電火花成形原理及工藝應用

第1章電火花成形加工原理1

1.1電火花加工的產生與發(fā)展1

1.1.1電火花加工的產生1

1.1.2電火花加工的發(fā)展2

1.1.3電火花加工常用專業(yè)名詞術語3

1.2電火花加工特點與應用范圍7

1.2.1電火花加工特點7

1.2.2電火花加工應用范圍8

1.2.3電火花成形加工的主要應用9

1.3電火花加工物理過程概述10

1.3.1介質擊穿與放電通道形成11

1.3.2能量轉換、分配與傳遞11

1.3.3電極表面被蝕材料的拋出12

1.3.4消電離與極間介電性能的恢復12

1.4極間介質擊穿規(guī)律13

1.4.1液體介質的導電機理13

1.4.2電火花加工時的極間介質擊穿規(guī)律16

1.5極間放電物理狀態(tài)23

1.5.1放電時的物理現象23

1.5.2放電通道磁流體模型27

1.5.3極間放電電壓特性32

1.5.4放電時的電磁輻射與聲輻射38

1.6電火花加工的熱過程42

1.6.1極間放電時的能量轉換42

1.6.2導熱微分方程50

1.6.3放電時的熱源模型51

1.6.4瞬時點熱源的熱傳導模型53

1.6.5連續(xù)點熱源的熱傳導模型55

1.6.6定半徑表面熱源的熱傳播模型56

1.6.7時變半徑表面熱源的熱傳導模型57

1.6.8存在相變時的熱傳導模型58

1.6.9運動熱源的熱傳播過程59

1.7電極材料拋出機理及其表面形態(tài)63

1.7.1關于拋出力的幾種學說63

1.7.2放電表面形態(tài)67

第2章電火花成形設備及數控編程71

2.1概述71

2.1.1電火花成形機工作原理71

2.1.2電火花成形機總體結構的幾種類型71

2.1.3電火花成形機型號及主要參數74

2.1.4電火花成形機的主要分類75

2.2電火花成形機本體結構75

2.2.1機床各組成部分及其作用75

2.2.2工作液循環(huán)過濾系統(tǒng) 79

2.2.3電極裝夾頭80

2.2.4其他機床附件82

2.3電氣控制系統(tǒng)86

2.3.1電氣控制系統(tǒng)方框原理圖及電控箱結構86

2.3.2自動進給機構88

2.3.3伺服控制系統(tǒng)的類型89

2.4脈沖電源91

2.4.1脈沖電源要求與分類91

2.4.2典型脈沖電源電路92

2.5機床精度標準及檢驗方法98

2.5.1機床精度標準及檢驗工具98

2.5.2電火花成形機床的精度檢驗99

2.6電火花成形機數控編程109

2.6.1程序編制的步驟與方法109

2.6.2ISO“G”代碼程序格式111

2.6.3加工參數代碼114

2.6.4搖（平）動加工115

2.6.5數控電火花成形加工編程技巧116

第3章電火花加工基本工藝規(guī)律119

3.1電火花加工主要工藝指標及測試方法119

3.1.1加工速度119

3.1.2加工精度120

3.1.3表面質量120

3.1.4電極損耗121

3.2影響工藝指標的主要因素121

3.2.1影響加工速度的主要因素121

3.2.2影響加工精度的主要因素123

3.2.3影響加工表面質量的主要因素125

3.2.4影響工具電極相對損耗的因素126

3.3基本工藝規(guī)律126

3.3.1脈寬、峰值電流與蝕除速度的關系126

3.3.2脈寬、峰值電流與表面粗糙度的關系127

3.3.3脈寬、峰值電流與電極損耗率的關系129

3.3.4非電參數與加工速度的關系130

3.4實現高效低損耗的幾個途徑132

3.4.1充分利用極性效應132

3.4.2建立炭黑保護層134

3.4.3電火花加工中的電噴鍍現象136

3.4.4弱電解質中的電化學作用137

3.5電火花加工表面特性138

3.5.1電火花加工表面粗糙度138

3.5.2加工表面組織變化139

3.5.3電火花加工表面力學性能142

3.5.4電火花加工表面微觀裂紋145

第4章電火花成形工藝146

4.1電火花成形加工基本工藝路線及工藝分析146

4.1.1電火花成形基本工藝路線146

4.1.2電火花成形工藝分析146

4.2電火花加工前的工藝準備146

4.2.1加工前的準備147

4.2.2電極設計與制造148

4.2.3電極和工件裝夾與校正150

4.2.4加工參數設置與調整151

4.2.5工藝程序編制151

4.3電火花混粉鏡面加工153

4.3.1電火花混粉鏡面加工的產生153

4.3.2電火花混粉鏡面加工機理154

4.3.3電火花混粉鏡面加工工藝157

4.3.4電火花混粉鏡面加工表面性能161

4.3.5電火花混粉鏡面加工裝置及應用165

4.4電火花微細加工167

4.4.1微細電火花加工的特點與實現條件167

4.4.2微小型電火花加工裝置168

4.4.3微細電火花加工應用舉例170

4.5電火花深小孔加工173

4.5.1深小孔電火花加工的產生174

4.5.2電火花深小孔加工工藝174

4.5.3電火花高速深小孔加工176

4.5.4深小孔的超聲波電火花復合加工技術178

4.5.5氣體介質中深小孔電火花加工179

4.6電火花加工中的質量問題與異常現象180

4.6.1加工精度問題180

4.6.2加工表面積炭燒傷現象183

4.6.3加工表面粗糙度不符合要求184

4.6.4加工表面微觀缺陷185

4.6.5加工中的異?，F象188

第5章電火花成形工藝應用190

5.1電火花型腔加工中加工余量的分配190

5.1.1電火花放電間隙的概念190

5.1.2加工余量確定及分配的基本原則192

5.2電火花穿孔加工214

5.2.1穿孔加工工藝過程214

5.2.2滿足配合間隙的方法216

5.2.3SYL36孔電機轉子沖模穿孔加工217

5.3單軸數控電火花加工實例219

5.3.1小機床加工大工件219

5.3.2單個工具電極直接成形220

5.4型腔電火花成形228

5.4.1型腔電火花加工特點與方法228

5.4.2大型模具電火花成形228

5.4.3螺紋電火花加工231

5.4.4風葉輪注塑模的電火花加工238

5.4.5精密注塑模電火花成形248

5.5大面積型腔電火花鏡面加工253

5.5.1問題的提出及解決方案253

5.5.2對導電粉體的技術要求255

5.5.3混粉工作液的配置及濃度檢測255

5.5.4混粉鏡面加工在模具電火花中的應用256

第6章石墨電極在電火花成形中的應用261

6.1石墨的特性261

6.1.1石墨簡介261

6.1.2人工石墨及生產流程262

6.1.3石墨的理化特性263

6.2電加工專用石墨的特點265

6.2.1電極材料的種類266

6.2.2常用電極材料的特點266

6.2.3電加工專用石墨的分類269

6.3放電加工專用石墨的應用270

6.3.1放電加工專用石墨的分類特點及選材要點270

6.3.2不同石墨材質對電火花加工工藝效果的影響272

6.4石墨電極的放電參數結構特點278

6.4.1石墨電極和銅電極在脈沖波形特征上的區(qū)別278

6.4.2石墨和銅在放電加工中的各自特點280

6.5石墨材質的電加工工藝特點283

6.5.1石墨電極的放電加工應用要點283

6.5.2影響石墨電極放電工藝效果的因素286

6.5.3出現電?。ǚe炭）的主要原因及防范措施295

參考文獻298"

本書系統(tǒng)而全面地論述了電火花成形原理及其工藝應用主要包括電火花成形加工原理與物理過程、工藝特點及應用范圍電火花成形設備及編程電火花成形加工工藝規(guī)律及其表面特性電火花成形加工工藝及典型應用石墨電極在電火花成形加工中的應用等內容新穎結合實際易學易懂有較高的參考價值。本書適合于從事電火花成形加工工藝研究與應用的工程技術人員和操作人員閱讀也可供從事模具設計與制造的技術人員及大專院校機械制造及模具制造專業(yè)的師生學習參考。

本書分為三部分：第一部分為電火花加工工藝基礎，包括第一、二、三章，主要介紹電火花加工基礎知識、電火花成形加工設備、數控電火花線切割設備；第二部分為電火花成形加工，包括第四、五、六章，主要介紹電火花成形加工的基本規(guī)律和特點、電火花成形加工工藝、電火花高速小孔加工；第三部分為電火花線切割加工，包括第七、八、九、十章，主要介紹電火花線切割加工基本規(guī)律、數控電火花線切割機床操作及加工工藝、高速往復走絲電火花線切割加工經驗集錦、電火花線切割技術的最新進展。

《電火花加工工藝及應用》可供從事電火花加工的工程技術人員使用，也可供機械制造、精密儀器、機電一體化、模具設計與制造、自動化等專業(yè)的本科生及研究生使用。

電火花加工工藝及應用

第一章 電火花加工基礎知識……………………1

1.1 電火花加工的產生、發(fā)展及分布……………………1

1.2 電火花加工的特點……………………3

1.3 電火花加工應具備的條件……………………4

1.4 電火花加工的工藝類型及適用范圍……………………5

1.5 電火花加工對材料可加工性和結構工藝性等的影響……………………6

1.6 電火花放電的微觀過程……………………7

1.7 電火花加工的極性效應……………………9

1.8 影響電火花加工蝕除速度的因素……………………10

1.9 蝕除(加工)速度和電極損耗的關系……………………13

1.9.1 加工速度……………………13

1.9.2 工具電極相對損耗速度和相對損耗比……………………13

1.10 影響電火花加工精度的主要因素……………………15

1.11 電火花加工的表面質量……………………16

1.11.1 表面粗糙度……………………16

1.11.2 表面變質層……………………17

1.11.3 表面力學性能……………………17

第二章 電火花成形加工設備……………………19

2.1 電火花成形加工機床的結構及組成……………………19

2.1.1 主機……………………19

2.1.2 脈沖電源……………………25

2.1.3 放電自動進給機構……………………29

2.1.4 工作液系統(tǒng)……………………33

2.2 電火花成形加工數控系統(tǒng)……………………36

2.2.1 電火花加工單軸數控系統(tǒng)……………………37

2.2.2 電火花成形加工多軸數控系統(tǒng)……………………38

2.2.3 數控搖動加工……………………38

2.2.4 電火花加工數控編程……………………38

2.3 電火花成形加工機床常用附件……………………40

2.3.1 電極夾具……………………40

2.3.2 平動頭……………………43

2.3.3 油杯……………………44

2.3.4 電極自動交換裝置……………………45

2.3.5 C 軸……………………45

2.4 數控電火花成形加工機床的工作精度(加工技術指標考核)……………………45

2.5 安全防護……………………46

2.5.1 電氣安全……………………46

2.5.2 火災的防止……………………46

2.5.3 有害氣體的防護……………………47

第三章 數控電火花線切割設備……………………49

3.1 電火花線切割基本原理……………………49

3.2 電火花線切割加工特點……………………50

3.3 電火花線切割加工的應用范圍……………………50

3.4 電火花線切割機床分類……………………51

3.4.1 高速往復走絲電火花線切割機床……………………51

3.4.2 低速單向走絲電火花線切割機床……………………52

3.5 數控電火花線切割機床主機……………………53

3.5.1 高速往復走絲電火花線切割機床基本組成……………………53

3.5.2 低速單向走絲電火花線切割機床……………………76

3.6 數控電火花線切割機床控制系統(tǒng)……………………90

3.6.1 高速往復走絲電火花線切割機床控制系統(tǒng)……………………90

3.6.2 低速單向走絲電火花線切割機床驅動系統(tǒng)……………………99

3.7 數控電火花線切割加工脈沖電源……………………101

3.7.1 高速往復走絲電火花線切割加工脈沖電源……………………101

3.7.2 低速單向走絲電火花線切割加工脈沖電源……………………105

3.8 典型高速往復走絲電火花線切割機控制系統(tǒng)……………………108

3.9 線切割編程方法及仿形編程……………………109

3.9.1 ISO代碼……………………109

3.9.2 3B程序……………………112

3.9.3 自動編程系統(tǒng)……………………114

3.9.4 仿形編程系統(tǒng)……………………114

第四章 電火花成形加工的基本規(guī)律和特點……………………117

4.1 電火花成形加工的主要工藝指標及其影響因素……………………117

4.1.1 加工速度……………………117

4.1.2 電極損耗……………………118

4.1.3 表面粗糙度……………………119

4.1.4 加工精度……………………119

4.2 電火花成形加工脈沖參數選擇原則……………………119

4.3 影響電火花成形加工精度和表面質量的因素……………………121

4.3.1 影響加工精度的主要因素……………………121

4.3.2 電火花加工的表面質量……………………122

4.4 加工過程中的參數控制……………………125

4.4.1 過程控制的目的……………………125

4.4.2 過程控制的難度……………………125

4.4.3 離線控制參數……………………125

4.4.4 在線控制參數……………………126

4.4.5 出現拉弧時的補救措施……………………126

4.4.6 適應控制系統(tǒng)……………………126

4.5 電火花成形加工中放電不穩(wěn)定現象產生原因及改善……………………127

4.5.1 機床性能產生的放電不穩(wěn)定現象……………………128

4.5.2 電參數調節(jié)對放電穩(wěn)定性的影響……………………128

4.5.3 工作液對放電穩(wěn)定性的影響……………………129

4.5.4 電極材料的種類、質量及與加工電參數匹配對放電穩(wěn)定性的影響……………………129

4.5.5 工藝方法對放電穩(wěn)定性的影響……………………129

4.5.6 難加工部位對加工穩(wěn)定性的影響……………………130

4.5.7 加工操作的處理對加工穩(wěn)定性的影響130

第五章 電火花成形加工工藝……………………132

5.1 電火花成形加工基本工藝過程……………………132

5.1.1 加工方法的選擇……………………132

5.1.2 電極的準備……………………133

5.1.3 工件的準備……………………138

5.1.4 加工參數的選擇……………………138

5.2 電火花穿孔加工方法……………………139

5.2.1 直接加工法……………………139

5.2.2 間接加工法……………………139

5.2.3 混合加工法……………………140

5.3 電火花型腔加工方法……………………140

5.3.1 單電極平動加工法140

5.3.2 多電極更換加工法140

5.3.3 分解電極加工法……………………141

5.3.4 電火花銑削加工……………………141

5.4 電火花成形加工的一些綜合技巧……………………142

5.4.1 穿孔電極的反拷貝修正……………………142

5.4.2 電火花加工模具的后繼拋光方法……………………143

5.5 電火花成形加工工藝發(fā)展與模具制造的相關性……………………143

5.6 電火花成形加工技術在模具制造中的應用……………………145

5.6.1 注塑模加工……………………145

5.6.2 沖模電火花穿孔加工……………………145

5.6.3 精密微細加工……………………145

5.7 電火花成形加工工藝分析與操作案例……………………146

5.7.1 工藝美術品凹模型腔電火花加工實例146

5.7.2 連桿鍛模電火花加工實例……………………147

5.7.3 型腔模電火花加工實例……………………148

5.7.4 塑料葉輪注塑模電火花型腔加工實例……………………149

第六章 電火花高速小孔加工……………………151

6.1 電火花高速小孔加工原理……………………152

6.1.1 電火花高速小孔加工工藝特點……………………152

6.1.2 電火花高速小孔加工工藝規(guī)律……………………153

6.1.3 高速小孔加工極間正常放電狀態(tài)的維持154

6.1.4 電極旋轉移動放電通道避免電極燒傷……………………154

6.2 電火花高速小孔加工機床的組成……………………155

6.2.1 床身結構……………………155

6.2.2 主軸、密封旋轉系統(tǒng)和導向器……………………155

6.2.3 工作液髙壓供液系統(tǒng)……………………157

6.2.4 工作液系統(tǒng)使用操作……………………158

6.2.5 電氣系統(tǒng)的組成與功能……………………158

6.3 電火花小孔加工工藝及故障處理……………………160

6.3.1 加工參數選擇……………………160

6.3.2 非故障的異常情況處理……………………161

6.3.3 一般故障的處理……………………161

6.3.4 維護保養(yǎng)和檢查……………………162

第七章 電火花線切割加工基本規(guī)律……………………164

7.1 切割速度……………………164

7.1.1 電參數的影響……………………164

7.1.2 非電參數的影響……………………168

7.2 表面粗糙度……………………173

7.3 加工精度……………………177

7.4 電極絲損耗及耐用度……………………180

第八章 數控電火花線切割機床操作及加工工藝……………………183

8.1 高速往復走絲電火花線切割機床搬運與安裝要求……………………183

8.1.1 搬運要求……………………183

8.1.2 安裝要求……………………183

8.2 高速走絲機安全操作規(guī)程……………………183

8.3 高速走絲機加工基本操作……………………184

8.3.1 上絲……………………184

8.3.2 緊絲……………………184

8.3.3 調整線臂高度……………………185

8.3.4 校正電極絲垂直……………………185

8.4 高速走絲加工應用及工藝……………………187

8.4.1 加工基本工藝路線187

8.4.2 零件圖紙工藝分析187

8.4.3 工件備料……………………189

8.4.4 穿絲孔加工……………………190

8.4.5 加工路線的確定及切入點的選擇……………………191

8.4.6 工件的一般裝夾……………………192

8.4.7 維護與保養(yǎng)……………………196

8.4.8 常見故障排除……………………198

8.5 低速單向走絲電火花線切割機床操作……………………199

8.5.1 安全注意事項……………………199

8.5.2 影響機床加工的外界因素……………………200

8.5.3 機床的調整……………………203

8.5.4 加工前的檢查……………………205

8.5.5 工件的安裝……………………207

8.5.6 不同類型的夾具……………………208

8.5.7 典型零件的裝夾方式……………………214

8.6 低速走絲加工水壓、走絲速度及張力的調整……………………216

8.6.1 水壓的調整……………………216

8.6.2 走絲速度的調整……………………217

8.6.3 電極絲張力大小的調整……………………217

8.7 低速走絲加工料芯的處理及無芯切割……………………217

8.8 低速走絲加工異常的處理……………………218

8.8.1 加工精度異?！?18

8.8.2 頻繁斷絲……………………220

8.8.3 切割進給速度異常222

8.8.4 加工表面線痕過多222

8.8.5 加工表面粗糙度異?！?23

第九章 高速往復走絲電火花線切割加工經驗集錦……………………224

9.1 電火花線切割加工流程圖……………………224

9.2 電火花線切割加工中應注意的事項……………………224

9.3 電火花線切割操作常用工具及使用方法……………………225

9.4 線切割加工跟蹤最佳點的摸索……………………226

9.5 切割X 負方向(L3)時容易斷絲的原因……………………227

9.6 延長電極絲使用壽命的方法……………………227

9.7 延長導輪和導輪軸承壽命的方法……………………228

9.8 斷絲原因及處理方法……………………228

9.9 避免斷絲后退回原點加工的方法……………………229

9.10 斷絲后原地穿絲的方法……………………230

9.11 線切割加工中短路處理方法……………………230

9.12 切割表面發(fā)黑及工作液泡沫太多的處理方法……………………230

9.13 線切割“花絲”現象分析與解決……………………231

9.14 提高電火花線切割的自動對中心精度注意的問題……………………231

9.15 線切割加工中要注意保持穿絲孔的完整性……………………232

9.16 提高斷絲保護功能的可靠性的方法……………………232

9.17 電火花線切割脈沖電源參數的設置……………………232

9.18 分析電火花線切割的加工誤差……………………233

9.19 運絲及走絲系統(tǒng)異響問題的判斷……………………233

9.20 機床電氣故障檢修的一般方法……………………233

9.21 精密模具切割時線切割程序補償量的確定……………………234

9.22 電極絲換向條紋的處理及表面亮澤度的提高……………………234

9.23 改善線切割加工表面粗糙度的措施……………………234

9.24 大厚度工件的切割工藝……………………235

9.25 大厚度“紫銅件”切割問題……………………235

9.26 鋁合金電火花線切割加工236

9.27 對于局部淬裂或加工走錯模具的修補……………………237

9.28 克服切割件變形、不易裝夾、裂紋的幾點措施……………………238

9.29 在線切割機床上實現接刀加工的方法……………………240

9.30 超長工件加工方法……………………242

9.31 改變工件定位方式,擴大機床加工范圍……………………242

9.32 一種簡易線切割夾具的設計……………………243

9.33 電火花線切割用于單件、小批的薄板加工……………………244

9.34 電火花線切割用于薄帶加工……………………245

9.35 電火花線切割在凸模加工中的接痕處理……………………245

9.36 小凸模在終點產生凹痕的處理方法……………………246

9.37 線切割加工對稱度要求高的零件……………………246

9.38 解決線切割加工圓柱體同心度及對稱度的方法……………………247

9.39 線切割表面產生溝痕及解決方法……………………247

9.40 精密沖壓模線切割加工變形影響及對策……………………248

9.41 線切割加工長條形零件的工藝……………………249

9.42 多次切割預留段切割的處理方法與技巧……………………250

9.43 易變形細長凸模的多次切割方法……………………251

9.44 電火花線切割機床精度檢測標準……………………253

9.45 高速走絲電火花線切割機床選擇比較……………………254

9.46 國內主要電火花加工機床的生產廠……………………255

第十章 電火花線切割技術的最新進展……………………257

10.1 高效及智能型切割……………………257

10.1.1 高效切割……………………257

10.1.2 智能型高頻脈沖電源……………………261

10.2 一次切割……………………262

10.3 多次切割……………………263

10.4 高速走絲機實現多次切割的基本條件……………………264

10.5 切割精度……………………266

10.5.1 實際修整量與理論修整量關系問題266

10.5.2 基于復合工作液的切割精度提高方式……………………267

10.5.3 智能電極絲張力控制系統(tǒng)……………………269

10.5.4 電機內置式儲絲筒運絲系統(tǒng)……………………269

10.6 切割表面完整性的研究……………………270

10.7 高阻半導體材料的電火花加工……………………272

10.7.1 半導體電火花線切割意義與必要性……………………272

10.7.2 半導體放電模型272

10.7.3 半導體進電特性273

10.7.4 半導體體電阻的影響……………………274

10.7.5 半導體蝕除機理275

10.7.6 半導體切割實例276

10.8 工作液改進及應用導致的線切割發(fā)展……………………278

參考文獻……………………280

電火花加工是基于工具和工件（正、負電極）之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現象以達到對零件的尺寸、形狀及表面質量預定的加工要求。如圖1所示工具電極4與工件1一起置于介質5（煤油或其他液體）中，并分別與脈沖電源2的負極和正極相連接。加工時，自動進給調節(jié)裝置2移動工具電極使其逐漸趨近工件，當工具電極與工件之間的間隙小到一定程度時，介質被擊穿，在間隙中發(fā)生脈沖放電。放電的持續(xù)時間極短，只有（