现代加工技术-电加工技术课件.ppt

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1、加工技术加工技术现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室第五章 电加工技术n5.1 概述概述n5.2 电火花加工技术电火花加工技术n5.3 电化学加工技术电化学加工技术现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 特种加工是特种加工是20世纪世纪40年代发展起来的。由于材料科学、年代发展起来的。由于材料科学、高新技术的快速发展，对产品的性能要求也越来越高。高新技术的快速发展，对产品的性能要求也越来越高。各种新材料、新结构、形状复杂的机械零件大量涌现，各种新材料、新结构、形状复杂的机械零件大量涌现，对机械制造业提出了一系列迫切需

2、要解决的新问题。对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题。（如各种难切削加工材料的加工，各种结构形状复杂零（如各种难切削加工材料的加工，各种结构形状复杂零件的加工、尺寸微小或特大零件的加工、薄壁或弹性元件的加工、尺寸微小或特大零件的加工、薄壁或弹性元件的加工）。这些采用传统加工方法十分困难，甚至无件的加工）。这些采用传统加工方法十分困难，甚至无法加工。在此基础上，一种区别于传统加工的特种加工法加工。在此基础上，一种区别于传统加工的特种加工应用而生。应用而生。特种加工：特种加工：将电、磁、光、声、热等能量及其他组将电、磁、光、声、热等能量及其他组合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料的去除

3、、合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料的去除、变形、改变性能或被镀覆等的非传统加工方法。变形、改变性能或被镀覆等的非传统加工方法。5.1概述-特种加工技术现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 特种加工具有以下特点特种加工具有以下特点：（1）特种加工主要依靠电、化学、磁、声、光、热等能）特种加工主要依靠电、化学、磁、声、光、热等能量去除材料，而不是主要依靠机械能量去除材料，而不是主要依靠机械能。（2）工具硬度可低于被加工材料的硬度。）工具硬度可低于被加工材料的硬度。（3）加工过程中工具与工件不存在显著的机械切削力，）加工过程中工具与工件不存在显著的机械

4、切削力，因此不存在显著的机械应力，机械变形较小，形状尺寸稳因此不存在显著的机械应力，机械变形较小，形状尺寸稳定性较好。定性较好。（4）有些特种加工，如电化学、超声波等加工余量非常细）有些特种加工，如电化学、超声波等加工余量非常细微，因此可以用来加工尺寸微小的孔或槽，还能获得高精微，因此可以用来加工尺寸微小的孔或槽，还能获得高精度和很小的表面粗糙度。度和很小的表面粗糙度。（5）两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新）两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工（电化学电弧加工，超声放电加工等）。的复合加工（电化学电弧加工，超声放电加工等）。现代设计与集成制造技术教育部重点实验

5、室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 特种加工分类：特种加工分类：电火花加工电火花加工、电化学加工、电化学加工、激光加工、电子束加工、激光加工、电子束加工、离子束加工离子束加工、等离子弧加工、等离子弧加工、超声波加工等。、超声波加工等。特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响：特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响：1、提高了材料的可加工性、提高了材料的可加工性 2、改变了零件的典型工艺路线。改变了零件的典型工艺路线。3、改变了试制新产品的模式、改变了试制新产品的模式 4、对产品零件的结构设计带来很大的影响、对产品零件的结构设计带来很大的影响 5、对传统的结构工艺性的好与坏需要重新衡量、

6、对传统的结构工艺性的好与坏需要重新衡量 6、已经成为微细加工和纳米加工的主要手段、已经成为微细加工和纳米加工的主要手段 现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室5.2.1 电火花加工原理电火花加工原理 电电火火花花加加工工（electrical discharge machining，EDM）又又称称放放电电加加工工、电电蚀蚀加加工工，是是20世世纪纪40年年代代中中期期发发展展起起来来的的。（1943年年前前苏苏联联科科学学家家拉拉扎扎林林科科夫夫妇妇发发明明）它它是是在在加加工工过过程程中中，使使工工具具和和工工件件间间不不断断产产生生脉脉冲冲性性的的火

7、火花花放放电电，靠靠放放电电时时局局部部、瞬瞬时时产产生生的的高高温温将将金金属属熔熔化化、气气化化而而被被去去除除而而达达到到加加工工成成型型目目的的。因因加加工工时时放放电过程中可看到火花，所以称为电火花加工。电过程中可看到火花，所以称为电火花加工。5.2电火花加工技术现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室电火花加工必须具备如下条件：电火花加工必须具备如下条件：（1）必须是瞬时脉冲性放电：脉冲宽度一般为）必须是瞬时脉冲性放电：脉冲宽度一般为10-7s-10-3s，相邻脉冲之间有一个间隔，使热量从加工区，相邻脉冲之间有一个间隔，使热量从加工区传导扩散到非

8、加工区；传导扩散到非加工区；（2）火花放电必须在较高绝缘强度的液体介液中进）火花放电必须在较高绝缘强度的液体介液中进行：一方面有利于电蚀物的排出；另一方面对电行：一方面有利于电蚀物的排出；另一方面对电极和工件进行冷却；极和工件进行冷却；（3）必须有足够的脉冲放电强度：一般要求电流密）必须有足够的脉冲放电强度：一般要求电流密度达到度达到105A/cm2-108A/cm2以上才能实现工件材料以上才能实现工件材料的局部熔化和气化。的局部熔化和气化。（4）工具电极与工件表面保持一定的放电间隙。间）工具电极与工件表面保持一定的放电间隙。间隙过大极间电压不能击穿介质而不能产生火花放隙过大极间电压不能击穿介

9、质而不能产生火花放电；间隙过小会引起拉弧烧伤或短路。电；间隙过小会引起拉弧烧伤或短路。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 如图如图1所示。工件与工具都置于流动工作液中，所示。工件与工具都置于流动工作液中，并分别与脉冲电源的正、负极相接。并分别与脉冲电源的正、负极相接。自动进给调自动进给调节装置节装置使工具与工件保持很小的放电间隙。通过使工具与工件保持很小的放电间隙。通过脉冲发生器，在一定条件下相对脉冲发生器，在一定条件下相对某一间隙最小处某一间隙最小处或绝缘强度最低处或绝缘强度最低处击穿介质，使工具与工件间产击穿介质，使工具与工件间产生脉冲放电现象。由

10、于放电时间很短，且发生在生脉冲放电现象。由于放电时间很短，且发生在放电区的小点上，所以放电区的小点上，所以能量高度集中能量高度集中，放电区的，放电区的电流密度很大，引起金属材料的电流密度很大，引起金属材料的熔化或气化熔化或气化，从，从而达到去除材料的目的，流动的工作液将腐蚀掉而达到去除材料的目的，流动的工作液将腐蚀掉的金属材料带离工作区，从而达到电火花加工的的金属材料带离工作区，从而达到电火花加工的目的。目的。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室电火花加工原理电火花加工原理现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 5.

11、2.2 电火花加工过程电火花加工过程电火花加工大致可分为以下电火花加工大致可分为以下4个连续阶段：个连续阶段：（1）极间介质的电离与击穿，形成放电通道；）极间介质的电离与击穿，形成放电通道；（2）介质热分解、电极材料熔化与汽化热膨胀；）介质热分解、电极材料熔化与汽化热膨胀；（3）电极材料的抛出；）电极材料的抛出；（4）极间介质的消电离。）极间介质的消电离。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 5.2.3 电火花加工特点与分类电火花加工特点与分类 1、电火花加工方法分类、电火花加工方法分类 按按工工具具电电极极和和工工件件相相对对运运动动的的方方式式和和用

12、用途途的的不不同同，大大致致可可分分为为电电火火花花穿穿孔孔成成型型加加工工、电电火火花花线线切切割割、电电火火花花磨磨削削和和镗镗磨磨、电电火火花花同同步步共共轭轭回回转转加加工工、电电火火花花高高速速小小孔孔加加工工、电电火火花花表面强化与刻字表面强化与刻字6大类。大类。其其中中，以以电电火火花花穿穿孔孔成成型型加加工工和和电电火火花花切切割割应用最为广泛。应用最为广泛。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 2 、电火花加工方法特点、电火花加工方法特点 优点：优点：（1）适合难切削材料的加工。由于加工材料的去除是靠放电）适合难切削材料的加工。由于加工

13、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和热学性能，而几乎与其硬度、强度等力学性能无关。这样性和热学性能，而几乎与其硬度、强度等力学性能无关。这样就可以突破传统切削加工对刀具的限制，实现用软的工具加工就可以突破传统切削加工对刀具的限制，实现用软的工具加工硬韧的工件。目前电极材料大多采用纯铜或石墨。硬韧的工件。目前电极材料大多采用纯铜或石墨。（2）可以加工形状复杂的表面。可以简单的将工具电极的形）可以加工形状复杂的表面。可以简单的将工具电极的形状复制到工件上，特别使用于复杂表面形状工件的加工，如复状复制到工件

14、上，特别使用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工等。杂型腔模具加工等。（3）可以加工薄壁、弹性、低刚度、微细小孔等特殊要求）可以加工薄壁、弹性、低刚度、微细小孔等特殊要求的零件。由于加工中工具与工件不直接接触，没有宏观的机械的零件。由于加工中工具与工件不直接接触，没有宏观的机械切削力，因此适用于低刚度或薄壁工件的加工。切削力，因此适用于低刚度或薄壁工件的加工。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 局限性：局限性：（1）主要用于加工金属等导电材料。）主要用于加工金属等导电材料。（2）一一般般加加工工速速度度较较慢慢，因因此此通通常常安安排排工工艺艺

15、时时多多采采用用切切削削加加工工来来去去除除大大部部分分余余量量，然然后后再再进进行电火花加工来提高生产率。行电火花加工来提高生产率。（3）存存在在电电极极损损耗耗。电电极极损损耗耗多多集集中中在在尖尖角角或或底面，影响成型精度。底面，影响成型精度。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 5.2.4 电火花加工基本规律电火花加工基本规律 1、影响金属蚀除率的主要因素、影响金属蚀除率的主要因素 （1）极极性性效效应应：电电火火花花加加工工过过程程中中，正正极极和和负负极极的的表表面面都都会会受受到到电电腐腐蚀蚀，但但正正、负负极极表表面面的的材材料料蚀蚀除除

16、量量是是不不相相等等的的。这这种种由由于于正正、负负极极性性不不同同而而导导致致材材料料蚀蚀除除量量不不同同的的现现象象叫叫做极性效应。做极性效应。采采用用短短脉脉冲冲加加工工时时，电电子子的的轰轰击击作作用用大大于于离离子子的的轰轰击击作作用用，使使正正极极蚀蚀除除量量较较大大，这这时时工工件件应应接接电电源源正正极极，工工具具接接电电源源负负极极，即即正正极极性性加加工工。当当脉脉冲冲放放电电持持续续时时间间较较长长时时，正正离离子子有有足足够够的的时时间间加加速速达达到到负负极极，由由于于离离子子质质量量大大，高高速速运运动动的的离离子子对对负负极极表表面面的的轰轰击击作作用用比比较较强

17、强，负负极极的的蚀蚀除除量量大大于于正正极极的的蚀蚀除除量量。这这时时工工件件应应接接电电源源负负极极，工工具具接接电源正极，即负极性加工。电源正极，即负极性加工。一一般般精精加加工工采采用用正正极极性性加加工工，粗粗、中中加加工工采采用用负负极极性加工。性加工。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室（2）电参数：是指脉冲宽度）电参数：是指脉冲宽度ti（或放电时间（或放电时间te）、脉冲间隔）、脉冲间隔t0、峰值电压和峰值电流等。放电时间和峰值电流的乘积表、峰值电压和峰值电流等。放电时间和峰值电流的乘积表征单个脉冲能量征单个脉冲能量EM，EM越大，蚀除率高

18、。越大，蚀除率高。（3）金属材料热学常数对蚀除率的影响：金属的熔点、沸点、）金属材料热学常数对蚀除率的影响：金属的熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热越高，则电蚀量越小，加工难度比热容、熔化热、汽化热越高，则电蚀量越小，加工难度越大。热导率大的材料，由于较多的把瞬时产生的热量传越大。热导率大的材料，由于较多的把瞬时产生的热量传导散失到其他部位，因而降低了本身的蚀除量，也不易加导散失到其他部位，因而降低了本身的蚀除量，也不易加工。工。（4）其他一些因素：工作液的种类和性能、工作液的流速流）其他一些因素：工作液的种类和性能、工作液的流速流量、进给系统的稳定等。量、进给系统的稳定等。现代设计与集成制造

19、技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 2、电火花加工速度和工具电极损耗速度、电火花加工速度和工具电极损耗速度 电火花加工时，工具和工件都有不同程度的电蚀。电火花加工时，工具和工件都有不同程度的电蚀。单位时间工件的电蚀量称为加工速度，单位时间内工单位时间工件的电蚀量称为加工速度，单位时间内工具的电蚀量称为损耗速度。具的电蚀量称为损耗速度。（1）加工速度）加工速度 通常用单位时间内工件体积蚀除量或质量蚀除量通常用单位时间内工件体积蚀除量或质量蚀除量表示。表示。电火花成形加工的加工速度分别为：电火花成形加工的加工速度分别为：粗加工：粗加工：2001 000 mm/min 半精加

20、工：半精加工：20100 mm/min 精加工精加工10 mm/min以下以下现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 （2）工具电极相对损耗速度和相对损耗比）工具电极相对损耗速度和相对损耗比 衡量工具电极是否耐损耗，不仅看电极损耗速度衡量工具电极是否耐损耗，不仅看电极损耗速度VE，也要看能达到的加工速度，也要看能达到的加工速度Vw，因此采用相对损耗或，因此采用相对损耗或相对损耗比相对损耗比=（VE/Vw）100%作为衡量工具电极耐损作为衡量工具电极耐损耗的指标。耗的指标。为了降低工具电极的损耗，必须很好利用电火花加为了降低工具电极的损耗，必须很好利用电火花

21、加工过程中的各种效应：极性效应、吸附效等。工过程中的各种效应：极性效应、吸附效等。正确的选择极性正确的选择极性：短脉冲精加工采用正极性加工，：短脉冲精加工采用正极性加工，长脉冲粗加工采用负极性加工。长脉冲粗加工采用负极性加工。利用吸附效应利用吸附效应：电火花加工中，碳微粒一般带负电：电火花加工中，碳微粒一般带负电荷，在电场作用下向正极移动并吸附在正极的表面，形荷，在电场作用下向正极移动并吸附在正极的表面，形成一定厚度的化学吸附层，称为碳黑膜。由于碳的熔点成一定厚度的化学吸附层，称为碳黑膜。由于碳的熔点和汽化点很高，可对电极起到保护和补偿作用，从而实和汽化点很高，可对电极起到保护和补偿作用，从而

22、实现了低损耗加工。现了低损耗加工。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 选择合适的工具电极材料选择合适的工具电极材料 钨、钼的熔点和沸点较高，损耗小，但机加工性钨、钼的熔点和沸点较高，损耗小，但机加工性能不好，价格较贵，主要用于电火花线切割中；铜的能不好，价格较贵，主要用于电火花线切割中；铜的熔点虽低，但导热性好，损耗也较少，可以制作各种熔点虽低，但导热性好，损耗也较少，可以制作各种精密、复杂的电极，长作为中、小型腔加工的工具电精密、复杂的电极，长作为中、小型腔加工的工具电极；石墨电极不仅热学性能好，而且在长脉冲粗加工极；石墨电极不仅热学性能好，而且在长

23、脉冲粗加工时能吸附游离的碳来补偿电极的损耗，所以相对损耗时能吸附游离的碳来补偿电极的损耗，所以相对损耗很低，目前广泛用做型腔加工的电极。很低，目前广泛用做型腔加工的电极。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 3、影响电火花加工精度的主要因素影响电火花加工精度的主要因素 影响电火花加工精度的主要因素有：放电间隙的影响电火花加工精度的主要因素有：放电间隙的大小和一致性，工具电极的损耗及其稳定性。精加工大小和一致性，工具电极的损耗及其稳定性。精加工的放电间隙一般为的放电间隙一般为0.01mm，粗加工的放电间隙为，粗加工的放电间隙为0.5mm左右。左右。影响电火

24、花加工形状精度的因素还有影响电火花加工形状精度的因素还有“二次放电二次放电”，二次放电是指已加工表面由于电蚀产物等介入而，二次放电是指已加工表面由于电蚀产物等介入而再次进行的非必要的放电，它使加工深度方向产生斜再次进行的非必要的放电，它使加工深度方向产生斜度和棱角棱边变钝。度和棱角棱边变钝。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 4、影响电火花加工表面质量的主要因素影响电火花加工表面质量的主要因素 （1）表面粗糙度：表面粗糙度主要取决于单个脉冲能）表面粗糙度：表面粗糙度主要取决于单个脉冲能量，单个脉冲能量越大，表面粗糙度越大。量，单个脉冲能量越大，表面粗糙

25、度越大。（2）表面组织变化层：电火花加工后，工件表面物理、）表面组织变化层：电火花加工后，工件表面物理、化学和机械性能有所变化，表面变化层中存在金相组化学和机械性能有所变化，表面变化层中存在金相组织、晶粒的变化，有时还有渗碳现象、显微裂纹和气织、晶粒的变化，有时还有渗碳现象、显微裂纹和气孔等。单个脉冲能量越大，脉冲宽度越宽，变化层越孔等。单个脉冲能量越大，脉冲宽度越宽，变化层越深。深。（3）表面微观裂纹：加工硬脆材料时，容易产生表面）表面微观裂纹：加工硬脆材料时，容易产生表面裂纹。工件材料越脆、单个脉冲能量越大、脉冲宽度裂纹。工件材料越脆、单个脉冲能量越大、脉冲宽度越宽，越容易产生裂纹。越宽，

26、越容易产生裂纹。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 5.2.5 脉冲电源脉冲电源 脉冲电源的作用是把工频交流电流转换为一定频率脉冲电源的作用是把工频交流电流转换为一定频率的单向脉冲电流，供给火花放电间隙所需要的能量来的单向脉冲电流，供给火花放电间隙所需要的能量来蚀除金属。其对加工生产率、表面质量、加工速度和蚀除金属。其对加工生产率、表面质量、加工速度和工具电极损耗等都有很大影响。工具电极损耗等都有很大影响。脉冲电源应满足以下工艺要求：脉冲电源应有足够脉冲电源应满足以下工艺要求：脉冲电源应有足够的输出功率；工具电极损耗小，以保证加工精度；较的输出功率；工

27、具电极损耗小，以保证加工精度；较小的加工表面粗糙度；脉冲参数调节简便，电源性能小的加工表面粗糙度；脉冲参数调节简便，电源性能稳定可靠，维护方便。稳定可靠，维护方便。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 RC线路是驰张式脉冲电源中最简单、最基本的一种。线路是驰张式脉冲电源中最简单、最基本的一种。它由两个回路组成：一个是充电回路，由直流电源、它由两个回路组成：一个是充电回路，由直流电源、充电电阻和电容器组成；另一个是放电回路，由电容充电电阻和电容器组成；另一个是放电回路，由电容器、工具电极和工件组成。器、工具电极和工件组成。当直流电源接通后，电流经限流电阻向

28、电容充电，当直流电源接通后，电流经限流电阻向电容充电，电容两端的电压按指数逐步上升，当电容两端的电压电容两端的电压按指数逐步上升，当电容两端的电压上升到等于工具电极和工件间隙的击穿电压时，间隙上升到等于工具电极和工件间隙的击穿电压时，间隙就被击穿，电阻变得很小，电容器上储存的能量瞬时就被击穿，电阻变得很小，电容器上储存的能量瞬时释放，形成较大的脉冲电流。电容上的能量释放后，释放，形成较大的脉冲电流。电容上的能量释放后，电压瞬时下降到接近零，间隙中的工作液迅速恢复绝电压瞬时下降到接近零，间隙中的工作液迅速恢复绝缘状态。此后，电容器再次充电，又重复前述过程。缘状态。此后，电容器再次充电，又重复前述

29、过程。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 5.2.6 发展动态发展动态 国外传统制造强国如美国、日本、德国等对此进行了国外传统制造强国如美国、日本、德国等对此进行了深入的研究，国内山东大学、清华大学、哈尔滨工业大学、深入的研究，国内山东大学、清华大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学等对此进行相关的研究。华中科技大学等对此进行相关的研究。一般主要集中在放电电流、脉宽、脉间参数等对加工一般主要集中在放电电流、脉宽、脉间参数等对加工效率和表面质量的影响。同时也对电火花技术进行改进研效率和表面质量的影响。同时也对电火花技术进行改进研究，如采用向工作液中通入一定的

30、氧气，通过氧化反应产究，如采用向工作液中通入一定的氧气，通过氧化反应产生大量的热量，有利于工件材料的熔化或气化，并增加抛生大量的热量，有利于工件材料的熔化或气化，并增加抛出熔融物质的爆炸力，从而提高材料去除率；出熔融物质的爆炸力，从而提高材料去除率；也有些学者提出使工具电极作超声振动，振动可以改也有些学者提出使工具电极作超声振动，振动可以改善间隙中杂质的分布，有利于碎屑的排除，可以大幅度提善间隙中杂质的分布，有利于碎屑的排除，可以大幅度提高加工速度。高加工速度。发展了电火花镜面加工技术，通过在工作液中添加一发展了电火花镜面加工技术，通过在工作液中添加一定浓度的硅、铝等微细粉末，以改变电火花放电

31、状态，使定浓度的硅、铝等微细粉末，以改变电火花放电状态，使电火花加工表面的粗糙度显著降低，表面性能得到改善。电火花加工表面的粗糙度显著降低，表面性能得到改善。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 一些学者发现，电极损耗主要是放电初始阶段的电一些学者发现，电极损耗主要是放电初始阶段的电子流造成，所以采用电流斜率控制方法控制放电初期的子流造成，所以采用电流斜率控制方法控制放电初期的放电能量，使这一阶段的电子流尽可能小，可有效改善放电能量，使这一阶段的电子流尽可能小，可有效改善电极损耗的情况。电极损耗的情况。微细电火花技术，微进给结构和微电机制造技术是微微细电

32、火花技术，微进给结构和微电机制造技术是微细电火花加工技术的关键。日本可以加工出直径为细电火花加工技术的关键。日本可以加工出直径为25um的微孔。的微孔。近年来有些学者利用电火花技术加工非导体材料。加近年来有些学者利用电火花技术加工非导体材料。加工原理为：在非导体材料表面预制一层具有导电性的辅工原理为：在非导体材料表面预制一层具有导电性的辅助电极，然后将工具和工件一起放入工作液中，加工开助电极，然后将工具和工件一起放入工作液中，加工开始阶段，由于辅助电极的导电性，电火花加工得以进行，始阶段，由于辅助电极的导电性，电火花加工得以进行，当穿过辅助电极后，由于分解产生的碳沉积物附着于非当穿过辅助电极后

33、，由于分解产生的碳沉积物附着于非导体表面形成一层导电膜，使其加工表面具有导电性，导体表面形成一层导电膜，使其加工表面具有导电性，从而使加工继续进行。从而使加工继续进行。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室n1 概述概述n2 加工原理、特点及应用加工原理、特点及应用n3 线切割机床简介线切割机床简介n4 线切割程序编制线切割程序编制n5 加工操作演示加工操作演示5.2.7电火花线切割加工现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1、概述 电火花线切割加工（电火花线切割加工（Wire Cut Electrical Disch

34、arge Machining，简称，简称WEDM）是在电火花加工基础上，于）是在电火花加工基础上，于20世纪世纪50年代末最早在前苏联发展起来的一种新的工艺形年代末最早在前苏联发展起来的一种新的工艺形式，它是利用丝状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件式，它是利用丝状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，简称进行切割，简称线切割线切割。图图1 线切割机床线切割机床图图2 切割用钼丝切割用钼丝现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室线切割加工现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室2、加工原理 电火花线切割加工的基本原理

35、是利用快速移动的电极电火花线切割加工的基本原理是利用快速移动的电极丝，对工件进行脉冲火花放电，腐蚀工件表面，使工件材丝，对工件进行脉冲火花放电，腐蚀工件表面，使工件材料局部熔化和气化，从而达到切割工件，去除材料的目的。料局部熔化和气化，从而达到切割工件，去除材料的目的。图图3 线切割的加工原理线切割的加工原理现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室加工的必要条件 要使放电腐蚀原理用于导电材料的尺寸加工，必须具要使放电腐蚀原理用于导电材料的尺寸加工，必须具备以下几个基本条件：备以下几个基本条件：1.必须保持一定的放电间隙必须保持一定的放电间隙 2.必须采用一定

36、频率功率脉冲电源必须采用一定频率功率脉冲电源 3.必须在一定绝缘性能的介质中进行放电必须在一定绝缘性能的介质中进行放电现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室放电加工的微观过程 放电加工时，金属材料蚀除的微观过程可分为以下四个放电加工时，金属材料蚀除的微观过程可分为以下四个连续的阶段：连续的阶段：1.极间介质的击穿与放电极间介质的击穿与放电2.能量的转换、分布与传递能量的转换、分布与传递3.电极材料的抛出电极材料的抛出4.极间介质的消电离极间介质的消电离现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室加工特点 电火花线切割加工属于

37、特种加工。它与传统的机械加工电火花线切割加工属于特种加工。它与传统的机械加工相比，有如下优点：相比，有如下优点：1.非接触式，适合高硬度难切削材料的加工非接触式，适合高硬度难切削材料的加工 2.十分适合复杂形孔及外形的加工十分适合复杂形孔及外形的加工 3.切缝细，节省宝贵的金属材料切缝细，节省宝贵的金属材料 4.加工的尺寸精度高，表面粗糙度好加工的尺寸精度高，表面粗糙度好 5.易于实现数字控制易于实现数字控制 6.加工的残余应力较小加工的残余应力较小现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室局限性 电火花线切割加工也有它的局限性。这主要体现在以电火花线切割加工

38、也有它的局限性。这主要体现在以下几个方面：下几个方面：1.仅限于金属等导电材料的加工仅限于金属等导电材料的加工 2.加工速度较慢，生产效率较低加工速度较慢，生产效率较低 3.存在电极损耗和二次放电存在电极损耗和二次放电 4.最小角部半径有限制最小角部半径有限制现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室应用范围 电火花线切割加工的应用领域日益扩大，目前已广泛应电火花线切割加工的应用领域日益扩大，目前已广泛应用于机械（特别是用于机械（特别是模具制造模具制造）、航空、宇航、电子、电器）、航空、宇航、电子、电器电机、仪器仪表、汽车拖拉机、轻工等行业。电机、仪器仪表、汽

39、车拖拉机、轻工等行业。图4 电火花线切割加工的精密零件现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室线切割加工件棱锥体形件棱锥体形件多孔窄缝加工多孔窄缝加工冷冲凸模的加工冷冲凸模的加工现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室线切割作品现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室3、线切割机床简介 一台普通的线切割机床的结构组成如右图所示。一台普通的线切割机床的结构组成如右图所示。它总体上由它总体上由主机主机，脉冲电源脉冲电源，数控系统数控系统三部分组成。三部分组成。此外，机床的主机部分还附加了此外

40、，机床的主机部分还附加了工作液循环系统工作液循环系统。图图5 数控电火花线切割加工机床数控电火花线切割加工机床现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室线切割机床组成主机主机 由床身、工作台、运丝机构、丝架和工作液系由床身、工作台、运丝机构、丝架和工作液系统等组成，是机床的主要部分。统等组成，是机床的主要部分。脉冲电源脉冲电源 又称高频电源，其作用是把普通的又称高频电源，其作用是把普通的50HZ交流电转换成高频单向脉冲电压。交流电转换成高频单向脉冲电压。数控系统数控系统 以电脑为核心，用程序实现电极丝放电加以电脑为核心，用程序实现电极丝放电加工全过程的实时控制

41、。工全过程的实时控制。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室线切割机床分类 根据电极丝走丝方式的不同，数控线切割机床根据电极丝走丝方式的不同，数控线切割机床分为：分为：快走丝线切割机床快走丝线切割机床和和慢走丝线切割机床慢走丝线切割机床。两。两者的特点对比如下：者的特点对比如下：线切割机床类型快走丝慢走丝电极丝运行速度电极丝运行速度300700m/min0.515m/min电极丝运动形式电极丝运动形式双向往复运动双向往复运动单向运动单向运动常用电极丝材料常用电极丝材料钼丝（钼丝（0.10.2mm）铜、钨、钼及各种合金铜、钨、钼及各种合金（0.10.35mm

42、）工作液工作液乳化液或皂化液乳化液或皂化液去离子水、煤油去离子水、煤油尺寸精度尺寸精度0.0150.02mm0.001mm表面粗糙度表面粗糙度R1.252.5m0.160.8m设备成本设备成本低廉低廉昂贵昂贵现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室图7 走丝机构(a)快速走丝机构快速走丝机构1丝架;2导电器;3导轮;4电极丝;5工件;6工作台;7储丝筒(b)慢速走丝机构慢速走丝机构1,4,10滑轮;2,9压紧轮;3制动轮;5供丝卷筒;6卷丝筒;7导向轮；8卷丝滚轮;11,15导电器;12,13金铜石导向器;14工件现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设

43、计与集成制造技术教育部重点实验室中走丝线切割机床 现以现以DK7732型线切割机床为例，对中走丝线切割型线切割机床为例，对中走丝线切割机床作一简要介绍。机床作一简要介绍。DK7732是一种数控精密型是一种数控精密型中走丝中走丝线切割机床。所谓线切割机床。所谓中走丝机床目前国内尚没统一的定义标准。一般认为，它中走丝机床目前国内尚没统一的定义标准。一般认为，它的特点是的特点是加工速度接近于快走丝，而加工的质量趋于慢走加工速度接近于快走丝，而加工的质量趋于慢走丝丝。其走丝速度在。其走丝速度在1.510m/s之间。之间。中走丝机床加工出中走丝机床加工出的零件表面粗糙度比快走丝机床好。而相比慢走丝机床，

44、的零件表面粗糙度比快走丝机床好。而相比慢走丝机床，它的设备成本低，具备更好的经济性。它的设备成本低，具备更好的经济性。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室机床型号含义D K 7 7 32机床工作台宽度为机床工作台宽度为320mm320mm特性代号，数控机床特性代号，数控机床组代号，线切割加工机床组代号，线切割加工机床系代号，快走丝线切割机床系代号，快走丝线切割机床类别代号，电加工机床类别代号，电加工机床现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室机床规格及主要参数机床型号机床型号DK7732工作台尺寸工作台尺寸660X45

45、0工作台行程工作台行程400X320最大加工厚度最大加工厚度400最大生产率最大生产率160mm2/min最佳表面粗糙度最佳表面粗糙度1.6m电极丝直径电极丝直径0.1mm 0.2mm电极丝丝速调节范围电极丝丝速调节范围011m/s标准供电电源标准供电电源380V/50Hz最大消耗功率最大消耗功率2KW现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4、线切割程序编制 线切割编程涵盖了切割图形、切割路径及切割线切割编程涵盖了切割图形、切割路径及切割次数等工艺信息。线切割程序有着标准的指令格式。次数等工艺信息。线切割程序有着标准的指令格式。常用的有两种：常用的有两种：

46、G指令指令和和3B指令指令，可根据实际需要，可根据实际需要来选择。来选择。如今的线切割机床都带有如今的线切割机床都带有自动编程自动编程功能，即操功能，即操作者只需将要切割的图形在机器绘制出来并存盘，作者只需将要切割的图形在机器绘制出来并存盘，系统会自动分析并生成加工程序，避免的烦琐的手系统会自动分析并生成加工程序，避免的烦琐的手工编程。工编程。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室HF线切割编程系统操作界面现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室5、加工操作演示线切割试件的图纸如下。线切割试件的图纸如下。图10 凸模加工

47、图纸现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室全绘自动编程 根据图纸要求，在机器上绘制如上图所示的切割图形，并添加引入引出线，待设置完切割路径、切割次数和间隙补偿等工艺参数后，编程系统会自动生成加工程序！生成的程序段示例（G代码）G92 X-15000 Y2500G01 X5000 Y0G01 X5670 Y0G02 X0 Y-5000 I4330 J-2500G01 X-5670 Y0M00M02n图图11 线切割加工示意图线切割加工示意图现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室加工操作流程n调用程序调用程序n设置参数设置

48、参数n启动走丝启动走丝n启动冷却液启动冷却液n启动放电启动放电n启动切割启动切割现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室机床维护及保养n机床转动部分必须每天加机床转动部分必须每天加油油,转动较少部位加固体油转动较少部位加固体油脂脂n机床用毕擦拭干净加润滑机床用毕擦拭干净加润滑油油现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 电电化化学学加加工工（Electro Chemical Machining，ECM）包包括括从从工工件件上上去去除除金金属属的的电电解解加加工工和和在在工工件件上上沉沉积积金金属属的的电电铸加工两大类。铸加

49、工两大类。5.3.1 电化学加工原理电化学加工原理 1、法拉第电解定律、法拉第电解定律式中：式中：m 为电极溶解或析出产物的为电极溶解或析出产物的质量质量，g；V 为电极为电极溶解或析出产物的溶解或析出产物的体积体积，mm；k为被电解物质的为被电解物质的质量质量电化学当量电化学当量，g/（Ah）；）；为被电解物质的为被电解物质的体积电化体积电化学当量学当量，mm/（Ah）；）；I 为电解电流，为电解电流，A；t 为电解为电解时间，时间，h5.3电化学加工技术现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 若已知工件材料的电化学当量，便可利用法拉第电解若已知工件材料

50、的电化学当量，便可利用法拉第电解定律，根据电流和时间来计算工件金属的蚀除量；相反，定律，根据电流和时间来计算工件金属的蚀除量；相反，也可根据加工余量计算所需的电流和加工工时也可根据加工余量计算所需的电流和加工工时。实际电解。实际电解加工时，某些情况下在阳极上可能还出现其他反应，如氧加工时，某些情况下在阳极上可能还出现其他反应，如氧气或氯气的析出；或者由部分金属以高价离子溶解，从而气或氯气的析出；或者由部分金属以高价离子溶解，从而额外地多消耗一些电荷量。所以额外地多消耗一些电荷量。所以被电解掉的金属量有时会被电解掉的金属量有时会小于所计算的理论值小于所计算的理论值。为此实际应用时引入一个电流效率