精密加工技术_电火花加工现状与发展

精密加工技术_电火花加工现状与发展（精选7篇）

精密加工技术_电火花加工现状与发展篇1

电火花加工现状与发展

张杰

（上海理工大学机械工程学院，上海）

摘要：首先简要地说明了电火花加工的原理、特点、分类和其在机械制造领域内的应用，继而详细地论述了近年来电火花加工的国内外研究现状，最后通过对一些资料的查阅对电火花加工的发展方向以及进一步深入研究时所需要注意的问题进行了初步的探讨。关键词：电火花加工，电火花成形加工，电火花线切割加工，发展现状，发展方向

Present Situation and Development of EDM

ZhangJie（School of Mechanical Engineering ,University of Shanghai for Science and

Technology,Shanghai）

Abstract : The principles ,features ,classifications of EDM and its applications in the fields of mechanical manufacturing are briefly stated, and then the research at home and abroad are presented in detail.Finally ,by the reference of several documents, some problems in need of a further investigation are proposed.Key words :EDM, Electric spark forming, wire-cut electrical discharge machining，present situation, future direction.1.概述

电火花加工是特种加工的一种。早在前苏联，拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。

1.1电火花加工原理

电火花加工现状与发展

进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。

其工作原理图如下：

1.2电火花加工特点

电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现，具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，电火花加工的特点概括如下：

（1）直接利用电脑进行加工，便于实现自动化，适于特殊材料和复杂形状的加工。脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。

（2）适用的材料范围广。脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围较小，可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料。

（3）工具电极制造容易。加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极校工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。

（4）可以再同一台机床连续进行粗，半精及精加工。脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。

1.3电火花加工分类

按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同,大致可分为电火花成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类。前五类属电火花成形、尺寸加工，是用于改变零件形状或尺寸的加工方法；后者则属表面加工方法，用于改善或改变零件表面性质。以上方法中以电火花成形加工和电火花线切割应用最为广泛。

1.3.1电火花成形加工

该方法是通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。

电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。

电火花加工现状与发展

电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年来，为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题，在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工，取得良好的社会经济效益。典型机床有D7125,D7140等电火花穿孔成形机床。

1.3.2电火花线切割加工

该方法是利用移动的细金属丝作工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。按金属丝电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。我国普通采用高速走丝线切割，近年来正在发展低速走丝线切割，高速走丝时，金属丝电极是直径为φ0.02～φ0.3mm的高强度钼丝，往复运动速度为8～10m/s。低速走丝时，多采用铜丝，线电极以小于0.2m/s的速度作单方向低速运动。线切割时，电极丝不断移动，其损耗很小，因而加工精度较高。其平均加工精度可达 0.0lmm，大大高于电火花成形加工。表面粗糙度Ra值可达1.6 或更小。

目前电火花线切割广泛用于加工各种冲裁模（冲孔和落料用）、样板以及各种形状复杂型孔、型面和窄缝、凸轮、成形刀具、精密细小零件和特殊材料，试制电机、电器等产品等。典型机床有DK7725,DK7740数控电火花线切割机床。

1.3.3其他电火花加工方式

剩下的电火花加工方式应用较少，不是主流。包括：

电火花内孔、外圆和成形磨削：用于加工高精度、表面粗糙度值小的小孔，如拉丝模、挤压模、微型轴承内环、钻套等和加工外圆、小模数滚刀等。典型机床有D6310电火花小孔内圆磨床等。

（2）电火花同步共轭回转加工：用于加工各种复杂型面的零件，如高精度的异形齿轮，精密螺纹环规，高精度、高对称度、表面粗糙度值小的内、外回转体表面等。典型机床有JN-2,JN-8内外螺纹加工机床。

（3）电火花高速小孔加工：用于加工线切割穿丝预孔，深径比很大的小孔，如喷嘴等。典型机床有D703G电火花高速小孔加工机床。

（4）电火花表面强化、刻字：用于电火花刻字、打印记。典型设备有D9105电火花强化机等。

1.4电火花加工用途

目前电火花加工已广泛应用于模具制造、航天航空、电子、电机电器、精密机械、仪器仪表、汽车、轻工业等行业，以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题，加工范围已达到小到几微米的小孔、轴、缝，大到几米的超大型模具和零件。电火花加工的主要用途可以概括为以下几项：

（1）用于模具生产中的型孔、型腔加工，已成为模具制造业的主导加工方法，推动了模具行业的技术进步。可以用于制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。（2）加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。（3）在金属板材上切割出零件。（4）加工窄缝。

（5）磨削平面和圆面。

（6）其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。

2.发展历程及技术成果

2,1电火花加工发展历程

早在十九世纪，人们就发现了电器开关的触点开闭时，因为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。

电火花加工现状与发展

二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。

五十年代，改进为电阻-电感-电容等回路。同时，还采用脉冲发电机之类的所谓长脉冲电源，使蚀除效率提高，工具电极相对损耗降低，随后又出现了大功率电子管、闸流管等高频脉冲电源，使在同样表面粗糙度条件下的生产率得以提高。

六十年代出现了晶体管和可控硅脉冲电源，提高了能源利用效率和降低了工具电极损耗，并扩大了粗精加工的可调范围。

七十年代出现了高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲和可调波形脉冲等电源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具电极损耗等方面又有了新的进展。在控制系统方面，从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。

电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。控制系统也越来越复杂，从单轴数控到3轴数控、再到多轴联动。20世纪90年代初期，3轴电火花机在国内还是空白，主要是从日本和瑞士引进。直到90年代中期，我国才开始步入国内电火花加工机的真正快速发展轨道，后来在此基础上又生产研发了4轴4联动电火花加工机。

2,2电火花加工技术成果

2.2.1对电火花加工优缺点的总结

电火花加工属于电脉冲放电腐蚀类，被加工的工件是好的导电材料，而且最好是优良的导电材料且不含杂质。

电火花加工的优点：

（1）电火花加工，最擅长对付那些高硬度的（一般的机械加工难以实现的）金属的加工（2）电火花加工尤其适合细、窄缝类（普通机械加工难以做到的）、清角位等的加工。

电化花加工的缺点：

（1）不能加工不导电的材料；

（2）加工过程中，有因为使用控制不良，引起火灾的安全隐患；（3）加工效率较低（相对机械加工来讲）；

（4）加工过程造成被加工件的内应力增加而变形，加工尺寸精度不高。

2.2.2影响其加工精度的因素的总结

与传统的机械加工一样，机床本身的各种误差，工件和工具电极的定位、安装误差都会影响到电火花加工的精度。另外，与电火花加工工艺有关的主要因素是放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定等。概括为以下几个方面：（1）表面粗糙度

电火花加工表面的粗糙度取决于放电蚀坑的深度及其分布的均匀程度，只有在加工表面产生浅而分布均匀的放电蚀坑，才能保证加工表面有较小的粗糙度值。（2）加工间隙(侧面间隙)的影响

加工间隙的大小及其一致性直接影响电火花成形加工的加工精度。只有掌握每个规准的加工间隙和表面粗糙度的数值，才能正确设计电极的尺寸，决定收缩量，确定加工过程中的规准转换。

（3）加工斜度的影响

在加工中，不论型孔还是型腔，侧壁都有斜度，形成斜度的原因，除电极侧壁本身在技术要求或制造中原有的斜度外，一般都是由电极的损耗不均匀，以及“二次放电”等因素造成的。这些因素包括电极损耗、工作液脏污程度、冲油或抽油、加工深度等。（4）楞角倒圆的原因及规律

电火花加工现状与发展

电极尖角和楞边的损耗，比端面和侧面的损耗严重，所以随着电极楞角的损耗导致楞角倒圆，加工出的工件不可能得到清楞。而且，随着加工深度的增加，电极楞角倒圆的半径增大。但超过一定加工深度，其增大的趋势逐渐缓慢，最后停留在某一最大值上。楞角倒圆的原因除电极的损耗外，还有放电间隙的等距离性。

2.2.3影响其加工后表面粗糙度的因素的总结

（1）脉冲能量越大，加工速度越高，Ra值越大。（2）工件材料越硬、熔点越高，Ra值越小。

（3）工件电极的表面粗糙度越大，工件的Ra值越大。

3.电火花加工的国内外研究基本现状

近年来电火花线切割加工无论在加工过程控制,还是改进加工工艺方面都取得了许多新的进展。主要表现在突破了许多传统观念的束缚,产生了一些新的加工方法,以及一些新的控制和检测方式。

往复走丝电火花线切割机床的走丝速度为6～12 m/s，是我国独创的机种。自1970年9月由

电火花加工现状与发展

微电子、数控、电力半导体、机械技术、电气技术等，是多方面、多学科集成的产品，是比较复杂的高科技产品。国内现在显然还没有一个能够独立进行原始创新的团队，因此注定要经历一个长时间痛苦的积淀过程，电火花加工技术正不断向精密化、自动化、智能化、高效化等方向发展。我国务必要紧跟电火花加工技术发展步伐，才能立足世界。如今新型数控电火花机床层出不穷，如瑞士阿奇、瑞士夏米尔、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱等机床在这方面技术都有了全面的提高。（1）电火花加工的精密化核心主要体现在对尺寸精度、仿形精度、表面质量的要求。时下数控电火花机床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可达±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3μm。

（2）自动化指目前最先进的数控电火花机床在配有电极库和标准电极夹具的情况下，只要在加工前将电极装入刀库，编制好加工程序，整个电火花加工过程便能日以赴继地自动运转，几乎无需人工操作。机床的自动化运转降低了操作人员的劳动强度、提高生产效率。但自动装置配件的价格比较昂贵，大多模具企业的数控电火花机床的配置并不齐全。数控电火花机床具备的自动测量找正、自动定位、多工件的连续加工等功能已较好地发挥了它的自动化性能。自动操作过程不需人工干预，可以提高加工精度、效率。

（3）智能化：智能控制技术的出现把数控电火花加工推向了新的发展高度。新型数控电火花机床采用了智能控制技术。专家系统是数控电火花机床智能化的重要体现，它的智能性体现在精确的检测技术和模糊控制技术两方面。专家系统采用人机对话方式，根据加工的条件、要求，合理输入设定值后便能自动创建加工程序，选用最佳加工条件组合来进行加工。在线自动监测、调整加工过程，实现加工过程的最优化控制。目前智能化技术不断地升级，使得智能控制技术的应用范围更加的广泛。随着市场对电加工要求的提升，智能化技术将获得更为广阔的发展空间。

（4）高效化：现代加工的要求为数控电火花加工技术提供了最佳的加工模式，即要求在保证加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如这不但缩短了加工时间且省却后处理的麻烦，同时提升了模具品质，使用粉末加工设备可达到要求。另外减少辅助时间(如编程时间、电极与工件定位时间等)，这就需要增强机床的自动编程功能，配置电极与工件定位的夹具、装置。若在大工件的粗加工中选用石墨电极材料也是提高加工效率的好方法。

4.未来发展方向

先进制造技术的快速发展和制造业市场竞争的加剧对电火花成形加工技术提出了更高要求，同时也为电火花成形加工技术加工理论的研究和工艺开发、设备更新提供了新的动力。

今后电火花成形加工的加工对象应主要面向传统切削加工不易实现的难加工材料、复杂型面等加工，其中精细加工、精密加工、窄槽加工、深腔加工等将成为发展重点。同时，还应注意与其它特种加工技术或传统切削加工技术的复合应用，充分发挥各种加工方法在难加工材料加工中的优势，取得联合增值效应。相对于切削加工技术而言，电火花成形加工技术仍是一门较年轻的技术，因此在今后的发展中，应借鉴切削加工技术发展过程中取得的经验与成果，根据电火花成形加工自身的技术特点，选用适当的加工理论、控制原理和工艺方法，并在己有成果的基础上不断完善、创新。电火花成形加工机床向数控化方向发展的趋势已不可逆转，但应注意不可盲目追求“大而全”，应以市场为导向，建立具有开放性的数控体系。总体而言，电火花成形加工技术今后的发展趋势应是高效率、高精度、低损耗、微细化、自动化、安全、环保等。

对电火花加工而言，电火花成形机下一步的发展空间在精密微细和特殊材料两个方面。特殊材料（如航空航天领域用的材料）专机，窄槽窄缝、异型腔的加工，精密模具等领域都是发展重点。在精加工方面，曾经有过高速铣要代替电火花的传言，现在证明这是不现实的。

电火花加工现状与发展

现在粗加工、大电流的火花机又有回头的趋势，在家电、汽车很多行业中应用。人类新开发出来的导电的特殊材料都可进行放电加工，而高速铣通常很难实现。精密微细加工比如喷丝板等微小型零件都离不开电火花加工；航空航天领域中很多零部件需要多轴联动电火花加工。我们国家在专用机型上有创新的能力，有很大的空间。

5.需要进一步研究的问题

电火花加工虽然发展迅速，但仍然存在一些问题，经过对一些资料的查阅，这些问题可以总结为以下几条：

（1）一般加工速度较慢，生产率低于切削加工安排工艺时可采用机械加工去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率。最近新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率甚至高于切削加工。

（2）存在电极损耗和二次放电电极损耗多集中在尖角或底面，最近的机床产品已能将电极相对损耗比降至0.1％，甚至更小；电蚀产物在排除过程中与工具电极距离太小时会引起二次放电，形成加工斜度，影响成型精度，（3）工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。

（4）由于电级丝是往复使用，所以会造成电极丝损耗，加工精度和表面质量降低。（5）放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。（6）电极之间需要始终保持确定的距离。（7）电火花需要达到足够高的电流密度。（8）脉冲性放电是一个难题。

（9)如何及时有效的排除电蚀产物值得进一步的研究。

近年来随着特种加工技术在现代制造技术中的发展和广泛应用，国家很重视特种加工行业发展，我国的特种加工机床拥有量较高，也具有很大的生产规模，但在高端机床装备方面，与发达国家还有明显的差距，在加工精度、加工质量以及自动化程度等方面都有很大的提升空间。电火花加工技术中遇到的难题也将在这一趋势中不断被解决。我们相信，电火花加工技术将会不断成熟，并为我们带来巨大的价值。

参考资料：卢秉恒．机械制造技术基础．北京．机械工业出版社，２００７．王贵成，张银喜．精密与特种加工．武汉．武汉理工大学出版社，２００９．

刘志东，高长水．电火花加工工艺及应用．北京．国防工业出版社，２０１１．

精密加工技术_电火花加工现状与发展篇2

关键词：电火花,加工机床,脉冲电源

脉冲电源是电火花加工机床的重要组成部分, 为机床的工作提供了动力输出和稳定的电压, 并扮演着蚀除金属的功能。同时, 脉冲电源的稳定性也影响着电火花加工机床的工艺指标, 其性能优良与否直接关系到加工的速度、稳定度、精密度以及产品的粗糙度等。此外, 脉冲电源的更新换代也意味着机床加工技术和生产产品的升级换代。

一、电火花加工电源

电火花加工技术是在一次偶然的机会下被发现的, 前苏联学者在研究开关遭受火花放电现象时发现后, 通过技术的发展, 衍生出电火花加工技术, 在一定介质中利用电极和工件之间发生的脉冲放电来切除产品材料, 达到要求的尺寸规定、形状要求和表面光滑度。脉冲电源是电火花机床的关键组成, 因为电极间隙放电所需要的电流是脉冲电流, 所以, 脉冲电源在工作中把交流电变为单向脉冲电流, 以便于通过火花放电来清除金属。随着制造业精细度要求的不断升级, 借助电子技术, 科学家研制出各种新型的脉冲电源, 提高了电火花加工的技术工艺和产品的质量。

二、脉冲电源的研究现状与发展趋势

提高电火花机床的工作效率, 并降低能量消耗是当前机床所面临的问题, 问题解决的关键点就是脉冲电源。脉冲电源的电压和电流输出影响着产品的质量、加工速度、加工稳定性和生产设备的损耗, 随着对电火花技术的发展和进步, 电子技术和计算机控制技术也日益成熟, 并在电火花加工技术中广泛应用, 提高了机床的精密性和操作便捷性, 产品的质量也大大提升。目前广泛使用的电火花机床脉冲电源都应用了计算机和电子技术, 这也是脉冲电源的发展趋势和方向。下面简单地介绍一下脉冲电源的研究和发展方向, 并结合几种新型的脉冲电源进行详细的分析。

(一) 节能式脉冲电源。

机床生产要追求最大的工作效率才能用最少的成本换取最大的利润, 在加工中, 既要实现节能生产, 又要保证产品的质量要求, 因此, 节能是脉冲电源发展的趋势。传统的脉冲电源采用的是晶体管, 主电路的电阻过大, 造成了大部分主回路能量的浪费。要实现加工的节能, 必须用无能耗的感应器取代主回路电阻, 控制功率管关闭时电感产生的峰值电流, 降低开关损耗问题, 这也是节能式电火花脉冲电源的研究内容。

图2是我国研发的节能式电火花脉冲电源, 在电源中设置有两个供电回路, 一个是传统的高压脉冲回路, 另一个是串联式低压脉冲回路, 这种节能式脉冲电源在工作中能够消除拖尾电流, 具备独立的电气运行特征。这种脉冲电源的特点是电能利用率高、成本低、体积小, 在保证工作质量性能的同时, 降低了电能的消耗。

(二) 精微加工脉冲电源。

现代制造业的发展方向是精微加工技术, 科研仪器、航空材料都会使用精密度较高的产品, 提高加工工艺的精密度, 是增强企业竞争力的保障。而提高电火花机床的脉冲电源的精密度是实现精微加工的有效方法。由于精微方向存在着极大的经济潜力, 国内很多研究人员致力于精微脉冲电源的研究, 取得了引人注目的科学成果, 并且也已经应用到实际的生产之中, 取得了理想的效果。目前国内高校的研究中, 哈工大一直走在行业的领先位置, 其分析了传统RC脉冲电源存在的缺点和原因, 创新性地提出新型的精微脉冲电源。如图3所示。

脉冲电源的组成部分包括限流电阻、开关晶体管、晶体管与放电间隙之间的电容。日本开发了新型的FP电源, 利用积炭检测, 减少了二次放电和放电影响, 提高了产品加工的速度, 并改善了产品的表面质量。

(三) 无电解脉冲电源。

当前脉冲电源的另一个发展方向是无电解脉冲电源, 在电火花机床加工中, 很容易出现产品金属的氧化, 无电解脉冲电源通过交变脉冲防止材料的电解氧化, 保护了模具, 提高了模具的使用寿命, 同时降低了模具表面的锈蚀。图3为无电解脉冲电源的工作原理, 使用无电解脉冲电源的加工机床, 无论是在粗加工还是精细加工中, 都能防止材料的电解现象, 尤其是在钛合金材料加工时, 避免了其金属变色和材料表面的腐蚀, 在加工金刚石材料时, 防止了其材料的溶解和坚硬度的损失。

日本松下公司生产的无电解脉冲电源有着优良的工作性能, 能完美地保证材料粗加工和细加工的精密度, 而且在加工合金材料以及烧结材料时没有粘结剂的析出, 保证了加工后的材料依然能维持原有的强度性能。机床在工作中, 所使用的脉冲电压平均值是零, 保证了产品表面粗糙度均匀, 产品的表面温度不随着加工过程而升高, 避免了材料的开裂和变形。此外, 无电解脉冲电源对于模具的破坏较小, 提高了加工模具和零件的使用寿命。

(四) 智能化脉冲电源。

传统的脉冲电源大多使用等频脉冲和分组脉冲信号, 其缺点是放电信号不能随着加工间隙而自动调节工作状态, 造成加工效果较差, 加工效率低下, 制约着电火花加工技术的发展。随着电子控制技术和计算机的发展, 其广泛应用在脉冲电源中, 在加工过程中, 智能化脉冲电源能及时调节工作状态, 减少了加工过程中的短路现象的发生, 提高了产品的表面质量。脉冲电源的一个发展趋势是脉冲电源智能化, 智能化脉冲电源能自动选取最优的脉冲参数, 极大地提高了机床的自动化程度, 减少了人力的使用, 也能避免工作中人为因素造成的失误, 极大地解放了人力, 提高了产品的质量。

当前国内的智能化脉冲电源加工机床, 通过操作键盘输入加工数据, 再由计算机通过设定好的数据库, 分析数据并设置对应的工作方案, 保证了工作条件的最优处理, 整个加工过程有序而稳定, 提高了加工的效率和产品的质量。而国外生产的机床, 引入了更加高级的人工神经网络技术, 在加工过程中可以选择模糊控制模式, 极大地提高了加工效率和稳定性。

(五) 其他脉冲电源。

除了以上所列举的脉冲电源, 还存在着其他类型的脉冲电源:新型等能量脉冲电源、辅助电源、毫微秒级高峰值电流电源, 这些也是脉冲电源重点发展的方向, 此外, 根据不同的加工材料和加工要求, 还开发出了不同的脉冲电源, 如金刚石专用脉冲电源、铝合金专用脉冲电源、专用无光泽表面加工脉冲电源。

三、结语

随着新型电子控制软件、新型的电磁材料不断应用于脉冲电源上, 结合国内外脉冲电源的发展状况分析, 脉冲电源下一步的发展趋势是工作效率高, 电能消耗低, 工作精密, 智能化和自动化程度高, 新型节能EDM脉冲电源和DDS脉冲电源是研究的重点, 所以, 相关领域的研究人员应当把以后的研究重点放在节能式脉冲电源、精微加工脉冲电源。智能化脉冲电源的技术革新和应用上。

参考文献

[1] .高毅.基于电火花加工机床脉冲电源的研究现状与发展趋势[J].科技信息 (机械与电子) , 2008, 6

[2] .狄士春, 王弢.电火花加工脉冲电源研究现状与发展趋势[J].机械工程师, 2002, 10

电火花加工技术的应用篇3

摘要：本文主要介绍在模具制造中电火花加工技术的应用，电火花加工的特点以及在加工过程中影响表面加工质量的因素，加工过程中需要注意的问题等，以便在实际加工中需要注意修改这方面的参数。

关键词：电加工模具；加工；加工影响

鉴于模具行业的快速发展，为了使用的需求，从而生产了一批具有韧度高、硬度高、强度高等特殊性能的模具材料，致使改变了传统意义上的金属切削加工。此时，电火花加工技术广泛应用于模具制造，模具一般的加工方法为：退火+铣削加工+热处理+磨削+手工打磨、抛光，所消耗的加工时间比较长。在冲模加工时可能因为淬火变形或者开裂从而导致模具的报废，而电火花加工技术完全可以进行淬火后的模板加工，进而避免热变形弊病和镶拼结构，做到了简化模具结构，提高模具的强度与使用周期。

电加工方法

（1）电脉冲加工中放电能量密度高，便于特殊材料零件和形状复杂的加工，而且不受工件材料的性能及热处理工艺等影响。

（2）电脉冲加工中持续放电时间极短，加工中放电产生的热量扩散范围小，加工材料所受热影响范围小。

（3）电火花加工工作时，因为工具电极与工件材料不接触，因此它们之间作用力小。

（4）电火花技术能将加工工件结构简单化、从而提高工件使用寿命，降低人体的劳动强度。

影响电加工质量的因素

在进行电加工过程中的输入、输出参数比较多而且较为复杂，从而影响到模具加工的精度，其主要受到影响的工艺因素有：机床自身的制造精度、工件的装夹精度、电极的制造及装夹精度、电极损耗、放电间隙等，加工中尤其以电极损耗、放电间隙影响最大。下面介绍几种加工影响：

2.1 电极损耗的影响

在使用电火换加工模具的过程中，脉冲在放电的过程中会使工具电极受到电腐蚀的损伤从而使电极产生损耗，所以如何把握好电极损耗的规律，采用行之有效的措施减少工具电极的损耗，尽可能的保证模具在加工过程中拥有更高的加工精度。在电加工过程时，工具电极的损耗在不同的部位也是不相同，如尖角、棱边等凸起部位的电场强度较高，容易形成尖端放电，因此其损耗要比平坦部位快，所以由于不均匀的损耗必然导致加工精度的下降。

2.2 电加工中放电间隙的影响

运用电火花加工模具时，必须保证工具电极与工件之间发生脉冲放电时有足够的放电间隙。加工完成的工件型孔尺寸与电极尺寸相比，必须在加工轮廓上相差一个放电间隙。加工过程中放电间隙的作用决定着工件加工的稳定性，比如为了提高加工的稳定性可以增大脉冲放电间隙时间；同样为了提高生产率可以增大峰值电流，但是这样做将使电极损耗加大。

2.3 表面变化层对模具表面质量的影响

经过电加工过后的模具表面将会产生表面变化层（凝固层和热影响层），该变化层具有很强的抗腐蚀能力。例如凝固层和工件基体材料之间产生的是热影响层，其受到加工过程中放电点传来的高温影响，致使工件材料内部的金相组织发生了变化。在加工过程中变化层硬度变化情况的不相同主要受到所选用的电参数、冷却条件及工件材料的热处理。其中工件材料和脉冲电源的大小又影响着表面变化层的厚度，并且随着脉冲能量的增大而增厚，同样凝固层的硬度一般比较高。所以相较于普通机械加工的模具表面来说，电火花加工后的模具表面耐磨性要好的多。

电加工改进技术在模具表面的应用

在加工过程中利用电脉冲放电产生高温的原理，电极材料由硬质合金加工完成，使其熔渗到模具及易损件的工作面上，使其表面形成一层高强度、高硬度、高耐温、高耐磨的硬质白色合金强化层，这样就可以将模具表面的质量提高一个等级。对模具进行表面处理最有效的方法是改变模具表面的物理、化学性能。在改性中电极材料的选用应该根据用途进行选择，可以采用碳元素、紫铜、黄铜等材料作为电极来修复磨损的机器零件。这样的改性不仅能提高产品的硬度、耐磨性等，还能大大提高产品的使用寿命，又能降低贵重材料的消耗率，降低生产成本和维修成本。

使用电火花加工腔模具时能保证工件的精度，主要是形状精度、尺寸公差、表面质量等几个方面。首先加工精密型腔模具时，特别保证那些要求较高的尺寸部位，必须正确分析各部位尺寸要求，严格控制不同地方的尺寸精度，有些重要尺寸公差达到几微米；其次，精密型腔模具的仿形精度要求也很高，在进行型腔内部清角时，必须突出棱角，使工件表面粗糙度值均匀化，并满足所要求的表面精糙度值；另外电加工部位表面质量要求较高，表面变质层的厚度要很小，达到加工要求。

参考文献：

精密加工技术_电火花加工现状与发展篇4

第一部分

1、立方氮化硼砂轮磨削时可采用油性液。

2、最适合超声加工的材料是金刚石。

3、金刚石晶体的各向异性表现为金刚石晶体的各个晶面的耐磨性不同，同一个晶面上不同方向上的耐磨性不一样。

4、属于超硬磨料的是立方氮化硼。

5、具有整形和修锐两个功能的修整方法是电火花修整法。

6、超精密加工机床中采用的T型总体布局为：主轴做Z向运动，进给系统做X向运动，因而其主轴的驱动方式是电动机通过柔性连轴节驱动主轴、采用内装式电动机驱动。

7、可选作测量平台的制作材料的是铸铁。

8、多齿分度盘的齿数为1440，则其分度增量是1/4度。

9、直线度误差测量方法中，既可用于在线测量，又可用于实时控制的是导轨直线度的2点测量法。

10、具有误差均化效果的机构是多齿分度盘。

11、铜、光学玻璃不适用于电火花加工。

12、选取制造空气主轴和轴承的材料时，不能采用45号碳钢。

13、高功率密度的电子束加工是针对工件打孔。

14、离子束加工所具有的特点加工中无机械应力和损伤。

15、在电火花加工中，存在吸附效应，它主要是影响工具电极的损耗。

16、电火花线切割加工中，其工作液一般是采用水基形成工作液

17、电火花加工中的等脉冲电源，控制每个脉冲周期内用于加工的脉冲能量值相同。

18、圆度误差评定方法有四种，适合计算机实时测量处理的是最小二乘法。

19、超精密加工机床中用的主轴部件常采用的是静压空气轴承结构。20、受温升影响主轴精度最大的轴承是液体静压轴承。

21、决定金刚石晶体各向异性的因素是金刚石晶体的各个晶面的面网间距离不同，各面网上原子排列形式不同，原子密度不同。

22、金刚石晶体面网间距分布不均匀的是 111 晶面。

23、金刚石晶体的111晶面的硬度和耐磨性均为最高。

24、金刚石刀具前、后面的晶面选择时，不宜选取111晶面。

25、在刚玉类磨料中，以单晶刚玉最好。

26、电火花加工用脉冲电源中，RLC线路脉冲电源稳定性最差。MOS管式等脉冲电源、晶闸管式脉冲电源、电子管式脉冲电源稳定性最好。

27、闸流管式脉冲电源主要用于冲模类穿孔加工等精加工场合的电火花加工电源。

28、电火花加工中，为制造异形小孔电极，常采用冷拔整体电极法，这种方法适合于较大批量生产。

29、对材料为磁钢、硬质合金、耐热合金的工件的深孔加工最有效的加工工艺是电火花磨削和镗削加工。

30、高速走丝线切割机床的控制系统普遍采用逐点比较法。

31、衡量电解液加工精度高低的指标是杂散腐蚀。

32、在电解批量加工时，电解液中的金属氢氧化物的含量应控制在4%以内。

33、在进行电解加工时，工件的重复精度受工具电极进给速度的影响，一般机床的进给速度变化率应小于5%。

34、激光打孔可不在真空中进行。

35、在石材加工领域，超高压水射流切割方法具有其他工艺方法无法比拟的优势。

36、超高压水射流切割属于绿色加工范畴。

37、电火花加工中的等脉冲电源，它具有控制每个脉冲周期内用于加工的脉冲能量值相同。

38、下列超精密机床主轴部件中，受温升影响主轴精度最大的轴承是液体静压轴承。

39、在电火花成形机床中，主轴头是最关键的部件，对加工工艺指标的影响极大。

40、电解加工细长孔、窄缝以及对锗、钼、铌等金属的加工时，可采用HCL、HNO3、H2SO4电解液。

41、电解加工时，一般不直接用做金属加工，而只用于加工铜、钼和钨时作为添加剂使用的电解液是 KOH、NaOH。

42、电解加工时，采用NaCl、NaNO3、NaCLO3电解液时需加过滤净化措施。

43、加工中无机械应力和损伤是离子束加工所具有的特点。

44、在加工硬质金属材料时超声波加工效率较低。第二部分

1、精密和超精密加工目前包含超精密切削、超精密磨削和精密特种加工三个领域。

2、超精密机床导轨部件要求有极高的直线运动精度、不能有爬行、导轨耦合面不能有磨损，故此要求导轨有很高的制造精度。还要求导轨的材料具有很高的稳定性和耐磨性。

3、振动加工中，超声波在振动系统中是以纵波方式传播的。

4、电解加工精度主要包括复制精度和重复精度。

5、化学加工有化学铣加工等，它与电化学加工的最大区别是不需要外部电源作为加工条件。

6、评定电火花加工表面完整性的主要参数是：表面粗糙度、表面变质层和表面力学性能。

7、在超精密切削中，衡量金刚石刀具质量的标准，一是能否加工出高质量的超光滑表面，二是能否有较长的切削时间保持刀刃锋锐。

8、金刚石刀具在超精密切削时所产生的积屑瘤，将影响加工零件表面质量/尺寸精度。

9、电火花加工中的工作液作用是冷却和冲掉加工产物。

10、电解加工的表面质量包含两个方面的含义：一是表面粗糙度；二是表面层的物理化学性能。

11、光电成形的工艺过程由掩膜制备和电镀两部分组成。

12、金刚石砂轮磨削时常用以轻质矿物油为主体的油性液和水溶性液为磨削液。

13、砂轮磨具的强度是指磨具在高速旋转时抵抗离心力的作用而破碎的能力。

14、超精密机床的主轴系统驱动模式有通过内装式同轴电动机驱动、其优点是体积小。

15、电致伸缩微进给机构的工作机理是利用压电材料的逆压电效应和电致伸缩效应工作的。

16、电火花穿孔成形加工是利用火花放电腐蚀金属原理，用工具电极对工件进行复制加工的工艺方法。

18、在精密磨削中，如工件材料为硬质合金，则在选择砂轮时，需选用超硬磨料砂轮。

19、精密和超精密加工对静电环境的要求非常严格，这是因为所产生和集聚的大量静电，有可能导致一些事故，如静电放电、控制电路器件损坏、人受到电击而误操作。

20、型腔模电火花加工主要有单电极平动法、多电极更换法、分解电极加工法和指状电极的扫描加工四种方法。

21、混气电解加工的特点是与一般电解加工相比，加工精度和稳定性得以提高。

22、等离子体具有极高的能量密度，原因由三个方面：机械压缩效应、热收缩效应和磁收缩效应。

23、在超精密机床中，应用激光干涉仪测量位移时，需加空气参数补偿，这是因为空气中的温度、气压等参数变化会引起空气折射率变化，引起测量误差。

24、STM扫描隧道显微镜的工作原理是基于量子力学的隧道效应。

25、化学加工有化学铣加工等，它与电化学加工的最大区别是不需要外部电源作为加工条件。

26、影响砂轮性能的因素主要是砂轮的磨料、砂轮的粒度和砂轮的黏合剂。

27、砂轮的修整用量有修整导程、修整深度、修整次数和光修次数。

第三部分

1、在线检测：工件在加工过程中实时进行检测，这种检测方法能实时反映加工过程的状态。

2、光电成形：是利用照相和光致抗蚀作用，首先在金属基板上按图形形成电气绝缘膜，然后在基板的暴露部分镀上图形，再剥离金属基板而制成精细成品。

3、固定磨料加工：是电解研磨的一种，是将磨料粘在无纺布上之后，再将无纺布包在工具阴极上，无纺布的厚度即为加工间隙。

4、超声波加工：是利用工具端面做超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆性材料的一种成形加工方法。

5、金刚石晶体的面网密度：面网的单位面积上的原子数。

6、电子束焊接：是利用电子束作为热源的一种焊接工艺。

7、电解研磨：是在机械研磨的基础上附加电解作用而形成的一种复合加工方法。

8、磨料喷射加工：是利用磨料与压缩气体混合后经过喷嘴形成的高速束流，通过对工件的高速冲击和抛磨作用来去除工件上多余的材料，达到加工的目的。

9、电解珩磨：就是把电解加工引入到常规的珩磨加工中去，既利用了电解加工的高效率，也保持了珩磨的精度。

10、离子束刻蚀：是通过能量为0.5～5keV的离子轰击工件，将工件材料原子从工件表面去除的工艺过程，是一个撞击溅射过程。

第四部分

1、丝杠螺母直线运动机构在换向运动时，运动精度受到回程间隙的影响，精密滚珠丝杠机构采用了何种方法解决此问题？答：滚珠丝杠副要求正转和反转没有回程间隙，否则精密数控系统控制将得不到要求的运动精度，这要求与滚珠丝杠和配合的螺母有一定的预载过盈。

由于丝杠的螺距会有一定的制造误差，故螺母载丝杠不同位置处的过盈量将有变化，预载力太小则有可能载丝杠的某一位置出现间隙；如预载力太大，则丝杠的某个位置可能转动不了；所以，为了方便滚珠丝杠的调整预载量，精密级和高精密级丝杠的螺母常做成两段组合，改变中间垫片厚度值可以方便地调整它地预载力。

2、采用电火花加工型腔模具时，在电极设计中，需考虑设计排气孔和冲油孔，为什么？

答：这是因为型腔模具加工属盲孔加工，电蚀产物排除比较困难，电火花加工时产生的大量气体要排出，故需设置气孔，同时设置冲油孔可采用工作液强迫循环方法来改善盲孔加工条件。

3、简述电铸加工的工艺过程？

答：原模表面处理—>电铸至规定厚度—>衬背处理—>脱模—>清洗干燥—>成品。

4、简述涂镀加工的工艺过程？

答：表面预加工—>除油、除锈—>电净处理—>活化处理—>镀底层—>镀尺寸镀层和夹心镀层—>镀工作层—>镀后清洗。

5、喷气发动机套上的冷却孔，飞机机翼的吸附屏的孔，孔数达数百万个，直径Φ0.2~0.003mm,一般常采用什么方法进行高速打孔？答：电子束高速打孔。

6、喷气发动机、汽轮机中整体叶轮的叶片，一般采用什么方法加工？答：电解加工。

7、在测量精密轴系地回转误差时，需采用误差分离技术，为什么？

答：这是因为在测量精密轴系时，测量信号中含有标准钢球地制造误差和安装误差成分，该成分值已和精密轴系的回转误差为同一数量级，因而需采用误差分离技术将其分离，才能保证数据的正确性。

8、混气电解加工时，气体混入电解液的作用是什么？

答：（1）改变了电解液的电阻特性，增加了电解液的电阻率，减少了杂散腐蚀，提高了电解液的非线性质量，因而提高了加工精度。

（2）改变了电解液的流动特性，降低了电解液的密度和粘度，使流速增大，流场趋于均匀。

9、为了消除振动干扰的影响，保证精密和超精密加工对振动环境的要求，我们可采取哪些具体的技术方法（写出两个技术方法）？

答：对内部的振源采取相应的消振技术措施，如运动件的动平衡调整、设备的位置布局调整等。对外部的振源采取相应的隔振技术措施，在设备与安装地面间设置空气弹簧隔振、橡胶隔振器等。

10、影响电解抛光质量的因素有哪些？

答：（1）电解液的成分、浓度对抛光质量有决定性的影响；（2）阳极电位和阳极电流密度；（3）电解液温度和搅拌；（4）金属的原始条件。除此之外，电解抛光的持续时间、阴极材料、阴极形状、极间间距等因素都对抛光质量有一定的影响。

11、试述离子束加工的原理和特点。

答：原理：是利用离子束对材料进行成形或表面改性的加工方法。在真空条件下，将由离子源产生的离子经过电场加速，获得具有一定速度的离子投射到材料表面，产生溅射效应和注入效应。

特点：1）加工精度高，易精确控制；2）污染少；3）加工应力、变形极小。

12、超声加工系统中变幅杆的作用是什么？

答：变幅杆的作用是能扩大振幅，因而还称为振幅扩大棒。

13、喷气发动机套上的冷却孔，飞机机翼的吸附屏的孔，孔数达数百万个，直径Φ0.2~0.003mm,一般常采用什么方法进行高速打孔？答：电子束高速打孔。

14、典型的超精密机床有哪些？

答：（1）美国的大型光学金刚石车床—LODTM；（2）德国的FG-001超精密机床；（3）英国的OAGM2500大型超精密机床；（4）日本的AHNIO型高效专用车削、磨削超精密机床。

15、简述电化学机械复合加工的特点。

答：作为复合加工方式，电化学机械加工兼具备了电化学加工和机械加工的某些特点：（1）加工范围广，生产效率高；（2）加工精度和表面质量优良；（3）机械磨具磨损小；（4）控制条件好；（5）成本低。

16、什么频率范围内的波称为超声波？超声加工系统中，超声振动系统主要有哪几部分组成？超声频电振荡是如何转换为机械振动的？

答：频率超过16000Hz的声波称为超声波。

超声振动系统主要包括超声换能器、变幅杆及工具三部分。

超声波发生器产生1.6万Hz以上的高频交流电源，输送给超声换能器，产生超声波振动，并借助变幅杆将振幅放大到0.05～0.1mm左右，使变幅杆下端的工具产生强烈的振动。

17、冲模是生产上应用较多的一种模具，形状复杂，尺寸精度要求高，常采用什么方法加工？答：先经过电火花、电解及激光加工（粗加工）后，再用超声波研磨抛光，以减小表面粗糙度值，提高表面质量。

18、简述精密磨削机理。

答：（1）微刃的微切削作用；（2）微刃的等高切削作用；（3）微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。

19、影响电解研磨加工速度及表面质量的因素有哪些？

答：（1）电解液；（2）加工电压和电流密度的影响；（3）无纺布厚度、粘结的磨粒尺寸及含磨粒量；（4）工具阳极的转速及工作液送进速度；（5）工具阴极与工件之间的压力。

20、喷油嘴、微型轴承、仪表齿轮、手表整体机芯、印刷电路板、集成电路微电子器件等的清洗，常采用什么方法可获得好的效果？答：超声波清洗（在清洗溶液中引入超声波可使精微零件中的细小孔、窄缝、夹缝中的脏物加速溶解、扩散，清洗干净）

21、电解加工是利用什么原理使工件加工成形的？电铸加工是基于什么原理？答：电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理实现金属零件的成形加工。

电铸加工原理为：用可导电的原模做阴极，电铸材料作阳极，电铸材料的金属盐溶液作电铸液，在直流电源的作用下，溶液中金属离子在阴极上获得电子成为金属原子而沉积镀覆在阴极原模表面，阳极上的金属原子交出电子成为正金属离子进入镀液，对金属离子进行补充，以保持其浓度基本不变。阳极原模上电铸层逐渐加厚，当达到预定厚度时即可取出，设法与原模分离，即可获得与原模型面凹凸相反的电铸件。

22、纳米级加工的物理实质是什么？纳米级加工精度包括哪三方面？

答：就是要切断原子间的结合，实现原子或分子的去除。

纳米级加工精度包括：纳米级尺寸精度；纳米级几何形状精度；纳米级表面质量。

23、电火花加工中的极性效应是什么？加工中如何利用极性效应来提高加工效率降低工具损耗？线切割加工一般采用什么极性加工？为什么？

答：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，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。

从提高加工生产率和减小工具电极损耗的角度来看，极性效应愈显著愈好，为了充分地利用极性效应，最大限度地降低工具电极的损耗，应合理选用工具电极的材料，根据电极对材料的物理性能、加工要求选用最佳的电参数，正确地选用极性，使工件的蚀除速度最高，工具损耗尽可能小。线切割加工总是采用正极性加工方式。

为获得较高的加工精度和较小的表面粗糙度值，应控制单个脉冲能量，尽量减小脉冲宽度，一般在0.5~64us，所以，线切割加工总是采用正极性加工方式。

24、请就下述的3个问题论述纳米技术的一些基本概念和知识？

1）纳米级表面物理力学性能检测的内容是什么？

2）简述MEMS系统的特点？

3）简述纳米加工技术与传统技术的差别（可就某一个方面进行论述，如纳米级加工、材料、器件等）。

答：1）纳米级测量技术包括：纳米级精度的尺寸和位移的测量，纳米级表面形貌的测量。

2）MEMS系统指的是微型机电系统，它是将微型机械，信息输入的微型传感器，电源、驱动器、控制器、模拟或数字信号处理器、输出信号接口等都微型化并集成在一起成为一个微型机电系统，它有较强的独立运行能力，并有能完成规定工作的功能。

3）答题要点：例纳米加工：重点论述纳米级加工技术是在分子、原子水平上的加工，而不是简单的加工尺寸的缩小等。

25、简述电火花加工的基本原理？电火花蚀除的主要原因是什么？火花放电过程大致可分为哪四个连续的阶段？答：电火花加工是基于正负电极间脉冲放电时的电腐蚀现象对材料进行加工的，又称为放电加工、电蚀加工、电脉冲加工等，是一种利用电、热能量进行加工的方法。

及时排除电极间的电蚀产物，以确保电极间介电性能的稳定。否则，电蚀产物将充塞在电极间形成短路，无法正常加工。

火花放电过程大致可分为：极间介质的击穿形成放电通道；介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀蚀除产物的抛出；间隙介质消电离。

26、请就下列问题回答超精密加工技术和设备的一些基本概念？

1）超精密机床的进给系统由哪几个功能单元组成？

2）超精密切削和普通切削的区别？

答：1）驱动电机、柔性连轴节、滚珠丝杠螺母机构、滚动导轨，刀架。

2）超精密切削属于微切削加工，在微切削时，切削往往是在晶粒内进行，因此，切削力一定要超过晶体内部的分子、原子结合力。其单位面积的切削阻力将急剧增大，这样就要求采用耐热性高、高温硬度高、耐磨性强、高温强度好的刀具材料，即超高硬度材料，最常用的有金刚石刀具。

27、简述激光束加工和电子束加工方法的主要特点。

答：电子束加工机理是将电能转化成电子的动能，通过高速电子对工件表面的轰击是电子动能转化成金属表面的热能将材料瞬时溶融，气化、以达到去除材料的目的。加工条件是真空、工件材料为导电金属体，与加工有关的材料性能是材料的热学常数。

精密加工技术_电火花加工现状与发展篇5

1.1 微细丝加工技术

近些年来, 微电子产品、航空、通信等领域在微细产品上表现出越来越大的需求量, 而微细电火花线切割加工作为一种能够实现高精度、复杂形状、微小零件加工的技术, 得到了诸多领域的关注与认可, 并成为制造商研发的重点。在进行微细丝加工的过程中, 会产生很弱的放电能量, 放电过程及其作用机理会随着电极丝直径与放电能量的减小而发生本质的变化, 这就需要具备较为稳定的运丝系统, 有效的控制策略等来保障加工顺利实现。目前日本牧野公司的UP系列精密线切割机电极丝直径已经达到了0.02mm, 这也是目前国际上比较高的一个水平。

1.2 防止断丝技术

导致电极丝断丝情况出现的原因是多种多样的, 包括脉冲电源性能较差, 冲液条件不好, 以及运丝系统稳定性较低等, 电极丝断丝将会给切割加工带来十分不利的影响, 尤其是偶发断丝是造成电火花线切割加工不准确的重要因素, 甚至会导致最终的切割失败, 当前已经开发了不少的能够在线识别加工异常的适应控制系统, 同时也已经研发出了相应的防止断丝的控制方式。在研究中我们发现, 当在电流峰值不超过二百安的条件下进行加工时, 在即将出现断丝的那瞬间会出现短路频率增加等情况, 而如果在超过五百安的条件下进行加工时, 则在即将出现断丝的时候不会有上述情况出现, 相关专家已经研发出了一种检测及控制系统, 它可以在断丝发生前切断脉冲电源, 这样就有效避免了由于断丝造成的各种危害, 但是这种方法会一定程度上影响加工效率。

还应引起注意的就是导致断丝的另一重要因素, 即电极丝上的热负载太高。在进行电火花线切割加工时, 大多数的热量都是从电极丝发散出去的, 只有很少的一些是通过工作液带走, 或者是辐射散热而发挥出去的。研发人员据此研究了各种加工参数条件下的电极丝热负载, 最后发现断丝情况的出现是与放电特性、温度分布、电极丝的材料屈服、断裂强度等都有紧密联系的。

1.3 脉冲电源技术

在这里我们介绍当前两种脉冲电源技术, 一种是高效电火花脉冲电源, 它是构成单向走丝线切割机床的核心部分, 它主要解决线切割的加工效率问题, 另一种是超高频高速精加工脉冲电源技术, 它主要解决加工表面的质量及精度问题。

(1) 高效脉冲电源技术

对加工效率造成较大影响的主要有高效脉冲电流的上升速率、脉冲参数的适应控制能力及控制策略、加工过程检测等, 脉冲宽度的作用时间一般都不短, 很容易导致熔化加工, 这样就会造成效果很差的表面形态, 增加内应力, 甚至会出现裂纹, 更可能出现断丝情况;当脉冲减小到一定程度时, 作用时间就会相应的减小, 逐渐变成汽化加工, 变质层变薄, 表面质量变好, 内应力也减小了, 进而避免了裂纹的出现。关于高效加工, 国外主要采用的是不同系列的高效自适应控制电源, 通过减少放电时间的方式, 增加峰值电流, 对放电能量进行优化, 在几十纳秒的脉宽下, 峰值电流就可以超过一千安, 并逐渐变成汽化加工, 改善表面质量。

(2) 超高频高速精加工脉冲电源技术

从电火花线切割精加工的角度来看, 提升效率与保障质量之间是一组相互矛盾的要求, 为了能够更好的保障加工表面质量, 就需要要求每一次放电的去除量很小, 而这样就难免会影响到加工的效率, 为了能够解决这两者之间的矛盾, 国外的制造商提出了超高频高速精加工脉冲电源, 如源自瑞士的Clean Cut脉冲电源, 运用的就是快速开关元件, 通过有效整合放电回路的条件下, 进行高频窄脉冲放电, 这样不仅大大提升了工作效率, 还很好的保障了加工表面的质量, 其粗糙度可以控制在0.2μm范围内。

2. 电火花线切割加工技术未来发展趋势

结合当前单向走丝电火花线切割加工技术的发展情况及笔者实践, 本文认为未来的单向走丝电火花线切割加工技术应当向以下几方面发展。

首先, 应当保障更高质量的加工表面, 加强对加工脉冲电源技术、高频脉冲电源技术的研究;

其次, 应当更好的实现微细加工, 加强对微精加工电源、细丝切割工艺技术等的研究;

第三, 应当具备更高的加工效率, 加快对快速检测控制技术的研究, 加大对效率更高的纳秒级、无电阻脉冲电源技术等的研究力度;

第四, 应当具备更高的加工精度, 加快对多次切割技术、精密寻边技术等的研究, 并加大力度研究机床热平衡控制技术等;

第五, 要实现绿色节能的效果, 加大对节能型、低功耗高效脉冲电源的研发等。

结论

综上所述, 随着科技的不断进步及社会发展, 电火花线切割加工技术在航空等诸多领域得到了广泛的应用, 不仅推动了各个行业的发展, 也对其本身功能的完善提出了新的要求, 为了更好对该技术进行研究与实践应用, 本文主要从三方面介绍了单向走丝电火花线切割加工技术, 并对其未来发展趋势及要求提出了五点看法, 望能够为日后的电火花线切割加工技术的应用与研究提供依据。

参考文献

[1]张旭东, 李谢峰.对往复走丝电火花线切割加工技术发展的思考[J].电加工与模具, 2012-04.

[2]葛红光.智能型电火花线切割脉冲电源的研究与实现[D].江南大学, 2013-06.

精密加工技术_电火花加工现状与发展篇6

但是在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批生产的零件约占机械加工总量的百分之八十以上。

P2 数控系统经历了采用电子管、晶体管、集成电路；计算技数控（CNC)

计算机数控系统的优点

1柔性好2功能强3可靠性高4易于实现机电一体化5经济性好数控系统和数控机床的发展

1高速、高精度化2提高数控系统的可靠性（提高数控系统的可靠性，可大大降低数控机床的故障率。新型数控系统大量使用大规模和超大规模的集成电路。

P3 柔性制造单元FMC、柔性制造系统FMS

P4 所谓柔性是指------几种不同的工件

P7 数控机床的优点：1对加工对象改型的适应性---------6有利于生产管理的现代化

P9 数控机床的组成：程序载体-------机床机械部分构成数控机床工作原理1----6

P12 数控机床的分类（一二三，以及下面的小点）

P17 第一段

P32 第三段以及第四段第一句

P37 第二段第三段（调速范围----------可频繁的停及换向）

P37 第一段

P58 开环闭环以及数控机床对检测的要求1-----4

P58 表格

P62 第一句

P74 1234

P75 数控机床的总体布局 12345678910

P88对主传系统的要求12345调速方法1234

P133 机床导轨的作用是起导向与支承作用，导轨的基本作用12345P134导轨的基本类型

P139 数控机床对刀具的要求123456789

（经济性与切削性的可预测性）

P146 涂层刀具是在----------难容金属化合物而获得。

P152 自动换刀装置主要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀；转塔式又分为回转刀架式和转塔头式。

P165 数控夹具的要求1234 数控加工工艺的概念（第一段）数控加工工艺的主要内容12345678

精密加工技术_电火花加工现状与发展篇7

流体轴承是一种精密的含油轴承, 利用流体的静压原理, 借助润滑油的黏性和油在轴承副中形成液膜隔开两摩擦表面并承受载荷的滑动轴承。流体轴承静止时轴与轴承是相互接触的, 在高速旋转时依靠压力油膜把轴支承悬空实现平衡负载、隔离轴颈与轴套、润滑等作用。流体轴承将金属间的固体摩擦转化为液体内部的分子摩擦, 将摩擦磨损降至最低限度, 由于其具有无机械接触、能在最大范围内满足高速、轻载、振动小、运转精度高、运行噪声小、使用寿命长 (可达到40 000 h) 等特点, 因而在高转速 (可达10000 r/min) 的高精密主轴上得到了广泛应用。

小型精密流体轴承由于其产品体积小、精度高、加工困难、常规的加工设备和加工工艺不能满足生产需要, 因而常采用机械预加工和孔挤压精加工相结合的方式, 以满足精密流体轴承的性能要求。不少学者对孔挤压加工技术开展了相关研究。赵如福、金仁钢、林大庆等[1,2,3]分析了挤压加工的工艺因素, 挤压力的计算公式, 挤压速度和润滑剂的选择方法。张存鼎[4]讨论了微电机内孔挤压加工工艺过程及其设备的设计选择。徐云奎[5]通过分析内孔挤压变形理论, 优化了挤压参数计算公式。吴隆[6]分析了挤压法加工内孔的参数优化问题。张洪双、段晓飞[7]研究了挤压加工孔壁残余应力和孔径、板件厚度、挤压强化过盈量等工艺参数之间的关系。

为了对小型精密流体轴承的内孔进行挤压精加工和测量, 本文基于挤压法加工内孔原理和传感测量技术, 设计了一套精密流体轴承内孔挤压加工参数优化算法和检测系统, 在进行内孔精密挤压加工同时实现对内孔径的测量。

1 加工产品及参数

某型流体轴承产品示意图如图1所示, 轴套内孔加工有储油油槽2、4、7和沟槽3、6。轴承套的材质为青铜, 外圆直径dw为, 内孔直径d2为φ3.378±0.001 mm, 沟槽深度为0.005 mm。轴套底孔采用钻孔、铰孔预加工而成;油槽、沟槽均采用特殊的镗刀加工。为了清除加工毛刺和提高加工、检测生产效率, 要求轴套内孔的精加工实现两个工序:一是完成表面研磨抛光;二是对轴套内孔径进行测量和检测, 判断轴承孔径是否合格。

1, 8.密封2, 4, 7.油槽3, 6.沟槽5.轴套9.轴

2 内孔挤压加工工艺参数设计

2.1 内孔挤压加工原理

球体挤压法精加工内孔是利用一个比待加工孔稍大的淬火钢球在推杆的推力作用下通过预加工后尺寸有余量的内孔, 作为最后的精加工, 如图2所示。球体通过时, 孔径被加工到要求尺寸, 孔壁被压光, 表面粗糙度减小, 表面硬度和尺寸精度都将有所提升。

挤压变形图如图3。挤压时, 钢球与预加工孔存在挤压过盈量K=d3-d1, 孔表面则发生弹性变形K1=d3-d2和塑性变形K2=d2-d1。图3中d1为挤压前的孔径;d2为挤压后的孔径;d3为钢球直径。

孔挤压后的剩余塑性变形K2不仅与材料有关, 而且还受材料的底孔直径、孔壁厚度、热处理程度等影响。要达到挤压抛光的效果, 就必须要使钢球挤压产生的压力超过内孔壁的屈服弹性极限压力, 否则挤压钢球退出后, 内孔产生的弹性变形全部恢复, 达不到挤压抛光的效果。挤压过程中, 当钢球与内孔的过盈量超过内孔壁开始屈服的过盈量时, 内壁的变形包括了挤压工具退出后回复的弹性变形和使内孔增大的剩余塑性变形;随着过盈量的增大, 塑性变形也不断增大, 这时的应力与应变关系已不呈线性关系;而当过盈量增大到一定值 (外壁也进入塑性变形时的极限位移量Ks) 时, 零件外壁的变形也进入了塑性阶段[5,6,7]。

过盈量的选择应尽可能靠近或稍大过零件外壁进行塑性变形阶段, 因为这时弹性变形也趋于极限, 塑性变形量将随着过盈量增大而同步增大, 挤压前孔径的变化偏差对所加工的孔径变化影响很小, 从而可稳定地保证加工后的孔精度;但过盈量太大, 会使金属表面产生过大的塑性变形引起金属的疲劳, 反而使表面粗糙度恶化[8,9]。

2.2 加工过盈量K

首先计算极限情况下的过盈量, 即外壁也进入塑性变形时的极限位移量Ks[5,6]为

式中:σs为材料的屈服极限, 取170 MPa;G为材料的剪切弹性模量, 取0.39×105MPa;dw为零件外圆直径, 为;d2为零件内孔直径, 为 φ3.378±0.001 mm。

根据式 (1) 计算极限过盈量Ks为0.011 mm。查询相关文献[1,2,5]所推荐的过盈量值范围为0.04~0.06 mm, 表明按照推荐过盈量值0.04~0.06 mm进行挤压加工时, 流体轴承轴套内孔壁和外壁均进入塑性变形阶段, 挤压加工效果较好, 故选取加工过盈量为推荐值的下限值, 即取K=0.04 mm。

2.3 挤压加工塑性变形量

由于选取的加工过盈量K=0.04 mm已超出极限过盈量Ks=0.011 mm, 故此时的挤压弹性变形达到最大值, 对应的弹性变形应变量[5,8]为

由式 (2) 计算极限弹性变形应变量εs=3.33×10-3mm。

2.4 挤压钢球直径

钢球直径取为[5,6]

式中:εs为材料的极限弹性变形应变量;δ为零件孔的尺寸公差。

由式 (3) 确定挤压钢球直径d3为φ3.3862mm, d3的尺寸偏差取对称偏差为±0.000 5 mm, 则选择挤压钢球直径d3为。挤压钢球采用高硬度淬火钢球。

2.5 挤压前孔预加工直径

挤压前孔的预加工直径[5,6]为

由式 (4) 确定挤压前孔预加工直径d1max为3.374 7 mm。

选取挤压前孔预加工直径d1的公差一般比成孔直径d2的公差等级低一级[9], 一方面可提高精加工孔的表面粗糙度, 另一方面也可提高孔的加工精度, 选取挤压前孔直径d1为。

2.6 挤压速度