精密仪器与特种加工-电火花加工

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1、第4章电火花加工概述基本概念电火花加工又称放电加工（ElectricalDischargeMachine,简称ＥDM），其加工过程与传统的机械加工完全不同。电火花加工是一种电、热能加工方法。。电火花加工的原理是基于工具和工件(正、负电极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属。达到对零件的尺寸、形状及表面质量的预定的加工要求概述发展概况20世纪40年代后期，前苏联科学家鲍·拉扎连科针对插头或电器开关在闭合与断开时经常发生电火花烧蚀这一现象，经过反复的试验研究，他终于发明了电火花加工技术，把对人类有害的电火花烧蚀转化为对人类有益的一种

2、全新工艺方法。实现电火花加工必须解决的问题工具电极和工件被加工表面之间保持一定的放电间隙火花放电是瞬时的脉冲性放电及时排出电蚀产物足够高的电流密度通常几微米至几百微米ti=1~1000μsto=50~100μs绝缘强度103~107Ω·cm图4.1电火花加工原理示意图1—工件2—脉冲电源3—自动进给调节装置4—工具5—工作液6—过滤器7—工作液泵工件1与工具4分别与脉冲电源2的两输出端相联接。自动进给调节装置3（此处为电动机及丝杆螺母机构）使工具和工件间经常保持一很小的放电间隙。当脉冲电压加到两极之间，便在当时条件下相对某一间隙最小处或绝缘强

3、度最低处击穿介质，在该局部产生火花放电，瞬时高温使工具和工件表面都蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑，如图4.1所示。图4.1电火花加工表面局部放大图1—凹坑2—凸边脉冲放电结束后，经过一段间隔时间t0，使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。左图表示单个脉冲放电后的电蚀坑右图表示多次脉冲放电后的电极表面这样以相当高的频率，连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可将工具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件，整个加工表面将由无数个小凹坑所组成。一电火

4、花加工的机理火花放电时，电极表面的金属材料究竟是怎样被蚀除下来的，这一微观的物理过程即所谓的电火花加工机理，也就是电火花加工的物理本质。了解这一微观过程，有助于掌握电火花加工的基本规律，才能对脉冲电源、进给装置、机床设备等提出合理的要求。每次电火花腐蚀的微观过程是电场力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。这一过程大致可分为以下四个连续的阶段：极间介质的电离、击穿，形成放电通道；介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀；蚀除产物的抛出；极间介质的消电离。极间介质中存在许多杂质1极间介质的击穿和放电通道的形成气体击穿理论气体击穿

5、的原因：一是气体的介电常数小，因此气泡中的电场强度比液体中的高；二是气体的击穿电场强度比液体低图4-3极间放电电压和电流波形a）电压波形b）电流波形从雪崩电离开始，到建立放电通道的过程非常迅速，一般小于0.1μs，间隙电阻从绝缘状况迅速降低到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大值（几安到几百安）。由于通道直径很小，所以通道中的电流密度可高达103～104A/mm2。间隙电压则由击穿电压迅速下降到火花维持电压（一般约为25V），电流则由0上升到某一峰值电流（图4.3b中2～3段）。1极间介质的击穿和放电通道的形成火花维持电压:火花维持电压是电火

6、花加工中每次火花击穿后，在放电间隙上火花放电时的维持电压，一般在25V左右，但它实际是一个高频振荡的电压。影响电场强度的因素：初始电子和电场强度1极间介质的击穿和放电通道的形成影响电场强度的因素：极间电压和极间距离雪崩电离过程是由电子的运动决定的放电通道是由数量大体相等的带正电（正离子）粒子和带负电粒子（电子）以及中性粒子（原子或分子）组成的等离子体。2介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀带电粒子高速运动相互碰撞，产生大量的热，使通道温度相当高，通道中心温度可高达10000°C以上。由于电子流动形成电流而产生磁场，磁场又反过来对电子流产生向心

7、的磁压缩效应和周围介质惯性动力压缩效应的作用，通道瞬间扩展受到很大阻力，故放电开始阶段通道截面很小，电流密度高达105～107A/cm2,而通道内由瞬时高温热膨胀形成的初始压力可达数十兆帕。高压高温的放电通道以及随后瞬时气化形成的气体（以后发展成气泡）急速扩展，并产生一个强烈的冲击波向四周传播。在放电过程中，同时还伴随着一系列派生现象，其中有热效应、电磁效应、光效应、声效应及频率范围很宽的电磁波辐射和局部爆炸冲击波等。放电通道在高温的作用下，首先把工作液介质气化，进而热裂分解气化（如煤油等碳氢化合物工作液），高温后裂解为H2、C2H2、CH4

8、、C2H4和游离碳等，水基工作液则热分解为H2、O2的分子甚至原子等。2介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀图4.4放电间隙状况示意图1—正极2—从正极上熔化并抛出