特种加工第2章

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1、LOGO南航 刘志东主编1 （Electrical Discharge MachiningElectrical Discharge Machining简称简称EDMEDM）南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院南航 刘志东主编2 所谓电火花加工（Electrical Discharge Machine简称EDM)是指在介质中，利用两极(工具电极与工件电极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象对材料进行加工，使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定要求的加工方法。 2.1.1 电火花加工的概念电火花加工的概念南航 刘志东主编3 在火花放电时，火花通道内瞬时产生的大量热致使电极表面的金属产生局部

2、熔化甚至气化而被蚀除下来。 南航 刘志东主编4 电火花加工表面不同于普通金属切削表面具有规则的切削痕迹，其表面是由无数个不规则的放电凹坑组成。 南航 刘志东主编52.1.2 电火花加工的特点电火花加工的特点 1.1.优点：优点： 1）适合于加工任何难切削导电材料 材料的可加工性主要取决于材料导电性及热学特性,与其力学性能（硬度、强度等）无关。 2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 没有机械加工的切削力，适宜加工低刚度工件及进行微细加工。 3）易于实现加工过程自动化 直接利用电能加工，而电能、电参数较机械量易于实现数字控制、适应控制、智能化控制和无人化操作等； 4）通过改进结构设计，改善零件结

3、构的加工工艺性 南航 刘志东主编6 2 2局限性：局限性： 1）一般只能加工金属等导电材料； 2）加工速度一般较慢； 3）存在电极损耗； 4）最小角部半径有限制； 5）加工表面有变质层甚至微裂纹。南航 刘志东主编7电火花加工系统原理示意图电火花加工系统原理示意图 南航 刘志东主编8 实现电火花加工的必要条件：实现电火花加工的必要条件： 1)工具电极与工件保持一定的放电间隙；一般是几个微米至数百微米。加工中必须用自动进给调节机构来保证加工间隙随加工状态而变化。 2)火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行 ；如火花油、水溶性工作液或去离子水等。液体介质有压缩放电通道的作用，同时液体介质还能把

4、电火花加工过程中产生的金属蚀除产物、碳黑等从放电间隙中排出去，并对电极和工件起到较好的冷却作用。 2.1.3 电火花加工应具备的条件电火花加工应具备的条件南航 刘志东主编9 3)放电点局部区域的功率密度足够高(一般为105106A/cm2)，放电时所产生的热量，足以使放电通道内金属局部产生瞬时熔化甚至气化。 4)火花放电是瞬时的脉冲性放电。放电的持续时间一般为10-710-3秒。由于放电时间短，放电时产生的热量来不及扩散到工件材料内部，能量集中，温度高，放电点集中在很小范围内。 5)在先后两次脉冲放电之间，需要有足够的停歇时间，排除电蚀产物，使极间介质充分消电离，恢复介电性能，以保证下次脉冲放

5、电不在同一点进行，避免形成电弧放电，使重复性脉冲放电顺利进行。 南航 刘志东主编10脉冲电源的放电电压及电流波形脉冲电源的放电电压及电流波形 南航 刘志东主编11 按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同， 电火花加工大致可分为: 1 )电火花穿孔成形加工 2 )电火花线切割 3 )电火花同步共扼回转加工 4 )电火花高速小孔加工 5 )电火花表面强化与刻字2.1.4 电火花加工的类型及适用范围电火花加工的类型及适用范围南航 刘志东主编12适适 用用 范范 围围 1 )1 )电火花穿孔成形加工电火花穿孔成形加工 (1)穿孔加工：各种冲模、挤压模、粉末冶金模、异形孔及微孔等； (2)型腔加工：

6、加工各类型腔模及各种复杂的型腔工件。 2 ) 2 )电火花线切割电火花线切割 (1)切割各种冲模和具有直纹面的零件； (2)下料、截割和窄缝加工。 南航 刘志东主编13适用范围适用范围 3 )3 )电火花同步共扼回转加工电火花同步共扼回转加工 以同步回转、展成回转、倍角速度回转等不同方式，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。 4 ) 4 )电火花高速小孔加工电火花高速小孔加工 (1)线切割预穿丝孔； (2)深径比很大的小孔，如喷嘴等。 5 ) 5 )电火花表面强化与刻字电火花表面强化与刻字 (1)模具刃口，刀、量具刃口

7、表面强化和镀覆； (2)电火花刻字、打印记。 南航 刘志东主编14 电场强度畸变最大、介电强度最薄弱处产生雪崩式电离过程，导致介质击穿。 放电通道建立，高电流密度、带电粒子高速运动，通道中心产生高温、高压。2.2.1 2.2.1 极间介质的电离、击穿，形成放电通道极间介质的电离、击穿，形成放电通道南航 刘志东主编15极间未施加放电脉冲时的情况极间未施加放电脉冲时的情况南航 刘志东主编16极间施加放电脉冲形成放电通道极间施加放电脉冲形成放电通道 南航 刘志东主编17 通道内形成电子流与离子流，电能动能热能。 极间介质一旦被电离、击穿，形成放电通道后，脉冲电源使通道内的电子高速奔向正极，正离子奔向

8、负极，使电能变成动能，动能通过带电粒子对相应电极材料的高速碰撞转变为热能，使正负极表面产生高温，高温除使工作液气化、热分解外，也使金属材料熔化甚至气化。 2.2.2 2.2.2 介质热分解，电极材料熔化、气化、热膨胀介质热分解，电极材料熔化、气化、热膨胀南航 刘志东主编182.2.3 2.2.3 电极材料的抛出电极材料的抛出 通道内的正负电极表面放电点瞬时高温使工作液汽化并使得两电极对应表面金属材料产生熔化、气化，形成一个扩张的“气泡”，从而将熔化或气化的金属材料推挤、抛出而使其进入工作液中，抛出的两极带电荷的材料在放电通道内汇集后进行中和及凝聚，最终形成了细小的中性圆球颗粒，成为电火花加工的

9、蚀除产物。南航 刘志东主编19电极表面产生熔化甚至气化电极表面产生熔化甚至气化 南航 刘志东主编202.2.4 2.2.4 极间介质的消电离极间介质的消电离 一次脉冲放电结束，此后还应有一段间隔时间，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击穿放电通道。南航 刘志东主编21陨石撞击地球示意图陨石撞击地球示意图南航 刘志东主编22电火花加工表面的放电凹坑电火花加工表面的放电凹坑南航 刘志东主编232.3.1 2.3.1 电火花加工的极性效应电火花加工

10、的极性效应 1极性效应 极性：工件或电极接入电源回路的正极或负极。 极性效应：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。 对极性的规定：以工件所接为准。 电子流、离子流，长脉宽与短脉宽、工作液和电极对等都影响极性效应南航 刘志东主编24 极性效应是火花放电过程中一种重要现象，产生这一现象的原因很复杂，通常对这一问题的解释是：在火花放电过程中，正、负电极表面分别受到负电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用，在两极表面所分配到的能量不一样，因而熔化、气化抛出的电蚀量也不一样。极极 性性 效效 应应南航 刘志东主编25 这是因为电子的质量和惯性均小，容易获得很高的加速度和速度，在击穿放

11、电的初始阶段就有大量的电子奔向正极，把能量传递给阳极表面，使电极材料迅速熔化和气化；而正离子则由于质量和惯性较大，起动和加速较慢，在击穿放电的初始阶段，大量的正离子来不及到达负极表面，到达负极表面并传递能量的只有一小部分离子。南航 刘志东主编26v 在用短脉冲加工时，电子的轰击作用大于离子的轰击作用。正极的蚀除速度大于负极的蚀除速度，这时工件应接正极。v 当采用长脉冲加工时质量和惯性大的正离子将有足够的时间加速，到达并轰击负极表面的离子数将随放电时间的增长而增多；由于正离子的质量大，对负极表面的轰击破坏作用强，这时工件应接负极。v 因此，当采用窄脉冲精加工时，应选用正极性加工；当采用长脉冲粗加