模具数控加工技术 陈子银 第4章 模具电加工技术

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1、第4章模具电加工技术4.1电火花加工的基本原理与特点4.2电火花加工机床简介4.3电火花加工工艺规律4.4电火花加工工艺与实例4.5数控电火花线切割加工4.6电火花线切割加工工艺4.7电火花线切割机床编程技术思考与联系4.1电火花加工的基本原理与特点早在100多年前人们就发现，在插头或电器开关触点开闭时，往往会产生火花把接触表面烧毛，腐蚀成粗糙不平的凹坑而逐渐损坏的现象。前苏联科学家拉扎连柯等人研究结果表明，电火花腐蚀现象的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，使金属材料局部熔化、气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。利用这一研究结果创造了一种可

2、控的金属加工方法，该方法就是在一定的绝缘液体介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电时的电腐蚀作用，从而对工件进行加工，称之为电火花加工又称电蚀加工或放电加工（ElectricalDischargeMachining,简称EDM）。1.电火花加工的基本原理研究结果表明，要想利用火花放电产生的电蚀现象对工件进行加工，必须具备以下基本条件：（1）使火花放电为瞬时的脉冲性放电，并且脉冲放电的波形基本是单向的，如图4.1所示。电压脉冲的持续时间ti称为脉冲宽度（单位μs），在精加工时要选用较小的脉冲宽度，以提高加工精度和表面质量；在粗加工时应选用较大的脉冲宽度，以保证加工速

3、度，但是不能过大，一般应小于10-30s。这样可以使每一个放电点局限在很小的范围内，使放电产生的热量来不及传导和扩散到加工表面以外的部位，防止将工件表面烧伤而无法加工。两个电压脉冲之间的间隔时间to称为脉冲间隙（单位为μs），脉冲间隙的大小也应合理选用，如果间隔时间过短，会使绝缘介质来不及恢复绝缘状态，容易产生电弧放电，烧伤工件和工具；脉冲间隔时间过长，又会降低加工生产率。一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时间T称为脉冲周期（单位为μs），显然T=ti＋to。4.1.1电火花加工的基本原理（2）脉冲放电要有足够的能量，也就是说放电通道要有很大的电流密度（一般为

4、105～106A/cm2）。这样可以保证在火花放电时产生较高的温度将工件表面的金属熔化或气化，以达到加工的目的。（3）保证有合理的放电间隙。放电间隙指利用火花放电进行加工时工具表面和工件表面之间的距离，用S表示。放电间隙的大小与加工电压、加工介质等因素有关，一般在几微米到几百微米之间合理选用。间隙过大，会使工作电压不能击穿绝缘介质；而间隙过小，易形成短路，都将导致电极间电流为零，不能产生火花放电，从而不能对工件进行加工。（4）火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。绝缘介质的作用有四点：一是在达到要求的击穿电压之前，应保持电学上的非导电性，即起到绝缘的作用；二

5、是在达到击穿电压后，绝缘介质要尽可能的压缩放电通道的横截面积，从而提高单位面积上的电流强度；三是在放电完成后，迅速熄灭火花，使火花间隙消除电离从而恢复绝缘；四是要求介质具有较好的冷却作用，并将电蚀产物从放电间隙中带走。综合以上基本条件，电火花加工原理如图4.2所示。脉冲电源1的两个输出端分别与工件2和工具4连接。自动进给装置3（此处为液压缸及活塞）使工件与工具之间经常保持一很小的放电间隙，当加在两极间的脉冲电压足够大时，便使两极间隙最小处或绝缘强度最低处的介质被击穿，在该处形成火花放电，瞬时达到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4.3（

6、a）所示，表示单个脉冲放电后的电极表面。脉冲放电结束后，经过一段时间间隔（即脉冲间隔to），使工作液恢复绝缘并清除电蚀产物后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会使两极间隙最小处或绝缘强度最低处的介质被击穿，从而又形成小凹坑。这样随着相当高的频率，连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，从而保持一定的放电间隙，就可将工具端面和横截面的形状复制在工件上，加工出所需形状的零件，整个加工表面将由无数个小凹坑所组成。如图4.3（b）表示多次脉冲放电后的电极表面。2.电火花加工的机理在火花放电的过程中，电极表面是怎样被蚀除的呢？这一微观的物理过程就是电火花加工的机理。了解这一

7、微观过程，有助于掌握电火花加工工艺的基本规律，对脉冲电源、进给装置、机床设备等提出合理的要求。经过大量实验研究表明，一次脉冲放电的过程可以分为极间介质的电离、放电通道的形成、热膨胀、电极材料的抛出和极间介质的消电离等几个连续的阶段。（1）极间介质的电离当两极间的电压足够大时，由于工件和电极表面存在着微观的凸凹不平，在两极相距最近的点上电场强度最大，会使附近的液体介质首先被电离为带负电的电子和带正电的正离子。（2）放电通道的形成在电场力的作用下，电子高速向阳极运动，正离子向阴极运动，从而产生火花放电，形成了放电通道。但由于放电通道受到放电时磁场力和周围