第二章電火花加工課內(nèi)習(xí)題及答案1．兩金屬在（1）在真空中火花放電；（2）在空氣中；（3）在純水（蒸餾水或去離子水）中；（4）在線切割乳化液中；（5）在煤油中火花放電時，在宏觀和微觀過程以及電蝕產(chǎn)物方面有何相同和相異之處？答：（1）兩金屬在真空中火花放電時，當(dāng)電壓（電位差）超過一定時即產(chǎn)生“擊穿”，電子由“－”極逸出飛向“+”極，由于真空中沒有物質(zhì)阻擋電子的運(yùn)動，所以沒有正離子形成，沒有發(fā)熱的放電“通道”的概念，示波器、顯像管中電子流的運(yùn)動與此類似。基本上沒有“電蝕產(chǎn)物”成生。（2）兩金屬在空氣中放電的例子是電火花表面強(qiáng)化、涂覆。電焊、等離子切割、等離子焊等，也是在空氣中放電，利用電子流在空氣中撞擊氣體原子形成放電通道，在通道中和工件表面產(chǎn)生大量的熱能用于強(qiáng)化、涂覆、切割和焊接。（3）在純水、蒸餾水或去離子水中，兩金屬間電火花放電與在煤油中類似，只是水分子、原子受電子、正離子撞擊發(fā)熱氣化，最后分解為氧原子和氫原子（分子），而不像煤油中會分解出碳原子（碳黑微粒）和氫氣等。（4）、（5）在乳化液中和煤油中放電過程，詳見教材中有關(guān)章節(jié)，不再另行論述。2．有沒有可能或在什么情況下可以用工頻交流電源作為電火花加工的脈沖直流電源？在什么情況下可用直流電源作為電火花加工用的脈沖直流電源？（提示：軋輥電火花對磨、齒輪電火花跑合時，不考慮電極相對磨損的情況下，可用工頻交流電源；在電火花磨削、切割下料等工具、工件間有高速相對運(yùn)動時，可用直流電源代替脈沖電源，但為什么？）答：如提示所述，在不需要“極性效應(yīng)”、不需考慮電極損耗率等的情況下，可以直接用220V的50Hz交流電作為脈沖電源進(jìn)行軋輥電火花對磨和齒輪電火花跑合等。不過回路中應(yīng)串接限流電阻，限制放電電流不要過大。如需精規(guī)準(zhǔn)對磨或跑合，則可在交流工頻電源上并聯(lián)RC電路（R≈500~1000?,C≈0.1~0.01μF），再接到兩個工件上。在用高速轉(zhuǎn)動的金屬輪或圓片作電火花磨削、電火花切斷、下料時，如果可以不計電極損耗率，則就可以用全波整流或整流后并聯(lián)電解電容濾波的直流電源進(jìn)行電火花磨削。由于工具電極高速轉(zhuǎn)動，所以一般不會產(chǎn)生穩(wěn)定電弧燒傷工件。最好是經(jīng)調(diào)壓變壓器降壓到5~100V再整流供磨削之用，一則可以調(diào)節(jié)電壓或電流，二則和220V交流電源隔離，以保障人身避免觸電的危險。3．電火花加工時的自動進(jìn)給系統(tǒng)和車、鉆、磨削時的自動進(jìn)給系統(tǒng)，在原理上、本質(zhì)上有何不同？為什么會引起這種不同？答：電火花加工時工具電極和工件間并不接觸，火花放電時需通過自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持一定的放電間隙，而車、鉆、磨削時是接觸加工，靠切削力把多余的金屬除去，因此進(jìn)給系統(tǒng)是剛性的、等速的，一般不需要自動調(diào)節(jié)。4．電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工和電火花磨削在原理上有何不同？工具電極和工件上的瞬間放電點之間有無相對移動？加工內(nèi)螺紋時為什么不會“亂扣”？用銅螺桿做工具電極，在內(nèi)孔中用平動法加工內(nèi)螺紋，在原理上和共軛同步回轉(zhuǎn)法有何異同？答：不同之處在于電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工時：（1）工具電極和工件的轉(zhuǎn)動方向相同；（2）轉(zhuǎn)速嚴(yán)格相等（或成倍角、比例關(guān)系）；（3）工具和工件上瞬時放電點之間有很慢的相對移動。而電火花磨削時工具和工件可以同向或反向轉(zhuǎn)動；工具和工件的轉(zhuǎn)速并不相同，磨削點之間有很大的相對移動。加工內(nèi)螺紋時，其所以不會“亂扣”，是因為加工中工具電極和工件的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速相等，工具和工件圓周表面上有著“各點對應(yīng)”的關(guān)系，所以能把工具表面的螺紋形狀復(fù)制到工件表面上去而不會“亂扣”。在內(nèi)孔中用平動法加工內(nèi)螺紋，本質(zhì)上和共軛同步回轉(zhuǎn)法相同，不同之處在于平動法加工時工件不轉(zhuǎn)動而代之以工具電極在平動頭中作“公轉(zhuǎn)”行星式運(yùn)動，其內(nèi)外圓上“各點對應(yīng)”的規(guī)則仍然存在。5．電火花加工時，什么叫做間隙蝕除特性曲線？粗、中、精加工時，間隙蝕除特性曲線有何不同？脈沖電源的空載電壓不一樣時（例如80V、100V、300V三種不同的空載電壓），間隙曲線有何不同？試定性、半定量地作圖分析之。答：間隙蝕除特性曲線是電火花放電間隙蝕除速度和放電間隙大?。ㄩg隙平均電壓的大小）之間的關(guān)系，此關(guān)系可以定量地用作圖法畫成間隙蝕除特性曲線。粗、中、精加工時，由于脈寬、峰值電流等電規(guī)準(zhǔn)不同，同樣大小間隙的蝕除速度也就不一樣，總的來說，粗加工時蝕除速度較大，上凸的間隙蝕除特性曲線就高于中、精加工的曲線。當(dāng)脈沖電源的空載電壓不一樣時，例如電壓較高為300V時，其擊穿間隙、平均放電間隙都大于100V或80V的放電間隙，因此橫坐標(biāo)上的A點（電火花擊穿間隙）將大于100V或80V時的間隙。間隙特征曲線原點不動，整個曲線稍向右移。同理80V空載電壓的間隙特征曲線的A點將偏向左邊。SS/μmue/Vυw100υdA0A6．在電火花加工機(jī)床上用φ10mm的純銅桿加工φ10mm的鐵桿，加工時兩桿的中心線偏距5mm，選用t1=200μs，i=5.4A，各用正極性和負(fù)極性加工10min，試畫出加工后兩桿的形狀、尺寸，電極側(cè)面間隙大小和表面粗糙度值（提示：利用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來測算）。答：加工示意圖見圖2-1a。設(shè)先用正極性加工，加工后的圖形見圖b，負(fù)極損耗較大；負(fù)極性加工后的圖形見圖c，正極工具損耗較小。具體數(shù)據(jù)請自行在圖中標(biāo)明，并與書中工藝曲線圖表進(jìn)行對照比較。ФCu-Fe+Fe-Cu+ФCu-Fe+Fe-Cu+a)b)c)圖2-17．電火花加工一個紀(jì)念章淺型腔花紋模具，設(shè)花紋模電極的面積為10mm×20mm=200mm2，花紋的深度為0.8mm，要求加工出模具的深度為1mm，表面粗糙度為Ra=0.63μm，分粗、中、精三次加工，試選擇每次的加工極性、電規(guī)準(zhǔn)脈寬t1、峰值電流ie、加工余量及加工時間，并列成一表（提示：用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來計算）。答：可按書中電火花加工工藝曲線圖表選擇粗、中、精加工的規(guī)準(zhǔn)。例如極性脈寬脈間峰值電流加工余量加工后表面粗糙度時間粗加工（可不加抬刀）負(fù)600μs100μs10A0.9mmRa3μm約30min中加工（加抬刀）負(fù)100μs50μs4A0.08mmRa1.25μm30min精加工（加抬刀）正20μs50μs2A0.02mmRa0.63μm30min二、課外習(xí)題及答案（一）是非題（“√”表示正確，“×”表示錯誤）1．電火花加工是非接觸加工（指工具和工件不接觸），所以加工后的工件表面無殘余應(yīng)力。（×）（二）填充題 1．電火花加工按工件和工具電極相對運(yùn)動的關(guān)系可分為：電火花（穿孔和成形加工），（電火花線切割），（電火花磨削），（電火花同步回轉(zhuǎn)共軛加工），（電火花刻字、強(qiáng)化）等類型。2．電火花加工時靠火花放電產(chǎn)生（局部、瞬時的高溫）將金屬蝕除下來的。3．電火花加工蝕除金屬材料的微觀物理過程可分為：（介質(zhì)電離擊穿）、（火花放電能量轉(zhuǎn)換）、（蝕除物拋出）和（間隙介質(zhì)消電離恢復(fù)絕緣）四個階段。4．電火花加工中把（由于正負(fù)極接法不同而蝕除量不同）的現(xiàn)象叫極性效應(yīng)。電火花型腔加工的工藝方法有：（單電極加平動法）、（多次更換電極法）、（分解電極法）、（簡單電極數(shù)控創(chuàng)成法）等。（三）選擇題1．一般來說，精密電火花加工時電極是：a、高損耗；b、低損耗；c、零損耗；d、負(fù)損耗。（a）2．用電火花加工沖模時，若加工間隙與配合間隙相同，可選用哪種工藝方法？a、直接配合法；b、修配沖頭法；c、修配電極法。（a）（四）名詞解釋1．極性效應(yīng)（電火花加工中）答：電火花加工中，把由于正負(fù)極接法不同而蝕除量不同的現(xiàn)象叫極性效應(yīng)。2．電極相對損耗θ（電火花加工中）答：指工具電極損耗速度υe與工件損耗速度υw之百分比。即θ=υe/υw×100%（五）計算題1．用黃銅和石墨兩種電極加工鋼，已知電極對生產(chǎn)率電極絕對損耗率黃銅加工鋼0.936g/min0.225g/min石墨加工鋼220mm3/min1.47mm3/min(鋼的密度7.8g/cm3；銅8.4g/cm3；石墨2.0g/cm3)試問哪個生產(chǎn)率高？哪個電極絕對損耗??？哪個相對損耗比θ小？解：相對損耗比θ=υe/υw╳100%υe——電極損耗速度（mm3/min）；υw——工件加工速度（mm3/min）。黃銅加工鋼時的生產(chǎn)率：υw1=0.936g/min=0.936/7.8cm3/min=0.12cm3/min=120mm3/min；石墨加工鋼時的生產(chǎn)率：υw2=220mm3/min。所以石墨加工鋼時的生產(chǎn)率υw2大于黃銅加工鋼時的生產(chǎn)率υw1。黃銅加工鋼時的電極絕對損耗：υe1=0.225g/min=0.225/8.4cm3/min=26.8mm3/min；石墨加工鋼時的電極絕對損耗：υe2=1.47mm3/min<υe1。所以石墨加工鋼時的電極絕對損耗小。黃銅加工鋼時的電極相對損耗：θ1=υe1/υw1×100%=26.3/120×100%=22.3%；石墨加工鋼時的電極相對損耗：θ2=υe2/υw2×100%=1.47/120×100%=0.67%。所以石墨加工鋼時的電極相對損耗小。（六）問答題1．試述電火花加工中蝕除工件材料(電腐蝕)的微觀物理過程。答：由以下四個階段組成①介質(zhì)擊穿工具電極和工件凸點處電場強(qiáng)度最大，此處工作液絕緣性最低而最先被擊穿，形成等離子放電通道。=2\*GB3②能量轉(zhuǎn)換電流通過放電通道時釋放能量形成火花放電，把電能轉(zhuǎn)化為熱能、磁能、聲能、光能等，其中大部分轉(zhuǎn)化成熱能，由于通道截面很小，電流密度很大（105~106A/cm2），通道中心溫度高達(dá)10000℃以上，瞬時壓力達(dá)幾十兆帕，高溫使兩極放電點局部熔化或氣化。=3\*GB3③蝕除產(chǎn)物的拋出材料氣化時產(chǎn)生很大的熱爆炸力，把熔化狀態(tài)的材料拋出，拋離的金屬大部分在工作液中收縮成球狀小顆粒。一小部分飛濺，鍍覆在對面電極上。④消電離一次脈沖放電結(jié)束后，工件留下帶凸邊的小凹穴、電場消失，通道中帶電粒子復(fù)合，恢復(fù)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，為第二個脈沖火花放電準(zhǔn)備條件。如果介質(zhì)來不及消電離，易使脈沖放電轉(zhuǎn)為電弧放電，加工就無法進(jìn)行。無數(shù)次脈沖放電蝕除金屬，使工件達(dá)到加工要求。2．電火花加工和機(jī)械加工相比有哪些優(yōu)點和缺點。答：優(yōu)點：①電火花加工是“以柔克剛”，用較軟的電極材料（如純銅、石墨）加工任何高硬度的導(dǎo)電材料。而機(jī)械加工是“以硬克軟”，用高硬度、高強(qiáng)度的材料（如高速鋼、硬質(zhì)合金）作刀具加工相對較軟的材料。因此很多難加工材料可用電火花加工方法加工。=2\*GB3②電火花加工過程中工具和工件是不接觸的，不是靠機(jī)械作用力，而是靠電火花局部瞬時產(chǎn)生的高溫蝕除金屬的，因此不會引起工件變形，可以加工易變形的薄壁零件及彈性零件，可以加工微小孔及窄縫。=3\*GB3③加工能量易于控制和轉(zhuǎn)換，易于實現(xiàn)自動化。缺點：加工設(shè)備成本高、生產(chǎn)率低、工具損耗大。3．電火花加工按工件和工具相對運(yùn)動的關(guān)系可分為哪些類型？及各有何特點？答：①電火花穿孔和型腔加工運(yùn)動：工具電極和工件間只有一個垂直伺服進(jìn)給基本運(yùn)動。工具電極和工件有凹凸相反而形狀相同的截面。用途：加工各類模具，如冷沖、冷拔、鍛壓、鑄造、塑料型腔模、粉末冶金模；加工曲面零件、異型孔、盲孔、窄縫及取出斷絲錐等。②電火花線切割運(yùn)動：工具為軸向移動的線狀電極，稱電極絲。電極絲相對工件在水平面內(nèi)有伺服進(jìn)給運(yùn)動。用途：切割沖模，切割空間直紋曲面的各種零件，如凸輪，樣板等。=3\*GB3③電火花鏜、磨，電火花共軛回轉(zhuǎn)加工，齒輪電火花跑合。運(yùn)動：工具電極和工件有相對的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、徑向進(jìn)給運(yùn)動及軸向補(bǔ)償運(yùn)動。用途：加工在尺寸精度、圓度、表面粗糙度方面要求較高的孔、外圓、內(nèi)外螺紋、齒輪、靜壓軸承內(nèi)腔等。=4\*GB3④電火花刻字運(yùn)動：工具電極在工件表面上一邊振動，一邊相對移動。用途：在金屬上刻字、打印記。4．什么叫電火花加工中的極性效應(yīng)？如何在生產(chǎn)中利用極性效應(yīng)？答：在電火花加工中，即使電極材料相同，但正、負(fù)電極上的蝕除速度仍是不同的，這種把由于正、負(fù)極性接法不同而蝕除速度不同的現(xiàn)象叫極性效應(yīng)。在短脈寬的脈沖加工時，電子轟擊是主要的，正極蝕除量大于負(fù)極；在長脈寬的脈沖加工時離子轟擊是主要的，負(fù)極蝕除量大。從提高生產(chǎn)率和減少工具損耗角度來看，極性效應(yīng)愈顯著愈好。一般在用短脈寬做精加工時，應(yīng)將工件接正極，稱正極性加工；在用長脈寬作粗加工時，應(yīng)將工件接負(fù)極，稱負(fù)極性加工。5．電火花加工中，工具電極相對損耗的含義是什么？如何降低工具電極相對損耗？答：工具電極體積相對損耗用電極損耗速度υe與工件損耗速度υw之比的百分?jǐn)?shù)來表示。即：θ＝×100%也可用長度相對損耗θL來表示，θL＝×100%式中ΔLE——電極損耗長度；(LE-ΔLE)——電極穿入深度。降低工具電極相對損耗的途徑如下：①正確選擇電極的極性短脈寬(ti<30μs)精加工時，電極選正極性,工件接正極。長脈寬(ti>30μs)精加工時，電極選負(fù)極性,工件接負(fù)極。在用短脈寬做精加工時，雖然相對損耗大（20%~40%）但絕對損耗不大，在用長脈寬做粗加工時相對損耗較小，通?？蛇_(dá)1%以下。②正確選擇電極的材料選用熔點高、沸點高而耐蝕的材料，如石墨、鎢、鉬等。選用導(dǎo)熱性好而耐蝕的材料，如純銅、銀等。常用石墨和純銅做電極材料。③利用加工過程中電極表面形成的碳鍍覆層來補(bǔ)償和保護(hù)電極和減少電極損耗，電極表面如能形成0.01mm厚的黑膜，則電極損耗可降低到1%以下。不過黑膜通常只能在陽極上（正電位時）形成。6．工件經(jīng)過電火花加工后表面物理力學(xué)性能有何變化？影響加工表面質(zhì)量的主要因素有哪些？答：電火花加工后的工件表面將產(chǎn)生包含熔化層和熱影響層兩部分在內(nèi)的表面變質(zhì)層。熔化層經(jīng)過快速冷卻后，層中的金屬晶粒非常細(xì)小，有很強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕能力，有較高的硬度，耐磨性比機(jī)械加工的好，在金相試片上雖經(jīng)酸腐蝕，但顯微鏡下觀察時仍呈白亮色，故又稱之為白層。熱影響層位于融化層和工件基體之間，對未淬火鋼，熱影響層就是淬火層；對淬火鋼，熱影響層是重新淬火層、高溫回火層和低溫回火層。由于電火花加工后工件表面經(jīng)歷了從高溫熔化到急劇冷卻的過程，所以會形成殘余拉應(yīng)力并經(jīng)常有微細(xì)裂紋產(chǎn)生，因而疲勞強(qiáng)度有所下降。當(dāng)脈沖能量增加，熔化層和熱影響層的厚度也增加，而表面粗糙度將變差。7．影響電火花加工精度的因素有哪些？答：除了工件的安裝、定位誤差和機(jī)床的運(yùn)動誤差會影響加工精度外，影響電火花加工精度的因素還有：=1\*GB3①工具電極的形狀和尺寸誤差直接影響工件的加工精度。=2\*GB3②放電間隙的影響。放電間隙的大小和加工時所選的電規(guī)準(zhǔn)（電壓、峰值電流、脈沖寬度、工作液的絕緣強(qiáng)度等）有關(guān)系，同時由于蝕除產(chǎn)物引起的二次放電現(xiàn)象也使入口間隙大于出口間隙。=3\*GB3③加工過程中電極損耗會直接影響到加工精度。8．試述電火花加工用脈沖電源的主要類型及優(yōu)缺點答：=1\*GB3①馳張式脈沖電源包括RC、RLC、RLCL等脈沖電源，結(jié)構(gòu)簡單，使用和維修方便，用于小功率，精加工時。加工表面粗糙度值較小。但脈沖參數(shù)受間隙物理狀態(tài)影響不穩(wěn)定（又稱非獨立式脈沖電源）電能利用率低，電極損耗大，加工速度低，目前只用于小功率精微光整加工中。=2\*GB3②電子管及閘流管式脈沖電源（為獨立式脈沖電源）能滿足中、精加工的要求，但燈絲需預(yù)熱、線路中有數(shù)千伏高壓，不利于操作安全，現(xiàn)在很少應(yīng)用。=3\*GB3③晶體管式脈沖電源（為獨立式脈沖電源）脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)范圍寬，脈沖波形較好，工具電極損耗較