电火花油加工论文

　　2010年11月第38卷第22期

　　机床与液压

　　MACHINETOOL&HYDRAULICS

　　Nov.2010

　　Vol38No22

　　DOI:10.3969/jissn1001-3881201022044

　　电火花加工中电极损耗分析与解决措施

　　张小燕,魏引焕

　　(陕西科技大学机电工程学院,陕西西安710021)

　　摘要:从加工面积变化、加工件结构尺寸,加工时间以及电极装夹技巧和电极材料选取等方面分析电火花加工中影响电极损耗、变形的各种因素,提出了具体有效的措施,对改善加工质量、提高生产率以及延长电极使用寿命具有一定的现实意义。

　　关键词:电火花加工;电极损耗;加工质量

　　中图分类号:V2616+1文献标识码:B文章编号:

　　1001-3881(2010)22-126-2

　　电火花在整个加工过程中要受到各种干扰因素的影响,这些干扰因素包括短路、拉弧、放电间隙、电蚀产物以及面积效应和深度效应等,它们直接或间接地影响着加工质量。如何控制好这些干扰因素,目前已有大量的学者对此进行过详细的分析研究。在长期的实践加工中作者发现,电极损耗和变形问题直接影响到加工表面质量和加工效率,尤其对加工件加工部位的仿形精度、尺寸精度影响较大。电极损耗分为绝对损耗和相对损耗。绝对损耗最常用的是体积损耗和长度损耗,它们分别表示在单位时间内,工具电极被蚀出的体积和长度。相对损耗是用来衡量工具电极是否耐损耗的一个相对指标,不仅仅要看电极损耗速度,还要看同时能达到的加工速度。在电火花成形加工中,工具电极的不同部位,其损耗速度也不相同,主要表现在尖角、棱角、端面和侧面等几个部位。作者在此通过实际中的一些典型工件的加工和具体的解决途径对电极损耗和变形问题作详细的分析和研究,并分析影响电极损耗和变形的各种因素,对降低电极损耗和减小变形概率以及提高加工质量具有一定的现实意义。

　　起电极局部积炭现象减少,即降低了覆盖效应 黑膜的生成,反而增大了电极损耗,这是值得注意的一个问题。对于这种小面积精加工,为了降低电极损耗,冲油压力要适当,最好采用弱冲油的原则。也可采用下冲油方式,尽管采用下冲油方式对电极损耗速度影响不大,但是要注意此类方式对工具电极端面的均匀性影响较大,容易使电极下端面形成凹形面,所以精加工时最好视加工条件而定。为增大排屑,最好通过减小放电时间、提高抬刀高度、采用高频窄脉宽,使电极圆角半径的损耗相对降低,以确保电火花精加工时实现低损耗,以利于黑膜的形成。当黑膜厚度达到一定值(约001mm)时,由于其保护和补偿作用,使电极损耗进一步降低或无损耗。但是在黑膜形成的同时,也易形成电弧放电,所以,要求脉冲电源的控制系统尽量完善,不致破坏黑膜形成,又不会产生电弧。另外,加工前后一定要清理加工区域,检查是否存在杂物和毛刺,以确保稳定的放电加工。

　　1电极损耗和变形的主要表现形式及影响因素

　　电极损耗是电火花加工中一个非常值得研究和讨论的问题,它直接影响到加工表面质量和加工效率。在实际加工中,影响电极损耗的主要因素通常表现在下面几个方面。

　　11小面积精加工对电极损耗的影响

　　小面积精加工由于放电间隙小,排渣不容易,电极尖端部位电场强度大而易出现尖端放电现象,使电极尖角和棱边损耗较大。有的操作者往往通过追求高的排屑来保证放电间隙正常放电,常常采取过大的冲油压力进行排屑。由于冲油压力过大,流速过大,引

　　12加工件结构尺寸偏小对电极使用寿命的影响

　　由于加工件的特殊性和复杂性,加工件结构尺寸偏小从而导致在电火花加工中经常出现小而薄的电极。它不仅给定位装夹带来一定困难,容易人为诱发电极倾斜、折断,最重要的是当遇到的伺服压力过大时,很容易出现弯曲和热变形,从而影响加工质量。所以,在对电极进行结构设计时除保证本身薄小的部位外,其他加工部位应保证有足够的强度。另外在装夹电极时用力要均匀,冲液流量不能过大,要调节合适,伺服压力不能过大,加工时峰值电流也不能取得偏大,以达到延长电极寿命和保证工件质量的目的。13加工时间过长对电极损耗的影响

　　电火花机床在连续工作了2个班以上尤其在精加工时,随着加工的进行,电极变得越来越短,致使被

　　收稿日期:2009-09-24

　　作者简介:张小燕,女,高级工程师,主要从事材料成型专业实验教学工作。电话:13609215481,E-mai:lzhangxiaoyan@

　　。

　　第22期张小燕等:电火花加工中电极损耗分析与解决措施

　　!127!

　　加工表面通常会形成一个从起点到终点的倾斜面。同时加工中主轴电极头在回退、直至完全离开工作

　　液 的整个过程中,还要受到工作液对其表面产生的压力作用。电极在受到这些外界的客观因素作用下,其工作端面或工作棱面由于受到工作液的强力冲刷,使得电极积炭现象明显减少,致使工作面受到严重的损伤,直接影响加工件表面质量。所以,根据实践加工经验,最好每上完一个班后(当然是在加工件不更换的情况下),需对电极进行必要的修磨(用细砂纸轻轻研磨),必要时在不影响加工精度的情况下可更换电极,并适时观察主轴伺服进给系统 的稳定性,以确保放电加工的正常进行。

　　件。所以工作液质量的优劣对电火花加工工艺指标和电极损耗有着潜在的影响作用,这是一个不可忽视的影响因素。衡量工作液质量优劣的主要指标有:黏度、密度、介电常数、酸度和氧化稳定性等。一般工作液低黏度有利于放电间隙中的液体流动,而当液体黏度增大时,则液体流动性变差,排屑差,所以,一

　　2

　　般液体黏度应控制在22~36mm/s。而当工作液密度增大时,则金属粒悬浮在工作液中时间很长,不易沉降,造成工作液呈混浊状态,引起拉弧、二次放电和加工稳定性降低,为此,应将工作液密度控制在065g/mL左右放电加工方能正常进行。液体介电常数应尽量减小,一般控制在2左右,使液体绝缘性好,以保证放电加工连续正常进行,否则将引起拉弧,甚至造成工件和电极烧伤。为此,要定时过滤和更换工作液,确保其良好的流动性,提高排屑力度,降低对电极潜在的损耗隐患。尤其在精加工中,若选取紫铜作电极,由于紫铜具有良好的导电性和加工稳定性,排屑较好,电极损耗较低。在小间隙精加工中,为避免出现拉弧现象,保证加工质量,可采取减小精加工余量、定期地自动抬起工具电极,或通过改变定期抬刀比来增大排屑力度以及增大脉冲停歇时间,以降低加工时的平均电流,限制电蚀产物浓度过大而充分地改善排屑条件,降低电极损耗速度,从而提高加工效率。但是若加工面积较大、不通风且又是深型腔的加工,则不宜定时抬刀,因为此时若抬刀,工具电极抬刀时主轴挤压工作液时会对电极和工件产生很大的反作用,从而造成主轴、立柱等部件的局部变形而引起瞬时短路。此时可采用适时抬刀,即在加工不正常时抬刀,则可提高生产率。另外,在电火花工作液中如能加入一些添加剂,如铜、铝等氧化物粉未,在放电作用下会产生大量的负离子 与正离子 复合,从而减小对阴极的轰击,保护了电极,降低了电极损耗速度。

　　14电极装夹不当对电极损耗的影响

　　往往在电火花加工结束时操作者才发现工件的加工位置出现了偏差,待检查电极后发现原来是电极把工件位置打偏了,造成工件报废。这种现象主要是由加工前工件装夹不牢,或电极的装夹方式不当所致。当电极装夹不牢固(螺丝未拧紧或螺丝滑丝)时,在放电过程中由于受到工作液冲力而产生的反阻力作用很容易致使电极弯曲或变形,对于一些细长电极则会出现折断现象。而工件装夹不牢固则表现为加工中工件受力而发生位置偏移,出现电极工作端面局部某个点重复放电烧伤或电极端面放电不均匀等现象。针对这些现象,操作者电火花加工论文.htm在加工前不仅要对所加工电极和工件及主轴作对中心精度校正,检查其定位基准有无毛刺和杂质,并仔细观察工件的加工部位有无位置偏差,更重要的是要提高安全加工意识,用正确可靠的装夹方式装夹电极和工件,螺钉紧固时用力要均匀、适当,以防电极变形。对于细长电极,伸出部分的长度在满足加工要求的前提下,尽可能短,以提高其钢性。当然,加工前还要对加工件和电极作必要的退磁处理,并检查电极端面和工件底部有无杂质和氧化物。加工中还要随时聆听加工声音以及观察放电火花颜色的变化,以求得安全稳定的加工环境,延长电极的使用寿命。

　　2降低电极损耗的措施

　　21有效排除电蚀物

　　电火花在加工过程中产生的电蚀物(金属微粒、炭粒子、气泡等),如果来不及排除,扩散出去,就会改变间隙介质的成分,不仅降低绝缘强度,更重要的是破坏了消电离过程(消电离不充分),使下一个脉冲放电通道始终集中在某一部位,使介质和金属表面局部过热而破坏消电离过程,这样脉冲火花放电将恶性循环并转变为有害的稳定电弧放电。同时工作液局部高温分解后很有可能结炭,并在该处聚成焦粒而,22电极材料和加工参数的合理选用

　　选用合适的电极材料是减少工具电极损耗的重要措施。石墨和纯铜电极是电火花加工中最常见的电极材料,二者通常能达到低损耗加工,但是在加工中加工参数一定要选合适。例如,选用纯铜电极进行粗加工时,选取大脉宽、小峰值电流可达到低损耗加工,加工面粗糙度Ra值可达32~16m,尽管加工中生产率较低,但是保证了加工面质量。而石墨电极的加工稳定性好,熔点高,并且在大脉宽加工时能吸附工作液中的游离碳,补偿电极的损耗,电极表面质量不被损坏,故广泛用于粗加工以及大型腔的加工;但在窄脉宽精加工时电极很容易烧伤,产生烧弧现象。所以,石墨电极加工中一般采用冲油方式(有条件

　　()

　　第22期魏平等:基于四开数控雕铣机床深孔件的数控程序设计

　　!47!

　　X1433;

　　M02;(主程序结束)

　　:O0100;(子程序)G00Z20;G01Z60F350;G00Z40;Z50;

　　G01Z100F250;G00Z20;Z90;

　　G01Z120F200;G00Z20;

　　M99;(子程序结束)

　　利用SKDX70100仿真软件进行程序验证,主要验证加工前期的实验状况及加工过程控制,可以看出加工效果及效率,如图7所示,真实加工效果如图8

　　所示。

　　在加工中必须不断地调整如切削用量、切削液、刀具、工装、加工程序等,使加工效率最高、成本最低。

　　(上接第127页)

　　的也可采用交替冲油,用来抵消电极端面缺陷从而得

　　到较平整的端面,但必须是在油孔位置与电极形状对称时才能实现),可降低电极的损耗程度。

　　23提高加工技能和安全操作意念

　　由于电火花成形加工的复杂性,操作人员不仅要

　　掌握数控编程技术、加工规准选择、电极补偿等专业技术知识,并且还要掌握相关的技术知识和具有高度的责任心,其中任何一个环节的欠缺和不足均将造成加工过程的缺陷和失败。由于技术操作的不当,往往造成加工过程异常现象频繁出现,通常表现为加工坐标数值设置错误(例如深度值设错),拿错电极,看错图纸以及数控编程出错等情况,更严重的是加工中常有人把正负极性接反。而电极方向接错对电极损耗影响很大,将造成放电的不稳定性,严重时造成电极和工件烧伤。一般粗加工时工件接负极,精加工时接正极。操作者一定要视加工条件正确使用。

　　3结束语

　　电火花加工电极损耗和变形是一个复杂的过程。为了降低电极损耗程度,减少变形,除了充分利用放

　　电过程的极性效应和吸附效应外,同时也要选用适宜的电极材料,并且在实际的加工过程中要根据具体的加工对象实施一定的加工技巧和选择合适的加工参数,因为电火花加工中电极作为工具来使用,它不是通用的,而是专用的,操作者必须按照工件材料、工件形状以及加工要求选择电极材料、设计合理的形状,这样才能减小电火花加工中电极的变形概率,降低损耗程度和加工成本,提高生产率。作者对此作了详细的分析和研究,相信对从事电火花加工的同行们有一定的借鉴作用。

　　参考文献:

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　　版社,1999.6.

　　#2?孟庆国,赵万生,于云霞.电极运动阻力及其对电火花加

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　　电加工与模具,2002(5):38-40.

　　#4?曹凤国.电火花加工技术[M].北京:化学工业出版社,

　　4结束语

　　,

　　2004.8.

　　学院：黄河科技学院

　　学号：1303050004

　　班级：13机电专升本

　　姓名：

　　电火花加工技术在模具行业应用

　　摘要：当今世界，日新月异，各行各业都发展很快。其中材料科学的发展和机械行业的发展尤为迅速，这两个行业的联系也越来越紧密。其中，一个很具体的表现就是随着材料科学的发展与进步，为了满足一些特殊情况的需要，一大批具有高强度、高硬度、高韧性、高脆性、能耐高温等特殊性能的模具材料相继产生，从而给传统的带来了许多新的困难与问题，用传统的加工方法难以再满足要求。如对具有复杂结构的工件，如复杂的型腔，凹模型孔的模具采用传统的切削方法就往往很难实现，因而人们在生产中研究出了一些新的方法，并有一些已经被广泛应用。其中，电火花加工加工方法就是其中之一，其在模具制造工业中被广泛应用于型孔及型腔的加工。

　　关键字：电火花 应用 加工

　　引言 在模具工业技术快速发展的新形势下，电火花加工是当前模具加工的重要方法之一，并有着其它加工方法无可替代的优点。电火花加工技术已取得了突破性的进展。它是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。对于为寻求向客户在较短的交货时间以较低的价格提供较高质量的产品的模具生产商来说，电火花加工自动化是一个很有吸引力的。选择电火花加工技术作为特种加工领域的一门重要技术，本文从电火花加工技术发展的基本现状、电火花的基本原理、特点、电火花加工的操作过程、电火花加工新技术的发展等五个方面入手如实论述。

　　一

　　加工原理及原理图

　　加工原理：

　　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。

　　二 电火花加工发展历程

　　电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。

　　早在十九世纪，人们就发现了电器开光的触点开闭时，以为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电副食产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为

　　益，把电腐蚀用于生产中。研究结果表明，当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。

　　二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。

　　电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。

　　在中国电火花加工技术起步稍晚。根据中国的国情，实现电火花加工技术的原始创新是很困难的，只能采取引进消化吸收再创新的策略，因为这套系统集成了很多学科领域的知识，如计算机的软硬件、微电子、数控、电力半导体、机械技术、电气技术等，是多方面、多学科集成的产品，是比较复杂的高科技产品。国内现在显然还没有一个能够独立进行原始创新的团队，因此注定要经历一个长时间痛苦的积淀过程，所以我认为中国的电火花技术创新之路别无选择。政府也越来越认识到高校已经不再是创新的主战场，必须依托企业才能实现。

　　制造业是一个传统行业。一个国家的发展终归要落脚于制造业，因此作为基础工业，制造业必定拥有永久的生命力，而电加工行业也不例外。随着各项技术的不断发展，电加工技术也在进步，至于一项技术能够发展多久，也要看这个行业中的人怎样去尽心敬业、钻研并推进它。

　　众所周知，模具也是一个国家发展的基础行业，许多批量生产的产品都离不开模具，而电火花加工是制造模具的最主要技术之一。电火花加工仿形逼真以柔克刚，只要是导电的材料均可加工，而不受硬度、脆性、粘性等材料特性的限制，这是其他加工方法无法比拟的。电火花加工的另一个特点是可进行精密微细加工，微小孔、异型腔等的微细加工是其他设备无法替代的。这些特点决

　　从技术发展过程来看，电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。控制系统也越来越复杂，从单轴数控到3轴数控、再到多轴联动。20世纪90年代初期，3轴电火花机在国内还是空白，主要是从日本和瑞士引进。后来国内发展大概经历了以下几个阶段：首先制造主机，也就是机械部分，相对较为简单；此后是数控系统部分，可以理解为引进；之后是整个电源，是消化阶段。经历这三个阶段之后是吸收，最后是再创新。对电火花加工而言，最核心的部分就是数控系统部分，当然花费的精力也最多。

　　我认为电火花成形机下一步的发展空间在精密微细和特殊材料两个方面。特殊材料（如航空航天领域用的材料）专机，窄槽窄缝、异型腔的加工，精密模具等领域都是发展重点。在精加工方面，曾经有过高速铣要代替电火花的传言，

　　现在证明这是不现实的。现在粗加工、大电流的火花机又有回头的趋势，在家电、汽车很多行业中应用。人类新开发出来的导电的特殊材料都可进行放电加工，而高速铣通常很难实现。精密微细加工比如喷丝板等微小型零件都离不开电火花加工；航空航天领域中很多零部件需要多轴联动电火花加工。我们国家在专用机型上有创新的能力，有很大的空间。

　　三 电火花加工特点：

　　1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。

　　2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围校

　　3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极校工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。

　　4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。

　　四 电火花加工的主要用途:

　　1．制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。

　　2.加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。

　　3.在金属板材上切割出零件。

　　4.加工窄缝。

　　5.磨削平面和圆面。

　　6.其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。

　　按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为五类：利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花

　　成形加工；利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。

　　电火花线切割加工：

　　电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。 加工原理

　　工件安装在工作台上，工作台通常由X轴和Y 轴电动机驱动（见图）。工具电极（电极丝）为直径0.02

　　加工原理

　　0.3毫米的金属丝,由走丝系统带动电极丝沿其轴向移动。走丝方式有两种：①高速走丝，速度为9～10米／秒，采用钼丝作电极丝,可循环反复使用；②低速走丝，速度小于10米／分，电极丝采用铜丝，只使用一次。脉冲电源加在工件与电极丝之间，一般工件接正极，电极丝接负极。工件与电极丝之间用喷嘴喷入工作液(乳化液、去离子水等)。控制系统根据预先输入的工作程序输出相应的信息，使工作台作相应的移动，工件与电极丝靠近。当两者接近到适当距离时(一般为0.01～0.04毫米)便产生火花放电，蚀除金属。金属被蚀除后工件与电极丝之间的距离加大，控制系统根据这一距

　　离的大小和预先输入的程序，不断地发出进给信号，使加工过程持续进行。 电火花加工的特点

　　电火花线切割加工除具有电火花加工的基本特点外，还有一些其他特点：①不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维曲面。②能切割0.05毫米左右的窄缝。③加工中并不把全部多余材料

　　加工成为废屑，提高了能量和材料的利用率。④在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中，由于电极丝不断更新，有利于提高加工精度和减少表面粗糙度。⑤电火花线切割能达到的切割效率一般为20～60毫米2／分，最高可达300毫米2／分；加工精度一般为±0.01～±0.02毫米,最高可达±0.004毫米；表面粗糙度一般为Rα2.5～1.25微米,最高可达Rα0.63微米；切割厚度一般为40～60毫米，最厚可达600毫米。 电火花线切割加工主要用于

　　（1）模具加工

　　（2）电火花成型加工用电级的加工

　　（3） 直纹曲面的加工

　　（4）各种零件的加工

　　六 电火花加工技术在模电火花加工论文.htm具加工中的应用

　　由于模具工业的迅速发展，为了满足一些特殊情况的需要，一大批具有高强度、高硬度、高韧性、高脆性、能耐高温等特殊性能的模具材料相继产生，从而给传统的金属切削加工带来了许多新的困难与问题，用传统的加工方法难以再满足要求，这时，电火花加工技术就被广泛应用与模具加工。随着电火花加工技术运用于模具工业，对传统的模具加工工艺产生了很大的影响，改变了模具加工工艺流程。常规的加工方法是在退火后进行铣削加工；然后进行热处理、磨削或电火花加工；最后手工打磨、抛光，加工周期很长。冲模时常因淬火变形或开裂而导致报废。而电火花加工技术可以加工淬火后的模板，避免热变形弊病和镶拼结构，既简化了模具结构，又能提高模具强度与寿命。

　　电火花改性技术在模具表面有很大的应用，为改进模具表面的质量，利用电火花脉冲放电产生高温的工作原理，用硬质合金如YG8等做电极材料，将硬质合金材料熔渗到模具及易损件的工作面上，形成一层高硬度、高强度、高耐磨、高耐温、又不剥离的硬质白色合金强化层，改变表面的物理、化学性能，是对模具进行表面处理非常有效的方法。电火花强化层是电极和工件材料在放电的瞬间在高温高压条件下重新合金化，而形成的新合金层，不是电极材料简单的涂覆和堆积。合金层与基体金属之间具有氮元素等的扩散层，与基体结合牢固，极耐冲击。强化处理时，由于放电时间很短，放电点的面积又很小，放电的热作用只发生在工件表面的微小区域，而整个工件仍处于常温状态或升温较低，工件处于冷态，时间短，不会产生退火或热变形。电火花改性是在空气或液体介质中进行的。它既可以作用在零件的局部表面，也可对一般几何形状的平面或曲面进行改性，比如刀具、模具、机械零件等。电极材料可以根据用途自由选择，在修复己磨

　　损的机器零件时，可采用碳元素、紫铜、黄铜等材料作为电极，这些材料来源比较广，而且材料消耗量也很少。可通过对电气参数的调节和改性时间的控制来获得不同厚度和表面粗糙度的改性层。操作方法容易掌握，不需要技术等级高的操作人员。它可以用少量材料起到大量、昂贵的整体材料难以达到的效果，既能提高产品的硬度、耐磨性及高温红硬性等性能，显著提高产品的使用寿命，又能大大减少贵重材料的消耗，降低生产或维修成本。

　　七 机床性能特征

　　1.自适应放电加工控制

　　2.定时高速抬刀和抬刀高度控制

　　3.主轴定点控制、放电间隙检测 4.油位控制 5.防火控制 6.自动报警安全装置 7.防积碳功能 8.CNC系统，触摸屏输入，手控盒操作。 9.工件在机自动测量 10.超精面加工 11.超精边加工 12.X、Y、Z轴进口松下伺服系统。

　　13.不锈钢材料耐磨包边设计

　　14.最小电极损耗0.10%

　　15.最佳表面粗糙度Ra0.2um

　　16.最高生产效率500 mm3/min（标配）1000 mm3/min（选配）

　　17.最小驱动单位1um

　　其基本物理原理是自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道。在这个阶段，两板间形成电流。导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000到12000度的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高。然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把溶化的物质抛出弹坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并被电介液排走。然后通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。

　　电火花机床组成特性

　　机床特性：

　　· 机床主轴采用各种名牌线性滑轨，行程流畅。

　　· XY 滑轨采用 V 型与平面设计，并使用 TURCITE-B 耐磨片于重压下滑

　　动轻巧、精度特佳。

　　· XY 轴均采用滚珠螺杆，传动轻巧，使用方便。

　　· 主轴管为高级合金钢，精度加工，确保最佳加工精度。

　　八 电火花加工的质量控制 1)影响材料放电腐蚀的主要因素：

　　1、极性效应

　　2、电参数对电蚀量的影响

　　3、金属材料热学常数对电蚀量的影响

　　4、工作液对电蚀量的影响

　　5、其它因素

　　2)电火花加工的加工速度和工具的损耗速度：

　　1、加工速度

　　2、工具相对损耗

　　（1）极性选择

　　（2） 吸附效应

　　（3）传热效应

　　（4）材料选择

　　3)影响加工精度的主要因素

　　（1）放电间隙。

　　（2）工具电极损耗及稳定性。

　　4)电火花加工的表面质量:

　　1、表面粗糙度；

　　2、表面变质层；

　　（1）熔化凝固层。

　　（2）热影响区。

　　（3）显微裂纹。

　　3、表面力学性能（硬度、耐磨性、残余应力、耐疲劳性能）.

　　九 总结

　　总之，电火花加工作为一门新型的加工技术，在未来定会占有一席之地。因其能源为电能，比起以煤炭，天然气，石油等难以再生资源为能源的生产设备来说无疑是一种优势！

　　十 参考文献：

　　[1] 赵万生，等。特种加工技术[M].北京:高等教育出版社,2001.

　　[2] 张辽远,等。现代加工技术[M].北京:机械工业出版社,2008.7

　　[3] 张学仁,等。数控电火花线切割加工技术 [J]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社,2000.

　　[4] 金涤尘、宋放之，等。现代模具制造技术.机械工业出版社,2001.02

　　[5] 狄士春、王弢、赵万生、于滨，等。航空精密制造技术 哈尔滨工业大学出版社,2002

　　致谢

　　[6] 于云霞，等。微细电火花加工技术的最新进展及应用实例．电加工与模具，200304

　　[7] 高智宏，高上品。微细电火花加工的应用．机电一体化，200304

　　[8] 曹凤国，桂小波。大面积ＰＣＤ复合片电火花加工高效节能脉冲电源的研究．金刚石与磨料磨具工程，

　　电火花加工技术

　　一 加工原理及原理图

　　加工原理图：

　　加工原理：

　　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。

　　二 电火花加工发展历程

　　电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。

　　早在十九世纪，人们就发现了电器开光的触点开闭时，以为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电副食产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。研究结果表明，当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。

　　二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。

　　电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。

　　在中国电火花加工技术起步稍晚。根据中国的国情，实现电火花加工技术的原始创新是很困难的，只能采取引进消化吸收再创新的策略，因为这套系统集成了很多学科领域的知识，如计算机的软硬件、微电子、数控、电力半导体、机械技术、电气技术等，是多方面、多学科集成的产品，是比较复杂的高科技产品。国内现在显然还没有一个能够独立进行原始创新的团队，因此注定要经历一个长时间痛苦的积淀过程，所以我认为中国的电火花技术创新之路别无选择。政府也越来越认识到高校已经不再是创新的主战场，必须依托企业才能实现。

　　制造业是一个传统行业。一个国家的发展终归要落脚于制造业，因此作为基础工业，制造业必定拥有永久的生命力，而电加工行业也不例外。随着各项技术的不断发展，电加工技术也在进步，至于一项技术能够发展多久，也要看这个行业中的人怎样去尽心敬业、钻研并推进它。

　　众所周知，模具也是一个国家发展的基础行业，许多批量生产的产品都离不开模具，而电火花加工是制造模具的最主要技术之一。电火花加工仿形逼真以柔克刚，只要是导电的材料均可加工，而不受硬度、脆性、粘性等材料特性的限制，这是其他加工方法无法比拟的。电火花加工的另一个特点是可进行精密微细加工，微小孔、异型腔等的微细加工是其他设备无法替代的。这些特点决

　　从技术发展过程来看，电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。控制系统也越来越复杂，从

　　单轴数控到3轴数控、再到多轴联动。20世纪90年代初期，3轴电火花机在国内还是空白，主要是从日本和瑞士引进。后来国内发展大概经历了以下几个阶段：首先制造主机，也就是机械部分，相对较为简单；此后是数控系统部分，可以理解为引进；之后是整个电源，是消化阶段。经历这三个阶段之后是吸收，最后是再创新。对电火花加工而言，最核心的部分就是数控系统部分，当然花费的精力也最多。

　　我认为电火花成形机下一步的发展空间在精密微细和特殊材料两个方面。特殊材料（如航空航天领域用的材料）专机，窄槽窄缝、异型腔的加工，精密模具等领域都是发展重点。在精加工方面，曾经有过高速铣要代替电火花的传言，现在证明这是不现实的。现在粗加工、大电流的火花机又有回头的趋势，在家电、汽车很多行业中应用。人类新开发出来的导电的特殊材料都可进行放电加工，而高速铣通常很难实现。精密微细加工比如喷丝板等微小型零件都离不开电火花加工；航空航天领域中很多零部件需要多轴联动电火花加工。我们国家在专用机型上有创新的能力，有很大的空间。

　　三 电火花加工特点：

　　1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。

　　2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围校

　　3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极校工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。

　　4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。

　　四 电火花加工的主要用途:

　　1．制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。

　　2.加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。

　　3.在金属板材上切割出零件。

　　4.加工窄缝。

　　5.磨削平面和圆面。

　　6.其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。

　　按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为五类：利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工；利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；利电火花加工论文.htm用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。

　　电火花线切割加工： 电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。

　　工件安装在工作台上，工作台通常由X轴和Y 轴电动机驱动（见图）。工具电极（电极丝）为直径0.02～0.3毫米的金属丝,由走丝系统带动电极丝沿其轴向移动。走丝方式有两种：①高速走丝，速度为9～10米／秒，采用钼丝作电极丝,可循环反复使用；②低速走丝，速度小于10米／分，电极丝采用铜丝，只使用一次。脉冲电源加在工件与电极丝之间，一般工件接正极，电极丝接负极。工件与电极丝之间用喷嘴喷入工作液(乳化液、去离子水等)。控制系统根据预先输入的工作程序输出相应的信息，使工作台作相应的移动，工件与电极丝靠近。当两者接近到适当距离时(一般为0.01～0.04毫米)便产生火花放电，蚀除金属。金属被蚀除后工件与电极丝之间的距离加大，控制系统根据这一距离的大小和预先输入的程序，不断地发出进给信号，使加工过程持续进行。

　　电火花加工的特点

　　电火花线切割加工除具有电火花加工的基本特点外，还有一些其他特点：①不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维曲面。②能切割0.05毫米左右的窄缝。③加工中并不把全部多余材料加工成为废屑，提高了能量和材料的利用率。④在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中，由于电极丝不断更新，有利于提高加工精度和减少表面粗糙度。⑤电火花线切割能达到的切割效率一般为20～60毫米2／分，最高可达300毫米2／分；加工精度一般为±0.01～±0.02毫米,最高可达±0.004毫米；表面粗糙度一般为Rα2.5～1.25微米,最高可达Rα0.63微米；切割厚度一般为40～60毫米，最厚可达600毫米。 电火花线切割加工主要用于

　　（1）模具加工

　　（2）电火花成型加工用电级的加工

　　（3） 直纹曲面的加工

　　（4）各种零件的加工

　　六 电火花加工的质量控制 1)影响材料放电腐蚀的主要因素：

　　1、极性效应

　　2、电参数对电蚀量的影响

　　3、金属材料热学常数对电蚀量的影响

　　4、工作液对电蚀量的影响

　　5、其它因素

　　2)电火花加工的加工速度和工具的损耗速度：

　　1、加工速度

　　2、工具相对损耗

　　（1）极性选择

　　（2） 吸附效应

　　（3）传热效应

　　（4）材料选择

　　3)影响加工精度的主要因素

　　（1）放电间隙。

　　（2）工具电极损耗及稳定性。

　　4)电火花加工的表面质量:

　　1、表面粗糙度；

　　2、表面变质层；

　　（1）熔化凝固层。

　　（2）热影响区。

　　（3）显微裂纹。

　　3、表面力学性能（硬度、耐磨性、残余应力、耐疲劳性能）.

　　七 电火花加工的误区

　　1定位方法的误区 。

　　2电极材料选择的误区 。

　　3电极缩放量选取的误区。

　　4工艺方法的误区。 八 结束语

　　总之，电火花加工作为一门新型的加工技术，在未来定会占有一席之地。因其能源为电能，比起以煤炭，天然气，石油等难以再生资源为能源的生产设备来说无疑是一种优势！

　　电火花加工论文：

　　浅析在电火花线切割加工中合理使用工作液

　　摘要:在电火花线切割加工中工作液的使用对加工质量有直接的影响,了解工作液的影响特性,正确合理选择工作液,保证加工质量。 关键词:工作液 合理配制

　　电火花线切割加工是电火花加工中的一种,是用移动着的金属丝(钼丝或钨丝)作工具电极,按预定的轨迹作进给运动。电火花放电是在电极丝进给方向的周边与工件之间进行,当两者按照规定的轨迹作进给运动时,便形成了成形切割。放电部位的电极丝必须用流动的工作液充分包围起来,将电极上的热量和电腐蚀物随电极丝的移动和工作液的流动被带出放电部位。

　　高效率地加工出质量好的工件是加工的目的,一般用加工工艺指标来衡量,主要包括切割速度,表面粗糙度,加工精度等。影响工艺指标的因素很多,如机床精度,高频电源的性能,工作液状况,变频跟踪快慢,切割工艺路线等,这些因素之间是相互关联又互相矛盾的,本文就工作液的使用问题阐述自己的观点。

　　在电火花线切割加工中,工作液是脉冲放电的介质。它应具有如下几个性能:①有一定的绝缘性;②较好的洗涤性能;③较好的冷却性能;④无环境污染对人体无害。目前我国快速走丝线切割机床所使用的工作液基本上都是线切割专用油基乳化液,加一定比例的水配制而成。在使用中,其乳化液质量、水质、配制比例,都将对切割速度,表面

　　粗糙度,加工精度有一定的影响。因此笔者认为应根据要求合理配制工作液。

　　合理配制工作液主要考虑以下几种情况:

　　1.对加工表面粗糙度要求较高的工件加工时一般工作液浓度应相对提高,可在10%-20%左右,主要是因为浓度大,电极丝阻力增大,可减小电极丝的抖动,改善加工表面质量。

　　2.对加工件质量要求不高,为达到高速度加工时,工作液浓度应适当降低,一般5%-8%左右,其主要是因为浓度低工作液电阻小,容易形成火花放电通道。工作液易进入放电间隙,冷却好,易排屑,加工稳定性好,因此加工速度提高。

　　3.在工作液中加入少量添加剂,如洗涤剂、高锰酸钾等,改电火花加工论文.htm善洗涤性,有利于排屑,可提高加工稳定性。

　　4.同一种乳化液,由于水质不同,所配制的工作液使用效果差距很大。其主要表现为:加工速度低,当工件厚度较大时,加工不稳定,易断丝,加工件表面质量差。因此在配制工作液时要注意所使用的水质情况。

　　5.对于一些线切割机床难加工材料的状况,除合理选用高频电源参数外,工作液的选用配比尤为重要。应根据其材料的物理、化学性能合理配制。

　　6.工作液的脏污程度也对加工工艺指标有较大的影响。纯净的工作液并非能达到最好的加工效果,这是因为纯净的工作液介质高,不易形成放电通道,当使用一段时间后,工作液中存有一定的金属悬浮物,这时容易形成放电通道,加工速度有所提高。工作液使用太久太脏时,

　　金属悬浮物过多,会使间隙小电离变差,火花间隙容易产生二次放电,或过度电弧放电,此时不仅加工速度低而且容易断丝。

　　7.加工工件表面粗糙度要求高时,可在工作液中添加多种防锈剂、乳化剂、及精制矿物油,使其具有优良的冷却、清洗、防锈、润滑和灭弧性能,此时介质强度适中,易于乳化,且使加工液性能稳定,切割效率高。推荐2～5%稀释比例。

　　总之,在其他工艺条件相同时,改变工作液种类,配比浓度,选取不同的水质,添加不同的添加剂等,都将对加工效果产生一定的影响。

　　论文题目： 电火花加工技术

　　专 业： 机械设计制造及其自动化

　　姓 名: 王洪月

　　电火花加工论文

　　【摘 要】电火花加工又称为放电加工（Electrical Discharge Machining，简称为EDM），是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。电火花加工技术作为特种加工领域的一门重要技术，本文从电火花加工的发展历程、基本原理、特点、加工规律、新技术进展等五方面入手加以论述。

　　【关键词】电火花加工的发展历程、基本原理、特点、规律、技术进展。

　　一、电火花加工技术的发展历程

　　电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。 早在十九世纪，人们就发现了电器开光的触点开闭时，以为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电副食产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。研究结果表明，当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。

　　二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。

　　电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。

　　在中国电火花加工技术起步稍晚。根据中国的国情，实现电火花加工技术的原始创新是很困难的，只能采取引进消化吸收再创新的策略，因为这套系统集成了很多学科领域的知识，如计算机的软硬件、微电子、数控、电力半导体、机械技术、电气技术等，是多方面、多学科集成的产品，是比较复杂的高科技产品。国内现在显然还没有一个能够独立进行原始创新的团队，因此注定要经历一个长时间痛苦的积淀过程，所以我认为中国的电

　　火花技术创新之路别无选择。政府也越来越认识到高校已经不再是创新的主战场，必须依托企业才能实现。

　　制造业是一个传统行业。一个国家的发展终归要落脚于制造业，因此作为基础工业，制造业必定拥有永久的生命力，而电加工行业也不例外。随着各项技术的不断发展，电加工技术也在进步，至于一项技术能够发展多久，也要看这个行业中的人怎样去尽心敬业、钻研并推进它。

　　众所周知，模具也是一个国家发展的基础行业，许多批量生产的产品都离不开模具，而电火花加工是制造模具的最主要技术之一。电火花加工仿形逼真以柔克刚，只要是导电的材料均可加工，而不受硬度、脆性、粘性等材料特性的限制，这是其他加工方法无法比拟的。电火花加工的另一个特点是可进行精密微细加工，微小孔、异型腔等的微细加工是其他设备无法替代的。这些特点决

　　从技术发展过程来看，电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。控制系统也越来越复杂，从单轴数控到3轴数控、再到多轴联动。20世纪90年代初期，3轴电火花机在国内还是空白，主要是从日本和瑞士引进。直到90年代中期，北京市电加工研究所才和日本沙迪克公司合作开始制造3轴电火花加工机，也可以说开始步入国内电火花加工机的真正快速发展轨道，后来在此基础上又生产研发了4轴4联动电火花加工机。以该合作为例，可以看出北京市电加工研究所的消化吸收再创新的道路大概经历了以下几个阶段：首先制造主机，也就是机械部分，相对较为简单；此后是数控系统部分，可以理解为引进；之后是整个电源，是消化阶段。经历这三个阶段之后是吸收，最后是再创新。对电火花加工而言，最核心的部分就是数控系统部分，当然花费的精力也最多。

　　我认为电火花成形机下一步的发展空间在精密微细和特殊材料两个方面。特殊材料（如航空航天领域用的材料）专机，窄槽窄缝、异型腔的加工，精密模具等领域都是发展重点。在精加工方面，曾经有过高速铣要代替电火花的传言，现在证明这是不现实的。现在粗加工、大电流的火花机又有回头的趋势，在家电、汽车很多行业中应用。人类新开发出来的导电的特殊材料都可进行放电加工，而高速铣通常很难实现。精密微细加工比如喷丝板等微小型零件都离不开电火花加工；航空航天领域中很多零部件需要多轴联动电火花加工。我们国家在专用机型上有创新的能力，有很大的空间。

　　二、电火花加工原理

　　电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。

　　实现电火花加工条件：

　　（1）.工具电极和工件电极之间必须维持合理的距离在该距离范围内，既可以满足脉冲电压不断击穿介质，产生火花放电，又可以适应在火花通道熄灭后介质消电离以及排出蚀除产物的要求。若两电极距离过大，则脉冲电压不能击穿介质、不能产生火花放电，若两电极短路，则在两电极间没有脉冲能量消耗，也不可能实现电腐蚀加工。

　　（2）.两电极之间必须充入介质在进行材料电火花尺寸加工时，两极间为液体介质(专用工作液或工业煤油);在进行材料电火花表面强化时，两极间为气体介

　　（3）.输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大在火花通道形成后，脉冲电压变化不大，因此，通道的电流密度可以表征通道的能量密度。能量密度足够大，才可以使被加工材料局部熔化或气化，从而在被加工材料表面形成一个腐蚀痕(凹坑)，实现电火花加工。因而，通道一般必须有105-106A1em}电流密度。放电通道必须具有足够大的峰值电流，通道才可以在脉冲期间得到维持。一般情况下，维持通道的峰值电流不小于2A.

　　（4）.放电必须是短时间的脉冲放电脉冲。放电持续时间一般为10-1^-10-3s。由于放电时间短，使放电时产生的热能来不及在被加工材料内部扩散，从而把能量作用局限在很小范围内，保持火花放电的冷极特性。

　　（5）.脉冲放电需重复多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的这里包含两个方面的意义:其一时间上相邻的两个脉冲不在同一点上形成通道;其二，若在一定时间范围内脉冲放电集中发生在某一区域，则在另一段时间内，脉冲放电应转移到另一区域。只有如此，才能避免积碳现象，进而避免发生电弧和局部烧伤。

　　（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在电火花加工的生产实际中，上述过程通过两个途径完成。一方面，火花放电以及电腐蚀过程本身具备将蚀除产物排离的固有特性;蚀除物以外的其余放电产物〔如介质的气化物)亦可以促进上述过

　　程;另一方面，还必须利用一些人为的辅助工艺措施，例如工作液的循环过滤，加工中采用的冲、抽油措施等等。

　　以下是电火花加工原理图：

　　进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。

　　在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。 紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。 工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。 按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为五类：利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工；利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。 电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。

　　电火花加工的主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。

　　三、电火花加工的特点

　　电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现。具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，人们除了进一步发展和完善机械加工法之外，还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛的应用。

　　电火花加工的特点如下- 1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件电火花加工论文.htm。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。 2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围校 3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极校工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。 4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。基于上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项- 1)制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。 2)加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。 3)在金属板材上切割出零件。 4)加工窄缝。 5)磨削平面和圆面。 6)其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。

　　四、电火花加工的基本规律

　　1)影响材料放电腐蚀的主要因素：

　　1、极性效应

　　2、电参数对电蚀量的影响

　　3、金属材料热学常数对电蚀量的影响

　　4、工作液对电蚀量的影响

　　5、其它因素

　　2)电火花加工的加工速度和工具的损耗速度：

　　1、加工速度

　　2、工具相对损耗

　　极性选择 吸附效应

　　传热效应 材料选择

　　3)影响加工精度的主要因素

　　4)电火花加工的表面质量:

　　1、表面粗糙度；

　　2、表面变质层；

　　3、表面力学性能（硬度、耐磨性、残余应力、耐疲劳性能）.

　　五、电火花加工最新技术进展

　　1、放电堆积造型

　　毛利尚武教授、斋藤长男教授和三菱电极名古屋制作所合作，在进行液中电火花放电表面改性处理时，在S45C钢上成功地堆积除WC厚膜（层），并进行了将电火花堆积和电火花去除加工相组合对工件进行修复的试验。毛利尚武教授还用钨电极（Φ0.1mm）成功地进行了电火花堆积。日本名古屋工业大学早川伸哉波士等，通过计算钢打钢时正极和负极的温度分布，选择合适的电参数，使得工具电极的放电温度超过器材料的沸点，工件电极的温度在材料熔点和沸点之间，在空气中进行了电火花堆积造型试验。用此法在气体中电火花附着堆积出直径约140μm，高2.2mm的微细圆柱，工件和电极都是S45C钢，电极直径0.1mm，放电电流2.5A，脉冲宽度5μm，工件接脉冲电源负极，加工时间6.3h。

　　2、气体中放电电火花加工

　　日本东京农工大学国枝正典教授开展了气体中放电电火花加工和气体中线切割加工的研究。该方法使用管状电极中喷出，在工件与电极间隙形成绝缘介质，从而取代绝缘工作液进行电火花加工。此方法加工没有火灾隐患，不污染环境，电极损耗率非常低，放电加工时的反作用小，有利于微细加工，选择合适的气体，可使加工表面在凝固层（白层）非常薄。富山地方大学岩井等人还利用压缩空气作介质代替液体介质，通过放电修形、修

　　锐金属基金刚石砂轮。结果表明，经过这样处理后的砂轮磨削性能同传统的修形方法几乎相同。这种方法可以修出曲线轮廓。

　　3、钛合金表面电火花放电着色

　　日本大阪府立产业技术综合研究所的增井清德和难久开展了钛合金线切割放电着色和钛合金电火花放电着色的研究。线切割着色使用单向脉冲电源，工件接脉冲电源正极，工具电极丝接脉冲电源的负极，工作液为去离子水，电阻率为（1～20）×104Ω.cm。其着色原理是利用线切割的放电作用，在钛合金形成透明的氧化钛膜，由于光的干涉，不同厚度的氧化钛膜将得到不同颜色的干涉光，通过控制氧化钛膜的厚度就可进行不同的颜色着色。

　　4、反复拷贝法微细电极电火花加工

　　日本松下电气与东京大学增泽隆久教授合作开发生产GMG-ED82W型超微细电火花加工机床后，为解决高密度、大深径比、复杂形状微细孔、微细轴、销、冲头等的的加工问题，松下电气生产技术研究所的正本健、和田纪彦开发了先用WEDG加工法加工微细电极，然后用该微细电极加工出具有多孔的中间电极，在用中加电极加工除具有多个微细轴形状的工作电极。用这样的电极可以一次加工出多个小孔。姑且将其称为发反拷贝法微细电极电火花加工方法，uedmn加工法，其中μ代表微细，EDM代表电火花加工，n带便

　　反复次数，即反复多次微细电火花加工。例如n=1,用WEDG加工法加工简单的圆柱微细电极；n=2，用生产的微细圆柱电极在薄板上加工多个微细孔；n=3，用薄板中间电极在大的圆柱棒或块状工件上加工出一体化的具有多个微细轴的工作电极，也可作为销或冲头等工具；n=4，用上述工作电极进行多孔同时加工。在n》2后，为了实现稳定电火花放电加工，在进给方向上要对间隙加上振幅数um，频率为数+Hz的微振动。又如，用此方法在STAVAX不锈钢上加工了直径100μm、长度400μm和直径50μm、长度100μm公400个锥度2度的微细圆锥柱。

　　5、电火花加工放电位置可控形的研究

　　日本东京农工大国枝正典等人，在研究电火花加工放电位置检测技术原理的基础上，进行了放电位置的可控形研究。其试验原理基于对放电等效电路的分析，认为由于分布电感的存在，如果施加一个足够陡峭的高电压，则仅进点附近的电压较其它远离进电处的高压升高的快一些。也就是说，可以在纳秒数量级内获得优先击穿的几率。经过较为系统的实验研究，它们还发现，施加的高电压上升速度较快，控制效果也就越好；电极和工件中

　　的分布电感越大，控制效果越好；最佳的高压机理放电延迟时间为略短于普通放电延迟时间。在线切割机床上的试验表明：在施加高电压的进展块附近的放电概率高于另一端。

　　这一研究进展对于电火花加工的过程控制可能带来非常深刻的影响，很有可能将过去被动的控制策略变成为主动控制策略，从而不必依赖延长放电停歇时间来保证间隙消电力，避免放电集中导致的拉弧等有害放电。这样不仅保证加工更加稳定。而且可以大幅度提高加工效率。

　　六、结束语

　　总之，电火花加工作为一门新型的加工技术，在未来定会占有一席之地。因其能源为电能，比起以煤炭，天然气，石油等难以再生资源为能源的生产设备来说无疑是一种优势！

　　七、参考文献

　　[1]赵万生，等.特种加工技术[M].北京:高等教育出版社,2001.

　　[2]张辽远,等.现代加工技术[M].北京:机械工业出版社,2008.7

　　[3]张学仁,等,数控电火花线切割加工技术 [J]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社,2000.

　　第一章 绪 论

　　1.1电火花加工技术的的发展历程

　　电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。早在十九世纪，人们就发现了电器开关的触点开闭时，因为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电腐蚀产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。研究结果表明，当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。

　　二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。

　　电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。

　　电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。控制系统也越来越复杂，从单轴数控到3轴数控、再到多轴联动。20世纪90年代初期，3轴电火花机在国内还是空白，主要是从日本和瑞士引进。直到90年代中期，北京市电加工研究所才和日本沙迪克公司合作开始制造3轴电火花加工机，也可以说开始步入国内电火花加工机的真正快速发展轨道，后来在此基础上又生产研发了4轴4联动电火花加工机。以该合作为例，可以看出北京市电加工研究所的消化吸收再创新的道路大概经历了以下几个阶段：首先制造主机，也就是机械部分，相对较为简单；此后是数控系统部分，可以理解为引进；之后是整个电源，是消化阶段。经历这三个阶段之后是吸收，最后是再创新。对电火花加工而言电火花成形机下一步的发展空间在精密微细和特殊材料两个方面。特殊材料（如航空航天领域用的材料）专机，窄槽窄缝、异型腔的加工，精密模具等领域都是发展重点。在精加工方面，曾经有过高速铣要代替电火花的传言，现在证明这是不现实的。现在粗加工、大电流的火花机又有回头的趋势，在家电、汽车很多行业中应用。人类新开发出来的导电的特殊材料都可进行放电加工，而高速铣通常很难实现。精密微细加工比如喷丝板等微小型零件都离不开电

　　火花加工；航空航天领域中很多零部件需要多轴联动电火花加工。我们国家在专用机型上有创新的能力，有很大的空间。

　　1.2模具电火花的发展趋势

　　模具电火花加工技术正不断向精密化、自动化、智能化、高效化等方向发展。如今新型数控电火花机床层出不穷，如瑞士阿奇、瑞士夏米尔、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱等机床在这方面技术都有了全面的提高。

　　1.2.1精密化

　　电火花加工的精密核心主要体现在对尺寸精度、仿形精度、表面质量的要求。时下数控电火花机床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可达±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3μm。通过采用一系列先进加工技术和工艺方法，可达到镜面加工效果且能够成功地完成微型接插件、IC塑封、手机、CD盒等高精密模具部位的电火花加工。从总体来看，现代模具企业在先进数控电火花机床的应用上，还没能很好地挖掘出机床的精密加工性能。因此有必要全面推动已有数控加工技术的进一步发展，不断提高模具加工精度。

　　1.2.2自动化

　　目前最先进的数控电火花机床在配有电极库和标准电极夹具的情况下，只要在加工前将电极装入刀库，编制好加工程序，整个电火花加工过程便能日以赴继地自动运转，几乎无需人工操作。机床的自动化运转降低了操作人员的劳动强度、提高生产效率。但自动装置配件的价格比较昂贵，大多模具企业的数控电火花机床的配置并不齐全。数控电火花机床具备的自动测量找正、自动定位、多工件的连续加工等功能已较好地发挥了它的自动化性能。自动操作过程不需人工干预，可以提高加工精度、效率。普及机床的自动化程度是当前数控电火花机床行业的发展趋

　　1.2.3 智能化

　　智能控制技术的出现把数控电火花加工推向了新的发展高度。新型数控电火花机床采用了智能控制技术。专家系统是数控电火花机床智能化的重要体现，它的智能性体现在精确的检测技术和模糊控制技术两方面。专家系统采用人机对话方式，根据加工的条件、要求，合理输入设定值后便能自动创建加工程序，选用最佳加工条件组合来进行加工。在线自动监测、调整加工过程，实现加工过程的最优化控制。专家系统在检测加工条件时，只要输入加工形状、电极与工件材质、加工位置、目标粗糙度值、电极缩放量、摇动方式、锥度值等指标，就可自动推算并配置最佳加工条件。模糊控制技术是由计算机监测来判定电火花加工间隙的状态，在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件；自动监控加工过程，实现最稳定的加工过程的控制技术。专

　　家系统智能技术的应用使机床操作更容易，对操作人员的技术水平要求更低。目前智能化技术不断地升级，使得智能控制技术的应用范围更加的广泛。随着市场对电加工要求的提升，智能化技术将获得更为广阔的发展空间。势之一。

　　1.2.4高效化

　　现代加工的要求为数控电火花加工技术提供了最佳的加工模式，即要求在保证加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手机外壳、家电制品、电器用品、电子仪表等领域，都要求将大面积（例如100×100mm）工件的放电时间大幅缩短，同时又要降低粗糙度。从原来的Ra0.8μm改进到Ra0.25μm，使放电后不必再进行手工抛光处理。这不但缩短了加工时间且省却后处理的麻烦，同时提升了模具品质，使用粉末加工设备可达到要求。另外减少辅助时间(如编程时间、电极与工件定位时间等)，这就需要增强机床的自动编程功能，配置电极与工件定位的夹具、装置。若在大工件的粗加工中选用石墨电极材料也是提高加工效率的好方法。最佳的加工模式是企业扩大市场空间、提升市场竞争力的资本，其开发而成的新产品、新技术亦愈受欢迎。

　　电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。 早在十九世纪，人们就发现了电器开光的触点开闭时，以为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电副食产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。研究结果表明，当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。

　　二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。

　　电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。

　　第二章 电火花加工基本原理

　　电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。

　　2.1 电火花加工的物理本质及特点

　　2.1.1 电火花加工的物理本质

　　电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下来。那么两电极表面的金属材料是如何被蚀除下来的呢？这一过程大致分为以下几个阶段(如图2-1所示)：

　　(a)(b)(c)

　　(d)(e)

　　图2-1 电火花加工原理(1) 极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图2-1(a)所示)。工具电极与工件电极缓缓靠近，极间的电场强度增大，由于两电极的微观表面是凹凸不平的，因此在两极间距离最近的A、B处电场强度最大。

　　工具电极与工件电极之间充满着液体介质，液体介质中不可避免地含有杂质及自由电子，它们在强大的电场作用下，形成了带负电的粒子和带正电的粒子，电场强度越大，带电粒子就越多，最终导致液体介质电离、击穿，形成放电通道。放电通道是由大量高速运动的带正电和带负电的粒子以及中性粒子组成的。由于通道截面很小，通道内因高温热膨胀形成的压力高达几万帕，高温高压的放电通道急速扩展，产生一个强烈的冲击波向四周传播。在放电的同时还伴随着光效应和声效应，这就形成了肉眼所能看到的电火花。(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图2-1(b)、(c)所示)。液体介质被电离、击穿，形成放电通道后，通道间带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子奔向负极，粒子间相互撞击，产生大量的热能，使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使工作液汽化，进而气化，然后高温向四周扩散，使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增，形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时，可以看到工件与工具电极间有冒烟现象，并听到轻微的爆炸声。(3) 电极材料的抛出(如图2-1(d)所示)。正负电极间产生的电火花现象，使放电通道产生高温高压。通道中心的压力最高，工作液和金属气化后不断向外膨胀，形成内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排挤，抛出放电通道，大部分被抛入到工作液中。仔细观察电火花加工，可以看到桔红色的火花四溅，这就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。

　　(4) 极间介质的消电离(如图2-1(e)所示)。加工液流入放电间隙，将电蚀产物及残余的热量带走，并恢复绝缘状态。若电火花放电过程中产生的电蚀产物来不及排除和扩散，产生的热量将不能及时

　　传出，使该处介质局部过热，局部过热的工作液高温分解、积炭，使加工无法继续进行，并烧坏电

　　(a) 单脉冲放电凹坑(b) 多脉冲放电凹

　　坑

　　极。因此，为了保证电火花加工过程的正常进行，在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排出，恢复放电通道的绝缘性，使工作液介质消电离。上述步骤(1)～(4)在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行，即单个脉冲放电结束，经过一段时间间隔(即脉冲间隔)使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲又作用到工具电极和工件上，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，蚀出另一个小凹坑。这样以相当高的频率连续不断地放电，工件不断地被蚀除，故工件加工表面将由无数个相互重叠的小凹坑组成(如图2-2所示)。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。图2-2 电火花表面局部放大图2.1.2 电火花加工、电火花线切割加工的特点

　　1．共同特点

　　(1) 二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的热来熔解去除金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力。

　　(2) 二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。

　　(3) 最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙，线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。

　　2．不同特点

　　(1) 从加工原理来看，电火花加工是将电极形状复制到工件上的一种工艺方法(如图2-3(a)所示)。在实际中可以加工通孔(穿孔加工)和盲孔(成型加工)(如图2-3(b)、(c)所示)；而线切割加工是利用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成型的一种工艺方法，如图2-4所示。

　　(b) 穿孔加工

　　1—工件；2—脉冲电源；

　　3—自动进给调节系统；

　　4—工具；5—工作液；

　　6—过滤器；7—工作液泵(a) 电火花加工原理示意图(c) 成型加工

　　图2-3 电火花加工

　　图2-4 线切割加工

　　1—绝缘底板；

　　2—工件；

　　3—脉冲电源；

　　4—滚丝筒；

　　5—电极丝

　　(a) 加工示意图(b) 线切割加工原理示意

　　图

　　(2) 从产品形状角度看，电火花加工必须先用数控加工等方法加工出与产品形状相似的电极；线切割加工中产品的形状是通过工作台按给定的控制程序移动而合成的，只对工件进行轮廓图形加工，余料仍可利用。

　　(3) 从电极角度看，电火花加工必须制作成型用的电极(一般用铜、石墨等材料制作而成)；线切割加工用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电极。

　　(4) 从电极损耗角度看，电火花加工中电极相对静止，易损耗，故通常采用多个电极加工；而线切割加工中由于电极丝连续移动，使新的电极丝不断地补充和替换在电蚀加工区受到损耗的电极丝，避免了电极损耗对加工精度的影响。

　　(5) 从应用角度看，电火花加工可以加工通孔、盲孔，特别适宜加工形状复杂的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花纹等(如图2-5(a)所示)；而线切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形状复杂的窄缝及各种形状复杂的零件(如图2-5(b)所示)。

　　(a) 电火花加工产品 (b) 线切割加工产品

　　图2-5 加工产品实例

　　2.2 电火花加工机床简介

　　2.2.1 机床型号、规格、分类

　　我国国标规定，电火花成型机床均用D71加上机床工作台面宽度的1/10表示。例如D7132中，D表示电加工成型机床(若该机床为数控电加工机床，则在D后加K，即DK)；71表示电火花成型机床；32表示机床工作台的宽度为320 mm。

　　在中国大陆外，电火花加工机床的型号没有采用统一标准，由各个生产企业自行确定，如日本沙迪克(Sodick)公司生产的A3R、A10R，瑞士夏米尔(Charmilles)技术公司的ROBOFORM20/30/35，台湾乔懋机电工业股份有限公司的JM322/430，北京阿奇工业电子有限公司的SF100等。

　　电火花加工机床按其大小可分为小型(D7125以下)、中型(D7125～D7163)和大型(D7163以上)；按数控程度分为非数控、单轴数控和三轴数控。随着科学技术的进步，国外已经大批生产三坐标数控电火花机床，以及带有工具电极库、能按程序自动更换电极的电火花加工中心，我国的大部分电加工机床厂现在也正开始研制生产三坐标数控电火花加工机床。

　　2.2.2 电火花加工机床结构

　　电火花加工机床主要由机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、数控系统等部分组

　　1. 机床本体

　　机床本体主要由床身、立柱、主轴头及附件、工作台等部分组成，是用以实现工件和工具电极的装夹固定和运动的机械系统。床身、支柱、坐标工作台是电火花机床的骨架，起着支承、定位和便于操作的作用。因为电火花加工宏观作用力极小，所以对机械系统的强度无严格要求，但为了避免变形和保证精度，要求具有必要的刚度。主轴头下面装夹的电极是自动调节系统的执行机构，其质量的好坏将影响到进给系统的灵敏度及加工过程的稳定性，进而影响工件的加工精度。

　　机床主轴头和工作台常有一些附件，如可调节工具电极角度的夹头、平动头、油杯等。本节主要介绍平动头。

　　电火花加工时粗加工的电火花放电间隙比中加工的放电间隙要大，而中加工的电火花放电间隙比精加工的放电间隙又要大一些。当用一个电极进行粗加工时，将工件的大部分余量蚀除掉后，其底面和侧壁四周的表面粗糙度很差，为了将其修光，就得转换规准逐挡进行修整。但由于中、精加工规准的放电间隙比粗加工规准的放电间隙小，若不采取措施则四周侧壁就无法修光了。平动头就是为解决修光侧壁和提高其尺寸精度而设计的。

　　平动头是一个使装在其上的电极能产生向外机械补偿动作的工艺附件。当用单电极加工型腔时，使用平动头可以补偿上一个加工规准和下一个加工规准之间的放电间隙差。

　　平动头的动作原理是：利用偏心机构将伺服电机的旋转运动通过平动轨迹保持机构转化成电极上每一个质点都能围绕其原始位置在水平面内作平面小圆周运动，许多小圆的外包络线面积就形成加工横截面积，如图2-7所示，其中每个质点运动轨迹的半径就称为平动量，其大小可以由零逐渐调大，以补偿粗、中、精加工的电火花放电间隙δ之差，从而达到修光型腔的目的。具体平动头的结构及原理可以参考其他书籍。

　　目前，机床上安装的平动头有机械式平动头和数控平动头，其外形如图2-8所示。机械式平动头由于有平动轨迹半径的存在，它无法加工有清角要求的型腔；而数控平动头可以两轴联动，能加工出清棱、清角的型孔和型腔。

　　(a) 电极在最左(b) 电极在最上(c) 电极在最右

　　图2-7 平动头扩大间隙原理图

　　(a) 机械式平动头 (b) 数控平动头

　　图2-8 平动头外形

　　与一般电火花加工工艺相比较，采用平动头电火花加工有如下特点：

　　(1) 可以通过改变轨迹半径来调整电极的作用尺寸，因此尺寸加工不再受放电间隙的限制。

　　(2) 用同一尺寸的工具电极，通过轨迹半径的改变，可以实现转换电规准的修整，即采用一个电极就能由粗至精直接加工出一副型腔。

　　(3) 在加工过程中，工具电极的轴线与工件的轴线相偏移，除了电极处于放电区域的部分外，工具电极与工件的间隙都大于放电间隙，实际上减小了同时放电的面积，这有利于电蚀产物的排除，提高加工稳定性。

　　(4) 工具电极移动方式的改变，可使加工的表面粗糙度大有改善，特别是底平面处。

　　2. 脉冲电源

　　在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是把工频正弦交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。脉冲电源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、表面质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。

　　脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电，其输出应满足如下要求：

　　(1) 要有一定的脉冲放电能量，否则不能使工件金属气化。

　　(2) 火花放电必须是短时间的脉冲性放电，这样才能使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。

　　(3) 脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应，提高加工速度和降低工具电极损耗。

　　(4) 脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉冲间歇等)有较宽的调节范围，以满足粗、中、精加工的要求。

　　(5) 有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时间消除电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件。

　　电源的好坏直接关系到电火花加工机床的性能，所以电源往往是电火花机床制造厂商的核心机

　　密之一。从理论上讲，电源一般有如下几种。 1) 弛张式脉冲电源

　　弛张式脉冲电源是最早使用的电源，它是利用电容器充电储存电能，然后瞬时放出，形成火花放电来蚀除金属的。因为电容器时而充电，时而放电，一弛一张，故又称“弛张式”脉冲电源(如图2-9所示)。由于这种电源是靠电极和工件间隙中的工作液的击穿作用来恢复绝缘和切断脉冲电流的，因此间隙大小、电蚀产物的排出情况等都影响脉冲参数，使脉冲参数不稳定，所以这种电源又称为非独立式电源。

　　Ru

　　E

　　(a) 原理图(b) 波形图

　　弛张式脉冲电源结构简单，使用维修方便，加工精度较高，粗糙度值较小，但生产率低，电能利用率低，加工稳定性差，故目前这种电源的应用已逐渐减少。图2-9 RC线路脉冲电源2) 闸流管脉冲电源

　　闸流管是一种特殊的电子管，当对其栅极通入一脉冲信号时， 便可控制管子的导通或截止，输出脉冲电流。由于这种电源的电参数与加工间隙无关，故又称为独立式电源。闸流管脉冲电源的生产率较高，加工稳定，但脉冲宽度较窄，电极损耗较大。

　　3) 晶体管脉冲电源

　　晶体管脉冲电源是近年来发展起来的以晶体元件作为开关元件的用途广泛的电火花脉冲电源，其输出功率大，电规准调节范围广，电极损耗小，故适应于型孔、型腔、磨削等各种不同用途的加工。晶体管脉冲电源已越来越广泛地应用在电火花加工机床上。

　　目前普及型(经济型)的电火花加工机床都采用高低压复合的晶体管脉冲电源，中、高档电火花加工机床都采用微机数字化控制的脉冲电源，而且内部存有电火花加工规准的数据库，可以通过微机设置和调用各挡粗、中、精加工规准参数。例如汉川机床厂、日本沙迪克公司的电火花加工机床，这些加工规准用C代码(例如C320)表示和调用，三菱公司则用 E代码表示。

　　4. 工作液过滤和循环系统

　　电火花加工中的蚀除产物，一部分以气态形式抛出，其余大部分是以球状固体微粒分散地悬浮在工作液中，直径一般为几微米。随着电火花加工的进行，蚀除产物越来越多，充斥在电极和工件之间，或粘连在电极和工件的表面上。蚀除产物的聚集，会与电极或工件形成二次放电。这就破坏了电火花加工的稳定性，降低了加工速度，影响了加工精度和表面粗糙度。为了改善电火花加工的条件，一种办法是使电极振动，以加强排屑作用；另一种办法是对工作液进行强迫循环过滤，以改善间隙状态。

　　工作液强迫循环过滤是由工作液循环过滤器来完成的。电火花加工用的工作液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。图2-11是工作液循环系统油路图，它既能实现冲油，又能实现抽油。其工作过程是：储油箱的工作液首先经过粗过滤器l，经单向阀2吸入油泵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使控制系统的压力不超过400 kPa，补油阀 11为快速进油用。待油注满油箱时，可及时调节冲油选择阀10，由阀8来控制工作液循环方式及压力。当阀10在冲油位置时，补油冲油都不通，这时油杯中油的压力由阀8控制；当阀10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9，利用流体速度产生负压，达到实现抽油的目的。

　　1—粗过滤器；2—单向阀；3—油泵；4—电极；5—安全阀；6—压力表；7—精过滤器；8—压力调节阀；9—射流抽吸管；10—冲油选择阀；

　　11—快速进油控制阀；12—冲油压力表；

　　13—抽油压力表

　　2

　　图2-11 工作液循环系统油路图5. 数控系统

　　1) 数控电火花机床的类型

　　数控系统规定除了直线移动的X、Y、Z三个坐标轴系统外，还有三个转动的坐标系统，即绕X轴转动的A轴，绕Y轴转动的B轴，绕Z轴转动的C轴。若机床的Z轴可以连续转动但不是数控的，如电火花打孔机，则不能称为C轴，只能称为R轴。

　　根据机床的数控坐标轴的数目，目前常见的数控机床有三轴数控电火花机床、四轴三联动数控电火花机床、四轴联动或五轴联动甚至六轴联动电火花加工机床。三轴数控电火花加工机床的主轴Z和工作台X、Y都是数控的。从数控插补功能上讲，又将这类型机床细分为三轴两联动机床和三轴三联动机床。

　　三轴两联动是指X、Y、Z三轴中，只有两轴(如X、Y轴)能进行插补运算和联动，电极只能在平面内走斜线和圆弧轨迹(电极在Z轴方向只能作伺服进给运动，但不是插补运动)。三轴三联动系统的电极可在空间作X、Y、Z方向的插补联动(例如可以走空间螺旋线)。

　　四轴三联动数控机床增加了C轴，即主轴可以数控回转和分度。

　　现在部分数控电火花机床还带有工具电极库，在加工中可以根据事先编制好的程序，自动更换电极。

　　2) 数控电火花机床的数控系统工作原理

　　数控电火花机床能实现工具电极和工件之间的多种相对运动，可以用来加工多种较复杂的型腔。目前，绝大部分电火花数控机床采用国际上通用的ISO代码进行编程、程序控制、数控摇动加工等，具体内容如下：

　　( ISO代码编程ISO代码是国际标准化机构制定的用于数控编码和程序控制的一种标准代码。代码主要有G指令(即准备功能指令)和M指令(即辅助功能指令)，具体见表2-1。

　　表2-1 常用的电火花数控指令6. 电火花机床常见功能

　　电火花机床的常见功能如下：

　　(1) 回原点操作功能。数控电火花在加工前首先要回到机械坐标的零点，即X、Y、Z轴回到其轴的正极限处。这样，机床的控制系统才能复位，后续操作机床运动不会出现紊乱。

　　(2) 置零功能。将当前点的坐标设置为零。

　　(3) 接触感知功能。让电极与工件接触，以便定位。

　　(4) 其他常见功能(如图2-15所示)。

　　Center searchingCenter searchingZ-axis machinin-)g(ZZ-axis machining(RZe+p)eat machiningCorner machining(Outside)(Inside)

　　寻找中心(内部)寻找中心(外部)Z轴垂直加工(Z-)Z轴垂直加工(Z+)重复加工角落加工Rotation machininogtation machininRgotation machininRRgotation machininRgotation machiningotation machiningR

　　旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工

　　Rotation machiniSnigde machiningFan shap machininSgtep machiningC-axis positioningC-axis helical gear

　　machining(optionaml)achining(optional)

　　旋转加工侧面加工扇形加工等级化加工C轴标示加工(特殊)C轴螺旋齿轮加工(特殊)

　　图2-15 电火花机床常见功能

　　2.3 电火花线切割加工机床简介

　　2.3.1 机床分类、型号

　　1．分类

　　线切割加工机床可按多种方法进行分类，通常按电极丝的走丝速度分成快速走丝线切割机床(WEDM-HS)与慢速走丝线切割机床(WEDM-LS)。

　　1) 快速走丝线切割机床

　　快速走丝线切割机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～10 m/s，是我国独创的电火花线切割加工模式。快速走丝线切割机床上运动的电极丝能够双向往返运行，重复使用，直至断丝为止。线电极材料常用直径为0.10～0.30 mm的钼丝(有时也用钨丝或钨钼丝)。对小圆角或窄缝切割，也可采用直径为0.6 mm的钼丝。

　　工作液通常采用乳化液。快速走丝线切割机床结构简单、价格便宜、生产率高，但由于运行速度快，工作时机床震动较大。钼丝和导轮的损耗快，加工精度和表面粗糙度就不如慢速走丝线切割机床，其加工精度一般为0.01～0.02 mm，表面粗糙度Ra为1.25～2.5 μm。 2) 慢速走丝线切割机床

　　慢速走丝线切割机床走丝速度低于0.2 m/s。常用黄铜丝(有时也采用紫铜、钨、钼和各种合金的涂覆线)作为电极丝，铜丝直径通常为0.10～0.35 mm。电极丝仅从一个单方向通过加工间隙，不重复使用，避免了因电极丝的损耗而降低加工精度。同时由于走丝速度慢，机床及电极丝的震动小，因此加工过程平稳，加工精度高，可达0.005 mm，表面粗糙度Ra≤0.32 μm。

　　慢速走丝线切割机床的工作液一般采用去离子水、煤油等，生产率较高。

　　慢走丝机床主要由日本、瑞士等国生产，目前国内有少数企业引进国外先进技术与外企合作生产慢走丝机床。

　　2．型号

　　国标规定的数控电火花线切割机床的型号，如DK7725的基本含义为：D为机床的类别代号，表示是电加工机床；K为机床的特性代号，表示是数控机床；第一个7为组代号，表示是电火花加工机床，第二个7为系代号(快走丝线切割机床为7，慢走丝线切割机床为6，电火花成型机床为1)；25为基本参数代号，表示工作台横向行程为250 mm。

　　2.3.2 快走丝线切割机床简介

　　由于科学技术的发展，目前在生产中使用的快走丝线切割机床几乎全部采用数字程序控制，这类机床主要由机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统组成。1．机床本体

　　机床本体主要由床身、工作台、运丝机构和丝架等组成，具体介绍如下：

　　1) 床身

　　床身是支承和固定工作台、运丝机构等的基体。因此，要求床身应有一定的刚度和强度，一般采用箱体式结构。床身里面安装有机床电气系统、脉冲电源、工作液循环系统等元器件。

　　2) 工作台

　　目前在电火花线切割机床上采用的坐标工作台，大多为X、Y方向线性运动。

　　不论是哪种控制方式，电火花线切割机床最终都是通过坐标工作台与丝架的相对运动来完成零件加工的，坐标工作台应具有很高的坐标精度和运动精度，而且要求运动灵敏、轻巧，一般都采用“十”字滑板、滚珠导轨，传动丝杠和螺母之间必须消除间隙，以保证滑板的运动精度和灵敏度。

　　3) 运丝机构

　　在快走丝线切割加工时，电极丝需要不断地往复运动，这个运动是由运丝机构来完成的。最常

　　1—上丝机构；2—工作台；3—丝筒电机；4—撞杆；5—接近开关；6—运丝启停开关

　　见的运丝机构是单滚筒式，电极丝绕在储丝筒上，并由丝筒作周期性的正反旋转使电极丝高速往返运动。储丝筒轴向往复运动的换向及行程长短由无触点接近开关及其撞杆控制(如图2-16中的5、4)，调整撞杆的位置即可调节行程的长短。这种形式的运丝机构的优点是结构简单、维护方便，因而应用广泛。其缺点是绕丝长度小，电动机正反转动频繁，电极丝张力不可调。图2-16 快走丝线切割

　　机床结构图4) 丝架

　　运丝机构除上面所叙述的内容外，还包括丝架。丝架的主要作用是在电极丝快速移动时，对电极丝起支撑作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持垂直。为获得良好的工艺效果，上、下丝架之间的距离宜尽可能小。

　　为了实现锥度加工，最常见的方法是在上丝架的上导轮上加两个小步进电动机，使上丝架上的导轮作微量坐标移动(又称U、V轴移动)，其运动轨迹由计算机控制。2．脉冲电源

　　电火花线切割加工的脉冲电源与电火花成型加工作用的脉冲电源在原理上相同，不过受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄(2～60 μs)，单个脉冲能量、平均电流(1～5 A)一般较小，所以线切割总是采用正极性加工。

　　3．数控系统

　　数控系统在电火花线切割加工中起着重要作用，具体体现在两方面：

　　(1) 轨迹控制作用。它精确地控制电极丝相对于工件的运动轨迹，使零件获得所需的形状和尺寸。

　　(2) 加工控制。它能根据放电间隙大小与放电状态控制进给速度，使之与工件材料的蚀除速度相平衡，保持正常的稳定切割加工。

　　目前绝大部分机床采用数字程序控制，并且普遍采用绘图式编程技术，操作者首先在计算机屏幕上画出要加工的零件图形，线切割专用软件(如YH软件、北航海尔的CAXA线切割软件)会自动将图形转化为ISO代码或3B代码等线切割程序。4. 工作液循环系统

　　工作液循环与过滤装置是电火花线切割机床不可缺少的一部分，其主要包括工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管和过滤网罩等。工作液的作用是及时地从加工区域中排除电蚀产物，并连续充分供给清洁的工作液，以保证脉冲放电过程稳定而顺利地进行。目前绝大部分快走丝机床的工作液是专用乳化液。乳化液种类繁多，大家可根据相关资料来正确选用。

　　2.3.3 慢走丝线切割机床简介

　　同快走丝线切割机床一样，慢走丝线切割机床也是由机床本体、脉冲电源、数控系统等部分组成的。但慢走丝线切割机床的性能大大优于快走丝线切割机床，其结构具有以下特点：

　　1．主体结构

　　1) 机头结构

　　机床和锥度切割装置(U，V轴部分)实现了一体化，并采用了桁架铸造结构，从而大幅度地强化了刚度。

　　2) 主要部件

　　精密陶瓷材料大量用于工作臂、工作台固定板、工件固定架、导丝装置等主要部件，实现了高刚度和不易变形的结构。

　　3) 工作液循环系统

　　慢走丝线切割机床大多数采用去离子水作为工作液，所以有的机床(如北京阿奇)带有去离子系统。在较精密加工时，慢走丝线切割机床采用绝缘性能较好的煤油作为工作液。

　　2．走丝系统

　　慢走丝线切割机床的电极丝在加工中是单方向运动(即电极丝是一次性使用)的。在走丝过程中，电极丝由储丝筒出丝，由电极丝输送轮收丝。慢走丝系统一般由以下几部分组成：储丝筒、导丝机构、导向器、张紧轮、压紧轮、圆柱滚轮、断丝检测器、电极丝输送轮、其他辅助件(如毛毡、毛刷)等。

　　图2-18为日本沙迪克公司某型号线切割机床的电极丝的送出部分结构图，其中某些部件的作用如下：

　　2—圆柱滚轮 可使线电极从线轴平行地输出，且使张力维持稳定3—导向孔模块 可使电极丝在张紧轮上正确地进行导向

　　5—张紧轮 在电极丝上施加必要的张力

　　6—压紧轮 防止电极丝张力变动的辅助轮

　　7—毛毡 去除附着在电极丝上的渣滓

　　8—断丝检测器 检查电极丝送进是否正常，若不正常送进，则发出报警信号，提醒发生电极丝断丝等故障

　　9—毛刷 防止电极丝断丝时从轮子上脱出

　　1—储丝筒；

　　2—圆柱滚轮；

　　3—导向孔模块；

　　4、10、11—滚轮；

　　5—张紧轮；

　　6—压紧轮；

　　7—毛毡；

　　8—断丝检测器；

　　9—毛刷；

　　12—导丝管；

　　13—下臂；

　　14—接丝装置；

　　15—电极丝输送轮；

　　16—废丝孔模块；

　　17—废丝箱图2-18 电极丝送丝装置

　　2.3.4 线切割机床常见的功能

　　下面简单介绍线切割机床较常见的功能。

　　(1) 模拟加工功能。模拟显示加工时电极丝的运动轨迹及其坐标。

　　(2) 短路回退功能。加工过程中若进给速度太快而电腐蚀速度慢，在加工时出现短路现象，控制器会改变加工条件并沿原来的轨迹快速后退，消除短路，防止断丝。

　　(3) 回原点功能。遇到断丝或其他一些情况，需要回到起割点，可用此操作。

　　(4) 单段加工功能。加工完当前段程序后自动暂停，并有相关提示信息，如：

　　单段停止!按OFF键停止加工，按RST键继续加工。此功能主要用于检查程序每一段的执行情况。

　　(5) 暂停功能。暂时中止当前的功能(如加工、单段加工、模拟、回退等)。

　　(6) MDI功能。手动数据输入方式输入程序功能，即可通过操作面板上的键盘，把数控指令逐条输入存储器中。

　　(7) 进给控制功能。能根据加工间隙的平均电压或放电状态的变化，通过取样、变频电路，不断定期地向计算机发出电火花加工论文.htm中断申请，自动调整伺服进给速度，保持平均放电间隙，使加工稳定，提高切割速度和加工精度。

　　(8) 间隙补偿功能。线切割加工数控系统所控制的是电极丝中心移动的轨迹。因此，加工零件时有补偿量，其大小为单边放电间隙与电极丝半径之和。

　　(9) 自动找中心功能。电极丝能够自动找正后停在孔中心处。

　　(10) 信息显示功能。可动态显示程序号、计数长度、电规准参数、切割轨迹图形等参数。

　　(11) 断丝保护功能。在断丝时，控制机器停在断丝坐标位置上，等待处理，同时高频停止输出脉冲，丝筒停止运转。

　　(12) 停电记忆功能。可保存全部内存加工程序，当前没有加工完的程序可保持24小时以内，随时可停机。(13) 断电保护功能。在加工时如果突然发生断电，系统会自动将当时的加工状态记下来。在下次来电加工时，系统自动进入自动方式，并提示：

　　从断电处开始加工吗按OFF键退出按RST键继续

　　这时，如果想继续从断电处开始加工，则按下RST键，系统将从断电处开始加工，否则按OFF键退出加工。

　　使用该功能的前提是：不要轻易移动工件和电极丝，否则来电继续加工时，会发生很长时间的回退，影响加工效果甚至导致工件报废。

　　(14) 分时控制功能。可以一边进行切割加工，一边编写另外的程序。

　　(15) 平移功能。主要用在切割完当前图形后，在另一个位置加工同样图形等场合。这种功能可以省掉重新画图的时间。

　　(16) 跳步功能。将多个加工轨迹连接成一个跳步轨迹(如图2-20所示)，可以简化加工的操作过程。图中，实线为零件形状，虚线为电极丝路径。

　　(17) 任意角度旋转功能。可以大大简化某些轴对称零件的程编工艺，如齿轮只需先画一个齿形，然后让它旋转几次，就可圆满完成。

　　(18) 代码转换功能。能将ISO代码转换为3B代码等。

　　(19) 上下异性功能。可加工出上下表面形状不一致的零件，如上面为圆形，下面为方形等。

　　图2-20 轨迹跳步

　　2.4电火花加工条件

　　（1）.工具电极和工件电极之间必须维持合理的距离在该距离范围内，既可以满足脉冲电压不断击穿介质，产生火花放电，又可以适应在火花通道熄灭后介质消电离以及排出蚀除产物的要求。若两电极距离过大，则脉冲电压不能击穿介质、不能产生火花放电，若两电极短路，则在两电极间没有脉冲能量消耗，也不可能实现电腐蚀加工。

　　（2）.两电极之间必须充入介质在进行材料电火花尺寸加工时，两极间为液体介质(专用工作液或工业煤油);在进行材料电火花表面强化时，两极间为气体介质。

　　（3）.输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大在火花通道形成后，脉冲电压变化不大，因此，通道的电流密度可以表征通道的能量密度。能量密度足够大，才可以使被加工材料局部熔化或气化，从而在被加工材料表面形成一个腐蚀痕(凹坑)，实现电火花加工。因而，通道一般必须有105-106A1em}电流密度。放电通道必须具有足够大的峰值电流，通道才可以在脉冲期间得到维持。一般情况下，维持通道的峰值电流不小于2A。

　　（4）.放电必须是短时间的脉冲放电脉冲。放电持续时间一般为10-1^-10-3s。由于放电时间短，使放电时产生的热能来不及在被加工材料内部扩散，从而把能量作用局限在很小范围内，保持火花放电的冷极特性。

　　（5）.脉冲放电需重复多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的这里包含两个方面的意义:其一时间上相邻的两个脉冲不在同一点上形成通道;其二，若在一定时间范围内脉冲放电集中发生在某一区域，则在另一段时间内，脉冲放电应转移到另一区域。只有如此，才能避免积碳现象，进而避免发生电弧和局部烧伤。

　　（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在电火花加工的生产实际中，上述过程通过两个途径完成。一方面，火花放电以及电腐蚀过程本身具备将蚀除产物排离的固有特性;蚀除物以外的其余放电产物〔如介质的气化物)亦可以促进上述过程;另一方面，还必须利用一些人为的辅助工艺措施，例如工作液的循环过滤，加工中采用的冲、抽油措施等等。

　　第三章 电火花加工的特点

　　3.1电弧火花加工的工艺特点

　　电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现。具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，人们除了进一步发展和完善机械加工法之外，还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛的应用。

　　电火花加工的特点如下：

　　1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。

　　2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围校

　　3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极校工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。

　　4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。基于上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项1)制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。

　　2)加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。 3)在金属板材上切割出零件。 4)加工窄缝。 5）磨削平面和圆面。 6）其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。

　　第四章 电火花加工工艺流程

　　数控电火花加工是一门重要的特种加工技术，它在模具制造、航空、电子、核能、仪器、轻工等部门用来解决各种复杂形状零件和难加工材料的加工问题。电火花加工可以说是一种不可替代的工艺方法，发挥着重要的作用。

　　4.1 模具电火花加工的工艺确定

　　模具零件在制造前，根据本身的特点、加工要求来确定合理的加工工艺。一般来说，为了使模具零件在尽量短的时间内加工出来，减少加工成本，提高加工效率，应尽量选用铣削加工、线切割加工等工艺来加工零件。当在铣削加工、线切割加工等加工不到或工件有特殊要求的情况下才进行电火花加工，如刀具难以够到的复杂表面，需要深度切削的地方，长径比特别大的地方，精密小型腔、窄缝、沟槽、拐角，不便于切削加工装夹，材料硬度很高，规定了要提供火花纹表面等的加工场合。

　　电火花加工前要对零件图进行分析，了解工件的结构特点、材料，明确加工要求。根据加工对象、精度及表面粗糙度等要求和机床功能选择采用合适的电火花成形工艺方法。

　　4.2 对工件轮廓进行预加工

　　一般在电火花加工前，需要对工件轮廓进行预加

　　如上图所示。预加工一般使用机械加工的方法，如加

　　中心、普通铣床等。预加工的目的是为了减少电

　　火花加工中的材料去除量，可以大幅度提高电火花加

　　速度，电极的损耗减少，使得电极的数目减少。粗加

　　电流可以较小，从而使加工表面受影响小。 工工工，工

　　4.3 电极的设计与制造

　　电火花加工首先要进行电极的设计、制造。当前计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术已广泛应用于模具制造行业。那些高端的CAD/CAM软件，像UG、Pro/E、CimatronE、MasterCAM等都提供了强大的电极设计、编程功能，减少了手工拆电极的繁琐工作，与传统的电极设计、制造相比，提高效率十几倍甚至几十倍。

　　根据企业的工艺水平，考虑电极加工精度要求、加工成本等工艺要点来安排电极的制造工艺。目前模具企业已广泛使用加工中心来制造各种型面复杂的电极。加工中心比传统铣削加工速度快，全自动，重复生产的精度很高，可得到较复杂的形状。最近推出的高速加工中心，能胜任形状更复杂、精度要求更高类电极的制造，为制造电极提供了完美的技术解决方案。线切割加工也是很常用的一种电极加工方法，非常适合2D电极的制造，可用来单独完成整个电极的制造，或者用于铣削制造电极的清角加工。另外，薄片类电极用机械切削加工很难进行，而使用线切割加工可以获得很高的加工效率和加工精度；使用慢走丝线切割机床，可以加工有斜度、上下异形的复杂电极，获得很高的加工精度、表面质量。

　　一般使用的电极材料有石墨和纯铜。一般精密、小电极选用纯铜材料，而大的电极选用石墨材料。

　　采用快速装夹定位系统来制造电极是电火花加工的一种先进工艺方法，它是将电极坯料装夹在加工机床的装夹系统上来制造，制造完成后，可直接将电极装于电火花加工机床的快速装夹系统上进行放电加工，给加工操作带来了很大的方便，提高了电极的制造效率，也保证了电极的装夹、定位精度。

　　4.4 工件、电极的装夹与校正

　　电火花加工将工件安装于工作台，并要对工件进行校正。由于电火花加工中电极与工件并不接触，宏观作用力很小，所以工件装夹一般都比较简单。通常用永磁吸盘来装夹工件，为了适应各种不同工件加工的需求，还可以使用其他工具来进行装夹，如平口钳、导磁块、正弦磁台、角度导磁块等。工件装夹后要对其进行校正，以保证工件的坐标系方向与机床的坐标系方向一致。在实际加工中常用校表来校正工件。

　　电极安装在机床主轴上，应使电极轴线与主轴轴线方向一致，保证电极与工件在垂直的情况下进行加工。电极的装夹方式有自动装夹和手动装夹两种。自动装夹电极是先进数控电火花加工机床的一项自动功能。它是通过机床的电极自动交换装置（ATC）和配套使用电极专用夹具（EROWA、3R）来完成电极换装的，使用电极专用夹具可实现电极的自然校正，无需对电极进行校正或调整，能够保证电极与机床的正确位置关系，大大减少了电火花加工过程中装夹、重复调整的时间。手动装夹电极是指使用通用的电极夹具，通过可调节电极角度的夹头来校正电极，由人工完成电极装夹、校正操作。如下图4.1

　　图4.1电极的校正

　　4.5加工的定位

　　当工件和电极装夹、校正完成后，就需要将电极对准工件的加工位置，才能在工件上加工出准确的型腔。模具制造电火花加工最常用的定位方式是利用电极基准中心与工件基准中心之间的距离来确定加工位置，称之为“四面分中”。利用电极基准中心与工件单侧之间的距离确定加工位置的定位方式也比较常用，称之为“单侧分中”。另外，还有一些其他的定位方式。

　　各种定位方式都是通过一定的方法来实现的，通常运用电火花加工机床的接触感知功能来获得正确的加工位置，它可以直接利用电极的基准面与工件的基准面进行接触感知实现定位；精密模具电火花加工采用基准球进行接触感知定位，点接触减少了误差，可实现较高精度的定位；另外，还有千分表比较、放电定位等定位方法。使用快速装夹定位系统，可省去重复的定位操作，当配备ATC装置时，则完全可以实现长时间无人操作的自动化加工，可有效地提升企业的竞争力。

　　目前的数控电火花加工机床都具有自动找内中心、找外中心、找角、找单侧等功能，这些功能只要输入相关的测量数值，即可方便地实现加工的定位，比手动定位要方便得多。

　　4.6 电参数的配置

　　在完成校正、定位等基本操作以后，就要根据加工要求选择合理的电参数。电参数选择的好坏，直接影响加工的各项工艺指标。选用电参数最终目的是为了达到预定的加工尺寸和表面粗糙度要求。选用电参数时，基本上要考虑：电极数目、电极损耗、工作液处理、加工表面粗糙度要求、电极缩放量、加工面积、加工深度等因素。粗加工参数选择的主要依据是电极

　　缩放尺寸的大小。粗加工电极的缩放尺寸一般都比较大，可以选用其安全间隙接近电极

　　缩放尺寸的电参数。精加工参数选择的主要依据是最终的表面粗糙度要求，选用多组电参数，放电能量从大到小进行平动加工，达到表面粗糙度和加工尺寸的要求。

　　数控电火花加工机床有许多配置好的最佳成套电参数，自动选择电参数时；只要把所需要输入的条件准确输入，即可自动配置好电参数。机床配置的电参数一般能满足加工要求，操作简单，避免了加工过程中人为的干预。而传统电火花加工机床要求操作者具有丰富的工作经验，能够根据加工要求灵活配置电参数。加工参数如表

　　4.2

　　表4.2加工参数

　　4.7 加工过程的监控

　　电火花加工一切准备就绪时，就可以起动机床开始进行加工。在加工过程中，要随时监控加工状态，对加工中不正常的放电状态及时采取相应的处理方法，保证加工的顺利进行。主要是防止发生拉弧现象，一般可通过修改抬刀参数、清理电极和工件、调整电规准参数等措施来改善放电状况。

　　目前的数控电火花加工机床的加工性能已经有了全面的提高，一些先进数控电火花加工机床的智能化控制技术几乎可以代替人工监控。加工中由计算机监测、判断电火花加工间隙的状态，在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件；但机床的智能控制技术不是万能的，还是不能忽视人工监控的作用，尤其像在深孔加工、大锥度加工、大面积加工等一些比较特殊的加工场合，人工监控就有它的意义了。

　　第五章 电火花加工的基本规律

　　5.1影响材料放电腐蚀的主要因素

　　1.极性效应对电蚀量的影响

　　在电火花加工时，相同材料(如用钢电极加工钢)两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做极性效应。如果两电极材料不同，则极性效应更加明显。分正极性加工和负极性加工。在实际加工中，极性效应受到电极及电极材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等多种因素的影响，其中主要原因是脉冲宽度。在窄脉宽度加工时，应采用正极性加工。在宽脉冲宽度加工时，采用负极性加工。

　　2.覆盖效应对电蚀量的影响

　　在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形成一定厚度的覆盖层，这种现象叫做覆盖效应。在电火花加工中，覆盖层不断形成，又不断被破坏。为了实现电极低损耗，达到提高加工精度的目的，最好使覆盖层形成与破坏的程度达到动态平衡。在实际加工中，要充分利用极性效应，正确选择极性，最大限度地提高工件的蚀除量，降低工具电极的损耗。

　　3.电参数对电蚀量的影响

　　电火花加工过程中腐蚀金属的量(即电蚀量)与单个脉冲能量、脉冲效率等电参数密切相关。要提高电蚀量，应增加平均放电电流、脉冲宽度及提高脉冲频率。

　　4.金属材料对电蚀量的影响

　　当脉冲放电能量相同时，金属工件的熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热等愈高，电蚀量将愈少，愈难加工；导热系数愈大的金属能降低了本身的蚀除量。因此，电极的蚀除量与电极材料的导热系数及其它热学常数等有密切的关系。

　　5.工作液对电蚀量的影响

　　在粗加工时，要求速度快，放电能量大，放电间隙大，故常选用机油等粘度大的工作液；在中、精加工时，放电间隙小，往往采用煤油等粘度小的工作液。电火花加工一般在液体介质中进行。液体介质通常叫做工作液，其作用主要是：(1) 压缩放电通道，并限制其扩展。(2) 加速电极间隙的冷却和消电离过程。(3) 加速电蚀产物的排除。(4) 加剧放电的流体动力过程。

　　5.2影响电火花加工精度的主要因素

　　与传统的机械加工一样，机床本身的各种误差，工件和工具电极的定位、安装误差都会影响到电火花加工的精度。另外，与电火花加工工艺有关的主要因素是放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定等。电火花加工时工具电极与工件之间放电间隙大小实际上是变化的，电参数对放电间隙的影响非常显着，精加工放电间隙一般只有0.01mm（单面），而粗加工时则可达0.5mm以上。目前，电火花加工的精度为0.01~0.05mm。

　　电火花加工时，可以通过修正电极的尺寸对放电间隙进行补偿，以获得较高的加工精度。然而，放电间隙的大小实际上是变化的，影响着加工精度。

　　1.表面粗糙度

　　电火花加工表面的粗糙度取决于放电蚀坑的深度及其分布的均匀程度，只有在加工表面产生浅而分布均匀的放电蚀坑，才能保证加工表面有较小的粗糙度值。为了控制放电凹坑的均匀性，需要采用等能量放电脉冲控制技术，即检测间隙电压击穿下降沿，控制放电脉冲电流宽度相等，用相同的脉冲能量进行加工，从而使加工表面粗糙度微观上均匀一致。

　　2.加工间隙(侧面间隙)的影响

　　加工间隙的大小及其一致性直接影响电火花成形加工的加工精度。只有掌握每个规准的加工间隙和表面粗糙度的数值，才能正确设计电极的尺寸，决定收缩量，确定加工过程中的规准转换。

　　3.加工斜度的影响

　　在加工中，不论型孔还是型腔，侧壁都有斜度，形成斜度的原因，除电极侧壁本身在技术要求或制造中原有的斜度外，一般都是由电极的损耗不均匀，以及“二次放电”等因素造成的。

　　（1）电极损耗的影响。电极由于损耗而形成锥度，这种锥度反映到工件上，就形成了加工斜度。

　　（2）工作液脏污程度的影响。工作液越脏，“二次放电”的机会就越多，同时由于间隙状态恶劣，电极回升的次数必然增多。这两种情况都将使加工斜度增大。

　　（3）冲油或抽油的影响。采用冲油或抽油对加工斜度的影响是不同的。用冲油加工时，电蚀产物由已加工面流出，增加了“二次放电”的机会，使加工斜度增大。而用抽油加工时，电蚀产物是由抽吸管排出去，干净的工作液从电极周边进入，所以在已加工面出现“二次放电”的机会较少，加工斜度也就小。

　　（4）加工深度的影响。随着加工深度的增加，加工斜度也随着增加，但不是成比例关系。当加工深度超过一定数值后，被加工件的上口尺寸就不再扩大了，即加工斜度不再增加。不同的加工对象对加工斜度的要求也不同。在型腔加工中，由于本身要求有

　　一定的拔模斜度，则对加工斜度的要求并不严格。对于直壁冲模，则要求加工斜度比较严格。只要掌握影响加工斜度的规律，即可达到预定的要求。

　　4.楞角倒圆的原因及规律

　　电极尖角和楞边的损耗，比端面和侧面的损耗严重，所以随着电极楞角的损耗导致楞角倒圆，加工出的工件不可能得到清楞。而且，随着加工深度的增加，电极楞角倒圆的半径增大。但超过一定加工深度，其增大的趋势逐渐缓慢，最后停留在某一最大值上。楞角倒圆的原因除电极的损耗外，还有放电间隙的等距离性。凸尖楞电极由于尖角放电的等距离性，必然使工件产生圆角；凹尖楞电极的尖点根本不起放电作用，但由于积屑也会使工件凸楞倒圆。因此，既使电极完全没有损耗，由于间隙放电的等距离性仍然不可能得到完全的清楞。如果要求倒圆半径很小，必须要缩小放电间隙

　　工作介质是产生放电的基本条件，目前主要采用液体介质。它形成火花击穿放电通道，对放电通道产生压缩作用，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态，帮助电蚀产物的抛出和排除，并使工具冷却。所以说介质对于电火花加工有很大的作用。

　　总 结

　　时间总是在我们不经意间已流过指尖，随着2011年夏季的到来，我的大学二年时间即将结束，同时将近半年的实习也临近尾声了。时间过得很快，相比起别人四年甚至更久的大学生活，我的三年略显匆匆了，不过正是这三年，我所得到的成长却是长足的，我从当初一个刚高考结束迷失在不知未来的孩子，已经成长为一个对生活有了明确目标的人。顶岗实习是教学与生产实际相结合的重要实践性教学环节。时间飞逝，转眼间离开学校顶岗实习已有半年了。

　　这半年来的实习，让我真真正感受到了理论和实践之间的距离，体会到了理论联系实践的真谛。实习中的所见所闻让我倍感自己的知识面还很窄很有限，需要更多的实践锻炼。通过实习，培养了我观察问题和解决实际问题的能力；培养了团结合作精神，提高了组织观念。

　　如果说，大学二年是心理成熟的发芽，开花期，那么这多个月来的实习便是定性成熟的结果期。

　　这几个月来的实习，虽然一直在数控操作岗位上，但收获却不少。作为一个操作者，时刻得为产品的质量负责，因此每天上班都会比较紧张，而下班后却是少许的放松，产品的质量是企业的生存的灵魂，因此质检的工作是重中之重，任何疏忽都会造成严重的质量后果，要想做一个合格的产品必须有一颗负责人的心，更需要一套熟练地加工技术和对加工工序的合理规划、安排。一套熟练地加工技术包括对各种加工刀具了解使用。作为一个合格的操作工需要一个良好的心态，工作不能受情绪影响，否则将会严重影响工作质量，从而发生质量事故。

　　几个月来的实习，自己所接触的是真正的工作坏境，与在学校上课在电视里所见到的截然不同，这里有的更为丰富，所以这里也是人际关系的学堂，人际关系的复杂远不是以前所能比拟的。当然，对于人际交往始终是要接触学习的，只有接触了才能真正的成长，善于交际也是我们每个即将毕业的学生所要奋斗的目标之一。

　　再长的路，一步步也能走完，再短的路，不迈开双脚也无法到达。相信自己以后一定能走好每步。

　　参考文献

　　[1]赵万生《特种加工技术》北京:高等教育出版社,2001.

　　[2]张辽远《现代加工技术》北京:机械工业出版社,2008.7

　　[3]张学仁《数控电火花线切割加工技术》 哈尔滨工业大学出版社,2000.

　　[4] 金涤尘、宋放之《现代模具制造技术》机械工业出版社,2001.02

　　[5] 狄士春、王弢、赵万生、于滨，《等航空精密制造技术》 哈尔滨工业大学出版社,2002

　　[6]王先逵《机械制造工业学》.北京：机械工业出版社，2004

　　致 谢

　　转眼三年已经过去了，我的大学生活也已近尾声。三个多月的实习生活中每一个零件的加工之中都有我辛勤的汗水，时间虽然短暂，我却从中学到了很多的东西。我由衷地感谢三年来关怀、教诲、帮助、支持和鼓励我完成学业的老师、朋友和亲人。

　　特别感谢曹风江老师老师对我辛勤的指导，这几年在学习、科研上对我悉心指导，严格要求、热情鼓励，为我创造了很多锻炼提高的机会。曹风江老师渊博的知识、宽广无私的胸怀、夜以继日的工作态度、对事业的执著追求、诲人不倦的教师风范和对问题的敏锐观察力，都将使我毕生受益。。

　　在此我谨向我的导师以及给予我很大帮助的老师、同学们致以最诚挚的谢意。感谢机械程系的老师对我的教诲和帮助，感谢各位专家的批评和指正。也感谢我的家人长期对我的学习和生活所给予的默默关心与支持，感谢所有关心和支持过我的亲人和朋友。

　　电火花加工

　　机电一体化专业3班 于新伟 37号

　　摘要:

　　关键词:

　　一、引言

　　二、电火花加工的基本原理

　　（一）概念

　　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，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量的加工要求。

　　要将电腐蚀现象用于金属材料的尺寸加工，设备装置必需以下三个条件：

　　1）工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙（通常约为几微米至几百微米）。间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会产生火花放电。间隙过小，会形成短路，不能产生火花放电，而且会烧伤电极。

　　2）火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间后，需停歇一段时间，放电延续时间一般为10-7~10-3s。这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电点分别局限在很小的范围内；否则，象持续电弧放电那样，使表面烧伤而无法用作尺寸加工。为此，电火花加工必须采用脉冲电源

　　3）火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如煤油、皂化液或去离子水等。液体介质又称工作液，它们必须具有较高的绝缘强度(103~107Ω·cm)以有利于产生脉冲性的火花放电，同时，液体介质还能把电火花加工过程中产生的金属小屑、碳黑等电蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去，并且对电极和工件表面有较好的冷却作用

　　图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-液泵

　　（三）电火花加工特点 电火花属于不接触加工

　　工具电极和工件之间并不直接接触，而是有一个火花放电间隙，这个间隙一般是在0.05~0.3mm之间，有时可能达到0.5mm甚至更大，间隙中充满工作液，加工时通过高压脉冲放电，对工件进行放电腐蚀。 加工过程中没有宏观切削力

　　火花放电时，局部、瞬时爆炸力的平均值很小，不足以引起工件的变形和位移。

　　可以“以柔克刚”

　　由于电火花加工直接利用电能和热能来去除金属材料，与工件材料的强度和硬度等关系不大，因此町以用软的工具电极加工硬的工件，实现“以柔克刚”。 可以加工任何难加工的金属材料和导电材料

　　由于加工中材料的去除是靠放电时的电、热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及热学特性，如熔点、沸点、比热容、导热系数、电阻率等，而几乎与其力学性能(硬度、强度等)无关。这样可以突破传统切削加工对刀具的限制，可以实现用软的工具加工硬、韧的工件甚至可以加工聚晶金刚行、立方氮化硼一类的超硬材料。目前电极材料多采用紫铜或石墨，因此工具电极较容易加工。

　　可以加工形状复杂的表面

　　由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工等。特别是数控技术的采用，使得用简单的电极加工复杂形状零件成为现实。 可以加工特殊要求的零件

　　可以加工薄壁、弹性、低刚度、微细小孔、异形小孔、深小孔等有特殊要求的零件。由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细加工。

　　三、电火花加工的一些规律

　　（一）影响材料放电腐蚀的主要因素

　　1．极性效应

　　能量在两极上的分配对两个电极电蚀量的影响是一个极为重要的因素，而电子和正离子对电极表面的撞击则是影响能量分布的主要因素，因此，电子撞击和离子撞击无疑是影响极性效应的重要因素。但是，近年来的生产实践和研究结果表明，正的电极表面能吸附工作液中分解游离出来的碳微粒，形成碳黑膜（覆盖层）减小电极损耗。

　　由此可见，极性效应是一个较为复杂的问题。除了脉宽、脉间的影响外，还有脉冲峰值电流、放电电压、工作液以及电极对的材料等都会影响到极性效应。

　　从提高加工生产率和减少工具损耗的角度来看，极性效应愈显著愈好，加工中必须充分利用极性效应，最大限度地降低工具电极的损耗，并合理选用工具电极的材料，根据电极对材料的物理性能、加工要求选用最佳的电规准，正确地选用加工极性，达到工件的蚀除速度最高，工具损耗尽可能小的目的。

　　当用交变的脉冲电流加工时，单个脉冲的极效应便相互抵消，增加了工具的损耗。因此，电火花加工一般都采用单向脉冲电源。 2．电参数

　　电参数主要是指电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te、脉冲间隔to、脉冲频率?、峰值电流ie、峰值电压μ和极性等。

　　提高电蚀量和生产率的途径在于：

　　提高脉冲频率，增加单个脉冲能量或者说增加平均放电电流（对矩形脉冲即为峰值电流）和脉冲宽度；减小脉冲间隔并提高有关的工艺参数。

　　在实际生产时要考虑到这些因素之间的相互制约关系和对其它工艺指标的影响，例如脉冲间隔时间过短，将产生电弧放电；随着单个脉冲能量的增加，加工表面粗糙度值也随之增大等等。 3．金属材料热学常数

　　所谓热学常数，是指熔点、沸点（气化点）、热导率、比热容、熔化热、气化热等。常见材料的热学常数可查相应手册。

　　每次脉冲放电时，通道内及正、负电极放电点都瞬时获得大量热能。而正、负电极放电点所获得的热能，除一部分由于热传导散失到电极其它部分和工作液中外，其余部分将依次消耗在： ① 使局部金属材料温度升高直至达到熔点，而每克金属材料升高1°C（或 1K）所需之热量即为该金属材料的比热容；

　　② 每熔化1g材料所需之热量即为该金属的熔化热；

　　③ 使熔化的金属液体继续升温至沸点，每克材料升高1°C 所需之热量即为该熔融金属的比热容；

　　④ 使熔融金属气化，每气化1g材料所需的热量称为该金属的气化热；

　　⑤ 使金属蒸气继续加热成过热蒸气，每克金属蒸气升高1°C所需的热量为该蒸气的比热容。 当脉冲放电能量相同时，金属的熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热愈高，电蚀量将愈少，愈难加工；热导率较大的金属，会将瞬时产生的热量传导散失到其它部位，因而降低了本身的蚀除量。 当单个脉冲能量一定时，脉冲电流幅值愈小，脉冲宽度愈长，散失的热量也愈多，从而使电蚀量减少；若脉冲宽度愈短，脉冲电流幅值愈大，由于热量过于集中而来不及传导扩散，虽使散失的热量减少，但抛出的金属中气化部分比例增大，多耗用了气化热，电蚀量也会降低。

　　因此，电极的蚀除量与电极材料的热导率以及其它热学常数、放电持续时间、单个脉冲能量等有密切关系。 4．其它因素

　　加工过程不稳定将干扰以致破坏正常的火花放电，使有效脉冲利用率降低。随着加工深度、加工面积的增加，或加工型面复杂程度的增加，都将不利于电蚀产物的排出，影响加工稳定性和降低加工速度，严重时将造成结炭拉弧，使加工难以进行。

　　如果加工面积较小，而采用的加工电流较大，也会使局部电蚀产物浓度过高，放电点不能分散转

　　（二）影响加工精度因素的主要因素

　　与传统的机械加工一样，机床本身的各种误差，工件和工具电极的定位、安装误差都会影响到电火花加工的精度。另外，与电火花加工工艺有关的主要因素是放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定等。电火花加电火花加工论文.htm工时工具电极与工件之间放电间隙大小实际上是变化的，电参数对放电间隙的影响非常显着，精加工放电间隙一般只有0.01mm（单面），而粗加工时则可达0.5mm以上。目前，电火花加工的精度为0.01~0.05mm。

　　电火花加工时，可以通过修正电极的尺寸对放电间隙进行补偿，以获得较高的加工精度。然而，放电间隙的大小实际上是变化的，影响着加工精度。 1.表面粗糙度

　　电火花加工表面的粗糙度取决于放电蚀坑的深度及其分布的均匀程度，只有在加工表面产生浅而分布均匀的放电蚀坑，才能保证加工表面有较小的粗糙度值。为了控制放电凹坑的均匀性，需要采用等能量放电脉冲控制技术，即检测间隙电压击穿下降沿，控制放电脉冲电流宽度相等，用相同的脉冲能量进行加工，从而使加工表面粗糙度微观上均匀一致。 2.加工间隙(侧面间隙)的影响

　　加工间隙的大小及其一致性直接影响电火花成形加工的加工精度。只有掌握每个规准的加工间隙和表面粗糙度的数值，才能正确设计电极的尺寸，决定收缩量，确定加工过程中的规准转换。 3.加工斜度的影响

　　在加工中，不论型孔还是型腔，侧壁都有斜度，形成斜度的原因，除电极侧壁本身在技术要求或制造中原有的斜度外，一般都是由电极的损耗不均匀，以及“二次放电”等因素造成的。

　　（1）电极损耗的影响。电极由于损耗而形成锥度，这种锥度反映到工件上，就形成了加工斜度。 （2）工作液脏污程度的影响。工作液越脏，“二次放电”的机会就越多，同时由于间隙状态恶劣，电

　　极回升的次数必然增多。这两种情况都将使加工斜度增大。

　　（3）冲油或抽油的影响。采用冲油或抽油对加工斜度的影响是不同的。用冲油加工时，电蚀产物由已加工面流出，增加了“二次放电”的机会，使加工斜度增大。而用抽油加工时，电蚀产物是由抽吸管排出去，干净的工作液从电极周边进入，所以在已加工面出现“二次放电”的机会较少，加工斜度也就小。

　　（4）加工深度的影响。随着加工深度的增加，加工斜度也随着增加，但不是成比例关系。当加工深度超过一定数值后，被加工件的上口尺寸就不再扩大了，即加工斜度不再增加。

　　不同的加工对象对加工斜度的要求也不同。在型腔加工中，由于本身要求有一定的拔模斜度，则对加工斜度的要求并不严格。对于直壁冲模，则要求加工斜度比较严格。只要掌握影响加工斜度的规律，即可达到预定的要求。 4.楞角倒圆的原因及规律

　　电极尖角和楞边的损耗，比端面和侧面的损耗严重，所以随着电极楞角的损耗导致楞角倒圆，加工出的工件不可能得到清楞。而且，随着加工深度的增加，电极楞角倒圆的半径增大。但超过一定加工深度，其增大的趋势逐渐缓慢，最后停留在某一最大值上。楞角倒圆的原因除电极的损耗外，还有放电间隙的等距离性。凸尖楞电极由于尖角放电的等距离性，必然使工件产生圆角；凹尖楞电极的尖点根本不起放电作用，但由于积屑也会使工件凸楞倒圆。因此，既使电极完全没有损耗，由于间隙放电的等距离性仍然不可能得到完全的清楞。如果要求倒圆半径很小，必须要缩小放电间隙

　　工作介质是产生放电的基本条件，目前主要采用液体介质。它形成火花击穿放电通道，对放电通道产生压缩作用，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态，帮助电蚀产物的抛出和排除，并使工具冷却。所以说介质对于电火花加工有很大的作用，下面为几种液体介质的性能比较

　　四、电火花加工的基本设备 （一）电火花成形加工机床 （二）电火花线切割机床

　　电火花线切割加工(Wire Cut EDM，简称WEDM)是在电火花加工基础上，50年代末在原苏联发展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极(钼丝或铜丝)靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花

　　线切割，有时简称线切割。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

　　五、电火花成形加工工艺 （一）穿孔加工 （二）型腔加工 七、结论

　　参考文献

　　【1】 赵汝嘉.先进制造系统导论. 北京：机械工业出版社，2003 【2】 孙大涌，等.先进制造技术 . 北京：机械工业出版社2000 【3】 王隆太.现代制造技术. 北京机械工业出版社，2004 【4】 王先逵.机械制造工业学.北京：机械工业出版社，2004 【5】 朱晓春.先进制造技术. 北京：机械工业出版社，2005 【6】 李伟.先进制造技术. 北京：机械工业出版社，2005

　　【7】 蔡建国.现代制造技术导论. 上海：上海交通大学出版社，2002

　　电火花加工的历史 1943年，苏联学者拉扎连科夫妇研究发明电火花加工，之后随着脉冲电源和控制系统的改进，而迅速发展起来。最初使用的脉冲电源是简单的电阻-电容回路。 50年代初，改进为电阻-电感-电容等回路。同时，还采用脉冲发电机之类的所谓长脉冲电源，使蚀除效率提高，工具电极相对损耗降低。 随后又出现了大功率电子管、闸流管等高频脉冲电源，使在同样表面粗糙度条件下的生产率得以提高。

　　60年代中期，出现了晶体管和可控硅脉冲电源，提高了能源利用效率和降低了工具电极损耗，并扩大了粗精加工的可调范围。

　　到70年代，出现了高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲和可调波形脉冲等电源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具电极损耗等方面又有了新的进展。在控制系统方面，从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。

　　电火花加工

　　电火花加工是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬间产生的高温把金属蚀除下来。又称放电加工和电蚀加工，英文称（Electrical Discharge Machining,简称EMD）。

　　按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为五类:

　　①利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工; ②利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工; ③利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削;

　　④用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工;

　　⑤小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。

　　电火花加工的基本原理

　　(1)极间介质的电离、击穿,形成放电通道

　　放电通道是有大量带正电和负电的粒子以及中型粒子组成,带电粒子高速运动,相互碰撞,产生大量热能,使通道温度相当高,通道中心温度可达到10000摄氏度以上。由于放电时电流产生磁场，磁场又反过来对电子流动产生向心的磁压缩效应和周围介质惯性力压缩效应的作用，通道扩展受到很大阻力，故放电开始阶段通道截面很小,而通道内有高温热膨胀形成的压力高达几百万帕,高温高压的放电通道以及随后瞬间气化形成的气体急速扩展,产生一个强烈的冲击波向四周传播。在放电的同时还伴随着光效应、声效应和热效应等,这就形成了肉眼所能看到的电火花。

　　(2)介质热分解、电极材料的融化,汽化热膨胀

　　极间介质被电离、击穿,形成放电通道后,脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极，正离子奔向负极。电能转化为动能，动能通过相互碰撞转化为热能。正极和负极表面形成瞬间热源，使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使工作液介质气化,进而进行热分解。并且使两电极表面的金属材料开始融化直至沸腾

　　气化。气化后的工作液和金属蒸汽瞬间体积猛增,形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时,可以看到工件与工具电极间有小气泡冒出，工作液逐渐变黑并听到轻微的爆炸声。

　　(3)电极材料的抛出

　　通道和正负级表面放电点瞬间时使高温使工作液气化和金属材料融化、气化，热膨胀产生很高的瞬间压力。通道中心的压力最高，使气化的其体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的冲击范围形似“气泡”，在该范围内内外、上下压强不相同，压力高的地方的熔融金属液体和蒸汽就被排挤、抛出而进入工作液。在放电过程中冲击气泡不断扩大，当放电结束后，气泡温度不再升高，但由于液体介质的惯性作用，气泡会继续向外扩张，使气泡内压力急剧降低，甚至降低到大气压一下，形成局部真空，使在高压下溶解在熔化和过热液态金属材料中的气体析出，以及液态金属本身在低压下再沸腾。由于压力的骤降，是熔融金属材料以及其蒸气在加工形成的小坑中再次爆沸飞溅而被抛出。

　　(4)极间介质的消电离

　　在电火花放电加工过程中产生的电蚀产物如果来不及排除和扩散,就会改变间隙介质的成分和降低绝缘强度。那么产生的热量将不能及时传出,带电粒子自由能不易降低，将大大减少复合几率，是电离过程不充分，将使下一个脉冲放电通道不能顺利的转移到其他部位，而始终集中在某一部分，使该处介质局部过热而破坏消电离过程，脉冲火花放电将恶循环的转变为有害的稳定电弧放电，此外还使该处介质局部过热,局部过热的工作液高温分解,结碳,使加工无法进行,并烧坏电极。因此为了保证电火花加工过程的正常进行,在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排除,恢复放电通道的绝缘性,使工作液介质消电离。

　　电火花加工的条件

　　为了达到利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工，需创造创造以下条件：

　　1. 必须使工具电极和工件被加工表面之间保持一定的放电间隙，这一间隙加

　　工条件而定，通常为0.02~0.1mm。如果间隙过大，极间电压不能击穿极间工作液介质，因而不能产生火花放电；如果间隙过小，很容易造成短路接触，同样不能产生火花放电。为此，火花加工过程中不许具有工具电极的自动进给和调节装置，使其和工件的加工表面保持某一放电间隙。

　　2. 火花放电必须是瞬时的脉冲性放电放电间隙加上电压后，延续一段时间t1，

　　需停歇一段时间t0，延续时间ti， 一般为1~1000μs，停歇时间t0一般需要20~100μs，这样才能使放电所产生的热量传导扩散到其余部分，把每一次的放电蚀点分别局限在很小的范围内，否则，像持续电弧放电那样，会使表面烧伤而无法用作尺寸加工。为此电火花加工必须采用脉冲电源。

　　3. 火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如没有、皂化液或

　　去离子水等。液体介质又称工作液，他们必须有较高的绝缘强度（电阻率为10^3~10^7Ω·cm），有利于产生脉冲性火花放电。同时，液体还能把电火花加工过程中产生的金属小屑、碳黑、小气泡等电蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去，并且对电极和工件表面有较好的冷却作用。

　　电火花加工的优点以及缺点

　　优点：

　　1、能加工硬质合金和淬火的压铸模具镶块；

　　2、能加工复杂的型腔的模具如形状复杂的深孔、细孔、加强筋、窄槽；

　　3、加工时有很小的受力

　　4、主要加工塑料模具和压铸模具和热锻模具

　　5、使用的电极材料多为比加工工件比较软的石墨和紫铜；采用石墨和紫铜的特点是采用电加工的形状都比较复杂加工电极比较烦琐，采用容易加工的石墨会产生事半功倍的效果；

　　6、直接使用电能加工，改变的传统的加工方法，操作简单，易于掌握，容易实现电气自动化。电火花加工主要用于模具生产中的型孔、型腔加工，已成为模具制造业的主导加工方法，推动了模具行业的技术进步。

　　缺点：

　　1、加工速度较慢。

　　2、往往在加工比较大的型腔时需要其他的加工方法配合比如为了高效率需要铣去型腔中大部分，然后用电极再去加工。

　　3、采用电火花加工的工件通常都是盲孔不便于观察，到精加工时放电间隙调小，特别容易产生积碳，严重时甚至产生烧损的现象。

　　4、加工时工件装卡在电极卡头的垂直下方，找正时需要长时间附下身去找正，对不正的情况，操作者的腰部特别容易疲劳。

　　5、采用的工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油，装卡时遇到怕卡出痕迹的工件不能垫纸板和织物只能垫铜皮。工作环境要求防火，工作时要求排烟，操作者要求戴防毒面具，排烟不倡导致室内的烟雾增多，严重影响操作者的身体健康。在来回装卡工件时，手上势必会粘上煤油，对手上的皮肤伤害很大。

　　6、装卡电极时，同一工件粗加工和精加工，工件不动，只要换电极就要重新找正，哪怕把电极拆下来简单处理一下，给操作者带来很大的工作量。

　　7、电火花加工测量尺寸非常复杂往往要借助辅助工具，所以对尺寸的要求相对较低。

　　影响材料放电腐蚀的因素

　　1. 极性效应对电蚀量的影响

　　极性效应：单纯由于正负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象

　　1) 产生极性效应的原因：

　　在电火花放电过程中，正、负两极表面分别受到负电子和正离子的轰击和电火花加工论文.htm瞬时热源的作用，在两极表面所分配到的能量不一样，因而融化、气化抛出的电蚀量也不一样。

　　2) 影响极性效应的因素：

　　脉宽、脉间、脉冲峰值电流、放电电压、工作液以及电极对的材料等。

　　2. 电参数的影响（电参数主要指的是电压脉冲宽度t1、电流脉冲宽度te、脉冲间隔to、脉冲频率f、峰值电流 ie、峰值电压 u和极性等。）

　　单个脉冲放电所释放的能量取决于极间放电电压、放电电流和放电持续时间，所以单个脉冲放电能量为

　　Wm=∫0u（t）i（t）dt

　　火花放电精细的电阻的非线性特性，击穿后间隙上的火花维持电压是一个与电极对材料及工作液种类有关的数值。

　　由上述可得，提高电蚀量和生产率的途径在于：提高脉冲频率f；增加单个脉冲能量Wm（可增加平均放电电流ie和脉冲宽度ti，减少脉冲间隙t0，提高系数ka、ke）

　　3. 金属材料热学常数对电蚀量的影响

　　金属材料的热学常数包括熔点，沸点，热导率，比热容，融化热，气化热等。 而正负极产生的热量主要消耗在：

　　a) 由于热传导散失在电极其他部分和工作液中

　　b) 使局部金属材料温度升高至熔点

　　c) 熔化金属材料

　　d) 使熔化的金属材料继续升温至沸点

　　e) 使熔融金属气化

　　f) 使金属蒸汽继续加热成过热蒸汽 —^^te

　　所以可得脉冲放电能量相同时，金属的热学常数越高，电蚀量越小，越难加工。此外热导率越大的金属，由于传热快导致瞬间传达的热量越多，因而降低了自身的电蚀量。

　　4. 工作液对电蚀量的影响

　　a) 形成火花击穿放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙绝缘状态，防止

　　破坏性电弧放电；

　　b) 对放电通道产生压缩作用，限制其扩展；

　　c) 有利于电蚀产物的抛出和排除

　　d) 对工具和工件有很好的冷却作用

　　5. 一些其他因素对电蚀量的影响

　　加工过程的稳定性；电极材料；电极材料瞬间熔化或气化抛出的速度

　　电火花加工的加工速度和工具的损耗速

　　度以及降低工具损耗的方法

　　电火花加工时，工件和工具同时遭受不同程度上的电蚀，单位时间内工件的电蚀量称为加工速度，单位时间内工具的加工速度称为损耗速度。

　　? 加工速度

　　提高加工速度的途径有提高脉冲频率f，增加单个脉冲能量wm，提高工艺系数k等。加工速度的范围，粗加工（200~1000mm /min）、半精加工

　　（20~100 mm /min）、精加工（小于10 mm /min）。随着表面粗糙度的减小，加工速度显著降低。

　　? 工具损耗速度 333

　　衡量电极是否耐磨损，不仅仅只是看工具损耗速度vε，还要看同时能达到的加工速度vw， 所以用相对损耗（损耗比）θ作为衡量工具电极耐磨的指标。

　　θ=vε/ vw×100%

　　降低工具电极的损耗：

　　a) 正确的选用极性和脉宽，一般在短脉冲精加工时采用正极性加工，而在长

　　脉冲粗加工时采用负极性加工。

　　b) 利用吸附效应

　　由于电火花加工“积炭”现象总是发生在正极，所以在粗加工中往往为了提高生产率、降低电极损耗，均采用“负极加工”（工件接负极，电极接正极）。由于工具电极在煤油之类的碳氢化合物工作液中工作时，碳氢化合物将发生热分解，而产生大量的碳，这些碳粒又和金属结合形成金属碳化合物的微粒，即胶团。中性的胶团在电场作用下可能与其胶团的外层脱离而成为带电荷的碳胶粒。电火花加工中的碳胶粒一般带负电荷，在电场作用下向正极移动，并吸附在正极表面，如果电极表面瞬时温度在#

　　c) 利用热传导效应

　　电火花加工的热传效应 放电加工中在电流幅值一定的情况下如果放电时间太短以致热量来不及传入金属导致主要是气化而熔化减少；如果放电时间过长使太多的热量传入金属深处也会使熔化减少。只有把放电时间设置在最佳值，才能最好的利用热效率，使电蚀量最大。这种现象称为传热效应。电极的放电点的瞬时温度不仅与瞬时放电能量成正比，而且与放电通道的截面面积有关，还跟电极材料的导热性能相关。因此限制放电初期的脉冲电流有助于限制电流的密度，可以使电极的损耗降低。脉冲电流增长率过高对在热冲击波作用下易脆裂的工具电极（如石墨）的损耗影响非常显著。另一方面，一般采用工具电极的导热性能比工件的导热性能好一些。如果采用较大的脉冲宽度和较小的脉冲电流进行加工，导热作用会使电极表面温度较低而减少损耗，工件表面温度仍较高而有利于工件的蚀除。

　　d) 选用合适的电极材料

　　电火花加工的脉冲电源

　　要求：

　　? 所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或负半波很小，这样才能最大化

　　的利用极性效应，提高生产率和减小工具电极的损耗。

　　? 脉冲电压波形的前后沿应该较陡，这样才能减少电极间隙的变化及油污程

　　度等对脉冲放电宽度和能量等参数的影响，使工艺过程稳定。因此一般采用矩形波脉冲电源

　　? 脉冲的主要参数应能在很宽的范围内调节，以满足粗、中、精加工的要求。

　　电火花加工技术

　　摘要 本文主要介绍了电火花加工技术的原理，电火花加工技术的发展历程以及应用现状和发展前景

　　关键词 电火花加工 发展历程 发展现状 应用前景

　　一 加工原理及原理图

　　加工原理图：

　　加工原理：

　　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。

　　二 电火花加工发展历程

　　电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。

　　早在十九世纪，人们就发现了电器开光的触点开闭时，以为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电副食产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。研究结果表明，当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。

　　二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。

　　电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。

　　在中国电火花加工技术起步稍晚。根据中国的国情，实现电火花加工技术的原始创新是很困难的，只能采取引进消化吸收再创新的策略，因为这套系统集成了很多学科领域的知识，如计算机的软硬件、微电子、数控、电力半导体、机械技术、电气技术等，是多方面、多学科集成的产品，是比较复杂的高科技产品。国内现在显然还没有一个能够独立进行原始创新的团队，因此注定要经历一个长时间痛苦的积淀过程，所以我认为中国的电火花技术创新之路别无选择。政府也越来越认识到高校已经不再是创新的主战场，必须依托企业才能实现。

　　制造业是一个传统行业。一个国家的发展终归要落脚于制造业，因此作为基础工业，制造业必定拥有永久的生命力，而电加工行业也不例外。随着各项技术的不断发展，电加工技术也在进步，至于一项技术能够发展多久，也要看这个行业中的人怎样去尽心敬业、钻研并推进它。

　　众所周知，模具也是一个国家发展的基础行业，许多批量生产的产品都离不开模具，而电火花加工是制造模具的最主要技术之一。电火花加工仿形逼真以柔克刚，只要是导电的材料均可加工，而不受硬度、脆性、粘性等材料特性的限制，这是其他加工方法无法比拟的。电火花加工的另一个特点是可进行精密微细加工，微小孔、异型腔等的微细加工是其他设备无法替代的。这些特点决

　　从技术发展过程来看，电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。控制系统也越来越复杂，从

　　单轴数控到3轴数控、再到多轴联动。20世纪90年代初期，3轴电火花机在国内还是空白，主要是从日本和瑞士引进。后来国内发展大概经历了以下几个阶段：首先制造主机，也就是机械部分，相对较为简单；此后是数控系统部分，可以理解为引进；之后是整个电源，是消化阶段。经历这三个阶段之后是吸收，最后是再创新。对电火花加工而言，最核心的部分就是数控系统部分，当然花费的精力也最多。

　　我认为电火花成形机下一步的发展空间在精密微细和特殊材料两个方面。特殊材料（如航空航天领域用的材料）专机，窄槽窄缝、异型腔的加工，精密模具等领域都是发展重点。在精加工方面，曾经有过高速铣要代替电火花的传言，现在证明这是不现实的。现在粗加工、大电流的火花机又有回头的趋势，在家电、汽车很多行业中应用。人类新开发出来的导电的特殊材料都可进行放电加工，而高速铣通常很难实现。精密微细加工比如喷丝板等微小型零件都离不开电火花加工；航空航天领域中很多零部件需要多轴联动电火花加工。我们国家在专用机型上有创新的能力，有很大的空间。

　　三 电火花加工技术国内外研究发展的基本现状

　　数控电火花加工技术正不断向精密化、自动化、智能化、高效化等方向发展。如今新型数控电火花机床层出不穷，如瑞士阿奇、瑞士夏米尔、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱等机床在这方面技术都有了全面的提高。

　　精密化

　　电火花加工的精密核心主要体现在对尺寸精度、仿形精度、表面质量的要求。时下数控电火花机床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可达±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3μm。通过采用一系列先进加工技术和工艺方法，可达到镜面加工效果且能够成功地完成微型接插件、IC塑封、手机、CD盒等高精密模具部位的电火花加工。从总体来看，现代模具企业在先进数控电火花机床的应用上，还没能很好地挖掘出机床的精密加工性能。因此有必要全面推动已有数控加工技术的进一步发展，不断提高模具加工精度。

　　智能化

　　智能控制技术的出现把数控电火花加工推向了新的发展高度。新型数控电火花机床采用了智能控制技术。专家系统是数控电火花机床智能化的重要体现，它的智能性体现在精确的检测技术和模糊控制技术两方面。专家系统采用人机对话方式，根据加工的条件、要求，合理输入设定值后便能自动创建加工程序，选用最佳加工条件组合来进行加工。在线自动监测、调整加工过程，实现加工过程的最优化控制。专家系统在检测加工条件时，只要输入加工形状、电极与工件材质、加工位置、目标粗糙度值、电极缩放量、摇动方式、锥度值等指标，就可自动推算并配置最佳加工条件。模糊控制技术是由计算机监测来判定电火花加工间隙的状态，在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件；自动

　　监控加工过程，实现最稳定的加工过程的控制技术。专家系统智能技术的应用使机床操作更容易，对操作人员的技术水平要求更低。目前智能化技术不断地升级，使得智能控制技术的应用范围更加的广泛。随着市场对电加工要求的提升，智能化技术将获得更为广阔的发展空间。

　　自动化

　　目前最先进的数控电火花机床在配有电极库和标准电极夹具的情况下，只要在加工前将电极装入刀库，编制好加工程序，整个电火花加工过程便能日以赴继地自动运转，几乎无需人工操作。机床的自动化运转降低了操作人员的劳动强度、提高生产效率。但自动装置配件的价格比较昂贵，大多模具企业的数控电火花机床的配置并不齐全。数控电火花机床具备的自动测量找正、自动定位、多工件的连续加工等功能已较好地发挥了它的自动化性能。自动操作过程不需人工干预，可以提高加工精度、效率。普及机床的自动化程度是当前数控电火花机床行业的发展趋势之一。

　　高效化

　　现代加工的要求为数控电火花加工技术提供了最佳的加工模式，即要求在保证加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手机外壳、家电制品、电器用品、电子仪表等领域，都要求将大面积（例如100×100mm）工件的放电时间大幅缩短，同时又要降低粗糙度。从原来的Ra0.8μm改进到Ra0.25μm，使放电后不必再进行手工抛光处理。这不但缩短了加工时间且省却后处理的麻烦，同时提升了模具品质，使用粉末加工设备可达到要求。另外减少辅助时间(如编程时间、电极与工件定位时间等)，这就需要增强机床的自动编程功能，配置电极与工件定位的夹具、装置。若在大工件的粗加工中选用石墨电极材料也是提高加工效率的好方法。最佳的加工模式是企业扩大市场空间、提升市场竞争力的资本，其开发而成的新产品、新技术亦愈受欢迎。

　　四 电火花成形加工技术的发展方向

　　先进制造技术的快速发展和制造业市场竞争的加剧对电火花成形加工技术提出了更高要求，同时也为电火花成形加工技术加工理论的研究和工艺开发、设备更新提供了新的动力。今后电火花成形加工的加工对象应主要面向传统切削加工不易实现的难加工材料、复杂型面等加工，其中精细加工、精密加工、窄槽加工、深腔加工等将成为发展重点。同时，还应注意与其它特种加工技术或传统切削加工技术的复合应用，充分发挥各种加工方法在难加工材料加工中的优势，取得联合增值效应。相对于切削加工技术而言，电火花成形加工技术仍是一门较年轻的技术，因此在今后的发展中，应借鉴切削加工技术发展过程中取得的经验与成果，根据电火花成形加工自身的技术特点，选用适当的加工理论、控制原理和工艺方法，并在己有成果的基础上不断完善、创新。电火花成形加工机床向数控化方向发展的趋势已不可逆转，但应注意不可盲目追求“大而全”，应以市场为导向，建立具有开放性的数控体系。总体而言，电火花成形加工技术今后的发展趋势应是高效率、高精度、低损耗、微细化、自动化、安全、环保等。

　　特种加工论文

　　电火花线切割优缺点及发展

　　姓 学 号： 专 班 级：

　　电火花线切割优缺点及发展

　　摘要：本文主要介绍了特种加工中电火花线切割技术，首先介绍了它的原理，然后分析了它的优点及其缺点，接着说明了它在实际中的主要应用方向，最后对线切割技术的发展趋势做出了陈述。

　　关键字：特种加工技术，电火花线切割，优缺点，发展

　　Abstract：In this article mainly introduces the special processing, first introduces the principle of its, and then analyses its advantages and disadvantages, then illustrates its main applications in the actual direction, finally the development trend of wire-cutting technology has made the statement.

　　Key words: special processing technology, wire cutting, advantages and disadvantages, development

　　电火花线切割机（Wire cut Electrical Discharge Machining简称WEDM），属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。电火花线切割加工技术作为一种特种加工技术,具有许多传统加工所不具有的优点以及良好的发展前景。其中主要的原因是电火花线切割加工方法几乎可加工具有任何硬度的导电金属材料,且加工过程中不受宏观力的作用,从而可保证较好的加工精度与表面质量。

　　一．电火花线切割加工原理

　　电火花线切割加工是利用移动的细金属导线（钼丝或铜丝）作为电极，对工件进行脉冲火花放电，靠放电时局部瞬间产生的高温来除去工件材料，以此进行切割加工的方法。电极丝作为工具电极，被切割的工件作为工件电极。当来一个

　　脉冲时，在电极丝和工件之间产生一次火花放电，在放电通道中，瞬时产生大量热能使材料融化，甚至气化而产生爆炸力，将熔化的金属抛离工件表面，并被循环的工作液带走，工件表面一个点被电蚀。在不断放电不断进给过程中，工件材料被电蚀切割加工。

　　二. 电火花线切割的优点

　　1.电极工具简单，它以0.03～0.35mm的金属线为电极工具，不需要制造特定形状的电极。

　　2.由于电极丝很细，所以可以加工复杂的型腔的模具如形状复杂的深孔、细孔、加强筋、窄槽。

　　3.加工余量小，能有效地节约贵重的材料。

　　4.可无视电极丝损耗（高速走丝切割采用低损耗脉冲电源；慢速走丝线切割采用单向连续供丝，在加工区总是保持新电极丝加工），成本低。

　　5.直接使用电能加工，改变的传统的加工方法，操作简单，易于掌握，容易实现电气自动化。

　　6.安全性高，不必担心发生火灾，可以昼夜无人连续加工。

　　可以加工高硬度，高脆性，高韧性，高熔点导电材料。

　　才用移动的长电极丝进行加工，单位长度上的损耗也很小，从而提高了加工精度，粗糙度可达1.6μm。

　　8.依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能，可加工异形体，形状扭曲曲面体，变锥度和球形等零件。

　　三．电火花线切割的缺点

　　1.电极丝容易断，上实验课时，老师向我们说过，钼丝可以拉伸，但是当折叠时，相当容易断，所以加工时，由于材料或其他震动原因，会造成正在工作中钼丝断裂，影响加工效率。

　　2.加工薄工件时，快速走丝过程中易产生抖动，影响加工精度。主要原因是丝架上下导丝轮的开距是固定的，一般约70 mm。当切割薄工件时在快走丝的情况下电极丝失去了加工厚工件时应产生的冷却液的阻尼作用，又加上火花放电的影响，因而电极丝很容易产生抖动。

　　3.加工过程中易产生变形，影响尺寸精度。

　　4.高速走丝切割表面会出现明暗条纹，影响表面质量。条纹产生原因有三类： 一类是机械换向纹，产生原因是加工区域电极丝换向后，丝在空间位置上的变化而在工作表面产生的机械纹路，第二类属于黑白交叉的电解纹。最后一类是黑白交叉的表面烧伤纹，主要是因为蚀除产物堵塞在切缝内，导致工作液进入切缝困难，并且在大能量切割条件下，又使得工作液大量气化，导致蚀除产物更无法排出。这三种条纹都将大大降低切割表面质量。

　　四.线切割加工的加工条件及应用范围

　　1.线切割加工的加工条件

　　（1）钼丝与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙，间隙的宽度由工作电压 、 加工量等加工条件而定。

　　（2）电火花线切割机床加工时，必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、 皂化油、去离子水等，要求教高绝缘性是为了利于产生脉冲性的火花放电，液体介质还有排除间隙内电蚀产物和冷却电极作用。钼丝和工件被加工表面之间保持一定间隙，如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，则不能产生电火花放电；如果间隙过小，则容易形成短路连接，也不能产生电火花放电。

　　（3）必须采用脉冲电源，即火花放电必须是脉冲性、间歇性，在脉冲间隔内，使间隙介质消除电离，使下一个脉冲能在两极间击穿放电。

　　2.线切割加工的应用范围

　　线切割加工为新产品试制、精密零件加工及模具制造开辟了一条新的工艺途径，主要适用于以下几个方面。

　　（1）加工电火花形成加工用的电极，一般穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加工用的电极，以及铜钨、银钨合金之类的电极材料，用线切割加工特别经济，同时也适用于加工微细复杂形状的电极。

　　（2）加工零件，在试制新产品时，用线切割早坯料上直接割出零件，例如试制切割特殊微电机硅钢片定转子铁心，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期、降低成本。另外修改设计、变更加工程序比较方便，加工薄件时还可以多个一起加工。在零件制造方面，可用于加工品种多，数量少的零件，特殊难加工材料的零件，材料试验样件，各种孔、型面、特殊齿轮、凸轮、样板、成型刀具。有些具体的锥度切割的线切割机床，可以加工出上下异形面的零件。同事还可以

　　进行细微加工，异形槽和标准缺陷的加工等。

　　（3）加工特殊材料 ，切割某些高硬度，高熔点的金属时，使用机加工的方法几乎是不可能的，而采用线切割加工既经济又能保证精度。

　　（4）加工模具零件 ，电火花线切割加工主要应用于冲模、挤压模、塑料模、电火花型腔模的电极加工等，由于电火花线切割加工速度和精度的迅速提高，目前已达到可与坐标磨床相竞争的程度。因此，一些工业发达国家的精密冲的磨削等工序，已被电火花和电火花线切割加工所代替。

　　五.电火花线切割机床

　　根据电极丝的运行速度不同，通常分为两类：一类是高速走丝电火花线切割机床（WEDM-HS），其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～10m/s， 电极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割 加工模式；另一类是低速走丝电火花线切割机床（WEDM-LS），其电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低电火花加工论文.htm于0.2m/s，电极丝放电后不再使用，工作平 稳、均匀、抖动小、加工质量较好，但加工速度较低，是国外生产和使用的主要机种。 与低速走丝电火花线切割加工技术相比，高速走丝电火花线切割加工技术发展缓慢，加工品质较差。随着模具行业的迅速发展和水平不断提高，精密零件的加工需求增加，低速走丝线切割机床及使用耗材价格迅速下降，加之人们对低速走丝线切割加工认识的逐步深入，预计低速走丝线切割机的年销量将不断扩大，国产低速走丝线切割机的占有率也将进一步上升，并且有望出口国际市场。

　　六.电火花线切割机床未来发展的展望

　　1.机床品种多样化、年产量稳步增长

　　多年来,我国生产的数控电火花线切割机一直是单一的高速走丝线切割机。近几年来,为了满足市场需要,又开发生产了自旋式电火花线切割机、走丝速度可调的电火花线切割机(含高低双速走丝电火花线切割机) 以及低速走丝电火花线切割机等。机床品种的多样化可以满足用户的需要,扩大数控电火花线切割加工的应用范围。高速走丝电火花线切割机是我国当前发展的主要产品,广大科技工作者为了进一步提高它的工艺性能及自动化程度做了大量开发研究工作,并开发生产了超大型高速走丝电火花线切割机床,扩大了它的应用范围,满足了用户的

　　各种需要。

　　自旋式电火花线切割机和走丝速度可调的电火花线切割机目前虽处在开发和完善阶段,产量也不大,但开发思想都是企图借鉴高速走丝和低速走丝二者的优点来创造一种新型的电火花线切割方法。它的成功不仅能为我国的电火花线切割机增加一个新品种,并以它性能价格比好以及加工消耗低的特点找到它自身的应用范围,而且为高速走丝的电火花线切割机的多次切割工艺奠定基础。

　　2.高速走丝系统日趋完善

　　高速走丝有助于工作液进入窄小的加工区,改善排屑条件,这对于切割大厚度工件以及提高切割速度都是很有作用的;同时,电极丝的往返运动可使电极丝重复使用,减少电极丝的消耗,降低切割加工的生产成本。然而,高速走丝也会造成导向器(导轮、导向块等) 的磨损和系统的振动,加上电极丝的张力不易控制,它将给加工稳定性、加工精度及表面质量带来严重影响。为了解决高速走丝所存在的问题,完善高速系统,开发生产了数字程序控制短程往返走丝系统,根据加工条件设定正向移动和反向移动的时间,以消除高速走丝的换向切割条纹,改善加工表面质量。为了提高丝架的刚性,开发了龙门式丝架,非常适合于大中型电火花线发割机，且锥度切割不受偏移量限制。

　　3.电火花线切割技术的发展趋势

　　高速走丝线切割机床是中国独创的机床, 它自20世纪60 年代以来经过30 多年的不断发展和完善, 现已成为模具加工不可缺少的装备, 也是中国模具生产企业中装备数量最多的电火花加工机床。目前它的切割速度有的已超过250mm/min, 加工精度达到±0.01 mm ,工件表面粗糙度为Ra 1.25μm, 因而可以在较低的价位上满足一般模具的加工需要。但随着模具制造的要求越来越高, 它就面临相当严峻的形势。今后高速走丝切割机床的发展策略应该是扬长避短, 以发展中低档机床为主, 使机床向适当的加工精度、良好的加工稳定性和容易操作及优良的性能价格比的方向发展。电火花线切割加工技术的发展与其相关技术的发展紧密结合。而且,未来电火花线切割加工技术的进步,必将围绕着满足更高的生产效率、更高的加工精度及更高效的生产组织形式而发展。电火花线切割加工技术作为制造业中一种重要的生产方式,必将在未来的生产领域中发挥更加重要的作用。此外,电火花线切割加工技术的应用范围也将不断得到拓展,在更多的生

　　产领域发挥重要的作用。

　　七.总结

　　通篇文字，都在介绍电火花线切割技术，指明了它的优缺点，并且就应用和机床也做了说明，让我们清楚了解了线切割的现状，并且明确了我国和世界的差别。总之，加快低速走丝切割机的发展，缩小与国际先进水平的差距，迎头赶上，加强高速走丝线切割机的创新突破，走一条高速走丝线切割机和低速走丝线切割机结合、取长补短、互相促进、共同发展的具有中国特色的电火花线切割加工发展之路，新世纪我国的电火花线切割加工必将更加繁荣昌盛。

　　在这一学期中，通过对特种加工的学习，让我对世界先进的，不经常见到的，有别于普通切削加工的工艺有了一定的了解，并且对个人的思想造成了一定的冲击，在以后的学习中，一定要加强与时俱进，不断学习科技，才能跟上时代的变化。

　　八.参考文献

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　　[3]曹凤国.电火花加工技术[M].北京：化学工业出版社，2005.

　　[4]单岩，夏天.数控电火花加工技术[M].北京：机械工业出版社，2005.