电火花成形机原理

电火花加工是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。如图1所示工具电极4与工件1一起置于介质5（煤油或其他液体）中，并分别与脉冲电源2的负极和正极相连接。加工时，自动进给调节装置2移动工具电极使其逐渐趋近工件，当工具电极与工件之间的间隙小到一定程度时，介质被击穿，在间隙中发生脉冲放电。放电的持续时间极短，只有（

①由于放电通道中电流密度很大，局部区域内产生的高温足以熔化甚至气化任何导电材料，因此能加工各种具有导电性能的硬、脆、软、韧材料。

②加工时工具与电极不接触，两者之间无切削力，适于加工小孔、薄壁、窄腔槽及各种复杂的型孔、型腔和曲线孔等。

③加工时，脉冲宽度可以调节，在同一台机床上能连续进行粗、中、精加工。

④直接利用电能加工，便于实现加工过程的自动控制和加工自动化。

其不足之处是加工效率低、工具电极也有损耗、影响尺寸加工的精度等。

一、按机床结构分类

(1)固定立柱式数控电火花成型机床

固定立柱式数控电火花成型机床结构简单，一般用于中小型零件加工。

(2)滑枕式数控电火花成型机床

滑枕式数控电火花成型机床结构紧凑，刚性好，一般只用于小型零件加工。

(3)龙门式数控电火花成型机床

龙门式数控电火花成型机床结构较复杂，应用范围广，常用于大中型零件加工。

二、按控制方式分类

(1)普通数显电火花成型机床

普通数显电火花成型机床是在普通电火花成型机床上加以改进而来，它只能显示运动部件的位置，而不能控制运动。

(2)单轴数控电火花成型机床

单轴数控电火花成型机床只能控制单个轴的运动，精度低，加工范围小。

(3)多轴数控电火花成型机床。

多轴数控电火花成型机床能同时控制多轴运动，精度高，加工范围广。

③按电极交换方式分类。

(1)手动式。手动式，即普通数控电火花成型机床，

结构简单，价格低，工作效率低。

(2)自动式。自动式，即电火花加工中心，结构复杂，价格高，工作效率高。

电火花成型机床安全操作规程如下：

1．操作人员必须站在耐压20kV以上的绝缘板上进行工作，加工过程中不可触碰电极工具，操作人员不得较长时间离开电火花成型机床。

2．常保持电气设备清洁，防止受潮，以免降低绝缘强度而影响机床的正常工作。

3．工作液介质不得混入类似汽油之类的易燃液体，防止火花引起火灾。油箱要有足够的循环油量，将油温限制在安全范围内。

4．加工时，工作液面要高于工件一定距离（30～50mm），如果液面过低，加工电流大，很容易引起火灾。同时必须避免侵入电极夹头。

5．根据煤油的浑浊程度，及时更换过滤介质，并保持油路畅通。

6．在电火花加工时间内，应有排油雾、烟气的排风换气装置，保持室内空气良好而不被污染。

7．机床周围严禁吸烟，并应配备适于油类的二氧化碳灭火器，最好是自动灭火器。

8．在机床的允许规格范围内进行加工，不要超重或超行程工作。

9．避免长时间接触工作液，应戴手套。接触工作液后必须洗手。

10．防止工作液溅入眼睛。禁止吸入工作液。

11．不要在系统加工过程中，对系统进行维修或更换电极。

12．在加工过程中，电极及相连部件上所带的高压电会危急生命，严禁触摸或将手伸入工作液槽中。

13．操作人员不能将手、工具或工件等物品放在机床护罩上，以防止各轴运动时发生碰撞。

14．在机床以自动方式移动轴时，切勿将手放入工作液槽。在紧急情况下，用电柜前面板或主机上的红色急停开关停止轴的移动。

15．加工前所有安全保护盖、板必须安装就位，然后才能加工。 2100433B

本书系统而全面地论述了电火花成形原理及其工艺应用主要包括电火花成形加工原理与物理过程、工艺特点及应用范围电火花成形设备及编程电火花成形加工工艺规律及其表面特性电火花成形加工工艺及典型应用石墨电极在电火花成形加工中的应用等内容新颖结合实际易学易懂有较高的参考价值。本书适合于从事电火花成形加工工艺研究与应用的工程技术人员和操作人员阅读也可供从事模具设计与制造的技术人员及大专院校机械制造及模具制造专业的师生学习参考。

第1章电火花成形加工原理1

1.1电火花加工的产生与发展1

1.1.1电火花加工的产生1

1.1.2电火花加工的发展2

1.1.3电火花加工常用专业名词术语3

1.2电火花加工特点与应用范围7

1.2.1电火花加工特点7

1.2.2电火花加工应用范围8

1.2.3电火花成形加工的主要应用9

1.3电火花加工物理过程概述10

1.3.1介质击穿与放电通道形成11

1.3.2能量转换、分配与传递11

1.3.3电极表面被蚀材料的抛出12

1.3.4消电离与极间介电性能的恢复12

1.4极间介质击穿规律13

1.4.1液体介质的导电机理13

1.4.2电火花加工时的极间介质击穿规律16

1.5极间放电物理状态23

1.5.1放电时的物理现象23

1.5.2放电通道磁流体模型27

1.5.3极间放电电压特性32

1.5.4放电时的电磁辐射与声辐射38

1.6电火花加工的热过程42

1.6.1极间放电时的能量转换42

1.6.2导热微分方程50

1.6.3放电时的热源模型51

1.6.4瞬时点热源的热传导模型53

1.6.5连续点热源的热传导模型55

1.6.6定半径表面热源的热传播模型56

1.6.7时变半径表面热源的热传导模型57

1.6.8存在相变时的热传导模型58

1.6.9运动热源的热传播过程59

1.7电极材料抛出机理及其表面形态63

1.7.1关于抛出力的几种学说63

1.7.2放电表面形态67

第2章电火花成形设备及数控编程71

2.1概述71

2.1.1电火花成形机工作原理71

2.1.2电火花成形机总体结构的几种类型71

2.1.3电火花成形机型号及主要参数74

2.1.4电火花成形机的主要分类75

2.2电火花成形机本体结构75

2.2.1机床各组成部分及其作用75

2.2.2工作液循环过滤系统 79

2.2.3电极装夹头80

2.2.4其他机床附件82

2.3电气控制系统86

2.3.1电气控制系统方框原理图及电控箱结构86

2.3.2自动进给机构88

2.3.3伺服控制系统的类型89

2.4脉冲电源91

2.4.1脉冲电源要求与分类91

2.4.2典型脉冲电源电路92

2.5机床精度标准及检验方法98

2.5.1机床精度标准及检验工具98

2.5.2电火花成形机床的精度检验99

2.6电火花成形机数控编程109

2.6.1程序编制的步骤与方法109

2.6.2ISO“G”代码程序格式111

2.6.3加工参数代码114

2.6.4摇（平）动加工115

2.6.5数控电火花成形加工编程技巧116

第3章电火花加工基本工艺规律119

3.1电火花加工主要工艺指标及测试方法119

3.1.1加工速度119

3.1.2加工精度120

3.1.3表面质量120

3.1.4电极损耗121

3.2影响工艺指标的主要因素121

3.2.1影响加工速度的主要因素121

3.2.2影响加工精度的主要因素123

3.2.3影响加工表面质量的主要因素125

3.2.4影响工具电极相对损耗的因素126

3.3基本工艺规律126

3.3.1脉宽、峰值电流与蚀除速度的关系126

3.3.2脉宽、峰值电流与表面粗糙度的关系127

3.3.3脉宽、峰值电流与电极损耗率的关系129

3.3.4非电参数与加工速度的关系130

3.4实现高效低损耗的几个途径132

3.4.1充分利用极性效应132

3.4.2建立炭黑保护层134

3.4.3电火花加工中的电喷镀现象136

3.4.4弱电解质中的电化学作用137

3.5电火花加工表面特性138

3.5.1电火花加工表面粗糙度138

3.5.2加工表面组织变化139

3.5.3电火花加工表面力学性能142

3.5.4电火花加工表面微观裂纹145

第4章电火花成形工艺146

4.1电火花成形加工基本工艺路线及工艺分析146

4.1.1电火花成形基本工艺路线146

4.1.2电火花成形工艺分析146

4.2电火花加工前的工艺准备146

4.2.1加工前的准备147

4.2.2电极设计与制造148

4.2.3电极和工件装夹与校正150

4.2.4加工参数设置与调整151

4.2.5工艺程序编制151

4.3电火花混粉镜面加工153

4.3.1电火花混粉镜面加工的产生153

4.3.2电火花混粉镜面加工机理154

4.3.3电火花混粉镜面加工工艺157

4.3.4电火花混粉镜面加工表面性能161

4.3.5电火花混粉镜面加工装置及应用165

4.4电火花微细加工167

4.4.1微细电火花加工的特点与实现条件167

4.4.2微小型电火花加工装置168

4.4.3微细电火花加工应用举例170

4.5电火花深小孔加工173

4.5.1深小孔电火花加工的产生174

4.5.2电火花深小孔加工工艺174

4.5.3电火花高速深小孔加工176

4.5.4深小孔的超声波电火花复合加工技术178

4.5.5气体介质中深小孔电火花加工179

4.6电火花加工中的质量问题与异常现象180

4.6.1加工精度问题180

4.6.2加工表面积炭烧伤现象183

4.6.3加工表面粗糙度不符合要求184

4.6.4加工表面微观缺陷185

4.6.5加工中的异常现象188

第5章电火花成形工艺应用190

5.1电火花型腔加工中加工余量的分配190

5.1.1电火花放电间隙的概念190

5.1.2加工余量确定及分配的基本原则192

5.2电火花穿孔加工214

5.2.1穿孔加工工艺过程214

5.2.2满足配合间隙的方法216

5.2.3SYL36孔电机转子冲模穿孔加工217

5.3单轴数控电火花加工实例219

5.3.1小机床加工大工件219

5.3.2单个工具电极直接成形220

5.4型腔电火花成形228

5.4.1型腔电火花加工特点与方法228

5.4.2大型模具电火花成形228

5.4.3螺纹电火花加工231

5.4.4风叶轮注塑模的电火花加工238

5.4.5精密注塑模电火花成形248

5.5大面积型腔电火花镜面加工253

5.5.1问题的提出及解决方案253

5.5.2对导电粉体的技术要求255

5.5.3混粉工作液的配置及浓度检测255

5.5.4混粉镜面加工在模具电火花中的应用256

第6章石墨电极在电火花成形中的应用261

6.1石墨的特性261

6.1.1石墨简介261

6.1.2人工石墨及生产流程262

6.1.3石墨的理化特性263

6.2电加工专用石墨的特点265

6.2.1电极材料的种类266

6.2.2常用电极材料的特点266

6.2.3电加工专用石墨的分类269

6.3放电加工专用石墨的应用270

6.3.1放电加工专用石墨的分类特点及选材要点270

6.3.2不同石墨材质对电火花加工工艺效果的影响272

6.4石墨电极的放电参数结构特点278

6.4.1石墨电极和铜电极在脉冲波形特征上的区别278

6.4.2石墨和铜在放电加工中的各自特点280

6.5石墨材质的电加工工艺特点283

6.5.1石墨电极的放电加工应用要点283

6.5.2影响石墨电极放电工艺效果的因素286

6.5.3出现电弧（积炭）的主要原因及防范措施295

参考文献298"

根据粉末成形特性，粉末成形压力机一般应满足压制力（上模冲装置）、送料系统（装料机构）、成形和脱出行程、脱出力（下模冲及芯棒动作装置）等因素对没备的要求，模具设计者应了解这些因素（装置），以便确定模具结构。粉末成形压力机的各种基本装置的说明见表4-1。

上模冲动作装置：1.单动作时（单模冲），直接由上工作台传递压力机额定压力，根据成形需要应可调整

加压、成形、后压，保压等动作。2.多动作时（多模冲），可以通过增设的气缸（液压缸），进行驱动多个上冲头，以达到不同形状压胚成形要求。3.在加压过程中，为防止粉末中空气引起的压坯裂纹及变形，应有排除粉末中空气的装置。

装料机构：1.供料系统。一般由储存料仓、输送软管、送料靴及驱动与振动装置组成。2.过量装料机构。可以比正规填充量多填充一些粉末，压制前能够充填到模腔的各个部分。3.欠料装料机构。送料靴加料完毕退后，使阴模略微上升，防止开始加压时模腔内粉末泄漏影响压坯密度。

阴模装置：1.预压装置。用控制器控制阴模正确动作，加上预压以（克服自身重量）阻拦空动。2.保持装置。在加压过程中，上模冲下压时，使阴模在承受规定压力之前不下降（称压坯上下密度调整装置）。3.调节加压装置。上模冲下压时，阴模可作同样下浮动作。当需要时，可令阴模按需比例下降，并同时上，下加压，以保证压坯各部分密度均匀。

下模冲动作装置：1.单模冲时，由下缸传递压力机稳定脱模压力，确保压坯脱模。2.多模冲时，由气缸（或液压缸），斜楔机构来确保压制多台阶面压坯的成形及脱模。

芯棒动作装置：1、通过气缸（或液压缸）来保证芯棒装料后到位（对薄壁件时），以使模腔装粉均匀。2、通过气缸（或液压缸）来保证芯棒浮动，使压坯内部密度均匀。3.通过气缸（或液压缸）来保证脱模时，芯棒后脱（或先脱）以防止压坯裂纹。