东江集团内部培训教材电火花电火花 （EDMEDM） 加工工艺基础加工工艺基础东江集团内部培训教材一、电火花的发展史您了解吗？ 电火花工艺是在什么时期出现的？ 电火花（EDM）机床是哪个国家发明的 ？ EDM机床历经了怎么样的变革？东江集团内部培训教材1、电火花加工工艺的起源见过闪电劈击地面的人其实都见识了电火 花加工（EDM）的威力，闪电是电火花加工最原 始的形式（图1）。在古罗马时期的神话中，人 们传说当伍尔坎（火与锻冶之神）锻造他的剑 时，锤打的声音就是雷声，而锤打时溅出的火 花便是闪电。其实，这种古老的传说与电火花 加工的原理相去不远了。 左图1：在钛氧化物上进行电火花加工。来自 电极（云层）的能量形成闪电，并通过电介 质（空气）作用于工件（最近的物体）。东江集团内部培训教材 早期在一战之后二战之前，电火花加工工艺开 始进入加工车间。当 时只能应用于去除工 件上损耗的钻头、丝 锥等。操作比较困能， 进给由手工控制，易 导致更多的拉弧而非 火花，因此没有用于 生产上。 二战期间，人们使用如图所示的螺孔钻抢救有用的零件。战后， 一些制造螺孔钻的公司继续研制真正的电火花机。（资料由 Agie集团公司Elox提供；北卡罗莱纳洲，戴维森） 东江集团内部培训教材在这段时期内，出现了控制火花间隙的 振荡器，由于上下运动可以达到理想的火花 间隙，所以提高了加工速度。 到了二战期间，由前苏联科学家们做出 了第一项发明引进RC阻容张弛电路。从而对 脉冲时间的控制提供了可靠的方式。并由此 发现了电极与工件之间的最佳距离。第二项 是给火花机加了一个侍服控制电路，能够自 动确定并保持设定的火花间隙。东江集团内部培训教材由于这两项改革，1943年5月10日，由前 苏联科学家B.P .拉扎连柯教授、院士发明的 电火花加工工艺不再是偶尔用之的修补的工 具，而成为生产工具。使用电火花机能够获 得精确、可靠、恒定的结果。东江集团内部培训教材 发展时期苏联科学家们的发明，受到美国的极大关 注，人们开始致力于电火花加工的设置，并形 成了大量的基本理论。尽管各理论观点不尽相 同，但有关火花间隙中电火花加工的原理在主 要理论中是普遍认同的。到五十年代，人们不仅注重可控制火花间 隙，而且致力于发展电源。人们开始使用真空 管来提供直流电（DC）保证持续的脉冲时间， 可以提高加工速度，减少电极损耗。但真空管 无法负载足够大的电流，开关转换也不够快， 因此无法精准控制脉宽和间隙。东江集团内部培训教材晶体管的发展解决了这个问题。晶体管固 态装置能够提供高电流，而且开关转换速度之 快远非真空管可比。人们大力发展使用晶体管 的电路，使脉宽、间歇、电流密度，以及脉冲 向电极的传输都可得到精确的空制。至此，电火花加工的基本系统完成了。而 电火花加工业也开始蓬勃发展。闪电启发发明电火 花应用工艺振荡器RC阻容 张弛电路侍服 控制电路真空 管电路晶体 管电路 电火花加工的历程东江集团内部培训教材 电火花加工对传统加工的挑战平动头、线切割加工、数控（CNC）加工 ，旋转主轴、自动换刀和自适应系统等技术代 表了电火花加工从原先的 巫术转变为广为接 受、发展迅速的技术。这些改革使电火花加工 机操作简便，精确度增加，表面光洁度得以改 善。尽管在速度方面，它无法同传统的铣削、 研磨媲美，但已经有了极大的提高。电火花加 工的魅力还在于它可以实现无人管理操作。东江集团内部培训教材最新型的自适应性控制是实现电火花加工无 人化管理的关键。该装置能够监测火花间隙中 的状态，避免直流拉弧。它可以自动检测到加 工时的不稳定状态并加以调整，在电蚀开始前 ，调整火花间隙达到稳定状态。直流拉弧是由于蚀除下来的工件材料和电极 的碎屑阻塞了火花间隙，由此产生直流电引起 的。这种情况危害很大，因为它会损坏甚至彻 底破坏电极和工件。现在我们可以完全避免直 流拉弧，所以电火花机就可以长期无需人为管 理了。 东江集团内部培训教材对众多设计师和制造工程师而言，电火花 加工是一种理想的加工过程。许多机械厂已经 开始考虑用电火花加工取代传统加工方法，配 合现有的铣床、磨床、获得更好的加工效果。 电火花在加工硬质材料和其他难以加工的材料 时表现最出色。人们能够使用这种没有接触的 加工方法制造加工脆性零件和薄壁零件。 东江集团内部培训教材2. 电极材料由于技术的不断改善和发展，电火花加工各 方面的竞争日趋激烈。20世纪60年代，人 们开始仔细研究电极的材料，开展了大量实 验寻找经济、易于加工、损耗率低的材料。东江集团内部培训教材石墨是在60年代中期开始被用作电极材料 ，但那时它只占很小的市场份额。虽然当时的 石墨十分廉价，加工方便，比大多数的金属都 耐高温，并且损耗比普通金属要低，但是另一 方面，它无法加工到精密尺寸，质量不均匀， 而且由于石墨颗粒粒组成方向不同，用于电极 时导电等向性表现就不一至。 东江集团内部培训教材1964年，美国开发了一种新型石墨，消除了 以上所有的问题。当时，并没有意识到这项发 明将对电火花加工业的发展起到举足轻重的作 用。随著现场实验的断续，新一代石墨的作用 越来越明显，其对于电加工业贡献绝不亚于先 前的固态电源、主轴伺服控制和其它发明。这 项贡献为美国的电极材料市场带来了巨大的变 革。在美国以前百分之八十的厂商使用的是金 属，石墨的比例不到百分之二十。而到1984年 底，情况恰好相反，这得归功于先进的石墨材 料本身具备的优越性和电火花加工业的发展。东江集团内部培训教材3. 电火花机床 电火花加工的基本系统 在基本的活塞型电火花加工系统（下图） 中，主轴头在伺服系统驱动下作精确的上下运 动。伺服系统由同电源连接的微处理器控制。 电源的一极与工件相连，工件浸没于介质油中 。油槽与油箱、油泵及过滤系统相连。油泵提 供压力对加工面进行冲油，并使介质油流动； 过滤器用于去除介质油中的杂质；而油箱用于 提供和储存加工中使用和排出的介质油。电源 的另一极与电极相连。 东江集团内部培训教材电火花加工的基本系统东江集团内部培训教材电源向电极/工件系统提供直流脉冲。脉宽 、间歇、电压和电流值均由手工设置。电火花 机启动后，伺服微处理器若检测到放电间隙太 大，无法进行电蚀，它将通知伺服机制降低 主轴头。一旦火花产生，主轴头的下降运动就停止 。这时，若火花间隙固定不变，电火花就不断 蚀除工件表面。当蚀除的金属达到一定的程度 ，火花间隙变大时，微处理器也能检测到这一 情况，并通知伺服机制降低主轴头达到设置 的间隙，继续进行电火花加工。 东江集团内部培训教材 可平动的手动电火花加工机床20世纪70年代平动系统开始发展。通过平 动头，伺服系统能够按预置方式使电极侧向运 动。这样，电极用于切削的不仅是其端面，而 且是它的每个侧面。平动加工可以减少加工型 腔所需的电极数量。也因此，用于粗加工的电 极同样还可用于精加工。 东江集团内部培训教材电极的平动能够提高加工速度，改善表面 光洁度，改善冲油条件，提高加工精度。 但由于机床上平动的电极是无人控制的， 所以火花间隙中的问题可能导致电极缩回，必 须等到操作人员清理火花间隙，重新启动机器 后才能继续工作 。平动头机头平动头控制器东江集团内部培训教材 数控电火花加工机床20世纪80年代，电火花加工机床配备了电脑 ，用于编程控制整个加工过程。这些机器都是 为实现无人化操作设计的。主轴头的三轴工作方式不再由操作者手工 设置来控制，而被编入这些新电脑的程序，由 它们控制。由于最新的自适应性电源能够监测 火花间隙的情况并自动调整，所以可以重置或 维持稳定的加工环境。一旦加工出现异常，间 歇就会自动延长，使油泵和过滤器能够及时清 除间隙内的杂质。 东江集团内部培训教材到了20世纪90年代，计算机控制系统能够 对所有的加工参数进行控制。它可以自动调节 电流强度、脉宽、间歇、伺服系统和其他设置 ，从而提高加工效率。同时，在精加工回路和 平动加工控制方面也有了很大的进步。多轴向 加工及电极或工件的移位和旋转均可以实现程 序控制。 东江集团内部培训教材如今，电极的损耗可以自动监测，机床 的监测系统使电极的修整和加工方向的调整 都无须操作者动手。 机床可以自动更换电极，连续加工，用 机械手装夹工件，电火花加工机床因此进入 了一个全新的时代。 东江集团内部培训教材 电火花加工业 最新的电火花机床是模拟技术精湛的操作者 制成，它能在无人监控的情况下获得最佳的加工 效果。这些巨大的进步使制造行业中越来越多的 部门开始使用电火花机床（下图）。 东江集团内部培训教材二、放电过程原理您知道吗？ EDM加工靠什么去除工件上的材料？ 火花油的作用是什么？ 铜电极与石墨电极有什么不同？ 一样的火花位同时加工两个型腔快还是逐 个加工快？ 电极为什么会损耗？东江集团内部培训教材1.间隙内电火花加工状况了解EDM加工中电极和工件间发生的加工 情况对我们帮助非常大，了解EDM加工的理论 的基本知识有助于解决技术问题，有助于正确 选择电极材料，有助于理解适合一项工作的材 料为什么有时候在另一项工作中却差强人意的 原因。了解EDM操作原理，有助于操作者提高 工作效率，降低人为出错率。如果加工技术与 操作技巧相结合，那么将会使你成为一个出色 的EDM技师。 东江集团内部培训教材 热电模型虽然多年来建立了众多电火花加工理论， 但大部分实践都支持热电模型。热电意味着热 能和电能共同作用。电火花加工就是利用电极间隙脉冲放电产 生局部瞬时高温（高达800012000），对 金属材料进行蚀除（电蚀）的一种加工方法。东江集团内部培训教材 热电模型形成的过程右图：九张图片逐步显示了 单个电火花加工周期中发生 的情况，说明了热电模型形 成的过程。东江集团内部培训教材图解1：电压开始上升，带电电极慢慢靠近工件 。电极与工件之间是绝缘油，即电火花加工中的 介质油（火花油）。东江集团内部培训教材众所周知，火花油（介质油）是良好的绝缘物 ，但是电压足够大时可以使它分解成带电离子，因 此，在产生电火花前的高压空载电压设定越高，就 越容易分解电离子 。悬浮在火花油中的石墨微粒和 金属微粒有助于电流的传导，这些微粒能够参与火 花油的电离，直接携带电流，还可以促进火花油被 电离击穿，随着带电离子的增多，火花油绝缘能力 开始下降。左图中：带电的电极受到火 花油的绝缘作用，不至于把 电传导到整个机身上。东江集团内部培训教材图解二：随着电离（带电）粒子的增多，火花油的 绝缘力下降。同时在电场最强的部分开始形成一条 狭窄的通道。电压达到峰点，但电流保持为零。东江集团内部培训教材图解四：当电极靠近工件时，由于火花油绝缘 力下降及电极周围都是电离子，电流开始传导 向工件，并趋於上升，电压开始下降。东江集团内部培训教材图解五：随着电流的增加，热量快速积 聚，电压继续下降。热量使部分火花油 、工件和电极气化，形成放电放电通道 。东江集团内部培训教材图解五：一个气泡试图向外膨胀，但由于离 子受到强烈的电磁场作用，不断冲向放电通 道。这股冲力抑制了气泡的膨胀。此时，电 流不断增加，电压继续下降。东江集团内部培训教材图解六：当脉冲将近结束时，电流和电压都呈稳 定状态，气泡中的热量和压力达到最大值，一些 金属被熔蚀。此刻，直接位于柱形放电通道下的 金属层处于熔融状态，受到气泡的压力而原地不 动。强烈的电流通过放电通道，其中充满了金属 、火花油和碳气化后的过热等离子体。东江集团内部培训教材图解七：一进入间歇，电流和电压就降至 零，温度骤然下降，导致气泡爆炸，熔融 的金属被抛离工件表面。东江集团内部培训教材图解八：新的火花油涌入型腔，冲走杂质 ，冷却工件表面。未被抛离的熔融金属凝 固成重铸层。东江集团内部培训教材图解九：被抛离的金属凝固成圆形小颗粒和电极 上掉下来的碳屑一起分散在火花油中。没在破碎 的气泡浮到油面。如果间歇不够长，那么杂质可 能会集结起来，影响放电的稳定性。在这种情况 下还可