电火花加工课件.ppt

1、 电火花加工的定义电火花加工的定义 是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的是在加工过程中，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、瞬时产生的高温把金属蚀除火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来。因放电过程中可以见到火花，故称之为电火花加下来。因放电过程中可以见到火花，故称之为电火花加工。日本、美国、英国称之为放电加工，前苏联也称为工。日本、美国、英国称之为放电加工，前苏联也称为电蚀加工。电蚀加工。即：电火花加工放电加工电蚀加工即：电火花加工放电加工电蚀加工 电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的

2、温度，足以使任何金属材料局部熔化、气化而被蚀除的温度，足以使任何金属材料局部熔化、气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。掉，形成放电凹坑。第三章第三章 电火花加工电火花加工实现电火花加工的条件实现电火花加工的条件 （1 1）工具电极和工件之间要保持一定的放电间隙）工具电极和工件之间要保持一定的放电间隙l这一间隙随着加工条件而定，通常只有几微米至几百微这一间隙随着加工条件而定，通常只有几微米至几百微米。米。l如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会产生火花放电。产生火花放电。l如果间隙过小，很容易形成短路接触，同样也不能产生如果间隙过小，很容易形成

3、短路接触，同样也不能产生火花放电。火花放电。l因此，在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进因此，在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调节装置给和调节装置“不接触加工不接触加工”是电火花加工与普通切削加工的不同之处。正常是电火花加工与普通切削加工的不同之处。正常电火花加工时工件和工具电极有一放电间隙，工件以电火花加工时工件和工具电极有一放电间隙，工件以V Vw w的速度不的速度不断被蚀出，间隙断被蚀出，间隙S S将逐渐扩大，必须使电极工具以速度将逐渐扩大，必须使电极工具以速度V Vd d补偿进补偿进给以维持所需的放电间隙；给以维持所需的放电间隙；如果进给量如果进给量V Vd d大于

4、工件的蚀出速度大于工件的蚀出速度V Vw w，则间隙，则间隙S S将逐渐变小，此将逐渐变小，此时电蚀产物难以及时排除，从而产生二次放电，使能量消耗在电时电蚀产物难以及时排除，从而产生二次放电，使能量消耗在电蚀产物的重熔上，同样会使加工速度降低，加工面烧伤。蚀产物的重熔上，同样会使加工速度降低，加工面烧伤。当间隙值等于零当间隙值等于零(S=0)(S=0)时，则形成短路。虽然短路本身既不产生时，则形成短路。虽然短路本身既不产生材料蚀出，也不损伤电极，但在短路处造成了一个热点，而在短材料蚀出，也不损伤电极，但在短路处造成了一个热点，而在短路数次后，自动调节系统使工具电极在回退消除短路时又很容易路数次

5、后，自动调节系统使工具电极在回退消除短路时又很容易引发引发“拉弧拉弧”（指电压击穿空气时候的放电现象）。（指电压击穿空气时候的放电现象）。为此，在电火花加工过程中，尤其为此，在电火花加工过程中，尤其在由粗在由粗中中精转换加工规准之后，要精转换加工规准之后，要维持一定的放电间隙，必须重新调节主维持一定的放电间隙，必须重新调节主轴进给量旋钮才能达到稳定进给的加工轴进给量旋钮才能达到稳定进给的加工状态，即使在同一规准下，当加工面积状态，即使在同一规准下，当加工面积或加工深度有了较大的变化时，也应重或加工深度有了较大的变化时，也应重新调节进给旋钮，以防出现不稳定加工新调节进给旋钮，以防出现不稳定加工状

6、态和短路现象。状态和短路现象。拉弧现象在电火花加工中常常发生，一旦出现，它将直接影响到拉弧现象在电火花加工中常常发生，一旦出现，它将直接影响到加工的稳定性，降低其加工速度和加工质量。加工的稳定性，降低其加工速度和加工质量。在实际加工中，为确保加工质量，防止拉弧，我们往往则采取：在实际加工中，为确保加工质量，防止拉弧，我们往往则采取：(1)(1)在加工小面积工件时，由于它的局部电蚀产物浓度过高，放在加工小面积工件时，由于它的局部电蚀产物浓度过高，放电后的余热未及时传播扩散，一般取较小的峰值电流，其电电后的余热未及时传播扩散，一般取较小的峰值电流，其电流密度可维持在流密度可维持在3-5A/cm3-

7、5A/cm2 2范围内。范围内。(2)(2)在加工较大面积工件时，尤其是在加工细长型腔，形状复杂在加工较大面积工件时，尤其是在加工细长型腔，形状复杂的工件时，往往通过提高抬刀运动或增加冲液压力来防止和的工件时，往往通过提高抬刀运动或增加冲液压力来防止和降低拉弧现象。（垃圾没排清，放电条件不良，形成拉弧）降低拉弧现象。（垃圾没排清，放电条件不良，形成拉弧）(3)(3)为保证制件的加工工艺和加工精度，在粗加工时，脉冲宽度为保证制件的加工工艺和加工精度，在粗加工时，脉冲宽度t ti i与脉冲间隔与脉冲间隔t t0 0之比应在之比应在10:1-2:110:1-2:1范围内选取；精加工时脉冲范围内选取；

8、精加工时脉冲宽度宽度t ti i与脉冲间隔与脉冲间隔t t0 0之比应取在之比应取在1:1-1:101:1-1:10间，从而有利于提高间，从而有利于提高排屑能力，防止二次放电和拉弧的产生。排屑能力，防止二次放电和拉弧的产生。（2 2）必须是瞬时脉冲放电）必须是瞬时脉冲放电 放电持续一段时间后，需要停歇一段时间，放电持续时间一放电持续一段时间后，需要停歇一段时间，放电持续时间一般为般为1010-7-71010 秒（秒（）。这样才能使产生的热）。这样才能使产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电蚀除点分别量来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电蚀除点分别局限在很小的范围内；否则，像持续

9、电弧放电那样，使表面局限在很小的范围内；否则，像持续电弧放电那样，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。电源。该图为脉冲电源空载电压波形，图中ti脉冲宽度to脉冲间隔tp脉冲周期脉冲峰值电压 或者空载电压 实现电火花加工的条件实现电火花加工的条件(3)(3)火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行如：煤油、皂化液或者去离子水。如：煤油、皂化液或者去离子水。液体介质液体介质工作液必须具有的性能：工作液必须具有的性能：较高的绝缘性能（较高的绝缘性能（10103 310107

10、 7欧姆欧姆.厘米）厘米）以至于产生以至于产生脉冲性的火花放电。脉冲性的火花放电。液体介质还能将电火花加工过程中产生的金属小屑、碳液体介质还能将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出，并且对电极和工黑等电蚀产物从放电间隙中悬浮排出，并且对电极和工件表面有较好的冷却作用。件表面有较好的冷却作用。对导电材料进行尺寸加工时，两极间为液体介质；进行材料对导电材料进行尺寸加工时，两极间为液体介质；进行材料表面强化时，两极间为气体介质。表面强化时，两极间为气体介质。实现电火花加工的条件实现电火花加工的条件（4 4）输送两极间的能量要足够大）输送两极间的能量要足够大 即放电通道要

11、有很大的电流强度（一般为即放电通道要有很大的电流强度（一般为10105 510101616A/cmA/cm2 2）。这样放电时，产生大量的热，足以使任何导电材料局部熔。这样放电时，产生大量的热，足以使任何导电材料局部熔化或气化。化或气化。（5 5）脉冲放电需要重复多次进行）脉冲放电需要重复多次进行 并且每次脉冲放电在时间上和空间上是分散的，不重复的，并且每次脉冲放电在时间上和空间上是分散的，不重复的，即每次脉冲放电一般不在同一点进行，避免发生局部烧伤。即每次脉冲放电一般不在同一点进行，避免发生局部烧伤。（6 6）脉冲放电后的电蚀产物能及时排运至放电间隙之外，）脉冲放电后的电蚀产物能及时排运至放

12、电间隙之外，使重复性脉冲放电顺利进行使重复性脉冲放电顺利进行 实现电火花加工的条件实现电火花加工的条件电火花加工的特点电火花加工的特点 1 1）电火花加工的优点）电火花加工的优点 电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料；电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料；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其热学特性，如熔点料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热学特性，如熔点、沸点、比热容、热导率、电阻率等，而几乎与其力学性能（、沸点、比热容、热导率、电阻率等，而几乎与其力学性能（如硬度、

13、强度等）无关。这样可以突破传统的切削加工对刀具如硬度、强度等）无关。这样可以突破传统的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，甚至可以加工像金刚石、立方氮化硼一类的超硬材料。像金刚石、立方氮化硼一类的超硬材料。目前电极材料多采用纯铜（俗称紫铜）或石墨，因此电极目前电极材料多采用纯铜（俗称紫铜）或石墨，因此电极容易加工。容易加工。可以加工特殊及其复杂形状的零件可以加工特殊及其复杂形状的零件 由于加工中电极和工件不直接接触，没有机械加工宏观的由于加工中电极和工件不直接接触，没有机械加工宏观的切削力，因此适宜加工低刚度工件及其微细

14、加工。由于可以简切削力，因此适宜加工低刚度工件及其微细加工。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。数控技术的采用面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工等。数控技术的采用使得用简单的电极加工复杂零件也成为可能。使得用简单的电极加工复杂零件也成为可能。脉冲放电持续的时间极短，产生的热传导局限在很小的范脉冲放电持续的时间极短，产生的热传导局限在很小的范围内，围内，材料被加工表面受热影响的范围小材料被加工表面受热影响的范围小。工具电极材料无须比工件材料硬；加工时无切削力工具电极材料无须

15、比工件材料硬；加工时无切削力；加工时工具和电极不接触，由于两者的宏观作用力很小，工加工时工具和电极不接触，由于两者的宏观作用力很小，工具电极不需比工件材料硬，因此工具电极制造容易。加工过具电极不需比工件材料硬，因此工具电极制造容易。加工过程中没有显著的程中没有显著的“切削力切削力”。因而一切小孔、深孔、弯孔、。因而一切小孔、深孔、弯孔、窄缝和薄壁弹性件等，它们不会因工具或工件刚度太低而无窄缝和薄壁弹性件等，它们不会因工具或工件刚度太低而无法加工；各种复杂的型孔、型腔和立体曲面，都可以采用成法加工；各种复杂的型孔、型腔和立体曲面，都可以采用成型电极一次加工，不会因加工面积过大而引起切削变形。型电

16、极一次加工，不会因加工面积过大而引起切削变形。直接使用电能加工，直接使用电能加工，便于实现自动化便于实现自动化；并可以；并可以减少机械加减少机械加工工序，加工周期，劳动强度低，使用维护方便工工序，加工周期，劳动强度低，使用维护方便。不产生毛刺和刀痕沟纹不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；等缺陷；电火花加工的特点电火花加工的特点 脉冲参数可以任意调节脉冲参数可以任意调节。加工中不要更换工具电极，就可。加工中不要更换工具电极，就可以在同一台机床上通过改变电规准以在同一台机床上通过改变电规准(指脉冲宽度、电流、电指脉冲宽度、电流、电压压)连续进行粗、半精和精加工。精加工的尺寸精度可达连续进行粗、半精和精加工

17、。精加工的尺寸精度可达0.01mm0.01mm，表面粗糙度，表面粗糙度Ra0.8 Ra0.8 m m，微精加工的尺寸精度可达，微精加工的尺寸精度可达0.0020.0020.004mm0.004mm，表面粗糙度，表面粗糙度Ra0.1Ra0.10.050.05m m。电火花加工工艺指标，可归纳为生产率电火花加工工艺指标，可归纳为生产率(指蚀除速度指蚀除速度)，表，表面粗糙度和尺寸精度。影响这些的工艺因素，可归纳为电极面粗糙度和尺寸精度。影响这些的工艺因素，可归纳为电极对、电参数和工作液等。当电极对及工作液已确定后，电参对、电参数和工作液等。当电极对及工作液已确定后，电参数成为工艺指标的重要参数。一

18、般随着脉冲宽度和电流幅值数成为工艺指标的重要参数。一般随着脉冲宽度和电流幅值的增加，放电间隙、生产率和表面粗糙度值均增大，由于提的增加，放电间隙、生产率和表面粗糙度值均增大，由于提高生产率和降低表面粗糙度值有矛盾，因此，在加工时要高生产率和降低表面粗糙度值有矛盾，因此，在加工时要根根据工件的工艺要求进行综合考虑，以合理选择电参数。据工件的工艺要求进行综合考虑，以合理选择电参数。电火花加工的特点电火花加工的特点电火花加工的局限性电火花加工的局限性 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，但近年来研究表明，但近年来研究表明，在具备一定条件下也可加工半导体和聚晶金刚石等非导体在具备一定

19、条件下也可加工半导体和聚晶金刚石等非导体超硬材料超硬材料 一般加工速度较慢一般加工速度较慢 通常安排工艺时，多采用切削加工来去除大部分余量，然通常安排工艺时，多采用切削加工来去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求得较高的生产率，但是最近已有后再进行电火花加工以求得较高的生产率，但是最近已有新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率可以不亚于切削加工。花加工，其生产率可以不亚于切削加工。存在电极损耗，这就影响了成型精度存在电极损耗，这就影响了成型精度。由于电极损耗多集中在尖角或底面，影响成型精度。但是由于电极损耗多集中在

20、尖角或底面，影响成型精度。但是近年来粗加工时，已经能将电极相对损耗比降至近年来粗加工时，已经能将电极相对损耗比降至0.10.1以以下，甚至更小。下，甚至更小。最小圆角半径有限制最小圆角半径有限制，一般电火花加工能得到的最小一般电火花加工能得到的最小角部半径等于加工间隙（通常为角部半径等于加工间隙（通常为0.020.020.3mm0.3mm），若电极有），若电极有损耗或采用平动、摇动加工则角部半径还要增大。损耗或采用平动、摇动加工则角部半径还要增大。加工表面的光泽问题加工表面的光泽问题 加工后加工后表面产生变质层表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；，在某些应用中须进一步去除；工作液的工作液

21、的净化净化和加工中产生的和加工中产生的烟雾烟雾污染处理比较麻烦。污染处理比较麻烦。加工过程必须在工作液中进行。电火花加工时放电部位加工过程必须在工作液中进行。电火花加工时放电部位必须在工作液中，否则将引起异常放电。必须在工作液中，否则将引起异常放电。线切割加工有厚度极限线切割加工有厚度极限。电火花加工的局限性电火花加工的局限性为保证电蚀加工顺利进行，必须注意下列几点：为保证电蚀加工顺利进行，必须注意下列几点：1 1火花放电的时间必须极短，且是间歇性的、脉冲性的瞬时放火花放电的时间必须极短，且是间歇性的、脉冲性的瞬时放电。电。一般每一脉冲延续时间应小于一般每一脉冲延续时间应小于0.001s0.0

22、01s才能使热量来不及传才能使热量来不及传导和扩散出去，从而局部地蚀掉金属，否则就会象电弧持续放导和扩散出去，从而局部地蚀掉金属，否则就会象电弧持续放电那样，只能起焊接和切割作用，无法用于尺寸加工。电那样，只能起焊接和切割作用，无法用于尺寸加工。2 2电蚀加工中，不仅工件被蚀除，工具电极也被蚀除，但两极电蚀加工中，不仅工件被蚀除，工具电极也被蚀除，但两极蚀除速度不同，这种现象称为蚀除速度不同，这种现象称为“极效应极效应”。为了减少工具电极为了减少工具电极的消耗和提高生产率，希望极效应越显著越好，即的消耗和提高生产率，希望极效应越显著越好，即工件蚀除的工件蚀除的速度要远远地超过工具电极蚀除的速度

23、。速度要远远地超过工具电极蚀除的速度。为此电蚀加工的电源为此电蚀加工的电源应选择应选择直流脉冲电源直流脉冲电源。若采用交流脉冲电源时，由于工件与工。若采用交流脉冲电源时，由于工件与工具电极的极性不断改变，便总的极效应等于零。同时应正确选具电极的极性不断改变，便总的极效应等于零。同时应正确选择极性，一般采用择极性，一般采用正极性正极性(即工件接正极，工具电极接负极即工件接正极，工具电极接负极)。3 3电蚀加工是在液体介质中进行的电蚀加工是在液体介质中进行的，常用的液体介质有煤油、，常用的液体介质有煤油、1010号机油、锭子油等，液体介质不仅将电蚀产物从间隙中排除号机油、锭子油等，液体介质不仅将电

24、蚀产物从间隙中排除，并应起绝缘、冷却和提高电蚀的能力。，并应起绝缘、冷却和提高电蚀的能力。电火花加工的用途电火花加工的用途 电火花加工主要用于电火花加工主要用于:l 加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；l 加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；l 加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；l 加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具;l 刻字、打印铭牌和标记刻字、打印铭牌和标记;l 表面强化表面强化;l 辅助

25、用途：如去除折断在工件中的丝锥、钻头、修复辅助用途：如去除折断在工件中的丝锥、钻头、修复磨损件、跑合齿轮啮合件。磨损件、跑合齿轮啮合件。电火花加工的应用范围电火花加工的应用范围 由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域日益扩大，目前已广泛应用于点，因此其应用领域日益扩大，目前已广泛应用于机械（特机械（特别是模具制造）、宇航、航空、电子、电机电器别是模具制造）、宇航、航空、电子、电机电器 、精密机、精密机械、仪器仪表、汽车拖拉机、轻工械、仪器仪表、汽车拖拉机、轻工等行业，已解决等行业，已解决难加工材难加工材料及其复杂形状零

26、件的加工料及其复杂形状零件的加工问题。问题。加工范围已达到加工范围已达到小至几微米的小轴、孔、缝，大到几小至几微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件米的超大型模具和零件。电火花加工工艺方法的分类电火花加工工艺方法的分类 按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可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：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利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花电火花成形加工成形加工；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

27、运动，以切割导电材料的尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工电火花线切割加工；电火花加工工艺方法的分类电火花加工工艺方法的分类 利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔或成利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔或成形磨削的形磨削的电火花磨削电火花磨削；用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回电火花共轭回转加工转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的其他种类的加工。加工。各类电火花加工方法的主要特点和用途：各类电火花加工方法的主要特点和用途：各类电火花加工方法的主要特点和用途：各

28、类电火花加工方法的主要特点和用途：电火花加工装置原理图电火花加工装置原理图 脉冲发生器脉冲发生器1 1的两极分别接在工的两极分别接在工具电极具电极2 2与工件与工件3 3上，当两极在工上，当两极在工作液作液4 4中靠近时，极间电压击穿中靠近时，极间电压击穿间隙而产生火花放电，在放电通间隙而产生火花放电，在放电通道中瞬时产生大量的热、达到很道中瞬时产生大量的热、达到很高的温度（高的温度（1000010000以上以上，使，使工件和工具表面局部材料熔化甚工件和工具表面局部材料熔化甚至气化而被蚀除下来，形成一个至气化而被蚀除下来，形成一个微小的凹坑多次放电的结果，微小的凹坑多次放电的结果，就使工件表面

29、形成许多非常小的就使工件表面形成许多非常小的凹坑。电极不断下降，工具电极凹坑。电极不断下降，工具电极的轮廓形状便复印到工件上，这的轮廓形状便复印到工件上，这样就完成了工件的加工。样就完成了工件的加工。电火花加工原理电火花加工原理 电火花加工机理电火花加工机理 是基于工具和工件（正、负极）之间的脉冲性火花放电时是基于工具和工件（正、负极）之间的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、形状及表面质量预定的加工要求。状及表面质量预定的加工要求。电火花加工表面局部放大图电火花加工表面局部放大图 图图a a表示单个脉冲放电后的电蚀

30、坑；图表示单个脉冲放电后的电蚀坑；图b b表示多次放电后的电极表示多次放电后的电极表面。脉冲放电结束以后，经过一段间隔时间（脉冲间隔表面。脉冲放电结束以后，经过一段间隔时间（脉冲间隔t0t0），使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两个电极上，使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两个电极上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀一个小凹坑。这样随着相当高的频率，连续不断的重复放电蚀一个小凹坑。这样随着相当高的频率，连续不断的重复放电，工具电极不断向工件进给，就使工具的形状复制到工件上电，工具电极不断向工件进给，就使

31、工具的形状复制到工件上，加工出所需要的零件，整个加工表面将由无数个小凹坑所组，加工出所需要的零件，整个加工表面将由无数个小凹坑所组成。成。每次火花腐蚀的微观过程是每次火花腐蚀的微观过程是电场力、磁力、热力、流体电场力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。电火花加等综合作用的过程。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，使局部金属融化，甚至汽化，从而将金属生瞬时高温，使局部金属融化，甚

32、至汽化，从而将金属蚀除下来。这一过程大致分为以下四个连续的阶段：蚀除下来。这一过程大致分为以下四个连续的阶段：一、极间介质的电离、击穿、形成放电通道；一、极间介质的电离、击穿、形成放电通道；二、介质的热分解、电极材料的熔化、气化热膨胀；二、介质的热分解、电极材料的熔化、气化热膨胀；三、电极材料的抛出；三、电极材料的抛出；四、极间介质的消电离。四、极间介质的消电离。电火花加工过程电火花加工过程当脉冲电压施加于工具电极与工件之间时，两电极之间立即形成一个电当脉冲电压施加于工具电极与工件之间时，两电极之间立即形成一个电场。电场强度与电压成正比，与距离成反比，随着两电极之间电压的升场。电场强度与电压成

33、正比，与距离成反比，随着两电极之间电压的升高或者极间距离的减小，极间电场强度也将随着增大。由于工具电极和高或者极间距离的减小，极间电场强度也将随着增大。由于工具电极和工件的微观表面是凸凹不平的，极间距离又很小，因而工件的微观表面是凸凹不平的，极间距离又很小，因而极间电场强度是极间电场强度是很不均匀的，两电极离得最近的突出点或尖端处电场强度一般为最大很不均匀的，两电极离得最近的突出点或尖端处电场强度一般为最大。液体介质中的杂质（金属微粒、碳离子、胶体离子），还有一些自由电液体介质中的杂质（金属微粒、碳离子、胶体离子），还有一些自由电子，介质呈现一定的电导率；使极间电场更不均匀，当某处的电场强度子

34、，介质呈现一定的电导率；使极间电场更不均匀，当某处的电场强度增加到增加到10105 5V/mmV/mm时，产生场致电子发射。在电场的作用下，电子高速向阳时，产生场致电子发射。在电场的作用下，电子高速向阳极运动并撞击工作液中的分子和中性原子，产生碰撞电离形成带正电的极运动并撞击工作液中的分子和中性原子，产生碰撞电离形成带正电的离子（正离子）和带负电的离子（主要是电子），导致带电离子雪崩式离子（正离子）和带负电的离子（主要是电子），导致带电离子雪崩式增多，使介质增多，使介质击穿击穿而形成放电通道。而形成放电通道。雪崩电离开始，到建立放电通道的过程非常迅速，一般为雪崩电离开始，到建立放电通道的过程非

35、常迅速，一般为1010-7-71010-9-9s s，间，间隙电阻从绝缘状况迅速降低到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大隙电阻从绝缘状况迅速降低到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大值（几安到几百安）。由于通道直径很小，所以通道中的电流密度可高值（几安到几百安）。由于通道直径很小，所以通道中的电流密度可高达达10105 510106 6A/cmA/cm2 2。间隙电压则由击穿电压迅速下降到火花维持电压（一。间隙电压则由击穿电压迅速下降到火花维持电压（一般为般为202025V25V），电流则由），电流则由0 0上升到某一峰值电流。上升到某一峰值电流。一、极间介质的电离、击穿、形成放电通道一、极

36、间介质的电离、击穿、形成放电通道 放电通道是由数量大体相等的带正电（正离子）和带负电的放电通道是由数量大体相等的带正电（正离子）和带负电的粒子（电子）以及中性粒子（原子和分子）组成的粒子（电子）以及中性粒子（原子和分子）组成的等离子体等离子体。带电粒子对高速运动相互碰撞，产生大量的热，使通道温。带电粒子对高速运动相互碰撞，产生大量的热，使通道温度相当高，但分布是不均匀的，从通道中心向边缘逐渐降低度相当高，但分布是不均匀的，从通道中心向边缘逐渐降低，通道中心温度可高达一万摄氏度以上。由于受到放电时电，通道中心温度可高达一万摄氏度以上。由于受到放电时电流产生磁场，磁场又反过来对电子流产生向心的磁压

37、缩效应流产生磁场，磁场又反过来对电子流产生向心的磁压缩效应和周围介质惯性动力压缩效应的作用，通道瞬间扩展受到很和周围介质惯性动力压缩效应的作用，通道瞬间扩展受到很大的阻力。故放电开始阶段通道的截面很小，而通道内由高大的阻力。故放电开始阶段通道的截面很小，而通道内由高温热膨胀形成的初始压力可达到数十兆帕。温热膨胀形成的初始压力可达到数十兆帕。高温高压高温高压的放电的放电通道以及随后瞬时气化形成的气体（以后发展成气泡）急速通道以及随后瞬时气化形成的气体（以后发展成气泡）急速扩展、并产生一个强烈的冲击波向四周传递。在放电过程中扩展、并产生一个强烈的冲击波向四周传递。在放电过程中，同时还伴随着一系列的

38、，同时还伴随着一系列的派生现象派生现象热效应、电磁效应、热效应、电磁效应、光效应、声效应及其频率范围很宽的电磁波辐射和爆炸冲击光效应、声效应及其频率范围很宽的电磁波辐射和爆炸冲击波等。波等。一、极间介质的电离、击穿、形成放电通道一、极间介质的电离、击穿、形成放电通道二、介质的热分解、电极材料的熔化、气化热膨胀二、介质的热分解、电极材料的熔化、气化热膨胀极间介质一旦被电离、击穿、形成放电通道后，脉冲电源使极间介质一旦被电离、击穿、形成放电通道后，脉冲电源使通道间的通道间的电子高速奔向正极电子高速奔向正极，正离子奔向负极，正离子奔向负极，电能变成动电能变成动能，动能通过碰撞又转变成热能。于是在通道

39、内，正极和负能，动能通过碰撞又转变成热能。于是在通道内，正极和负极表面分别成为瞬时热源，分别达到很高的温度。通过高温极表面分别成为瞬时热源，分别达到很高的温度。通过高温首先把工作液介质气化，进而热裂分解气化和游离碳等，正首先把工作液介质气化，进而热裂分解气化和游离碳等，正负极表面的高温除使工作液气化、热分解气化外，也使金属负极表面的高温除使工作液气化、热分解气化外，也使金属材料熔化，直至沸腾气化。这些气化后的工作液和金属蒸气材料熔化，直至沸腾气化。这些气化后的工作液和金属蒸气，瞬时体积猛增，迅速膨胀，就像火药，爆竹点燃后那样具，瞬时体积猛增，迅速膨胀，就像火药，爆竹点燃后那样具有爆炸的特性。观

40、察电火花加工过程，可以见到放电间隙间有爆炸的特性。观察电火花加工过程，可以见到放电间隙间冒出很多小气泡，工作液迅速变黑，和听到轻微而清脆的爆冒出很多小气泡，工作液迅速变黑，和听到轻微而清脆的爆炸声。炸声。主要靠此热膨胀和局部微爆炸，使熔化、气化了的电极材料主要靠此热膨胀和局部微爆炸，使熔化、气化了的电极材料抛出蚀除。抛出蚀除。三、电极材料的抛出三、电极材料的抛出 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，工作液和金属汽化后不断向外膨胀，形成内外中心的压力最高，工作液和金属汽化后不断向外膨胀，形成内外瞬间压力差

41、，高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排挤，抛出放电瞬间压力差，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。加工中看到的桔红色火花就是通道，大部分被抛入到工作液中。加工中看到的桔红色火花就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。被抛出的高温金属熔滴和碎屑。通道和正负极表面放电点瞬时高温使通道和正负极表面放电点瞬时高温使工作液气化工作液气化和和金属材料熔化金属材料熔化、气化、气化，热膨胀产生很高的瞬时压力。，热膨胀产生很高的瞬时压力。通道中心的压力最高通道中心的压力最高，使，使气化了的气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的气化了的气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的“气泡气泡”，气，

42、气泡上下、内外的瞬时压力并不相等，压力高处的熔融金属液体和泡上下、内外的瞬时压力并不相等，压力高处的熔融金属液体和蒸气，就被排挤、抛出而进入工作液中。蒸气，就被排挤、抛出而进入工作液中。材料的抛出是热膨胀力、电动力、流体动力等综合作用的结果，材料的抛出是热膨胀力、电动力、流体动力等综合作用的结果，对这一复杂的抛出机理的认识还在不断深化中。对这一复杂的抛出机理的认识还在不断深化中。正极、负极受电子、正离子撞击的能量、热量不同；不同电极材正极、负极受电子、正离子撞击的能量、热量不同；不同电极材料的熔点、气化点不同；脉冲宽度、脉冲电流大小不同，正、负料的熔点、气化点不同；脉冲宽度、脉冲电流大小不同，

43、正、负极上被抛出材料的数量也不会相同。目前还无法定量计算。极上被抛出材料的数量也不会相同。目前还无法定量计算。四、极间介质的消电离四、极间介质的消电离 随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速降为零，标志着一次脉随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速降为零，标志着一次脉冲放电结束，但此后仍应有一段间隔时间，使间隙介质消电离冲放电结束，但此后仍应有一段间隔时间，使间隙介质消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度，以免总是重复在同一处发生放电而道处间隙介质的绝缘强度，以免总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，这

44、样可以保证按两极相对最近处或电阻率最小导致电弧放电，这样可以保证按两极相对最近处或电阻率最小处形成下一击穿放电通道。处形成下一击穿放电通道。为了保证电火花加工过程正常地进行，在两次脉冲放电之间一为了保证电火花加工过程正常地进行，在两次脉冲放电之间一般都应有足够的脉冲间隙时间，这一脉冲间隔时间的选择，不般都应有足够的脉冲间隙时间，这一脉冲间隔时间的选择，不仅要考虑介质本身消电离所需的时间（与脉冲能量有关），还仅要考虑介质本身消电离所需的时间（与脉冲能量有关），还要考虑电蚀产物排离出放电区域的难易程度（与脉冲爆炸力大要考虑电蚀产物排离出放电区域的难易程度（与脉冲爆炸力大小、放电间隔的大小、抬刀及加

45、工面积有关）。小、放电间隔的大小、抬刀及加工面积有关）。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，那么产生的热量将不能及时传出，使该处介质局部过热，散，那么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，结碳，使加工无法进行，并烧坏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

46、绝缘性，使工作液介质消电离。道的绝缘性，使工作液介质消电离。四、极间介质的消电离四、极间介质的消电离 影响材料放电腐蚀的因素影响材料放电腐蚀的因素 电火花加工过程中，材料被放电腐蚀的规律是十分复杂电火花加工过程中，材料被放电腐蚀的规律是十分复杂的综合性问题。研究影响材料放电腐蚀的因素，对于应的综合性问题。研究影响材料放电腐蚀的因素，对于应用电火花加工方法，提高电火花加工的生产率，降低工用电火花加工方法，提高电火花加工的生产率，降低工具电极的损耗是极为重要的。具电极的损耗是极为重要的。1 1 极性效应极性效应 2 2 电参数对电蚀量的影响电参数对电蚀量的影响 3 3 金属材料热学常数对电蚀量的影

47、响金属材料热学常数对电蚀量的影响 4 4 工作液对电蚀量的影响工作液对电蚀量的影响 5 5 影响电蚀量的一些其它因素影响电蚀量的一些其它因素1 1 极性效应极性效应 在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。即使是相同材料，正负极的电蚀量也是不同的程度的电蚀。即使是相同材料，正负极的电蚀量也是不同的。这种。这种单纯由于正负极性的不同而彼此电蚀量不一样的现象单纯由于正负极性的不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做叫做极性效应极性效应。如果两个电极材料不同，则极性效应更加复杂。在生产中，如果两个电极材料不同，则极性效应更加复杂。在

48、生产中，通常把通常把工件接电源的正极工件接电源的正极（工具电极接负极）时，称为（工具电极接负极）时，称为正极正极性性加工；反之，加工；反之，工件接脉冲电源的负极工件接脉冲电源的负极（工具电极接正极）（工具电极接正极）时，称为时，称为“负极性负极性”加工，又称为加工，又称为“反极性反极性”加工。加工。电火花加工时，相同材料两电极的被腐蚀量是不同的。其中电火花加工时，相同材料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极性效应。如果两电极材料不同，则极性效应更加明显。如果两电极材料不同，则极性效应更加明显。2 2 电

49、参数对电蚀量的影响电参数对电蚀量的影响 总的蚀除量总的蚀除量 蚀除速度蚀除速度 式中：式中：q q在在t t时间内的总的蚀除时间内的总的蚀除量，量，g g或或mmmm3 3；v v蚀除速度，蚀除速度，g/ming/min或或mmmm2 2/min/min，亦即工件生产率或工具损耗速度，亦即工件生产率或工具损耗速度；W WM M单个脉冲能量，单个脉冲能量，J J；f f脉冲频率，脉冲频率，HzHz；有效脉冲利用率，；有效脉冲利用率，；t t加工时间，加工时间，s s；K K与电极材料、脉冲参数、工与电极材料、脉冲参数、工作液等有关的工艺参数。作液等有关的工艺参数。单个脉冲放电能量单个脉冲放电能量

50、 W WM M单个脉冲能量，单个脉冲能量，J J；t te e单个脉冲放电时间，单个脉冲放电时间，s s；u(t)u(t)放电间隙中随时间而变化的电压，放电间隙中随时间而变化的电压，V V；i(t)i(t)放电间隙中随时间而变化的电流，放电间隙中随时间而变化的电流，A A；2 2 电参数对电蚀量的影响电参数对电蚀量的影响 提高电蚀量和生产率的途径提高电蚀量和生产率的途径 1.1.提高脉冲频率；提高脉冲频率；2.2.增加单个脉冲能量；增加单个脉冲能量；3.3.增加平均放电电流（对矩增加平均放电电流（对矩形波脉冲即为峰值电流）；形波脉冲即为峰值电流）；4.4.增加脉冲宽度；增加脉冲宽度；5.5.减