电火花机床整个系统由机未本体、脉冲电源及控制柜和工作液循环系统三部分组成。

1) 机床本体的结构:机床本体由底座、龙门、工作台、主轴部件等组成。主轴部件可在龙门横梁上沿X方向移动, 龙门在工作台上可做Y方向移动, 主轴头则可以实观Z向进给运动和旋转运动。

2) 加工成型运动系统:龙门运动采用滚动导轨导向、交流伺服电机驱动, 滚珠丝杠传动。主轴进给运动采用直线滚动导轨导向, 交流伺服驱动, 滚珠丝杠传动。采用此种龙门式结构设计具有以下优点: (1) 工作台固定, 龙门和主轴箱相对工作台作伺服运动, 驱动质量小, 运动轻便灵活。 (2) 工作台固定, 加工过程中工件不动, 机床的运动不受工件重量的影响, 有利于提高工件加工精度和表面质量。 (3) 工作台固定, 加工中不会引起工作液晃动, 有利于加工过程稳定。

3 主轴箱的支承结构

龙门式机床主轴箱的支承结构, 主轴箱与溜板联接, 溜板通过两根直线滚动导轨支承在龙门上, X轴的伺服电机固定在龙门上, 通过同步带驱动X轴滚珠丝杠转动, 从而驱动主轴箱沿龙门作X方向的运动。其中, 主轴箱里C轴组件结构主要由电机、编码器、齿轮箱、驱动轴、近程开关、原始点脉冲作动器、电刷板组件和冲液密封组件组成等。龙门是本电火花机床主轴部件的基础支承结构件, 它的力学性能好坏将直接影响到机床主轴的加工精度。

参考文献

[1]狄士春, 于滨, 赵万生, 等.国外电火花线切割加工技术最新进展[J].电加工与模具, 2003 (3) .

[2]汤文成, 易红, 幸研.加工中心床身结构分析[J].机械强度, 1998 (1) .