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1、电火花加工及电极设计,讲解人：张 怡,问题,1.精密模具工件中，电极设计时直面与斜面的放电间隙是否一样？2.用电极加工字时，需要加平动吗？3.电火花加工的特点？4.常用电极材料有哪些？5.电火花加工，一般能达到的尖角是多少？,电火花加工,什么是电火花加工？电火花加工的特点实现电火花加工的条件电火花加工机床组成及作用EDM电火花放电原理,什么是电火花加工？,电火花是一种自激放电，其特点如下：火花放电的两个电极间在放电前具较高的电压，当两电极接近时，其间介质被击穿后，随即发生火花放电。伴随击穿过程，两电极间的电阻急剧变小，两极之间的电压也随之急剧变低。火花通道必须在维持短暂的时间后及时熄灭，才可保
2、持火花放电的“冷极”特性（即通道能量转换的热能来不及传至电极纵深），使通道能量作用于极小范围。通道能量的作用，可使电极局部被腐蚀。利用火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行尺寸加工的方法，叫电火花加工。电火花加工是在较低的电压范围内，在液体介质中的火花放电。,电火花加工的特点,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。,电火花加工的特点,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，材料受热影响范围小。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小。工具电极 料不需要比工件材料
3、硬，因此，工具电极制造容易。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。基于上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项：a)加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹。(即主要型腔加工，工件的核心部分)b)加工窄缝。,实现电火花加工的条件,1.电极和工件之间必须维持合理的距离。在该距离范围内，既可以满足脉冲电压不断击穿介质，产生火花放电，又可以适应在火花通道熄灭后介质消电离以及排出蚀除产物的要求。若两电极距离过大，则脉冲电压不能击穿介质、不能产生火花放电，若两电极短路，则在两电极间没有脉冲能量消耗，也不可能实现电腐蚀加工。名词：放电间隙 放电间隙方便加工控制电流大小，来
4、达到工件规定的尺寸精度。粗加工电流大速度快表面粗糙 精加工电流小速度慢表面光洁,实现电火花加工的条件,2.两电极之间必须充入介质。工作液的作用是使火花放电在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、火花加工液等。以有利于产生脉冲性的火花放电并带走放电时产生的热量和电蚀物。（压力冲油：使介质液在压力作用下强行通过电极中的冲油孔进入放电间隙，与微粒一道从型腔边缘流出）3.输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大。在火花通道形成后，脉冲电压变化不大，因此，通道的电流密度可以表征通道的能量密度。能量密度足够大，才可以使被加工材料局部熔化或汽化，从而在被加工材料表面形成一个腐蚀痕（凹坑），实现电火花加工。因而
5、，通道一般必须有105-106A/cm2电流密度。放电通道必须具有足够大的峰值电流，通道才可以在脉冲期间得到维持。一般情况下，维持通道的峰值电流不小于2A。4.放电必须是短时间的脉冲放电。（放电持续时间一般为10-7-10-3s）由于放电时间短，使放电时产生的热能来不及在被加工材料内部扩散，从而把能量作用局限在很小范围内，保持火花放电的冷极特性。,实现电火花加工的条件,5.脉冲放电需重复多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的。这里包含两个方面的意义：其一时间上相邻的两个脉冲不在同一点上形成通道；其二，若在一定时间范围内脉冲放电集中发生在某一区域，则在另一段时间内，脉冲放电应转移到另
6、一区域。只有如此，才能避免积炭现象，进而避免发生电弧和局部烧伤。6.脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外，使重复性放电顺利进行。在电火花加工的生产实际中，上述过程通过两个途径完成。一方面，火花放电以及电腐蚀过程本身具备将蚀除产物排离的固有特性；蚀除物以外的其余放电产物（如介质的汽化物）亦可以促进上述过程；另一方面，还必须利用一些人为的辅助工艺措施，例如工作液的循环过滤，加工中采用的冲、抽油措施等等。,电火花加工机床的组成及作用,要实现电火花加工过程，机床必须具备三个要素，即：脉冲电源，机械部分和自动控制系统，工作液过滤与循环系统。1.脉冲电源 加在放电间隙上的电压必须是脉冲的，否则，放
7、电将成为连续的电弧。所谓脉冲电源，实际就是一种电气线路或装置，它们能发出具有足够能量的脉冲电压来。2.机械部分和自动控制系统 其作用是维持工具电极和工件之间有一适当的放电间隙，并在线调整。3.工作液净化与循环系统 工作液的作用是使能量集中，强化加工过程，带走放电时所产生的热量和电蚀产物。工作液系统包括工作液的储存冷却、循环及其调节与保护、过滤以及利用工作液强迫循环系统。,EDM电火花放电原理,电火花放电时，电极表面的金属材料是怎样被蚀除下来的，这一微观的物理过程也就是电火花加工的物理本质，或称机理。电火花电蚀的微观过程是电场力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。这一过程大
8、致可分为四个连续阶段：极间介质的电离、击穿、形成放电通道；介质热分解、电极材料融化、汽化膨胀；电极材料的抛出；极间介质的消电离。,EDM电火花放电原理,电极,工件,放电加工液,电极,工件,放电加工液,电极,工件,放电加工液,电极,工件,放电加工液,电极,工件,放电加工液,电极,工件,放电加工液,+,电压增加,放电柱形成,熔融,气化,爆炸,冷却,+,+,+,+,电极设计,放电形式放电顺序放电间隙电极材料电极数量电极的加工其它,放电形式,1.对着图纸，看懂工件需要放电部位（包括工件表面要求，数量等）2.确定工件最合理的放电形式：a)是单个放电还是BAR放电 b)是站着放电还是躺着放电 c)若需多处
9、放电，尽量保证工件一次设定 d)外形小而高的工件，需躺下加工。,放电顺序,1.先加工大面积，再小的部位2.先加工BAR放电部位，再加工单个放电部位3.较多电极的工件，放电顺序上，尽量靠近、连贯,1,2,放电间隙,1.在保证电极强度及加工工艺合理的前提下，尽量用大的放电。（常用放电间隙有：0.03、0.05、0.06、0.1、0.15、0.2）2.特殊表面要求对应相对精放间隙3.对于大面积的区域，需要分粗，精放电4.在紧密零件的电极设计时，斜面的放电间隙大于直面的放电间隙。,放电间隙,S.G,电极材料,电极材料选用表（常用黄铜，钨铜，石墨）,钨铜虽是金属中较好的电极材料，但其价格昂贵，一般用于小
10、型精密加工。特性是耐消耗，机加工锐角成型容易。石墨因耐消耗，耐高温，变形小，质量轻，加工效率高，但材料刚性差，锐角易崩裂。,电极数量（以电极材料为选铜为例）,以工件2PCS为例：深度在1mm以下，无需粗放，需4F；深度1mm,需1R，3F；如遇电极加工工件体积过小，工件表面需抛光，工件有R0.03（max）等特殊要求时增加电极数量,电极的加工,考虑到电极加工工艺，加工方法以确定电极总的结构，加工优先顺序为：先选CNC，CNC无法加工则考虑W/C，如上述两种方法都不能则再选磨床CNC加工电极，需满足可加工深度，且加工深度方向不能有倒拉。(因此，电极的设计除考虑放电加工外，还必须考虑所设计出的电极
11、能否加工出来。),其它,非放电部位要充分让开工件。3R基座装夹电极，而且可以自动找电极中心作为加工的基准设定图应尽量与工件图方向一致，多次设定的话，设定图应方向一致。电极上的加工部位高度差不要太大，避免电极损耗不平衡。,3R座子,例一：模具中会经常采用倒锥形状的拉料结构，同样可以采用电极加工。,例一：在这种情况下，电极的最大外形尺寸应小于工件最小开口尺寸，否则将无法加工。,例二：工件上有高出表面的字时，通常会采用电极加工，且在此种情况下，放电加工时不能采用平动方式。,例三：在电子产品的模具中，会拆分出很多尺寸小的insert，而insert上成形产品的特征一般都比较规则，采用电火花加工成了常用
12、，且必不可少的加工方法。,1.图纸无特殊公差及表面要求工件外形尺寸：EDM加工深度：0.200MM2.工件片数：04 PCS3.躺着放电，深度浅，加工快4.放电间隙SP=0.05/S5.电极材料为铜,此处倒角只是为了确认电极的方向。,例四：有的工件在设计电极时，电极很难拆分，或拆分后很难采用CNC来加工电极。那么，可以考虑将电极侧绑装夹，然后用W/C加工电极。如下图，,R0.15,Depth=0.50,例四（电极采用线割时还是要考虑加工R所允许的最小值，另外，要有足够的空间做穿丝孔）,例五：一般情况下，但加工的深度大于1mm时，设计都应该给粗放电极。或者加工面积很大，虽然深度小于1mm，但仍应该给粗放电极。粗放电极只是给精放电极去除余量，缩短加工时间。,47.900,27.700,加工深度2.000mm,
