《電火花加工》

(1)必須使工具電極和工件被加工表面之間經(jīng)常保持一定的放電間隙，這一間隙隨加工條件而定。如果間隙過大，極間電壓不能擊穿極間介質(zhì)，因而不會產(chǎn)生火花放電；如果間隙過小，很容易形成短路接觸，同樣也不會產(chǎn)生火花放電。一般放電間隙應控制在1～100μm范圍內(nèi)，這與放電電流的脈沖大小有關。

(2)必須采用脈沖電源。脈沖電源能使放電所產(chǎn)生的熱量來不及傳導擴散到其余部分，把每一次的放電點分別局限在很小的范圍內(nèi)，否則會像持續(xù)電弧放電那樣，使表面燒傷而無法用做模具電極加工。

(3)火花放電必須在絕緣的液體介質(zhì)中進行。液體介質(zhì)必須具有較高的絕緣強度，這樣有利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電。同時，液體介質(zhì)還能把電火花加工過程中產(chǎn)生的金屬屑、炭黑等電蝕產(chǎn)物從放電間隙中懸浮排除出去，并且對電極和工件表面有較好的冷卻作用。通常采用煤油作為放電介質(zhì)。

(4)放電點的功率密度足夠高。唯有這樣，放電時所產(chǎn)生的熱量才足以使工件電極表面的金屬瞬時熔化或氣化。

1)能加工任何導電材料。電火花加工中材料去除是靠放電時的電熱作用實現(xiàn)的，材料的可加工性主要取決于材料的導電性及熱學特性。

2)適合加工低剛度工件及微細加工。由于可以將工具電極的形狀復制到工件上，因此特別適合復雜表面工件的加工。

3)電火花加工的表面由無數(shù)小坑和硬凸邊組成，其硬度比機械加工表面硬度高，且有利于保護潤滑油，在相同表面粗糙度下其表面潤滑性和耐磨性也比機械加工表面好，特別適用于模具制造。

4)然而，一般電火花加工的速度較慢。

電火花加工中的電蝕現(xiàn)象早在19世紀末就被人們發(fā)現(xiàn)，如插頭、開關啟閉時產(chǎn)生的電火花對接觸表面會產(chǎn)生損害。20世紀早期蘇聯(lián)的拉扎林科在研究開關觸點遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫會使局部金屬熔化、氣化而被蝕除掉，從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法，并于1943年利用電蝕原理研制出世界上第一臺實用化的電火花加工-裝置，才真正將電蝕現(xiàn)象運用到實際生產(chǎn)加工中。中國在20世紀50年代初期開始研究電火花設備，并于60年代初研制出第一臺靠模仿形電火花線切割機床。

電火花加工是一種利用電能和熱能進行加工的新工藝，俗稱放電加工。電火花加工與一般切削加工的區(qū)別在于，電火花加工時工具與工件并不接觸，而是靠工具與工件間不斷產(chǎn)生的脈沖性火花放電，利用放電時產(chǎn)生局部、瞬時的高溫把金屬材料逐步蝕除下來。由于在放電過程中有可見火花產(chǎn)生，故稱電火花加工。

進行電火花加工時，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。通過間隙自動控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進給，當兩電極間的間隙達到一定距離時，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。

在放電的微細通道中瞬時集中大量的熱能，溫度可高達一萬攝氏度以上，壓力也有急劇變化，從而使這一點工作表面局部微量的金屬材料立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝，形成固體的金屬微粒，被工作液帶走。這時在工件表面上便留下一個微小的凹坑痕跡，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復絕緣狀態(tài)。

緊接著，下一個脈沖電壓又在兩電極相對接近的另一點處擊穿，產(chǎn)生火花放電，重復上述過程。這樣，雖然每個脈沖放電蝕除的金屬量極少，但因每秒有成千上萬次脈沖放電作用，就能蝕除較多的金屬，具有一定的生產(chǎn)率?！≡诒３止ぞ唠姌O與工件之間恒定放電間隙的條件下，一邊蝕除工件金屬，一邊使工具電極不斷地向工件進給，最后便加工出與工具電極形狀相對應的形狀來。因此，只要改變工具電極的形狀和工具電極與工件之間的相對運動方式，就能加工出各種復雜的型面。

工具電極常用導電性良好、熔點較高、易加工的耐電蝕材料，如銅、石墨、銅鎢合金和鉬等。在加工過程中，工具電極也有損耗，但小于工件金屬的蝕除量，甚至接近于無損耗。

工作液作為放電介質(zhì)，在加工過程中還起著冷卻、排屑等作用。常用的工作液是粘度較低、閃點較高、性能穩(wěn)定的介質(zhì)，如煤油、去離子水和乳化液等。

(1)電火花穿孔

穿孔加工是電火花加工中應用最廣的一種，常用于加工型孔（圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔）、曲線孔、4qL、微孔等，例如冷沖模、拉絲模、擠壓模、噴嘴、噴絲頭上的各種型孔和小孔。

穿孔的尺寸精度主要靠工具電極的尺寸和火花放電的間隙來保證，電極的截面輪廓尺寸要比預定加工的型孔尺寸均勻縮小一個加工間隙，其尺寸精度要比工件高一級，一般不低于IT7級，表面粗糙度值要比工件小，且直線度、平面度和平行度在100 mm長度上不大于0.01mm。

(2)電火花型腔加工

電火花型腔加工包括鍛模、壓鑄模、擠壓模、膠木模、塑料模等。型腔加工比較困難，主要因為是不通孔加工，金屬蝕除量大，工作液循環(huán)和電蝕產(chǎn)物排除條件差，工具電極損耗后無法靠進給補償；其次是加工面積變化大，并且由于型腔復雜，電極損耗不均勻，對加工精度影響很大，因此型腔加工生產(chǎn)率低，質(zhì)量難保證。為了提高型腔的加工精度，在電極方面，要使用耐蝕性高的純銅和石墨作電極。此外，一些小型塑料模具的表面磨砂處理也使用電火花加工。 2100433B

淬硬的模具經(jīng)電火花加工后，表面覆有熔化再凝固層（電加工白層）和未回火的再淬火層，兩者都很脆，不利于模具壽命的提高。

電火花加工時，最后階段建議采用“精放電”，如低電流，高頻率。為獲得最佳效果，模具經(jīng)電火花加工后，必須采用研磨或油石拋光的方式完全去除電加工白層，再選用低于先前最高回火溫度約25℃的溫度再回火一次。

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(chǎn)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(jié)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(zhì)量……………………16

1.11.1 表面粗糙度……………………16

1.11.2 表面變質(zhì)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(jié)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(shù)控系統(tǒng)……………………36

2.2.1 電火花加工單軸數(shù)控系統(tǒng)……………………37

2.2.2 電火花成形加工多軸數(shù)控系統(tǒng)……………………38

2.2.3 數(shù)控搖動加工……………………38

2.2.4 電火花加工數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(qū)動系統(tǒng)……………………99

3.7 數(shù)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(shù)選擇原則……………………119

4.3 影響電火花成形加工精度和表面質(zhì)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(zhì)量……………………122

4.4 加工過程中的參數(shù)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(shù)……………………125

4.4.4 在線控制參數(shù)……………………126

4.4.5 出現(xiàn)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(xiàn)象產(chǎn)生原因及改善……………………127

4.5.1 機床性能產(chǎn)生的放電不穩(wěn)定現(xiàn)象……………………128

4.5.2 電參數(shù)調(diào)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(zhì)量及與加工電參數(shù)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(shù)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(zhuǎn)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(jié)構……………………155

6.2.2 主軸、密封旋轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)的影響……………………164

7.1.2 非電參數(shù)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(shù)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(diào)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(diào)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(diào)整……………………216

8.6.1 水壓的調(diào)整……………………216

8.6.2 走絲速度的調(diào)整……………………217

8.6.3 電極絲張力大小的調(diào)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 加工表面粗糙度異常……………………223

第九章 高速往復走絲電火花線切割加工經(jīng)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)主要電火花加工機床的生產(chǎn)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(xiàn)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(nèi)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

電火花加工技術問答作者為郭潔民，本書按章節(jié)以問答的形式解答各種電火花加工的技術問題，包括電火花加工技術基礎知識；電火花加工機床設備；電火花加工工藝；電火花加工相關技能；電火花加工的綜合技巧；電火花加I的疑點難點；電火花加工的新設備、新技術、新工藝、新材料及其他電火花加工的若干問題。

本書按章節(jié)以問答的形式解答各種電火花加工的技術問題，包括電火花加工技術基礎知識；電火花加工機床設備；電火花加工工藝；電火花加工相關技能；電火花加工的綜合技巧；電火花加I的疑點難點；電火花加工的新設備、新技術、新工藝、新材料及其他電火花加工的若干問題。力求簡單明了，通俗易懂、回答明白透徹、論述清楚、特別是電火花加工技術的基本概念、基本常識、說明較詳細，既有一定的理論深度，又有豐富的實踐內(nèi)容，同時列舉大量典型加工實例，是從事電火花加工的工程技術人員的必讀參考書籍，對在實際工作中遇到的具體問題，可從中獲得幫助；該書還可供從事模具設計人員和模具工藝編制人員參考；并可作為從事電火花加工設備操作工人的培訓用書。