特种加工技术(郭谆钦)第2章(221-222)

LOGO1第2章电火花加工（ElectricalDischargeMachining简称EDM）2所谓电火花加工（ElectricalDischargeMachine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(金属融化、汽化)现象对材料进行加工（去除材料），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电火花加工的概念及分类2.1.1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熔化甚至气化而被蚀除下来。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。52.1.2电火花加工的特点1.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，改善零件结构的加工工艺性62．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。7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各种电火花加工方法的特点与用途89适用范围1)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：加工各类型腔模及各种复杂的型腔工件。2)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。10适用范围3)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)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)电火花表面强化与刻字(1)模具刃口，刀、量具刃口表面强化和镀覆；(2)电火花刻字、打印记。11电火花加工系统原理示意图电火花加工的基本过程：一、极间介质的电离、击穿，形成放电通道二、介质热分解、电极材料的熔化、气化热膨胀三、电极材料的抛出四、极间介质的消电离五、高频重复进行上述步骤1213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143)放电点局部区域的功率密度足够高(一般为105～106A/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10-7～10-3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。(1)～(4)在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行，故工件加工表面将由无数个相互重叠的小凹坑组成。所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。15脉冲电源的放电电压及电流波形162.2电火花放电的微观过程电场强度畸变最大、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极间介质的电离、击穿，形成放电通道17极间未施加放电脉冲时的情况18极间施加放电脉冲形成放电通道19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介质热分解，电极材料熔化、气化、热膨胀202.2.3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，成为电火花加工的蚀除产物。21电极表面产生熔化甚至气化222.2.4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。23陨石撞击地球示意图24电火花加工表面的放电凹坑