第一章 電火花加工原理

1、相城中等專業(yè)學校 機電工程部教 案 授課日期授課班級13數(shù)控模具授課地點一樓西教學內(nèi)容（標題）1.1 電火花技術(shù)介紹教學目標了解電火花加工是一種新工藝重點難點與普通機械加工的區(qū)別教學形式理論課 實踐課 現(xiàn)場實訓 社會調(diào)查 其它教學手段普通講授 多媒體 演示模型 展示掛圖 實物教學 其它板書設計1.1 電火花技術(shù)介紹1. 生活中的放電現(xiàn)象2. 電火花加工定義3. 電火花加工與機械加工相比特點講授 主 要 內(nèi) 容 隨著社會生產(chǎn)的需要和科學技術(shù)的進步，20世紀40年代，前蘇聯(lián)科學家拉扎連柯夫婦研究開關(guān)觸點遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被腐蝕掉，開創(chuàng)和

2、發(fā)明了電火花加工。后來，由于各種先進技術(shù)的不斷應用，產(chǎn)生了多種有別于傳統(tǒng)機械加工的新加工方法。這些新加工方法從廣義上定義為特種加工(NTM，Non-Traditional Machining)，也被稱為非傳統(tǒng)加工技術(shù)，其加工原理是將電、熱、光、聲、化學等能量或其組合施加到工件被加工的部位上，從而實現(xiàn)材料去除。 與傳統(tǒng)的機械加工相比，特種加工的不同點是： (1) 不是主要依靠機械能，而是主要用其他能量(如電、化學、光、聲、熱等)去除金屬材料。 (2) 加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機械切削力，故加工的難易與工件硬度無關(guān)。 (3) 各種加工方法可以任意復合、揚長避短，形成新的工藝方法，更突出

3、其優(yōu)越性，便于擴大應用范圍。如目前的電解電火花加工(ECDM)、電解電弧加工(ECAM) 就是兩種特種加工復合而形成的新加工方法目前電火花技術(shù)已廣泛用于加工淬火鋼、不銹鋼、模具鋼、硬質(zhì)合金等難加工材料；用于加工模具等具有復雜表面的零部件。補充：常用特種加工方法的分類幾種常見特種加工方法的綜合比較：教 案 授課日期授課班級13數(shù)控模具授課地點一樓西教學內(nèi)容（標題）1.1.1 電火花加工的基本原理教學目標掌握放電存在的必要條件重點難點合適的放電間隙，還有脈沖電源教學形式理論課 實踐課 現(xiàn)場實訓 社會調(diào)查 其它教學手段普通講授 多媒體 演示模型 展示掛圖 實物教學 其它板書設計1原理：基于工具和工件

4、（正、負電極）之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除去金屬，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量等預定的加工要求。2放電條件：1）放電間隙2）脈沖性電源3）一定絕緣的液體介質(zhì)講授 主 要 內(nèi) 容 原理：基于工具和工件（正、負電極）之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除去金屬，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量等預定的加工要求。放電條件：1）放電間隙2）脈沖性電源3）一定絕緣的液體介質(zhì)教 案 授課日期授課班級13數(shù)控模具授課地點一樓西教學內(nèi)容（標題）1.1.2 脈沖放電過程 教學目標了解一次放電經(jīng)歷的幾個階段重點難點放電的微觀過程教學形式理論課 實踐課 現(xiàn)場實訓 社會調(diào)查 其它教學手段普通講授 多

5、媒體 演示模型 展示掛圖 實物教學 其它板書設計1放電加工四個連續(xù)階段：1）極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道2）介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹3）電極材料的拋出4）極間介質(zhì)消電離講授 主 要 內(nèi) 容 放電加工四個連續(xù)階段：1、極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道2、介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹3、電極材料的拋出4、極間介質(zhì)消電離在脈沖電壓波形的0123段和脈沖電流的23段，對應了放電通道的形成，而在脈沖電壓波形的34和脈沖電流波形的34段，對應了介質(zhì)的熱分解、電極材料熔化、汽化和電極材料的拋出，在脈沖電壓波形的45和脈沖電流波形的45段，對應了極間介質(zhì)的消電離。教 案 授課日期授

6、課班級13數(shù)控模具授課地點一樓西教學內(nèi)容（標題）1.1.3 極性效應 1.21影響材料放電腐蝕量的主要因素教學目標掌握極性效應的概念，知道影響材料放電腐蝕量的主要因素重點難點極性效應產(chǎn)生的根本原因教學形式理論課 實踐課 現(xiàn)場實訓 社會調(diào)查 其它教學手段普通講授 多媒體 演示模型 展示掛圖 實物教學 其它板書設計1.1.3極性效應概念：1.2.1影響材料放電腐蝕量的主要因素1、極性效應2、電參數(shù)3、材料的熱學物理常數(shù)4、工作液5、加工過程的穩(wěn)定性、加工的形狀、電極材料、噴流、電流密度等其它因素講授 主 要 內(nèi) 容 1.1.3極性效應概念：單純的由于極性不同，造成放電蝕除的腐蝕速度不一樣的現(xiàn)象叫做

7、機型效應。1.2.1影響材料放電腐蝕量的主要因素1、極性效應的原因火花放電過程中，正負電極表面分別受到負電子和正離子的轟擊和瞬間熱源的作用，在兩極表面所分配到的能量不一樣，因為熔化和氣化的電蝕量也不一樣。電子質(zhì)量小、慣性小，容易獲得很高的加速度和速度，在擊穿放電的初始階段就有大量的電子奔向正極，能把能量傳遞給正極表面，使電極材料很快地熔化和氣化；正離子質(zhì)量大、慣性大，啟動和加速較慢，在擊穿放電的初始階段，大量的正離子來不及到達負極表面，達到負極表面并傳遞能量的只有一小部分的正離子；所以在短脈寬的加工時，負電子對正極的轟擊作用大于正離子對負極的作用，所以正極的蝕除速度大于負極的蝕除速度，這時工件

8、應該接正以得到更大的工件加工速度當采用長脈寬加工時(即加工電流維持時間較長)加工時質(zhì)量大、慣性大的正離子有足夠的時間加速，達到并轟擊負極表面的正離子數(shù)將隨時間的加長而增多，由于正離子的質(zhì)量大，對負極表面的轟擊破壞作用強。同時電子掙脫負極時要從負極獲得溢出功，而正離子到達負極表面時與電子結(jié)合釋放位能，故長脈寬負極的蝕除速度將大于正極，這時工件就應該接負極。近年來的生產(chǎn)實踐和研究結(jié)果表面，正的電極表面能吸附分解出來的碳微粒，減少損耗。 覆蓋和鍍覆作用對極性效用的影響在某些條件下也不可忽視。在特定條件下（如銅打鋼脈寬12s、脈間15s時）脈寬不變，逐步減小脈間，有利于炭黑膜在正極的形成，使負極蝕除速

9、度大于正極而必須改用負極性加工。這種現(xiàn)象實際上是極性效用和正極吸附炭黑膜之后對正極的保護作用的綜合效果2、電參數(shù)對電蝕量的影響 工件電極的蝕除速度取決于單脈沖能量單脈沖能量取決于極間電壓、放電電流、放電維持時間是他們的乘積，擊穿后間隙電壓等于火花維持電壓，火花維持電壓與電極對材料和工作液有關(guān)。(一般煤油中銅打鋼在25V、石墨打鋼2530V,皂化液中鉬絲加工鋼件是為1820V)，與脈沖電壓幅值、加工電流、極間距離等關(guān)系不大。加工極性(正、負) 加工極性以工件為基準，工件接脈沖電源正電極為正極性加工，工件接負極為負極性加工伺服參考電壓：電火花加工伺服進給時事先設定的一個參考電壓，用它與加工時的平均

10、間隙電壓作比較決定伺服進給方向伺服速度：空載時伺服進給的主軸移動速度教 案 授課日期授課班級13數(shù)控模具授課地點一樓西教學內(nèi)容（標題）1.2.2 加工速度和工具電極的損耗速度1.2.3 影響電火花加工精度的主要因素教學目標掌握加工中影響工具的損耗和加工精度的因素重點難點吸附效應的概念及好處，二次放電的概念及影響教學形式理論課 實踐課 現(xiàn)場實訓 社會調(diào)查 其它教學手段普通講授 多媒體 演示模型 展示掛圖 實物教學 其它板書設計1.2.1影響材料放電腐蝕量的主要因素3、材料的熱學物理常數(shù)4、工作液5、加工過程的穩(wěn)定性、加工的形狀、電極材料、噴流、電流密度等其它因素1.2.2 加工速度和工具電極的損

11、耗速度（1）工件的加工速度（2）工具電極損耗的影響因素1.2.3 影響電火花加工精度的主要因素1、工具電極的損耗及其穩(wěn)定性2、放電間隙的大小和一致性3、二次放電現(xiàn)象講授 主 要 內(nèi) 容 1.2.1影響材料放電腐蝕量的主要因素3、金屬材料熱學常數(shù)對電蝕量的影響熱學常數(shù)是指熔點、沸點、導熱率、比熱容、融化熱、氣化熱等每次放電時，通道內(nèi)及正負電極放電點都瞬時獲得大量熱能。正負極放電點所獲得的熱能除一部分由于傳到散失到電極其它部分和工作液外，其余部分將依次消耗在1、使局部材料溫度升高到熔點，相關(guān)參數(shù)還有比熱容2、熔化熱3、使熔化金屬加熱到氣化的沸點溫度，相關(guān)液化材料的比熱容，4、氣化熱，5、使氣化金屬

12、繼續(xù)加熱成熱蒸氣，相關(guān)氣化材料的比熱容顯然當脈沖能量相同時，金屬的熔點、沸點、比熱容、融化熱、氣化熱越高，則電蝕量越小，越難加工。熱導率越大的材料由于更多的熱量被傳導散失到工件的其它部位，因為降低了本身的蝕除量，也不易加工。各種金屬材料的難易程度依次為鎢、銅、銀、鉬、鋁、鉭、鉑、鐵、鎳、不銹鋼、鈦 當脈沖能量一定時，脈沖電流幅值越小，即脈寬越大散失的熱量越多，從而影響電蝕量減小，相反脈寬小，脈沖電流大，由于熱量過于集中而來不及傳導擴散，使拋出的金屬氣化的比例增多，多消耗在氣化熱上，故而蝕除量也會減少。故而當脈沖能量一定時都會有一個使工件電蝕量最大的最佳脈寬工作液對電蝕量的影響 工作液的作用是形

13、成火花擊穿通道，并在放電結(jié)束后迅速回復間隙的絕緣；對放電通道產(chǎn)生壓縮作用；幫助電蝕產(chǎn)物的拋出和排除，對工具電極和工件進行冷卻。因為它對電蝕量也有較大的影響。 介電性能好、密度和黏度大的工作液有利于壓縮放電通道，提高放電的能量密度，強化電蝕產(chǎn)物的拋出效果，但黏度大的不利于電蝕產(chǎn)物的排出影響正常放電5、影響電蝕量的其它因素加工過程的穩(wěn)定性加工深度增加、加工面積增加、型面復雜都不利于電蝕產(chǎn)物的排出會影響加工的穩(wěn)定性減低加工速度嚴重時造成積炭拉弧使加工難以進行，為改善排屑條件提高加工速度，和防止拉弧，通常采用強迫沖油和工具電極定時抬刀等措施。加工面積小，才有較大電流加工時，會使局部電蝕產(chǎn)物濃度過高，放

14、電點不能分散轉(zhuǎn)移，放電的余熱來不及傳播擴散而積累起來，造成過熱形成電弧，破壞加工的穩(wěn)定性電極材料對加工穩(wěn)定性也有影響，鋼電極加工鋼時電極間隙容易磁化吸附鐵屑加工不宜穩(wěn)定，銅加工鋼就比較穩(wěn)定脈沖電源的波形及其前后延陡度影響著輸入能量的集中和分散程度，對電蝕量有很大的影響電火花加工過程中電極材料拋出速度很高時，會沖擊另一電極表面使其蝕除量增大，如果速度慢則當噴射到另一電極表面時會反粘和涂覆在電極表面減少起蝕除量通常和機械加工一樣，機床本身的各種誤差以及工件、工具電極的定位、安裝誤差都會直接影響加工精度）1、工具電極的損耗及其穩(wěn)定性2、放電間隙的大小和一致性3、二次放電現(xiàn)象1、工具電極的損耗及其穩(wěn)定

15、性工具電極的損耗對尺寸精度和形狀精度都有影響電火花穿孔加工時可以貫穿型孔而補償電極的損耗型腔加工時則無法采用這一方式，精密型腔加工時可采用更換電極的方法2、放電間隙的大小和一致性放電間隙可以通過修正電極形狀尺寸進行補償，以獲得較高的加工精度放電間隙的大小實際上是變化的，會影響加工精度間隙大小對加工精度（特別是仿形精度）也有影響，尤其對復雜的加工表面，棱角部位電場強度分布不均勻，間隙越大影響越嚴重，因此減小加工誤差，應該選用較弱小的加工規(guī)準，縮小放電間隙電參數(shù)對放電間隙的影響是非常顯著的，精加工的單邊放電間隙一般只有0.01而粗加工要達到0.5左右3、二次放電現(xiàn)象由于工具電極下端部加工時間長，絕

16、對損耗大，而電極入口處的放電間隙則由于電蝕產(chǎn)物的存在，“二次放電”的幾率大，使放電間隙擴大，因為產(chǎn)生加工斜度，俗稱喇叭口所謂二次放電其實是多次放電的結(jié)果教 案 授課日期授課班級13數(shù)控模具授課地點一樓西教學內(nèi)容（標題）1.3電火花加工的特點、適用范圍1.3.1 電火花加工的特點、適用范圍1.3.2 電火花加工的缺點教學目標掌握加工特點，了解適用范圍重點難點加工的局限性教學形式理論課 實踐課 現(xiàn)場實訓 社會調(diào)查 其它教學手段普通講授 多媒體 演示模型 展示掛圖 實物教學 其它板書設計1.3.1 電火花加工的特點、適用范圍（1）適合于難切削材料的加工。（2）可以加工特殊及復雜形狀的零件。（3）易于實現(xiàn)加工過程自動化。（4）可以改進結(jié)構(gòu)設計，改善結(jié)構(gòu)的工藝性1.3.2 電火花加工的缺點（1）只能用于金屬等導電材料（2）加工速度一般較慢（3）存在電極損耗（4）最小角部半徑有限制講授 主 要 內(nèi) 容 1.3.1 電火花加工的特點、適用范圍（1）適合于難切削材料的加工。（2）可以加工特殊及復雜形狀的零件。（3）易于實現(xiàn)加工過程自動化。（4）可以改進結(jié)構(gòu)設計，改善結(jié)構(gòu)的工藝性1.3.2 電火花加工的缺點（1）只能用于金屬等導電材料（2）加工速度一般較慢（3）存在電極損耗（4）最小角部半徑有限制