电火花加工实验指导书

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前言

一、实验目的

本课程实验课目的在于验证、巩固和加深课堂讲授的基本理论，加强理论联系实际及工作能力的培养；掌握一些最基本的机械实验方法、测量技能及用实验法来测定一些机械参数的能力；培养学生踏实细致、严肃认真的科学作风。因此，实验课是一个不可缺少的重要环节，每个学生必须认真对待，在课前进行预习，在课后分析试验结果，完成实验报告。实验课为评定学生成绩的一部分。

二、实验准备

为了保证实验顺利进行，要求在实验前做好准备工作，教师在实验前要进行检查和提问，如发现有不合格者，提出批评，甚至停止实验的进行，实验准备工作包括下列几方面内容：

1.预习好实验指导书：明确实验的目的及要求，搞懂实验的原理，了解实验进行的步骤及主要事项，做到心中有底；

2.准备好实验指导书中规定自带的工具、纸张；

3.准备好实验数据记录表格。

三、实验室规章制度

1.实验前必须仔细阅读实验室规章制度条例，了解实验设备、仪器的使用性能、操作规程及使用须知，否则不得操作；

2.严格按照规定，精心操作设备、仪器；

3.实验室内与本实验无关的设备与仪器，一律不得乱动；

4.在实验室严守纪律，不得高声谈笑，保持室内整洁；

5.实验完毕后，用过设备、仪器放回原处，并整理清洁、经教师同意后方可离开。

四、实验报告

实验报告是对实验所有数据、现象进行整理，分析得出一定结论与看法的书面文件。学生在实验后必须按照要求，整理并分析处理所的结果，写成正规的实验报告。

实验报告要求：

1.实验结果记录应经实验指导教师过目签字，并随实验报告一起交上；

2.报告中的结果分析及讨论应力求具体，应针对实验具体情况，防止不切实际的空谈；

3.实验报告要求每人一份；

4.实验报告应在实验完毕后一星期内，由班委汇集交老师。

吉林大学珠海学院

机械工程学院

2018年9月10日

特种加工概述

特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形 、改变性能或被镀覆等。

特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。特种加工是近几十年发展起来的新工艺,是对传统加工工艺方法的重 要补充与发展,目前仍在继续研究开发和改进。直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。

20世纪40年代发明的电火花加工开创了用软工具、不靠机械力来加工硬工件的方法。50年代以后先后出现电子束加工、等离子弧加工和激光加工。这些加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流进行加工。对于高硬度材料和复杂形状、精密微细的特殊零件,特种加工有很大的适用性和发展潜力,在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。特种加工的主要发展方向：提高加工精度和表面质量，提高生产率和自动化程度，发展几种方法联合使用的复合加工，发展纳米级的超精密加工等。

实验一  电火花成型加工 

一、实验目的   

1、使学生了解电火花成型加工机床的一般结构和基本工作原理；

2、使学生掌握电火花成型加工机床各部分的功能，及机床的操作使用方法；

3、使学生掌握电火花穿孔与成型加工中各种电加工工艺参数的选择，学会电极的安装、工件的装夹及找正方法；

4、使学生加深对电火花成型加工技术的原理、特点及应有范围的理解。

5、通过实验，督促学生观察电火花加工中极性效应和炭黑吸附效应等特有现象，并以此加深学生对电火花加工理论知识的理解。

二、实验基本原理 

电火花成型加工是利用工具电极和工件电极，即正、负电极之间产生脉冲性火花放电时产生的电腐蚀现象，来蚀除工件上多余的金属，以达到对工件的尺寸、形状和表面质量预定的加工要求。

与线切割加工所用的钼丝工具电极不同，电火花成型加工所用的工具电极是按照工件的形状及其它要求专门制造的，其材料一般为紫铜或石墨。

1、电火花成型加工的原理、特点和应用

被加工的工件做为工件电极，紫铜（或其它导电材料如石墨）做为工具电极。脉冲电源发出一连串的脉冲电压，加到工件电极和工具电极上，此时工具电极和工件均被淹没在具有一定绝缘性能的工作液（绝缘介质）中。在轴伺服系统的控制下，当工具电极与工件的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，两极间最近点处的工作液（绝缘介质）被击穿，工具电极与工件之间形成瞬时放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来，使局部形成电蚀凹坑。这样以很高的频率连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可以将工具电极的形状“复制”到工件上，加工出需要的型面来。

特点：（1）由于脉冲放电的能量密度高，使其便于加工用普通的机械加工难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的零件，并不受材料及热处理状况的影响。

（2）电火花加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小，工具电极不需要比加工材料硬，即可以柔克刚，故电极制造更容易。

应用：电火花成型加工一般应用在加工各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的导电材料，并且常用于模具的制造过程中。

2、实现电火花加工的条件

1）工具电极和工件电极之间必须加以60V~300V的脉冲电压，同时还需维持合理的工作距离——放电间隙。放电间隙过大时，介质不能被击穿，无法形成火花放电；放电间隙过小时，容易导致积炭，甚至发生电弧放电，无法继续加工。

2）两极间必须充满具有一定绝缘性能的液体介质。电火花成型加工一般用专用火花油做为工作液。实际生产中为降低成本，多用煤油作介质。

3）输送到两极间的脉冲能量应足够大。即放电通道要有很大的电流密度，一般为104～109A/cm2。

4）放电必须是短时间的脉冲放电。一般放电时间为1цs~1ms。这样才能使放电产生的热量来不及扩散，从而把能量作用局限在很小的范围内，保持火花放电的冷极特性。

5）脉冲放电需要多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的，避免发生局部烧伤。

6）脉冲放电后的电蚀产物应能及时排放至放电间隙之外，使重复性放电能顺利进行。电火花加工过程如下图所示：

三、实验设备

电火花成型机两台

四、实验内容和步骤 

1、实验指导教师讲解电火花成型加工实验的目的和要求，强调实验的纪律，并进行安全教育；

2、实验指导教师讲解数控电火花成型原理、加工机床的结构、各部分的功能和操作使用方法；

3、实验指导教师讲解并演示工具电极的安装与更换、工件装夹和找正的方法，并说明此次实验属于电火花穿孔加工实验；

4、实验指导教师讲解并演示电火花穿孔加工时对加工深度分组，各加工深度内电规准参数选择的依据和输入方法，并说明其意义在于将整个加工过程划分成粗加工、半精加工和精加工，以达到提高加工效率和满足加工精度的要求；

5、学生在实验指导教师的指导下，开启数控电火花成型加工机床，完成零件的穿孔加工任务；

6、在机床加工过程中，实验老师提醒学生观察电火花加工的各种现象，包括火花放电状态、工作液冲油工作方式、工作液介质过滤方式、电极在加工过程中的回退现象、负极性加工时工具电极上的炭黑吸附现象等；

7、关闭数控电火花成型加工机床，清理实验设备，完成实验。

五、实验报告

1、电火花成型加工知识基本问答

①  电火花成型加工的工具电极一般用（        ）材料制成。

②  电火花成型加工中一般用（       ）做为工作液，工作液有（                                               ）等性能。

③ 电火花成型加工的特点？

电火花成型加工一般应用在？

④ 电火花成型加工中，工具电极和工件电极间的放电必须是短时间的（            ），一般放电时间为（            ）。

⑤ 电火花成型加工机床主要由哪几部分组成？

2、简述电火花成型机床的加工原理？

3、电火花成型加工实验心得体会？

实验二  电火花线切割加工 

一、实验目的

1、使学生了解数控线切割加工机床的一般结构和基本工作原理；  

2、使学生掌握利用机床本身所安装的自动编程系统对零件图纸进行输入、自动编程、模拟加工等操作步骤；

3、使学生掌握数控线切割加工工艺参数（间隙补偿量、加工电流大小等）的选择，学会对工件装夹及找正的方法，并启动机床对零件进行实际加工；

4、使学生了解钼丝循环工作原理及钼丝的更换方法； 

5、使学生加深对电火花特种加工技术的原理、特点及应有范围的理解。

二、实验原理

数控电火花线切割机床加工的基本原理是：

利用一根运动着的金属丝（直径为0.02～0.3mm的钼丝或黄铜丝）作为工具电极，在金属丝与工件间施加脉冲电流，产生放电腐蚀，对工件进行切割加工。

工件接高频脉冲电源的正极，电极丝接负极，即采用正极性加工，电极丝缠绕在储丝筒上，电机带动储丝筒运动，致使电极丝不断地进入和离开放电区域，电极丝与工件之间浇注工作液介质。当电频脉冲电源通电后，随着工作液的电离、击穿，形成放电通道，电子高速奔向正极，正离子奔向负极，于是电能转变为动能，粒子间的相互撞击以及粒子与电极材料的撞击，又将动能转变为热能。在放电通道内，正极和负极表面分别成为瞬时热源，达到很高的温度，使工作液介质汽化、热裂分解、金属材料熔化、沸腾、汽化。在热膨胀、局部微爆炸、电动力、液体动力等综合作用下，蚀除下来的金属微粒随着电极丝和移动和工作液的冲洗而被抛出放电区，于是在金属表面形成凹坑。在脉冲间隔时间内工作液介质消电离，放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复了工作液的绝缘性。由于加工过程是连续的，步进电机受控系统的控制，使工作台在水平面沿两个坐标方向伺服进给运动，于是工件就逐步被切割成各种形状。如下图所示：

三、实验设备

数控电火花线切割机床两台 

四、实验内容和步骤

1、实验指导教师讲解线切割加工实验的目的和要求，强调实验的纪律，并进行安全教育； 

2、实验指导教师讲解数控线切割加工机床的结构、各部分的功能和操作使用方法；

3、实验指导教师讲解并演示工件装夹、找正的方法，讲解钼丝的安装及更换方法；

4、实验指导教师检查实验学生所做的待加工零件图纸，从中选择一两个有特色的零件；学生在实验指导教师的指导下，学习并掌握线切割自动编程控制系统的屏幕控制功能及绘图功能操作，完成线切割零件图的输入，启用自动编程系统生成加工程序，并进行程序的检查和模拟加工；

5、学生在实验指导教师的指导下，开启数控线切割机床，完成零件的加工任务；

6、在线切割机床加工过程中，实验指导教师要求学生观察电火花放电的情况；储丝筒的工作状态，解释其换向机构；说明钼丝从外向内加工和从内向外加工的区别与应用场合等；

7、加工结束后，依次关闭脉冲电源、液泵开关、运丝开关，最后关闭总电源。清洁工件，清洁机床，清点工具。按图纸要求检查被加工的工件尺寸，观察表面质量，填写实验报告。

五、实验报告

1、电火花线线切割加工原理、特点及应用范围？

2、利用电火花线切割加工零件时，在何种情况下需预先在工件坯料上加工穿丝孔？

3、电火花线切割加工实验心得体会?