1、第二章第二章 電火花加工電火花加工 電火花加工電火花加工-放電加工放電加工-EDM-電蝕加工電蝕加工 （我國）（我國） （日、美、歐）（日、美、歐） （俄、東歐）（俄、東歐） EDM: electrical discharge machining 電火花加工電火花加工 : 工具、工件之間不斷產生工具、工件之間不斷產生脈脈沖性沖性的火花放電，依靠放電時的火花放電，依靠放電時局部、瞬時局部、瞬時產生的高溫產生的高溫把金屬蝕除下來。把金屬蝕除下來。2.1 電火花加工的電火花加工的基本基本原理原理2.1.1 電火花加工原理電火花加工原理（電腐蝕一直作為一種該如何避免的有害現象來研究，但一段時間后，有人

2、想到能否利用這種現象來去除金屬材料？） 原理：在液體介質中，基于工具和工原理：在液體介質中，基于工具和工件（正、負電極）之間件（正、負電極）之間脈沖性火花放電脈沖性火花放電時時的電腐蝕現象，通過兩極間的的電腐蝕現象，通過兩極間的相對進給相對進給，蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸、蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質量的預定要求。形狀及表面質量的預定要求。 關鍵詞：脈沖放電、相對進給、液態介質關鍵詞：脈沖放電、相對進給、液態介質 實現電火花加工的條件實現電火花加工的條件1、電極、工件經常保持一定的放電間隙（幾電極、工件經常保持一定的放電間隙（幾m到到幾百幾百m）；）；(電場強度電場

3、強度) 工具電極的自動進給調節裝置工具電極的自動進給調節裝置2、火花放電必須是瞬時性的脈沖放電（短于火花放電必須是瞬時性的脈沖放電（短于1ms)；避免形成連續性的電弧放電，高頻脈沖電源避免形成連續性的電弧放電，高頻脈沖電源3、火花放電必須在有一定絕緣性能的火花放電必須在有一定絕緣性能的液體介質液體介質中中進行進行；進一步確保放電的脈沖性，并更好地排屑進一步確保放電的脈沖性，并更好地排屑 基于以上分析，考慮到機械架構，設計出電火基于以上分析，考慮到機械架構，設計出電火花加工花加工機機床床。2.1.2 電火花加工機床的設備組成電火花加工機床的設備組成1、電源控制柜電源控制柜（起到大腦、心臟作用）（

4、起到大腦、心臟作用） * 電源，提供電能（電流、脈沖寬度等）電源，提供電能（電流、脈沖寬度等） * 自動進給控制系統，檢測、控制間隙自動進給控制系統，檢測、控制間隙 多軸聯動控制系統多軸聯動控制系統,（X-Y-Z-C-A五軸聯動）五軸聯動） * 電參數調整，放電能量改變（脈沖寬度、抬刀等）電參數調整，放電能量改變（脈沖寬度、抬刀等） * 座標設定、移動、電極定位操作，等座標設定、移動、電極定位操作，等 電參數數據庫及專家系統，常見電極電參數數據庫及專家系統，常見電極-工件電參數工件電參數 自動、手工編程系統（利用專家系統自動編程）自動、手工編程系統（利用專家系統自動編程） 文件管理系統（編輯、

5、修改、刪除，等）文件管理系統（編輯、修改、刪除，等） 系統維護（加工速度顯示、加工時間等）系統維護（加工速度顯示、加工時間等） 安全（液面控制、滅火控制，等）安全（液面控制、滅火控制，等） 顯示器、鍵盤、手控盒顯示器、鍵盤、手控盒2、床身、工作臺、油槽床身、工作臺、油槽床身，床身， X-Y-Z直線移動直線移動 A主軸裝旋轉頭，電極旋轉（恒速旋轉、定位分度）主軸裝旋轉頭，電極旋轉（恒速旋轉、定位分度） C旋轉工作臺，工件旋轉（恒速旋轉、定位分度）旋轉工作臺，工件旋轉（恒速旋轉、定位分度）工作臺，安裝工件、工作臺，安裝工件、 安裝安裝C旋轉工作臺旋轉工作臺油槽，油槽， 盛裝工作液，有門式和升降式盛

6、裝工作液，有門式和升降式 上、放油機構上、放油機構 沖油機構沖油機構滅火器、燈滅火器、燈關鍵：軸的移動和旋轉精度關鍵：軸的移動和旋轉精度3、主軸，提供、主軸，提供A主軸旋轉運動，主軸旋轉運動，Z軸直線移動，夾持電極軸直線移動，夾持電極4、工作液系統，工作液循環、過濾、降溫（空調）、工作液系統，工作液循環、過濾、降溫（空調） 2.1.3 電火花加工基本過程電火花加工基本過程1、電極趨近工件、電極趨近工件2、間距足夠小時，間距足夠小時，E急劇增大急劇增大，擊穿絕緣介質，放，擊穿絕緣介質，放電，電，3、局部、瞬時高溫，熔化、汽化金屬材料，在液、局部、瞬時高溫，熔化、汽化金屬材料，在液體介質中微爆炸，

7、拋除材料，蝕除工件體介質中微爆炸，拋除材料，蝕除工件4、第一個脈沖第一個脈沖結束，第一次放電結束，放電區恢結束，第一次放電結束，放電區恢復絕緣復絕緣5、第二個脈沖開始，在、第二個脈沖開始，在E足夠大時，第二次放電開足夠大時，第二次放電開始，如此循環始，如此循環6、達到預定深度，加工結束、達到預定深度，加工結束 。（。（No.2） 電火花加工簡略討論電火花加工簡略討論1、實際加工時，由于、實際加工時，由于 1）、大量微細蝕除產物存在于放電區）、大量微細蝕除產物存在于放電區 2）、自動進給系統的響應（過進給、緩進給）、自動進給系統的響應（過進給、緩進給） 3）、工作液的潔凈情況等）、工作液的潔凈情

8、況等 出現短路、開路、拉弧、正常出現短路、開路、拉弧、正常脈沖多種情況脈沖多種情況；2、電極與工件間的、電極與工件間的距離距離有波動；有波動；3、由于、由于E必須達到一定臨界值才會放電，且放電過程必須達到一定臨界值才會放電，且放電過程復雜，電火花加工過程，實際上是一個復雜，電火花加工過程，實際上是一個不很準確不很準確的的形狀（型腔、型孔或圓孔）復制過程；形狀（型腔、型孔或圓孔）復制過程；4、加工狀態的穩定，與電參數、進給速度、加工深、加工狀態的穩定，與電參數、進給速度、加工深度等多種因數有關；度等多種因數有關；5、工具電極有一定損耗。、工具電極有一定損耗。2.2 電火花加工的特點及應用電火花加

9、工的特點及應用2.2.1 電火花加工的優點電火花加工的優點a、適合于難切削適合于難切削導電導電材料的加工材料的加工 淬火鋼、高溫合金、鈦合金、硬質合金等淬火鋼、高溫合金、鈦合金、硬質合金等 電火花加工時，電火花加工時，材料的蝕除特性材料的蝕除特性，主要取決于：，主要取決于： 1）、材料的導電性）、材料的導電性 2）、熔點、沸點）、熔點、沸點 3）、比熱容）、比熱容 4）、導熱系數）、導熱系數 等等 幾乎與強度、硬度、韌性、脆性等機械力學性能無關。幾乎與強度、硬度、韌性、脆性等機械力學性能無關。 因此，電極材料一般選因此，電極材料一般選（鍛制）紫銅（鍛制）紫銅（導電、導熱性好）、（導電、導熱性好

10、）、石墨石墨（導電性好、熔點高）、銅鎢合金（價格貴）。前兩（導電性好、熔點高）、銅鎢合金（價格貴）。前兩者易制作、損耗小、成本者易制作、損耗小、成本不太高不太高。b、可以加工特殊、復雜形狀，或低剛度的零件可以加工特殊、復雜形狀，或低剛度的零件 微型電機軸的小微型電機軸的小半圓鍵槽半圓鍵槽（0.4mm厚）；厚）； 某傳感器用某傳感器用0.050.005mm厚的厚的細頸細頸； 型腔型腔貫通槽貫通槽、孔、孔（1 2 3 4）； 簡單電極（棒狀、簡單電極（棒狀、片狀片狀）加工復雜形狀零件，）加工復雜形狀零件， 即，電火花展成加工；（即，電火花展成加工；（低剛度，內螺旋齒低剛度，內螺旋齒） （NO.03

11、）2.2.2 電火花加工的局限性電火花加工的局限性a、主要主要適合于導電材料的加工適合于導電材料的加工 在一定條件下，可以加工半導體材料甚至非導電材料，在一定條件下，可以加工半導體材料甚至非導電材料，處于研究階段，效果應該一般；處于研究階段，效果應該一般；b、加工速度、加工速度較慢較慢（與蝕除特點有關，（與蝕除特點有關，特別是小面積特別是小面積） 1、當余量過大時，可采用切削加工方法（或其它特種當余量過大時，可采用切削加工方法（或其它特種加工方法）去除大部分余量（大型腔）；加工方法）去除大部分余量（大型腔）； 2、可用較大能量來粗加工，用小能量來精加工（輔以可用較大能量來粗加工，用小能量來精加

12、工（輔以電極搖動），一個電極完成粗、精加工。電極搖動），一個電極完成粗、精加工。3、多電極更換。、多電極更換。c、加工成型精度不是特別高、加工成型精度不是特別高 由于存在電極損耗，即使低于由于存在電極損耗，即使低于0.1%（體積損耗），（體積損耗），尖角處的損耗也較為明顯；不過，尖角處的損耗尖角處的損耗也較為明顯；不過，尖角處的損耗變圓，對應于型腔根部，相應形成一個小圓角，變圓，對應于型腔根部，相應形成一個小圓角，常常常常（但不永遠允許）（但不永遠允許）有利于提高工件的疲勞壽命。有利于提高工件的疲勞壽命。d、最小腳部半徑最小腳部半徑有限制有限制 除了尖角損耗，還有放電間隙存在，有時圓角難除了尖

13、角損耗，還有放電間隙存在，有時圓角難以避免；相應地，工件型腔中絕對的清角或很小以避免；相應地，工件型腔中絕對的清角或很小的圓角，對切削加工也有難度。的圓角，對切削加工也有難度。2.3 電火花加工工藝方法分類電火花加工工藝方法分類1、穿孔及成型加工（、穿孔及成型加工（穿孔的過程就是成型加工穿孔的過程就是成型加工）2、電火花線切割加工、電火花線切割加工3、電火花磨削、電火花磨削（工具電極與工件具有類似磨床運動形式的電火花（工具電極與工件具有類似磨床運動形式的電火花加工，電極、工件一般都旋轉，能量較??；可用于磨削微細薄壁等加工，電極、工件一般都旋轉，能量較?。豢捎糜谀ハ魑⒓毐”诘纫鬃冃蔚牧慵蜕畈郦M

14、縫等）易變形的零件和深槽狹縫等） 4、電火花展成加工（含、電火花展成加工（含電火花銑削電火花銑削）5、電火花小孔加工（含深孔加工）、電火花小孔加工（含深孔加工）6、表面強化、表面改性、表面強化、表面改性（利用放電產生的高溫使電極瞬間熔（利用放電產生的高溫使電極瞬間熔化化,并與基體發生冶金化學反應形成涂層。涂層成分不同并與基體發生冶金化學反應形成涂層。涂層成分不同,具有耐磨、具有耐磨、耐蝕等不同功能。涂層的厚度可控耐蝕等不同功能。涂層的厚度可控,成分和硬度分布具有梯度性。）成分和硬度分布具有梯度性。） 7、刻字、刻字2.4 電火花加工機理電火花加工機理所謂機理，就是金屬材料被去除的微觀物理過程。

15、所謂機理，就是金屬材料被去除的微觀物理過程。 電火花放電加工區具有電火花放電加工區具有狹小、復雜、動態狹小、復雜、動態的特的特征，材料每次被蝕除的微觀過程是征，材料每次被蝕除的微觀過程是電動力、磁力、電動力、磁力、熱力、流體動力、電化學和膠體化學熱力、流體動力、電化學和膠體化學等綜合作用的等綜合作用的過程。過程。 到目前，尚有未研究清楚并難以完全研究清楚的部分。到目前，尚有未研究清楚并難以完全研究清楚的部分。 但大致可分為以下幾個連續的階段：但大致可分為以下幾個連續的階段： 一、極間介質的電離、擊穿，形成放電通道一、極間介質的電離、擊穿，形成放電通道（電極、工件）脈沖電壓（電極、工件）脈沖電壓

16、 不均勻不均勻E，尖端局部，尖端局部E達到約達到約100伏伏/m 陰極表面出現陰極表面出現場致電子發射場致電子發射，碳粒、膠體、，碳粒、膠體、金屬顆粒等金屬顆粒等導電介質及電子定向移動導電介質及電子定向移動 碰撞電離，使帶電粒子碰撞電離，使帶電粒子雪崩式雪崩式增多增多 間隙電流間隙電流，間隙電阻，間隙電阻，間隙電壓，間隙電壓 形成形成電流密度很高電流密度很高的放電通道的放電通道二、介質熱分解，電極材料熔化、氣化，熱膨脹二、介質熱分解，電極材料熔化、氣化，熱膨脹通道中的粒子，在電場作用下，動能迅速增加，通過碰撞，通道中的粒子，在電場作用下，動能迅速增加，通過碰撞，又轉變成熱能；又轉變成熱能；在極

17、短時間內，通道達到在極短時間內，通道達到10000左右的高溫，左右的高溫，該處的兩極金屬材料該處的兩極金屬材料熔化、氣化熔化、氣化，附近工作附近工作介質熱分解介質熱分解，產生氣體，并進而熱膨脹。，產生氣體，并進而熱膨脹。由于時間極短，數量極多，因而常有密集的輕微爆炸。由于時間極短，數量極多，因而常有密集的輕微爆炸。三、電極材料的拋出三、電極材料的拋出電極材料的拋出，電極材料的拋出，在電極表面形成在電極表面形成放電痕放電痕大部分大部分進入工作液進入工作液鍍覆、吸附在鍍覆、吸附在另一極表面另一極表面極少又返粘在極少又返粘在電極表面電極表面四、極間介質的消電離四、極間介質的消電離脈沖電壓結束，帶電粒

18、子復合為中性粒子；脈沖電壓結束，帶電粒子復合為中性粒子；放電通道迅速恢復絕緣。放電通道迅速恢復絕緣。完成一次放電。完成一次放電。2.5 電火花加工中的基本規律電火花加工中的基本規律2.5.1 影響材料放電腐蝕的主要因素影響材料放電腐蝕的主要因素材料放電腐蝕：工件材料腐蝕（關系加工速度）材料放電腐蝕：工件材料腐蝕（關系加工速度） 電極材料腐蝕（關系電極損耗）電極材料腐蝕（關系電極損耗）一、極性效應一、極性效應現象現象：不管正負極材料是否相同，兩極的蝕除量都：不管正負極材料是否相同，兩極的蝕除量都不同，并常常相差很大。不同，并常常相差很大。概念概念：由于兩極的正負極性不同，而彼此電蝕量不：由于兩極

19、的正負極性不同，而彼此電蝕量不一樣的現象，叫極性效應。一樣的現象，叫極性效應。產生原因產生原因：1）、正、負電極分別受負電子（質量極?。┖驼⒄⒇撾姌O分別受負電子（質量極小）和正離子（質量很大）轟擊，在兩極表面離子（質量很大）轟擊，在兩極表面分配的能量分配的能量不一樣，熔化、氣化量也不一樣；不一樣，熔化、氣化量也不一樣； 短（長）脈寬加工時，電子（離子）對正（負）極的撞擊作用較大；短（長）脈寬加工時，電子（離子）對正（負）極的撞擊作用較大；2）、正電極表面，能吸附游離碳膠粒，形成）、正電極表面，能吸附游離碳膠粒，形成碳黑碳黑膜膜，使正極損耗減小，即所謂，使正極損耗減小，即所謂“覆蓋效應覆蓋

20、效應”。 （短脈沖分組脈沖短脈沖分組脈沖，Cu-鋼時，就采用工件接負的鋼時，就采用工件接負的 “負極性加工負極性加工”方式，類似于長脈寬加工。）方式，類似于長脈寬加工。）顯然，顯然，短脈寬短脈寬加工時，因電子對正極的撞擊作用較明顯，為加工時，因電子對正極的撞擊作用較明顯，為盡快蝕除工件，盡快蝕除工件，宜將工件接正極，即宜將工件接正極，即“正極性加工正極性加工”方式；方式； 長脈寬長脈寬加工時，加工時，宜將工件接負極，即宜將工件接負極，即“負極性加工負極性加工”方式。方式。二、電參數二、電參數單個脈沖的蝕除量單個脈沖的蝕除量q1與單個脈沖能量與單個脈沖能量WM在一定范圍內在一定范圍內成正比；成正

21、比；總的脈沖蝕除量總的脈沖蝕除量 q = q1下面推導的公式，得出：蝕除量下面推導的公式，得出：蝕除量 q 、蝕除速度、蝕除速度 vw,與與K、WM、f、等多種因素有關，特別是等多種因素有關，特別是K和和。 K：與：與te平均占比平均占比ti有關有關提高提高Vw的方法：提高的方法：提高 f，增大，增大WM ，增大，增大K， 提高提高 。討論：討論：t0 相對相對 ti 過分小，過分小， 、K會減小；會減??； ti 增大，增大，f 減??；減小； ip過大，過大，K會減小，電極損耗會加大；會減小，電極損耗會加大；因此：因此：ti、t0、ip等，需根據具體情況合理搭配，使等，需根據具體情況合理搭配，

22、使K值較大。值較大。te 的含義三、金屬材料熱學常數對電蝕量的影響三、金屬材料熱學常數對電蝕量的影響熱學常數熱學常數：是指熔點、沸點、導熱系數、比熱容、熔化潛熱、：是指熔點、沸點、導熱系數、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱等；氣化潛熱等；火花火花通道的熱能消耗通道的熱能消耗在：工作液及兩極。在：工作液及兩極。 具體在兩極上有：金屬升溫、金屬熔化、熔融金屬升溫、具體在兩極上有：金屬升溫、金屬熔化、熔融金屬升溫、金屬氣化、金屬蒸氣升溫等；金屬氣化、金屬蒸氣升溫等； 具體在工作液上有：液體升溫、氣化、氣體升溫等具體在工作液上有：液體升溫、氣化、氣體升溫等只有金屬被熔化、氣化，才能拋出，因而，熱學常數與電蝕

23、只有金屬被熔化、氣化，才能拋出，因而，熱學常數與電蝕量有很大關系。量有很大關系。金屬的熔點、沸點、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱等越高，金屬的熔點、沸點、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱等越高，電蝕量越小，導熱系數越大，電蝕量越小。電蝕量越小，導熱系數越大，電蝕量越小。比熱容和熔化潛熱、氣化潛熱比熱容和熔化潛熱、氣化潛熱1、比熱容又稱比熱容量，簡稱比熱，是單位質量物質的熱容、比熱容又稱比熱容量，簡稱比熱，是單位質量物質的熱容量，即單位質量物體改變單位溫度時吸收或釋放的內能量，即單位質量物體改變單位溫度時吸收或釋放的內能 ； Q=cmt ，Q表示熱量，表示熱量， c表示比熱容表示比熱容 2、熔化潛熱，指物

24、質從固態（熔點溫度）變為液態或由液態、熔化潛熱，指物質從固態（熔點溫度）變為液態或由液態變為固態時吸收或放出的熱量。變為固態時吸收或放出的熱量。 純銅（純銅（Cu）的熔化潛熱為：）的熔化潛熱為：13.02 kJ/mol；純錫（；純錫（Sn）的熔化潛熱為：）的熔化潛熱為：7.08 kJ/mol。3、氣化潛熱，指物質從液態（沸點溫度）變為氣態或由氣態、氣化潛熱，指物質從液態（沸點溫度）變為氣態或由氣態變為液態時吸收或放出的熱量。有時也稱為蒸發潛熱，單變為液態時吸收或放出的熱量。有時也稱為蒸發潛熱，單位是位是kJKg，或，或 kJ/mol。 對于各種不同材料，當對于各種不同材料，當脈沖能量一定脈沖能

25、量一定時，都會各有一個使材時，都會各有一個使材料電蝕量最大的料電蝕量最大的 “最佳脈寬最佳脈寬” 。這和熱學常數有關。相。這和熱學常數有關。相應就有某應就有某“材料對材料對”的最佳的最佳加工加工脈寬脈寬 ti。（。（某一試驗條某一試驗條件下件下）四、工作液對電蝕量的影響四、工作液對電蝕量的影響工作液的作用：形成放電通道，恢復絕緣；工作液的作用：形成放電通道，恢復絕緣； 壓縮放電通道；壓縮放電通道； 拋出、排除產物；拋出、排除產物； 冷卻。冷卻。粗加工時，由于放電間隙較大，排屑條件好，粗加工時，由于放電間隙較大，排屑條件好，可以可以選用介電性能好、粘度稍大的機油；選用介電性能好、粘度稍大的機油；

26、中、精加工時，由于放電間隙較小，排屑條件較差，中、精加工時，由于放電間隙較小，排屑條件較差，須選擇粘度小、滲透性好的煤油類工作液。須選擇粘度小、滲透性好的煤油類工作液。五、影響電蝕量其它因素五、影響電蝕量其它因素1、加工過程的穩定性、加工過程的穩定性 加工深度加工深度，加工面積，型腔復雜程度，工作液，工件材，加工面積，型腔復雜程度，工作液，工件材料等，都會影響加工料等，都會影響加工過程的穩定性過程的穩定性。有效脈沖利用率。有效脈沖利用率，定量表達了它。定量表達了它。 可采取的措施：強迫沖油、定時（適頻）抬刀、減小電可采取的措施：強迫沖油、定時（適頻）抬刀、減小電流、增大脈間流、增大脈間 t 0

27、、減小脈寬減小脈寬 t i 、減低進給速度等。減低進給速度等。2、脈沖電源波形、脈沖電源波形 分組脈沖波形分組脈沖波形 高低壓復合脈沖波形高低壓復合脈沖波形3、水基工作液、水基工作液 流動性好，電化學陽極溶解作用。流動性好，電化學陽極溶解作用。 2.5.2 電火花加工速度電火花加工速度Vw單位時間內，工件的電蝕量，稱為加工速度單位時間內，工件的電蝕量，稱為加工速度。分為：體積加工速度分為：體積加工速度Vw= V / t （V為體積）（優先）為體積）（優先） 重量加工速度重量加工速度VG= G / t （G為重量）為重量）影響因素影響因素：f（ti、t0）、）、極性、極性、 WM（te、ip、火

28、、火花維持電壓）、花維持電壓）、K（電極對材料、電參數匹配（電極對材料、電參數匹配情況、工作液、沖油、抬刀、進給速度、電壓波情況、工作液、沖油、抬刀、進給速度、電壓波形等）。形等）。2.5.3電火花加工電極損耗電火花加工電極損耗單位時間內，電極的體積電蝕量，稱為損耗速度單位時間內，電極的體積電蝕量，稱為損耗速度VE 。用得更多的是電極相對損耗用得更多的是電極相對損耗。較為直觀。較為直觀。 = VE / VW 粗加工時粗加工時，Vw較大較大，較小，可達較小，可達0.1%以下以下，甚至無甚至無“損耗損耗”，但粗糙度但粗糙度Ra 較大（較差）較大（較差）。 Vw 、 Ra是電火花加工的三個工藝指標。

29、是電火花加工的三個工藝指標。 電極相對損耗電極相對損耗，影響成型精度、電極壽命、加工影響成型精度、電極壽命、加工成本（時間、制作）等。成本（時間、制作）等。 Ra，影響表面質量。影響表面質量。影響電極相對損耗的因素：影響電極相對損耗的因素：一、極性一、極性 一般地，一般地， 短脈沖寬度，用工件接正的短脈沖寬度，用工件接正的正極性加工正極性加工； 長脈沖寬度，用工件接負的長脈沖寬度，用工件接負的負極性加工負極性加工； 加工鈦合金，都采用正極性加工加工鈦合金，都采用正極性加工，短脈寬的正極，短脈寬的正極性加工，性加工，VW高。高。 下圖是某一加工條件下的下圖是某一加工條件下的- t i 圖。圖。加

30、工條件：加工條件：6mm紫銅電極紫銅電極 ，工件為普通鋼，工件為普通鋼， 煤油工作液，矩形電壓波形，煤油工作液，矩形電壓波形， 普通機床，普通機床， ip（峰值電流）為（峰值電流）為10A?？梢?，負極性加工，由于極性效應和覆蓋效應等，可見，負極性加工，由于極性效應和覆蓋效應等，可以實現可以實現0.1%的低損耗或的低損耗或“無損耗無損耗”。二、覆蓋效應（正極形成黑膜）二、覆蓋效應（正極形成黑膜） 帶負電的碳膠粒，會向正極移動，如果電極表帶負電的碳膠粒，會向正極移動，如果電極表面溫度合適（低于熔點，但高于面溫度合適（低于熔點，但高于400），就有），就有部分碳膠粒吸附在正極表面，形成一定厚度的化部

31、分碳膠粒吸附在正極表面，形成一定厚度的化學吸附碳層學吸附碳層 碳黑膜。碳黑膜。 它起到保護、補償電極的作用。它起到保護、補償電極的作用。 在在加工穩定的前提加工穩定的前提下，下，1）、）、ip、t0不變，不變，ti適當增大，利于形成黑膜；適當增大，利于形成黑膜；2）、）、ip、ti不變，不變，t0適當減小，利于形成黑膜；適當減小，利于形成黑膜；3）、沖油加工，降低了放電區溫度，不利于形成）、沖油加工，降低了放電區溫度，不利于形成黑膜，會加大電極損耗。黑膜，會加大電極損耗。三、利用傳熱效應，控制三、利用傳熱效應，控制 ip 電流偏大（相對于加工面積、脈寬等）時，電流偏大（相對于加工面積、脈寬等）

32、時，電流密度偏高，工具電極局部表面溫度過高（高電流密度偏高，工具電極局部表面溫度過高（高于沸點），電極損耗增大。于沸點），電極損耗增大。四、合適的電極材料四、合適的電極材料W、Mo等：熔、沸點高，但價格高，機械加工性差；等：熔、沸點高，但價格高，機械加工性差；紫銅：熔點不太高，導熱性好，價不太高，加工性紫銅：熔點不太高，導熱性好，價不太高，加工性好，損耗小；（好，損耗小；（鍛制紫銅鍛制紫銅更好）更好）石墨：熱學性能好，價不太高，加工性好，損耗小。石墨：熱學性能好，價不太高，加工性好，損耗小?？紤]到上述因素，生產中一般采用：考慮到上述因素，生產中一般采用： 負極性加工（較大脈寬）負極性加工（較大

33、脈寬） 石墨（紫銅）石墨（紫銅）-鋼鋼 ip / te 0.10.2 A/s t e / t i , 一般有一估計值：一般有一估計值：0.3-0.82.5.4 影響加工精度的因素影響加工精度的因素1、機床本身的各種誤差、機床本身的各種誤差 X、Y、Z的直線度的直線度 Z軸與工作臺面的垂直度軸與工作臺面的垂直度 工作臺面的平面度工作臺面的平面度 X、Y間的垂直度間的垂直度 定位精度定位精度（包含重復定位精度）（包含重復定位精度） A軸、軸、C軸的分度精度軸的分度精度 等等2、工件、電極的制造、定位、安裝誤差工件、電極的制造、定位、安裝誤差3、放電間隙的大小及其一致性、放電間隙的大小及其一致性放電

34、間隙放電間隙SKuuKRWM0.4SmKu：與介電強度有關的常數：與介電強度有關的常數u：開路電壓開路電壓或空載電壓或空載電壓KR：與加工材料有關的常數：與加工材料有關的常數WM：單個脈沖能量：單個脈沖能量Sm：與熱膨脹、收縮、振動有關：與熱膨脹、收縮、振動有關S：隨隨Ku、WM、Sm動態變化動態變化， S減小可提高仿減小可提高仿型精度型精度。高精度，伴隨小。高精度，伴隨小Ra，宜用小能量終加工。，宜用小能量終加工。精加工時，精加工時，搖動搖動使加工更穩定，但仿型精度下降。使加工更穩定，但仿型精度下降。4、工具電極的損耗、工具電極的損耗 影響尺寸、形狀精度。影響尺寸、形狀精度。 措施：更換電極

35、，機械拋磨。例如：整體渦輪。措施：更換電極，機械拋磨。例如：整體渦輪。5、“二次放電二次放電”與與“尖端放電尖端放電” “二次放電二次放電”，指已加工表面由于電蝕產物的搭，指已加工表面由于電蝕產物的搭接，而發生的非期望的放電接，而發生的非期望的放電。 “尖端放電尖端放電”，電極、工件的尖邊尖角處，由于，電極、工件的尖邊尖角處，由于電場強度較大，在距離相同的條件下，易出現較電場強度較大，在距離相同的條件下，易出現較嚴重的電蝕，使型腔形狀發生改變。嚴重的電蝕，使型腔形狀發生改變。2.5.5電火花加工表面質量電火花加工表面質量電火花加工表面質量表面粗糙度表面變質層表面力學性能 表面粗糙度：表面粗糙度

36、： 無方向性的無方向性的無數小坑無數小坑和硬凸邊構成不同于機械切削加工表面的表和硬凸邊構成不同于機械切削加工表面的表面形貌；面形貌； 這種表面，有利于貯存潤滑油，其表面潤滑性能、耐磨損性能，這種表面，有利于貯存潤滑油，其表面潤滑性能、耐磨損性能，均優于同均優于同Ra數值的機械加工表面。數值的機械加工表面。 RamaxKR te0.3 ip0.4 減?。ǜ纳疲p?。ǜ纳疲?Ra，（，（te、ip減小更多）減小更多）VW 迅速下降。迅速下降。 表面變質層：表面變質層： 熔化凝固層（熔化凝固層（電火花重熔層電火花重熔層）常有微觀裂紋常有微觀裂紋 熱影響層，在熔化凝固層和基體之間熱影響層，在熔化凝固層

37、和基體之間表面機械性能表面機械性能 1、顯微硬度（一般較高）；、顯微硬度（一般較高）； 2、 耐磨性耐磨性 （一般較好）；（一般較好）； 3、 殘余應力殘余應力拉應力（工件內部表層存在一個使工拉應力（工件內部表層存在一個使工件表層或表面微觀裂紋擴大的一個內應力）。件表層或表面微觀裂紋擴大的一個內應力）。 對于表面層要求較高的工件，應盡量避免使用較大的對于表面層要求較高的工件，應盡量避免使用較大的加工參數（加工規準），或先大后小規準；加工參數（加工規準），或先大后小規準； 4、耐疲勞性能：存在拉應力、顯微裂紋，因而耐疲勞、耐疲勞性能：存在拉應力、顯微裂紋，因而耐疲勞性能較低。性能較低。 可采用回

38、火或噴丸處理來提高它。可采用回火或噴丸處理來提高它。2.6電火花加工自動進給調節系統電火花加工自動進給調節系統任務：維持一定的放電間隙任務：維持一定的放電間隙S，保證電火花加工正，保證電火花加工正常、穩定地進行，以取得較好的加工效果。常、穩定地進行，以取得較好的加工效果。2.6.1 自動進給調節原理自動進給調節原理放電間隙放電間隙S與蝕除速度與蝕除速度VW有密切關系有密切關系間隙蝕除特性曲線間隙蝕除特性曲線。 進給調節特性曲線進給調節特性曲線：當間隙過大時，電極以較大的正向進：當間隙過大時，電極以較大的正向進給速度趨近工件；當間隙過小時，電極以較大的反向回退給速度趨近工件；當間隙過小時，電極以

39、較大的反向回退速度遠離工件。通過間隙電壓（平均值）與速度遠離工件。通過間隙電壓（平均值）與SV（伺服基準電（伺服基準電壓）壓）的差值比較、放大，并反饋控制主軸的進退，以及進的差值比較、放大，并反饋控制主軸的進退，以及進給快慢程度。給快慢程度。 2.6.2 執行執行元件元件執行元件執行元件 主要特點主要特點（可在網絡查）（可在網絡查）電液壓式電液壓式油缸反應快，電控性、靈活性差油缸反應快，電控性、靈活性差步進電機步進電機反應慢，易失步，用在精度不高的場合反應慢，易失步，用在精度不高的場合力矩電機力矩電機低速運行溫升快，恒力矩低速運行溫升快，恒力矩直流伺服電機直流伺服電機穩定性、可控性好，響應迅速

40、穩定性、可控性好，響應迅速交流伺服電機交流伺服電機反應快速、高速大力矩，體積小反應快速、高速大力矩，體積小直線電機直線電機高速度、高加速度，行程不限，無絲杠高速度、高加速度，行程不限，無絲杠 位置檢測是達到高精度的關鍵環節。位置檢測是達到高精度的關鍵環節。 一般用一般用精密光柵尺精密光柵尺，進行機床移動（直線或旋，進行機床移動（直線或旋轉）位置的直接檢測，并反饋到控制系統和執行轉）位置的直接檢測，并反饋到控制系統和執行元件。即所謂元件。即所謂“全閉環控制全閉環控制”。 高精度機床，都采用高精度機床，都采用“全閉環控制全閉環控制”。2.7 電火花穿孔成型加工電火花穿孔成型加工2.7.1 應用范圍

41、應用范圍穿孔加工：冷、熱沖壓模穿孔加工：冷、熱沖壓模 粉末冶金模粉末冶金模 擠壓模擠壓模 型孔零件型孔零件 小孔（圓孔、異型孔）小孔（圓孔、異型孔）型腔加工：型腔模（鍛模、壓鑄模、塑料模，等）型腔加工：型腔模（鍛模、壓鑄模、塑料模，等） 型腔零件型腔零件特點：可在淬火后加工，可制造出整體式結構，可特點：可在淬火后加工，可制造出整體式結構，可減少鑲拼模具結構。減少鑲拼模具結構。2.7.2型腔、型孔加工方法型腔、型孔加工方法a、單電極平動法、單電極平動法一個電極完成零件的粗、中、精加工一個電極完成零件的粗、中、精加工；當中、精加；當中、精加工時，由于放電間隙減小，可逐步加大電極的平工時，由于放電間

42、隙減小，可逐步加大電極的平動量，修光型腔的底面、側面。動量，修光型腔的底面、側面。優點：一個電極，一次裝夾，完成型腔的粗、精加優點：一個電極，一次裝夾，完成型腔的粗、精加工，電極定位方便。電蝕產物排除較易。常用。工，電極定位方便。電蝕產物排除較易。常用。缺點：粗加工時，電極易引起龜裂狀積碳層，影響缺點：粗加工時，電極易引起龜裂狀積碳層，影響型腔表面型腔表面 Ra。辦法：粗加工電參數略小，或在保證電極更換精度辦法：粗加工電參數略小，或在保證電極更換精度的條件下，取下（或不取下）修光。的條件下，取下（或不取下）修光。b、多電極更換法、多電極更換法多個外形完全相同，尺寸略有不同的電極，依次更多個外形

43、完全相同，尺寸略有不同的電極，依次更換加工同一型腔，精度、表面質量較好，但需這換加工同一型腔，精度、表面質量較好，但需這些電極的形狀一致性好，裝夾、定位精度高。些電極的形狀一致性好，裝夾、定位精度高。c、分解電極法、分解電極法主型腔電極主型腔電極 + 副型腔電極副型腔電極優點：簡化電極制造（不同優點：簡化電極制造（不同Ra、精度、面積的表面，、精度、面積的表面，采用不同電規準，但需各電極的準確定位）采用不同電規準，但需各電極的準確定位）適用于大型復雜型腔零件。適用于大型復雜型腔零件。電極庫（電極庫（類似于加工中心的刀庫功能類似于加工中心的刀庫功能）可作為分解電極可作為分解電極法應用的輔助手段。

44、法應用的輔助手段。電極庫：多個電極制造、調試好以后，裝在電極庫電極庫：多個電極制造、調試好以后，裝在電極庫中，自動按編制的程序，更換電極、設置不同電中，自動按編制的程序，更換電極、設置不同電參數參數（脈寬、脈間、電流，等）（脈寬、脈間、電流，等） 、非電參數、非電參數（沖油、抬刀、旋（沖油、抬刀、旋轉，等）轉，等），加工出型腔。，加工出型腔。優點：生產率高，但調試準備周期長，適合于中、優點：生產率高，但調試準備周期長，適合于中、大批量生產（不宜無人加工）。大批量生產（不宜無人加工）。2.7.3 典型零件加工工藝典型零件加工工藝層板（本校動力能源學院縱向項目）層板（本校動力能源學院縱向項目） 某

45、氣流流場試驗裝置中的一個關鍵零件。某氣流流場試驗裝置中的一個關鍵零件。 材料：材料：1Cr18Ni9Ti 合計圓臺數：合計圓臺數：1000多個多個 難度：圓臺形狀要求高、大面積排屑困難、不銹難度：圓臺形狀要求高、大面積排屑困難、不銹鋼的電火花加工性差；厚為鋼的電火花加工性差；厚為2mm的薄板易變形。的薄板易變形。微型發動機葉片環微型發動機葉片環30幾個葉片槽幾個葉片槽材料：高溫合金材料：高溫合金難點：粗糙度要求高、槽輪廓度要求高、槽的位置難點：粗糙度要求高、槽輪廓度要求高、槽的位置（尺寸、角向）要求高。（尺寸、角向）要求高。燃燒室（小孔）內、外壁燃燒室（小孔）內、外壁中推、大推發動機都有類似結構中推、大推發動機都有類似結