【正文】 的穩(wěn)定電弧放電，同時工作液局部高溫分解后可能結(jié)炭，在該處聚成焦粒而在兩極間搭橋，使加工無法進行下去。在某些條件下，這種互相飛濺覆蓋現(xiàn)象的產(chǎn)物可以用來補償電極工具在加工中的損耗。電極蒸氣、介質(zhì)蒸氣以及放電通道的急劇膨脹也會產(chǎn)生相當大的壓力，引起氣化爆炸，把熔融金屬拋出。而通道中的正離子則在電場作用下奔向陰極，也以很高的速度轟擊陰極表面，將其動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。放電通道中的能量主要消耗在熱輻射和熱傳導上。高壓放電通道以及瞬時形成的氣體分子團（以后發(fā)展成氣泡）急速擴展，并產(chǎn)生強烈的沖擊波向四周傳播?！　》烹娡ǖ朗怯蓴?shù)量大體相等的帶正電（正離子）和帶負電粒子（電子）以及中性粒子（原子或分子）組成的等離子體。在電場作用下負電子高速向陽極運動并撞擊工作液介質(zhì)中的分子或中性原子，產(chǎn)生碰撞電離，形成帶負電的粒子(主要是電子)和帶正電的粒子(正離子)，導致帶電粒子雪崩式增多，使介質(zhì)擊穿而放電。實驗結(jié)果表明，電火花加工的微觀過程是電力、磁力、熱力、流體動力、電化學和膠體化學等綜合作用的結(jié)果。加工范圍可小至幾微米的小軸、孔、縫，大到幾米的超大型模具和零件。　　放電加工中，加工工具電極和工件不直接接觸，沒有機械加工中的切削力，因此適宜加工低剛度工件及微細加工。自動進給調(diào)節(jié)裝置1使工具和工件間經(jīng)常保持一很小的間隙（此處為電機與絲桿螺母機構(gòu)），當脈沖電壓加到兩極之間時，便在當時條件下相對某一間隙最小處或絕緣強度最低處擊穿介質(zhì)，在該局部產(chǎn)生火花放電，放電點處產(chǎn)生瞬時高溫使工具和工件表面都蝕除掉一小部分金屬，各自形成一個小凹坑?！　?）在先后兩次脈沖放電之間，應有足夠的停歇時間，排除電蝕產(chǎn)物，使極間介質(zhì)充分消電離，恢復介電性能，以保證每次脈沖放電不在同一點進行，避免發(fā)生局部燒傷現(xiàn)象，使重復性脈沖放電順利進行。這時，放電所產(chǎn)生的熱量就足以使電極表面的局部金屬瞬時熔化甚至汽化。因此，加工中必須用自動進給調(diào)節(jié)機構(gòu)來保證加工間隙隨加工狀態(tài)而變化。因而不斷地研究它的成因，并設法減輕和避免。其中,電火花穿孔成形加工和電火花線切割在模具加工中應用最廣泛。加工中工件和電極都會受到電腐蝕作用，只是兩極的蝕除量不同,這種現(xiàn)象成為極性效應。第4章 模具零件電火花加工 電火花加工又稱放電加工(Electrical Discharge Machining簡稱EDM)，在20世紀40年代開始研究并逐步應用于生產(chǎn)。工件接正極的加工方法稱為正極性加工；反之，稱為負極性加工?！　‰姼g現(xiàn)象早在19世紀初就被人們發(fā)現(xiàn)并加以研究。研究結(jié)果表明，電火花腐蝕的主要原因在于火花放電時，火花通道瞬時產(chǎn)生大量的熱，以致使電極表面的金屬局部熔化甚至汽化而被蝕除下來，形成放電凹坑。2）火花放電必須在一定絕緣性能的介質(zhì)中進行，液體介質(zhì)有壓縮放電通道的作用，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)物從放電間隙中排出去，并對電極和工件有較好的冷卻作用?！　?）火花放電是瞬時的脈沖性放電。圖中ti為脈沖寬度，t0為脈沖間隔，tp為脈沖周期，ui脈沖峰值電壓或空載電壓。脈沖放電結(jié)束后，經(jīng)過一段時間間隔，使工作液恢復絕緣后，第二個脈沖電壓又加到兩極上，又會在當時極間距離相對最近或絕緣強度最弱處擊穿放電，又電蝕出一個小凹坑。由于可以簡單地將工具電極的形狀復制到工件上，因此特別適用于復雜表面形狀的加工。電火花加工的局限性在于：主要用于導電材料的加工；一般加工速度較慢；存在電極損耗。這一過程大致可分為以下幾個連續(xù)的階段：極間介質(zhì)的擊穿與放電；能量的轉(zhuǎn)換、分布與傳遞；電極材料的拋出；極間介質(zhì)的消電離。從雪崩電離開始到建立放電通道的過程非常迅速，間隙電阻從絕緣狀況迅速降低到幾分之一歐姆，間隙電流迅速上升到最大值（幾安到幾百安）。帶電粒子高速運動時相互碰撞，產(chǎn)生大量的熱，使通道溫度相當高，但分布是不均勻的，從通道中心向邊緣逐漸降低，通道中心溫度可高達10000℃以上。在放電過程中，同時還伴隨著一系列派生現(xiàn)象，其中有熱效應、電磁效應、光效應、聲效應及頻率范圍很寬的電磁波輻射和爆炸沖擊波等。隨著極間距離、電位梯度、放電電流和放電時間的增大，放電通道中消耗的能量亦增大。這些熱源產(chǎn)生了很高的溫度熔化和汽化了電極材料。 　 同時，放電過程由于氣化了得氣體體積不斷向外膨脹產(chǎn)生的擴張“氣泡”。　　總之,電極材料的拋出是熱爆炸力、磁流體動力、流體動力等綜合作用的結(jié)果?！　∮纱丝梢?，在電火花加工過程中，為了保證加工的正常進行，在先后兩次脈沖放電之間一般都應有足夠的停歇時間，其最小脈沖停歇時間的選擇，不僅要考慮介質(zhì)消電離的時間，而且還要考慮電蝕產(chǎn)物擴散和排出的難易程度。 　 2）放電間隙 是指加工時，工具和工件之間產(chǎn)生火花放電的距離間隙?！? 3）脈沖電源 是電火花加工設備的主要組成部分之一，它給放電間隙提供一定能量的電脈沖，是電火花加工時的能量來源，常簡稱為電源?！? 5）工作液介質(zhì) 電火花加工時，工具和工件間的放電間隙必須浸泡在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中，此液體介質(zhì)即稱工作液介質(zhì)。廣義而言，電蝕產(chǎn)物還包括煤油在高溫下分解出來的氣體氫、甲烷等小氣泡。或τon表示。s；精加工時，只能用較小的脈寬，ti＜50181。它是兩個電壓脈沖之間的間隔時間。ti和te對電火花加工的生產(chǎn)效率、表面粗糙度和電極損耗等有很大的影響，但實際起作用的是電流脈寬te。s） 一個電壓脈沖開始到下一個電壓脈沖開始之前的時間稱為脈沖周期，顯然tp=ti＋to ?！　?4) 加工電流I（A） 加工時，電流表上指示的流過放電間隙的平均電流?！　?6) 正、負極性加工 加工時以工件為準，工件接脈沖電源正極（高電位端），稱為正極性加工；反之，工件接電源負極（低電位端），則稱為負極性加工?！　、诨鸹ǚ烹姡洪g隙內(nèi)絕緣性能良好，工作液介質(zhì)擊穿后能有效地拋出、蝕除金屬?！　、茈娀》烹姡河捎谂判疾涣?，放電點集中在某一局部而不分散，局部熱量積累，溫度升高，惡性循環(huán)，此時火花放電就成為電弧放電，由于放電點固定在某一點或某局部，因此稱之為穩(wěn)定電弧，常使電極表面結(jié)炭、燒傷?！　∫陨细鞣N放電狀態(tài)在實際加工中是交替、概率性地出現(xiàn)的（與加工規(guī)準和進給量等有關），甚至在一次單脈沖放電過程中，也可能交替出現(xiàn)兩種以上的放電狀態(tài)?！。捍采?、立柱、工作臺及主軸頭等主機部分；液壓泵(油泵)、過濾器、各種控制閥、管道等工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)；脈沖電源、伺服進給（自動進給調(diào)節(jié)）系統(tǒng)和其他電氣系統(tǒng)等電源箱部分。工作臺主要用來支承和裝夾工件。 （a）結(jié)構(gòu)組成 (b) 外觀1床身；2過濾器；3工作臺；4主軸頭；5立柱；6液壓泵；7電源箱　 電火花成形加工機床 主軸頭是電火花成形加工機床的一個關鍵部件，在結(jié)構(gòu)上由伺服進給機構(gòu)（步進電動機、直流電動機或交流伺服電動機作進給驅(qū)動）、導向和防扭機構(gòu)、輔助機構(gòu)三部分組成。在加工大間隙沖模和零件上的異形孔時，平動頭經(jīng)常得到應用。平動頭的結(jié)構(gòu)形式有多種，常使用的有：停機手動調(diào)偏心量平動頭、不停機調(diào)偏心量平動頭、數(shù)控平動頭，其結(jié)構(gòu)見電火花成形機床手冊。 3）冷卻工具電極和降低工件表面瞬時放電產(chǎn)生的局部高溫，否則表面會因局部過熱而產(chǎn)生結(jié)炭、燒傷并形成電弧放電。脈沖電源的作用是把工頻交流電轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流，供給火花放電間隙所需要的能量來蝕除金屬。電火花加工與切削加工不同，屬于“不接觸加工”。如進給量v大于工件的蝕除速度Vw，則間隙S將逐漸變小，甚至等于零，形成短路。離線參數(shù)是在加工前設定的，加工中基本不再調(diào)節(jié)，如放電電流、開路電壓、脈沖寬度、電極材料、極性等；在線參數(shù)是加工中常需調(diào)節(jié)的參數(shù)，如進給速度（伺服進給參考電壓）、脈沖間隔、沖油壓力與沖油油量、抬刀運動等。 　?。?）在線控制參數(shù)在線控制參數(shù)在加工中的調(diào)整沒有一般的規(guī)律可循，主要依靠經(jīng)驗。它們是一個問題的兩個方面。所以在用短脈沖加工時，正極材料的蝕除速度大于負極材料的蝕除速度，這時工件應接正極；當采用長脈沖加工時，質(zhì)量和慣性大的正離子將有足夠的時間加速，到達并轟擊負極表面，由于正離子的質(zhì)量大，對負極表面的轟擊破壞作用強，故采用長脈沖時負極的蝕除速度要比正極大，工件應接負極。故常用的是純銅和石墨，這兩種材料在寬脈沖粗加工時都能實現(xiàn)低損耗。　　石墨電極的優(yōu)點是：機械加工成形容易(但不易做成精密、微細的花紋)；電火花加工的性能也很好，在長脈沖粗加工時能吸附游離的碳來補償電極的損耗，因此目前已廣泛用做型腔粗加工的電極。　?。?）電參數(shù)的影響　　無論工具電極是正是負，都存在單個脈沖的蝕除量與單個脈沖的能量在一定范圍內(nèi)成正比的關系，某一段時間內(nèi)的總蝕除量等于這段時間內(nèi)各單個脈沖蝕除量的總和，故正、負極性的蝕除速度與單個脈沖能量、脈沖頻率成正比。因此，這兩種途徑一般只用于粗加工和半精加工的場合，在精加工中為降低表面粗糙度則需要顯著降低加工速度。為了減少加工誤差，應該采用較弱的加工規(guī)準，縮小放電間隙。電火花加工的表面和機械加工的表面不同，它是由無方向性的無數(shù)小坑和硬凸邊所組成,特別有利于保存潤滑油；而機械加工表面則存在著切削或磨削刀痕，具有方向性。脈沖能量大，則每次脈沖放電的蝕除量也大，放電凹坑既大又深，從而使表面粗糙度惡化。 　　工件材料對加工表面的粗糙度也有影響。由于加工石墨電極時很難得到非常光滑的表面，因此，與純銅電極相比，用石墨電極加工出的工件表面粗糙度較差，所以石墨電極只用于粗加工。顯微裂紋一般在熔化凝固層內(nèi)出現(xiàn)。對淬火鋼，熱影響層包括再淬火區(qū)、高溫回火區(qū)和低溫回火區(qū)，再淬火區(qū)的硬度稍高或接近于基體硬度，回火區(qū)的硬度則比基體材料低；對未淬火鋼，熱影響區(qū)主要為淬火區(qū)，熱影響層的硬度比基體材料高。因此，電極是電火花加工中不可缺少的工具之一。2）電極的尺寸精度不低于IT7級精度。從電火花加工原理來說，加工時工具電極與工件不接觸，是通過電蝕作用對工件進行加工，似乎任何導電材料都可以作為電極。 電火花成形加工常用電極及其性能常 用材 料電加工工藝性能機械加工性能價格材料來源應用情況穩(wěn)定性電極損耗鑄鐵較差適中好低(常用材料) 主要用于型孔加工，制造精度高鋼較差適中好低(常用材料) 常采用加長凸模，加長部分為加工型孔的電極；可降低制造費用石墨較好較小(取決于石墨性能)好（有粉塵、易崩角、掉渣）較低(常用材料) 適用于加工大、中型尺寸的型孔與型腔純銅好較大較差(磨削困難)較高(小型電極常用材料) 主要用于加工較小尺寸型腔，精密型腔，表面加工粗糙度可很低黃銅好大較好(可磨削)較高(小型電極常用材料)銅鎢合金好小(為純銅電極損耗的15%~25%)較好(可磨削)高(高于銅價40倍以上) 主要用于加工精密深孔、直壁孔和硬質(zhì)合金材料的型孔與型腔銀鎢合金好很小較好(可磨削)高(比銅鎢合金高)（1）鑄鐵電極的電極損耗和加工穩(wěn)定性均較一般，容易起弧，生產(chǎn)率不及銅電極。鋼電極還有其獨特的優(yōu)點，即把電極和凸模做成一體，實質(zhì)上就是將凸模加長，加長的部分就用作電極。（3）純銅電極在加工過程中穩(wěn)定性好、生產(chǎn)率高、但損耗較大、來源少、價格較貴。純銅電極與其他材料電極相比，在電火花加工中能使模具達到最細表面粗糙度。（5）石墨電極的電極損耗小、加工穩(wěn)定性尚好、易于加工、生產(chǎn)率最高、其價格與銅大體相同，但機械強度較差，尖角處易崩裂。但其價格較高，比銅的價格高40倍。3電極的結(jié)構(gòu)形式電極的結(jié)構(gòu)形式應根據(jù)模具型孔或型腔的尺寸大小，復雜程度及電極的加工工藝性等來確定,常用的電極結(jié)構(gòu)有下列幾種形式：（1）整體電極整體電極就是用一整塊電極材料加工出的完整電極，這是型孔或型腔加工中最常用的電極結(jié)構(gòu)形式。L1為原有電極的長度，L2為增長部分的長度（~）。 b)有固定板式 1沖油孔。 1）分解式電極 當工件形狀比較復雜，則可將電極分解成簡單的幾何形狀，分別制造成電極，以相應的加工基準，逐步將工件型腔加工成形。2）鑲拼式電極 對形狀復雜而制造困難的電極，可分解成幾塊形狀簡單的電極來加工，加工后鑲拼成整體的電極來電加工型孔，該電極即為鑲拼式電極。4電極尺寸的確定（1）電極橫截面尺寸的確定電極橫截面尺寸是根據(jù)凹模（或凸模）的尺寸及公差，凸模、凹模配合間隙和放電間隙的大小確定的。因此，電極截面尺寸的確定也要按以凹模設計為基準，還是凸模設計為基準兩種情況來討論。②凸模、凹模單邊配合間隙小于放電間隙（Z/2＜S）：電極應按凸模四周每邊均勻縮小一個值（S－Z/2），電極橫截面尺寸計算公式如下：　 　 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　 ③凸模、凹模配合間隙大于放電間隙（Z/2＞S），電極應按凸模四周每邊均勻放大一個值（Z/2－S），電極橫截面尺寸計算公式如下：　　　　　　　　　　 　 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　 式中S——單面放電間隙；Z/2——凸模、凹模單邊間隙；δ——電極制造公差,取模具公差Δ的1/2～2/3。電極長度按下式計算： 式中 L——電極總長度；L1——精加工用的電極長度；L2——粗中加工用的電極長度；t——電極長度損耗（用鑄鐵電極，當加工鋼模具時, t =；當加工硬質(zhì)合金模具時, t =。若采用同一只電極加工幾副模具時，其電極的長度應加長，～。電極縱截面尺寸，尺寸的計算如下：