电火花基本知识

电火花加工基本知识电火花加工基本知识 一、电火花加工的机理 二、电火花加工的特点 三、电火花加工机床的组成及作用 四、实现电火花加工的条件 五、极性效应 六、覆盖效应 七、加工速度 八、工具电极损耗 九、表面粗糙度 十、放电间隙 十一、两电极蚀除量之间的矛盾 十二、加工速度与加工表面粗糙度之间的矛盾 十三、电火花加工常用名词、术语及符号 十四、电火花加工粗糙度对照表 一、一、电火花加工的机理 电火花是一种自激放电，电火花加工（EDM）是基于正负两个电极间脉冲放电的 S 电腐蚀现象对材料进行加工。2 个电极， 及其之间的介质相对于一个电容， 由C 4 kd （C 电容，）， 为了强化对材料电腐蚀过程的控制和加工效果，要注意几个方面的问题: 1)电极之间保持距离确定的距离。 二、电火花加工的特点二、电火花加工的特点 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，这就使得 传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，人们除了进一步发展和完善机 械加工法之外， 还努力寻求新的加工方法。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， 因此， 得到了迅速发展和日益广泛的应用。 电火花加工的特点如下： 1.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.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 围小。 3.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小。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。 基于上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项： 1) 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）。 三、电火花加工机床的组成及作用三、电火花加工机床的组成及作用 从上面所谈的情况可以看到，要实现电火花加工过程，机床必须具备三个要素， 即：脉冲电源，机械部分和自动控制系统，工作液过滤与循环系统。 （见图一）。 下面对这三要素的作用逐一加以简单讨论。 1.脉冲电源 加在放电间隙上的电压必须是脉冲的，否则，放电将成为连续的电弧。所谓脉冲 电源，实际就是一种电气线路或装置，它们能发出具有足够能量的脉冲电压来。 2.机械部分和自动控制系统 其作用是维持工具电极和工件之间有一适当的放电间隙，并在线调整。 3.工作液净化与循环系统 工作液的作用是使能量集中，强化加工过程，带走放电时所产生的热量和电蚀产 物。工作液系统包括工作液的储存冷却、循环及其调节与保护、过滤以及利用工 作液强迫循环系统。 上述三要素， 有时也称为电火花加工机床的三大件，它们组成了电火花加工机床 这一统一体，以满足加工工艺的要求。 四、实现电火花加工的条件四、实现电火花加工的条件 实现电火花加工，应具备如下条件： 1.工具电极和工件电极之间必须维持合理的距离。 在该距离范围内，既可以满足 脉冲电压不断击穿介质，产生火花放电，又可以适应在火花通 道熄灭后介质消电离以及排出蚀除产物的要求。若两电极距离过大，则脉冲电压 不能击穿介质、不能产生火花放电，若两电极短路，则在两电 极间没有脉冲能量消耗，也不可能实现电腐蚀加工。 2.两电极之间必须充入介质。 在进行材料电火花尺寸加工时，两极间为液体介质 （专用工作液或工业煤油）；在进行材料电火花表面强化时， 两极间为气体介质。 3.输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大。 在火花通道形成后，脉冲电压变化 不大，因此，通道的电流密度可以表征通道的能量密度。能量 密度足够大， 才可以使被加工材料局部熔化或汽化，从而在被加工材料表面形成 一个腐蚀痕（凹坑），实现电火花加工。因而，通道一般必须 有 105-106A/cm2 电流密度。 放电通道必须具有足够大的峰值电流，通道才可以在脉冲期间得到维持。一般情 况下，维持通道的峰值电流不小于 2A。 4.放电必须是短时间的脉冲放电。放电持续时间一般为 10-7-10-3s。由于放电 时间短，使放电时产生的热能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范围内，保持火花放电的冷极特性。 5.脉冲放电需重复多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的。 这里包含两个方面的意义：其一时间上相邻的两个脉冲不在同一点上形成通道； 其二，若在一定时间范围内脉冲放电集中发生在某一区域，则 在另一段时间内，脉冲放电应转移到另一区域。只有如此，才能避免积炭现象， 进而避免发生电弧和局部烧伤。 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。 在电火花加工的生产实际中，上述过程通过两个途径完成。一方面，火花放电以 及电腐蚀过程本身具备将蚀除产物排离的固有特性；蚀除物以 外的其余放电产物（如介质的汽化物）亦可以促进上述过程；另一方面，还必须 利用一些人为的辅助工艺措施，例如工作液的循环过滤，加工 中采用的冲、抽油措施等等。 五、极性效应五、极性效应 电火花加工时， 相同材料两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电极比另一个电 极的蚀除量大，这种现象叫做极性效应。如果两电极材料不同 ，则极性效应更加明显。 六、覆盖效应六、覆盖效应 在油类介质中放电加工会分解出负极性的游离碳微粒，在合适的脉宽、脉间条件 下将在放电的正极上覆盖碳微粒，叫覆盖效应。利用覆盖效应 可以降低电极损耗。注意负极性加工才有利做覆盖效应。 七、加工速度七、加工速度 对于电火花成形机来说加工速度是指在单位时间内，工件被蚀除的体积或重量。 一般用体积表示。若在时间 T 内，工件被蚀除的体积为 V，则加 工速度 Vw 为： Vw=V/t（mm3/min） 对于线切割机来说，加工速度是指在单位时 间内， 工件被切面积。 即用 mm2/min 来表示。在规定表面粗糙度 （如 Ra=2.5μm） ， 相对电极损耗（如 1%）时的最大加工速度，是衡量电加工机床工艺性能的重要 指标。一般情况下，生产厂 给出的是最大加工电流，在最佳加工状态下所能达到的最高加工速度。因此，在 实际加工时，由于被加工件尺寸与形状的千变万化，加工条件 ，排屑条件等与理想状态相差甚远，即使在粗加工时，加工速度也往往大大低于 机床的最大加工速度指标。 八、工具电极损耗八、工具电极损耗 在电火花成形加工中，工具电极损耗直接影响仿形精度，特别对于型腔加工，电 极损耗这一工艺指标较加工速度更为重要。 电极损耗分为绝对损耗和相对损耗。 绝对损耗最常用的是体积损耗 Ve 和长度损耗 Veh 二种方式，它们分别表示在单 位时间内，工具电极被蚀除的体积和长度。即 Ve=V/t（mm3/min） Veh=H/t（mm/min） 相对损耗——工具电极绝对损耗