1、黄河科技学院论文电火花加工技术论文学院：黄河科技学院 学号：1303050004班级：13 机电专升本 姓名： 李佳颖 黄河科技学院论文电火花加工技术在模具行业应用摘要：当今世界，日新月异，各行各业都发展很快。其中材料科学的发展和机械行业的发展尤为迅速，这两个行业的联系也越来越紧密。其中，一个很具体的表现就是随着材料科学的发展与进步，为了满足一些特殊情况的需要，一大批具有高强度、高硬度、高韧性、高脆性、能耐高温等特殊性能的模具材料相继产生，从而给传统的带来了许多新的困难与问题，用传统的加工方法难以再满足要求。如对具有复杂结构的工件，如复杂的型腔，凹模型孔的模具采用传统的切削方法就往往很难实现，
2、因而人们在生产中研究出了一些新的方法，并有一些已经被广泛应用。其中，电火花加工加工方法就是其中之一，其在模具制造工业中被广泛应用于型孔及型腔的加工。关键字：电火花 应用 加工引言 在模具工业技术快速发展的新形势下，电火花加工是当前模具加工的重要方法之一，并有着其它加工方法无可替代的优点。电火花加工技术已取得了突破性的进展。它是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。对于为寻求向客户在较短的交货时间以较低的价格提供较高质量的产品的模具生产商来说，电火花加工自动化是一个很有吸引力的。选择电火花加工技术作为特种加工领域的一门重要技术，本文从电火花加工技术发展的基本现状、电火花的基本原理、特点、电火花
3、加工的操作过程、电火花加工新技术的发展等五个方面入手如实论述。黄河科技学院论文一 加工原理及原理图加 工 原 理 ：电 火 花 加 工 时 ， 脉 冲 电 源 的 一 极 接 工 具 电 极 ， 另 一 极 接 工 件 电 极 ， 两 极均 浸 入 具 有 一 定 绝 缘 度 的 液 体 介 质 （ 常 用 煤 油 或 矿 物 油 或 去 离 子 水 ） 中 。 工具 电 极 由 自 动 进 给 调 节 装 置 控 制 ， 以 保 证 工 具 与 工 件 在 正 常 加 工 时 维 持 一 很小 的 放 电 间 隙 （ 0.01 0.05mm） 。 当 脉 冲 电 压 加 到 两 极 之 间
4、， 便 将 当 时 条 件下 极 间 最 近 点 的 液 体 介 质 击 穿 ， 形 成 放 电 通 道 。 由 于 通 道 的 截 面 积 很 小 ， 放电 时 间 极 短 ， 致 使 能 量 高 度 集 中 （ 10 107W mm） ， 放 电 区 域 产 生 的 瞬 时高 温 足 以 使 材 料 熔 化 甚 至 蒸 发 ， 以 致 形 成 一 个 小 凹 坑 。 第 一 次 脉 冲 放 电 结 束之 后 ， 经 过 很 短 的 间 隔 时 间 ， 第 二 个 脉 冲 又 在 另 一 极 间 最 近 点 击 穿 放 电 。 如此 周 而 复 始 高 频 率 地 循 环 下 去 ， 工 具
5、 电 极 不 断 地 向 工 件 进 给 ， 它 的 形 状 最 终就 复 制 在 工 件 上 ， 形 成 所 需 要 的 加 工 表 面 。 与 此 同 时 ， 总 能 量 的 一 小 部 分 也释 放 到 工 具 电 极 上 ， 从 而 造 成 工 具 损 耗 。二 电 火 花 加 工 发 展 历 程 电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。早在十九世纪，人们就发现了电器开光的触点开闭时，以为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研黄河科技学院论文究电
6、副食产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。研究结果表明，当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。在中国电火花加工技术起步稍晚。根据中国
7、的国情，实现电火花加工技术的原始创新是很困难的，只能采取引进消化吸收再创新的策略，因为这套系统集成了很多学科领域的知识，如计算机的软硬件、微电子、数控、电力半导体、机械技术、电气技术等，是多方面、多学科集成的产品，是比较复杂的高科技产品。国内现在显然还没有一个能够独立进行原始创新的团队，因此注定要经历一个长时间痛苦的积淀过程，所以我认为中国的电火花技术创新之路别无选择。政府也越来越认识到高校已经不再是创新的主战场，必须依托企业才能实现。制造业是一个传统行业。一个国家的发展终归要落脚于制造业，因此作为基础工业，制造业必定拥有永久的生命力，而电加工行业也不例外。随着各项技术的不断发展，电加工技术也
8、在进步，至于一项技术能够发展多久，也要看这个行业中的人怎样去尽心敬业、钻研并推进它。众所周知，模具也是一个国家发展的基础行业，许多批量生产的产品都离不开模具，而电火花加工是制造模具的最主要技术之一。电火花加工仿形逼真以柔克刚，只要是导电的材料均可加工，而不受硬度、脆性、粘性等材料特性的限制，这是其他加工方法无法比拟的。电火花加工的另一个特点是可进行精密微细加工，微小孔、异型腔等的微细加工是其他设备无法替代的。这些特点决从技术发展过程来看，电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。控制系统也越来越复杂，从单轴数控到 3 轴数控、再到多轴联动。20
9、 世纪 90 年代初期，3 轴电火花机在国内还是空白，主要是从日本和瑞士引进。后来国内发展大概经历了以下几个阶段：首先制造主机，也就是机械部分，相对较为简单；此后是数控系统部分，可以理解为引进；之后是整个电源，是消化阶段。经历这三个阶段之后是吸收，黄河科技学院论文最后是再创新。对电火花加工而言，最核心的部分就是数控系统部分，当然花费的精力也最多。我认为电火花成形机下一步的发展空间在精密微细和特殊材料两个方面。特殊材料（如航空航天领域用的材料）专机，窄槽窄缝、异型腔的加工，精密模具等领域都是发展重点。在精加工方面，曾经有过高速铣要代替电火花的传言，现在证明这是不现实的。现在粗加工、大电流的火花机
10、又有回头的趋势，在家电、汽车很多行业中应用。人类新开发出来的导电的特殊材料都可进行放电加工，而高速铣通常很难实现。精密微细加工比如喷丝板等微小型零件都离不开电火花加工；航空航天领域中很多零部件需要多轴联动电火花加工。我们国家在专用机型上有创新的能力，有很大的空间。三 电火花加工特点： 1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围校3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极校工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具
11、电极制造容易。 4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。四 电火花加工的主要用途:1制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。 2.加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。3.在金属板材上切割出零件。 4.加工窄缝。5.磨削平面和圆面。 6.其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。黄河科技学院论文五 电 火花加工分类按 照 工 具 电 极 的 形 式 及 其 与 工 件 之 间 相 对 运 动 的 特 征 ， 可 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
12、 进 给 运 动 的 电 火 花 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 尺 寸 作 轨 迹 运动 ， 以 切 割 导 电 材 料 的 电 火 花 线 切 割 加 工 ； 利 用 金 属 丝 或 成 形 导 电 磨 轮 作工 具 电 极 ， 进 行 小 孔 磨 削 或 成 形 磨 削 的 电 火 花 磨 削 ； 用 于 加 工 螺 纹 环 规 、 螺纹 塞 规 、 齿 轮 等 的 电 火 花 共 轭 回 转 加 工 ； 小 孔 加 工 、 刻 印 、 表 面 合 金 化 、 表面 强 化 等 其 他 种 类 的 加 工
13、。 电 火 花 线 切 割 加 工 ：电 火 花 线 切 割 加 工 （ Wire cut Electrical Discharge Machining， 简 称WEDM） ， 有 时 又 称 线 切 割 。 其 基 本 工 作 原 理 是 利 用 连 续 移 动 的 细 金 属 丝 （ 称为 电 极 丝 ） 作 电 极 ， 对 工 件 进 行 脉 冲 火 花 放 电 蚀 除 金 属 、 切 割 成 型 。加 工 原 理工 件 安 装 在 工 作 台 上 ， 工 作 台 通 常 由 X 轴 和 Y 轴 电 动 机 驱 动 （ 见 图 ） 。工 具 电 极 （ 电 极 丝 ） 为 直 径 0.0
14、2加 工 原 理0.3 毫 米 的 金 属 丝 ,由 走 丝 系 统 带 动 电 极 丝 沿 其 轴 向 移 动 。 走 丝 方 式 有 两 种 ： 高 速 走 丝 ， 速 度 为 9 10 米 秒 ， 采 用 钼 丝 作 电 极 丝 ,可 循 环 反 复 使 用 ； 低 速 走 丝 ， 速 度 小 于 10 米 分 ， 电 极 丝 采 用 铜 丝 ， 只 使 用 一 次 。 脉 冲 电源 加 在 工 件 与 电 极 丝 之 间 ， 一 般 工 件 接 正 极 ， 电 极 丝 接 负 极 。 工 件 与 电 极 丝之 间 用 喷 嘴 喷 入 工 作 液 (乳 化 液 、 去 离 子 水 等 )
15、。 控 制 系 统 根 据 预 先 输 入 的工 作 程 序 输 出 相 应 的 信 息 ， 使 工 作 台 作 相 应 的 移 动 ， 工 件 与 电 极 丝 靠 近 。 当两 者 接 近 到 适 当 距 离 时 (一 般 为 0.01 0.04 毫 米 )便 产 生 火 花 放 电 ， 蚀 除 金属 。 金 属 被 蚀 除 后 工 件 与 电 极 丝 之 间 的 距 离 加 大 ， 控 制 系 统 根 据 这 一 距 离 的大 小 和 预 先 输 入 的 程 序 ， 不 断 地 发 出 进 给 信 号 ， 使 加 工 过 程 持 续 进 行 。 电 火 花 加 工 的 特 点黄河科技学院论
16、文电 火 花 线 切 割 加 工 除 具 有 电 火 花 加 工 的 基 本 特 点 外 ， 还 有 一 些 其 他 特 点 ： 不 需 要 制 造 形 状 复 杂 的 工 具 电 极 ， 就 能 加 工 出 以 直 线 为 母 线 的 任 何 二 维 曲面 。 能 切 割 0.05 毫 米 左 右 的 窄 缝 。 加 工 中 并 不 把 全 部 多 余 材 料 加 工 成为 废 屑 ， 提 高 了 能 量 和 材 料 的 利 用 率 。 在 电 极 丝 不 循 环 使 用 的 低 速 走 丝电 火 花 线 切 割 加 工 中 ， 由 于 电 极 丝 不 断 更 新 ， 有 利 于 提 高 加
17、 工 精 度 和 减 少表 面 粗 糙 度 。 电 火 花 线 切 割 能 达 到 的 切 割 效 率 一 般 为 20 60 毫 米 2 分 ，最 高 可 达 300 毫 米 2 分 ； 加 工 精 度 一 般 为 0.01 0.02 毫 米 ,最 高 可 达0.004 毫 米 ； 表 面 粗 糙 度 一 般 为 R 2.5 1.25 微 米 ,最 高 可 达 R 0.63微 米 ； 切 割 厚 度 一 般 为 40 60 毫 米 ， 最 厚 可 达 600 毫 米 。 电 火 花 线 切 割 加 工 主 要 用 于（ 1） 模 具 加 工（ 2） 电 火 花 成 型 加 工 用 电 级 的
18、 加 工（ 3） 直 纹 曲 面 的 加 工（ 4） 各 种 零 件 的 加 工六 电 火 花 加 工 技 术 在 模 具 加 工 中 的 应 用由 于 模 具 工 业 的 迅 速 发 展 ， 为 了 满 足 一 些 特 殊 情 况 的 需 要 ， 一 大 批 具 有高 强 度 、 高 硬 度 、 高 韧 性 、 高 脆 性 、 能 耐 高 温 等 特 殊 性 能 的 模 具 材 料 相 继 产生 ， 从 而 给 传 统 的 金 属 切 削 加 工 带 来 了 许 多 新 的 困 难 与 问 题 ， 用 传 统 的 加 工方 法 难 以 再 满 足 要 求 ， 这 时 ， 电 火 花 加 工
19、技 术 就 被 广 泛 应 用 与 模 具 加 工 。 随着 电 火 花 加 工 技 术 运 用 于 模 具 工 业 ， 对 传 统 的 模 具 加 工 工 艺 产 生 了 很 大 的 影响 ， 改 变 了 模 具 加 工 工 艺 流 程 。 常 规 的 加 工 方 法 是 在 退 火 后 进 行 铣 削 加 工 ；然 后 进 行 热 处 理 、 磨 削 或 电 火 花 加 工 ； 最 后 手 工 打 磨 、 抛 光 ， 加 工 周 期 很 长 。冲 模 时 常 因 淬 火 变 形 或 开 裂 而 导 致 报 废 。 而 电 火 花 加 工 技 术 可 以 加 工 淬 火 后的 模 板 ， 避
20、 免 热 变 形 弊 病 和 镶 拼 结 构 ， 既 简 化 了 模 具 结 构 ， 又 能 提 高 模 具 强度 与 寿 命 。电 火 花 改 性 技 术 在 模 具 表 面 有 很 大 的 应 用 ， 为 改 进 模 具 表 面 的 质 量 ， 利 用 电火 花 脉 冲 放 电 产 生 高 温 的 工 作 原 理 ， 用 硬 质 合 金 如 YG8 等 做 电 极 材 料 ， 将硬 质 合 金 材 料 熔 渗 到 模 具 及 易 损 件 的 工 作 面 上 ， 形 成 一 层 高 硬 度 、 高 强 度 、高 耐 磨 、 高 耐 温 、 又 不 剥 离 的 硬 质 白 色 合 金 强 化
21、层 ， 改 变 表 面 的 物 理 、 化 学性 能 ， 是 对 模 具 进 行 表 面 处 理 非 常 有 效 的 方 法 。 电 火 花 强 化 层 是 电 极 和 工件 材 料 在 放 电 的 瞬 间 在 高 温 高 压 条 件 下 重 新 合 金 化 ， 而 形 成 的 新 合 金 层 ， 不是 电 极 材 料 简 单 的 涂 覆 和 堆 积 。 合 金 层 与 基 体 金 属 之 间 具 有 氮 元 素 等 的 扩 散层 ， 与 基 体 结 合 牢 固 ， 极 耐 冲 击 。 强 化 处 理 时 ， 由 于 放 电 时 间 很 短 ， 放 电 点的 面 积 又 很 小 ， 放 电 的
22、 热 作 用 只 发 生 在 工 件 表 面 的 微 小 区 域 ， 而 整 个 工 件 仍处 于 常 温 状 态 或 升 温 较 低 ， 工 件 处 于 冷 态 ， 时 间 短 ， 不 会 产 生 退 火 或 热 变 形 。黄河科技学院论文电 火 花 改 性 是 在 空 气 或 液 体 介 质 中 进 行 的 。 它 既 可 以 作 用 在 零 件 的 局 部 表 面 ，也 可 对 一 般 几 何 形 状 的 平 面 或 曲 面 进 行 改 性 ， 比 如 刀 具 、 模 具 、 机 械 零 件 等 。电 极 材 料 可 以 根 据 用 途 自 由 选 择 ， 在 修 复 己 磨 损 的 机
23、 器 零 件 时 ， 可 采 用 碳 元素 、 紫 铜 、 黄 铜 等 材 料 作 为 电 极 ， 这 些 材 料 来 源 比 较 广 ， 而 且 材 料 消 耗 量 也很 少 。 可 通 过 对 电 气 参 数 的 调 节 和 改 性 时 间 的 控 制 来 获 得 不 同 厚 度 和 表 面 粗糙 度 的 改 性 层 。 操 作 方 法 容 易 掌 握 ， 不 需 要 技 术 等 级 高 的 操 作 人 员 。 它 可 以用 少 量 材 料 起 到 大 量 、 昂 贵 的 整 体 材 料 难 以 达 到 的 效 果 ， 既 能 提 高 产 品 的 硬度 、 耐 磨 性 及 高 温 红 硬
24、性 等 性 能 ， 显 著 提 高 产 品 的 使 用 寿 命 ， 又 能 大 大 减 少贵 重 材 料 的 消 耗 ， 降 低 生 产 或 维 修 成 本 。七 机 床 性 能 特 征 1.自 适 应 放 电 加 工 控 制 2.定 时 高 速 抬 刀 和 抬 刀 高 度 控 制 3.主 轴 定 点 控 制 、 放 电 间 隙 检 测 4.油 位 控 制 5.防 火 控 制 6.自 动 报 警 安 全 装 置 7.防 积 碳 功 能 8.CNC 系 统 ， 触 摸 屏 输 入 ， 手 控 盒 操 作 。 9.工 件 在 机 自 动 测 量 10.超 精 面 加 工 11.超 精 边 加 工
25、12.X、 Y、 Z 轴 进 口 松 下 伺 服 系 统 。 13.不 锈 钢 材 料 耐 磨 包 边 设 计 14.最 小 电 极 损 耗 0.10% 15.最 佳 表 面 粗 糙 度 Ra0.2um 16.最 高 生 产 效 率 500 mm3/min（ 标 配 ） 1000 mm3/min（ 选 配 ） 17.最 小 驱 动 单 位 1um 其 基 本 物 理 原 理 是 自 由 正 离 子 和 电 子 在 场 中 积 累 ， 很 快 形 成 一 个 被 电 离的 导 电 通 道 。 在 这 个 阶 段 ， 两 板 间 形 成 电 流 。 导 致 粒 子 间 发 生 无 数 次 碰 撞
26、，形 成 一 个 等 离 子 区 ， 并 很 快 升 高 到 8000 到 12000 度 的 高 温 ， 在 两 导 体 表 面瞬 间 熔 化 一 些 材 料 ， 同 时 ， 由 于 电 极 和 电 介 液 的 汽 化 ， 形 成 一 个 气 泡 ， 并 且它 的 压 力 规 则 上 升 直 到 非 常 高 。 然 后 电 流 中 断 ， 温 度 突 然 降 低 ， 引 起 气 泡 内向 爆 炸 ， 产 生 的 动 力 把 溶 化 的 物 质 抛 出 弹 坑 ， 然 后 被 腐 蚀 的 材 料 在 电 介 液 中重 新 凝 结 成 小 的 球 体 ， 并 被 电 介 液 排 走 。 然 后
27、通 过 NC 控 制 的 监 测 和 管 控 ，伺 服 机 构 执 行 ， 使 这 种 放 电 现 象 均 匀 一 致 ， 从 而 达 到 加 工 物 被 加 工 ， 使 之 成为 合 乎 要 求 之 尺 寸 大 小 及 形 状 精 度 的 产 品 。 黄河科技学院论文电 火 花 机 床 组 成 特 性 机 床 特 性 ： 机 床 主 轴 采 用 各 种 名 牌 线 性 滑 轨 ， 行 程 流 畅 。 XY 滑 轨 采 用 V 型 与 平 面 设 计 ， 并 使 用 TURCITE-B 耐 磨 片 于 重 压 下 滑动 轻 巧 、 精 度 特 佳 。 XY 轴 均 采 用 滚 珠 螺 杆 ，
28、传 动 轻 巧 ， 使 用 方 便 。 主 轴 管 为 高 级 合 金 钢 ， 精 度 加 工 ， 确 保 最 佳 加 工 精 度 。八 电火花加工的质量控制1)影响材料放电腐蚀的主要因素：1、极性效应2、电参数对电蚀量的影响3、金属材料热学常数对电蚀量的影响4、工作液对电蚀量的影响5、其它因素2)电火花加工的加工速度和工具的损耗速度：1、加工速度2、工具相对损耗（1）极性选择 （2） 吸附效应（3）传热效应 （4）材料选择3)影响加工精度的主要因素（1）放电间隙。（2）工具电极损耗及稳定性。4)电火花加工的表面质量:1、表面粗糙度；2、表面变质层；（1）熔化凝固层。黄河科技学院论文（2）热影
29、响区。（3）显微裂纹。3、表面力学性能（硬度、耐磨性、残余应力、耐疲劳性能）.九 总结总之，电火花加工作为一门新型的加工技术，在未来定会占有一席之地。因其能源为电能，比起以煤炭，天然气，石油等难以再生资源为能源的生产设备来说无疑是一种优势！十 参考文献：1 赵万生，等。特种加工技术M.北京:高等教育出版社,2001.2 张辽远,等。现代加工技术M.北京:机械工业出版社,2008.7 3 张学仁,等。数控电火花线切割加工技术 J. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社,2000.4 金涤尘、宋放之，等。现代模具制造技术.机械工业出版社,2001.025 狄士春、王弢、赵万生、于滨，等。航空精密制造技术 哈尔滨工业大学出版社,2002致谢6 于云霞，等。微细电火花加工技术的最新进展及应用实例电加工与模具，2003047 高智宏，高上品。微细电火花加工的应用机电一体化，200304黄河科技学院论文8 曹凤国，桂小波。大面积复合片电火花加工高效节能脉冲电源的研究金刚石与磨料磨具工程，
