1、12 电火花成型加工技术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
2、 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
3、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 （ 10 107 m） 的 液 体 介 质 中 进 行 。 二、 电火
4、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（s）：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 ti100s，精加工时只能用较少的脉宽 ti500mm3/min，但电火花精加工时，通常 vw20mm3/min。12、相对损耗或损耗比（损耗率）（%）相对损耗或损耗比是
5、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4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
6、、 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
7、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
8、 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 60V300V 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。53）、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104109A/cm2）。4）、放电必须是短时间的脉冲放电。一般为 1s 1ms
9、。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。 6主轴头：主轴头是电火花成型加
10、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 7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
11、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
12、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 0200KPa 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。8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
13、 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。9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。 10二、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
14、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加工技术在制造业领域占有重要地位，是实现难加工材料、复杂零件精密加工的有效手段。我们应借鉴其他加工技术发展的成功经验，扬长避短，充分利用现代科技发展的相关成果，在深入研究电火花放电机理的基础上，指导电火花加工工艺理论和控制理论的研究，改善机床结构和设计方法，实现智能控制技术与电火花加工技术的有机结合，同时高度重视操作安全和环境保护，全面推动电火花加工技术更快发展。
