電火花加工

　　發(fā)現(xiàn)過程

　　1943年，蘇聯(lián)學(xué)者拉扎連科夫婦研究發(fā)明電火花加工，之后隨著脈沖電源和控制系統(tǒng)的改進，而迅速發(fā)展起來。最初使用的脈沖電源是簡單的電阻-電容回路。

　　發(fā)展歷程

　　50年代

　　改進為電阻-電感-電容等回路。同時，還采用脈沖發(fā)電機之類的所謂長脈沖電源，使蝕除效率提高，工具電極相對損耗降低。

　　隨后又出現(xiàn)了大功率電子管、閘流管等高頻脈沖電源，使在同樣表面粗糙度條件下的生產(chǎn)率得以提高。

　　60年代

　　出現(xiàn)了晶體管和可控硅脈沖電源，提高了能源利用效率和降低了工具電極損耗，并擴大了粗精加工的可調(diào)范圍。

　　70年代

　　出現(xiàn)了高低壓復(fù)合脈沖、多回路脈沖、等幅脈沖和可調(diào)波形脈沖等電源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具電極損耗等方面又有了新的進展。在控制系統(tǒng)方面，從最初簡單地保持放電間隙，控制工具電極的進退，逐步發(fā)展到利用微型計算機，對電參數(shù)和非電參數(shù)等各種因素進行適時控制。

　　工作原理

　　電火花加工機床

　　進行電火花加工時，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。通過間隙自動控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進給，當(dāng)兩電極間的間隙達到一定距離時，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電?！≡诜烹姷奈⒓?xì)通道中瞬時集中大量的熱能，溫度可高達一萬攝氏度以上，壓力也有急劇變化，從而使這一點工作表面局部微量的金屬材料立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝，形成固體的金屬微粒，被工作液帶走。這時在工件表面上便留下一個微小的凹坑痕跡，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復(fù)絕緣狀態(tài)。

　　緊接著，下一個脈沖電壓又在兩電極相對接近的另一點處擊穿，產(chǎn)生火花放電，重復(fù)上述過程。這樣，雖然每個脈沖放電蝕除的金屬量極少，但因每秒有成千上萬次脈沖放電作用，就能蝕除較多的金屬，具有一定的生產(chǎn)率。　在保持工具電極與工件之間恒定放電間隙的條件下，一邊蝕除工件金屬，一邊使工具電極不斷地向工件進給，最后便加工出與工具電極形狀相對應(yīng)的形狀來。因此，只要改變工具電極的形狀和工具電極與工件之間的相對運動方式，就能加工出各種復(fù)雜的型面。

　　工具電極常用導(dǎo)電性良好、熔點較高、易加工的耐電蝕材料，如銅、石墨、銅鎢合金和鉬等。在加工過程中，工具電極也有損耗，但小于工件金屬的蝕除量，甚至接近于無損耗。

　　工作液作為放電介質(zhì)，在加工過程中還起著冷卻、排屑等作用。常用的工作液是粘度較低、閃點較高、性能穩(wěn)定的介質(zhì)，如煤油、去離子水和乳化液等。

　　方式分類

　　按照工具電極的形式及其與工件之間相對運動的特征，可將電火花加工方式分為五類：利用成型工具電極，相對工件作簡單進給運動的電火花成形加工；利用軸向移動的金屬絲作工具電極，工件按所需形狀和尺寸作軌跡運動，以切割導(dǎo)電材料的電火花線切割加工；利用金屬絲或成形導(dǎo)電磨輪作工具電極，進行小孔磨削或成形磨削的電火花磨削；用于加工螺紋環(huán)規(guī)、螺紋塞規(guī)、齒輪等的電火花共軛回轉(zhuǎn)加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面強化等其他種類的加工。

　　使用說明

　　電火花加工能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復(fù)雜形狀工件；加工時無切削力；不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；工具電極材料無須比工件材料硬；直接使用電能加工，便于實現(xiàn)自動化；加工后表面產(chǎn)生變質(zhì)層，在某些應(yīng)用中須進一步去除；工作液的凈化和加工中產(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩。

　　電火花加工的主要用于加工具有復(fù)雜形狀的型孔和型腔的模具和零件；加工各種硬、脆材料，如硬質(zhì)合金和淬火鋼等；加工深細(xì)孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等；加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。

　　加工特性

　　1：電火花加工速度與表面質(zhì)量

　　模具在電火花機加工一般會采用粗、中、精分檔加工方式。粗加工采用大功率、低損耗的實現(xiàn)，而中、精加工電極相對損耗大，但一般情況下中、精加工余量較少，因此電極損耗也極小，可以通過加工尺寸控制進行補償，或在不影響精度要求時予以忽略。

　　2：電火花碳渣與排渣

　　電火花機加工在產(chǎn)生碳渣和排除碳渣平衡的條件下才能順利進行。實際中往往以犧牲加工速度去排除碳渣，例如在中、精加工時采用高電壓，大休止脈波等等。另一個影響排除碳渣的原因是加工面形狀復(fù)雜，使排屑路徑不暢通。唯有積極開創(chuàng)良好排除的條件，對癥的采取一些方法來積極處理。

　　3：電火花工件與電極相互損耗

　　電火花機放電脈波時間長，有利于降低電極損耗。電火花機粗加工一般采用長放電脈波和大電流放電，加工速度快電極損耗小。在精加工時，小電流放電必須減小放電脈波時間，這樣不僅加大了電極損耗，也大幅度降低了加工速度。

　　電火花加工是與機械加工完全不同的一種新工藝。 隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，具有高熔點、高硬度、高強度、高脆性，高粘性和高純度等性能的新材料不斷出現(xiàn)。具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要求的工件越來越多，這就使得傳統(tǒng)的機械加工方法不能加工或難于加工。因此，人們除了進一步發(fā)展和完善機械加工法之外，還努力尋求新的加工方法。電火花加工法能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應(yīng)用中顯示出很多優(yōu)異性能，因此，得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用。

　　主要特點

　?、倌芗庸て胀ㄇ邢骷庸し椒y以切削的材料和復(fù)雜形狀工件；

　　②加工時無切削力；

　?、鄄划a(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；

　?、芄ぞ唠姌O材料無須比工件材料硬；

　　⑤直接使用電能加工，便于實現(xiàn)自動化；

　　⑥加工后表面產(chǎn)生變質(zhì)層，在某些應(yīng)用中須進一步去除；

　?、吖ぷ饕旱膬艋图庸ぶ挟a(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩。

　　電火花加工的主要用途是：①加工具有復(fù)雜形狀的型孔和型腔的模具和零件；②加工各種硬、脆材料如硬質(zhì)合金和淬火鋼等；③加工深細(xì)孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等；④加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。

　　應(yīng)用領(lǐng)域

　　電火花加工主要用于模具生產(chǎn)中的型孔、型腔加工，已成為模具制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法，推動了模具行業(yè)的技術(shù)進步。電火花加工零件的數(shù)量在3000件以下時，比模具沖壓零件在經(jīng)濟上更加合理。按工藝過程中工具與工件相對運動的特點和用途不同，電火花加工可大體分為：電火花成形加工、電火花線切割加工、電火花磨削加工、電火花展成加工、非金屬電火花加工和電火花表面強化等。

　　電火花成形加工

　　該方法是通過工具電極相對于工件作進給運動，將工件電極的形狀和尺寸復(fù)制在工件上，從而加工出所需要的零件。它包括電火花型腔加工和穿孔加工兩種。電火花型腔加工主要用于加工各類熱鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模和膠木膜的型腔。電火花穿孔加工主要用于型孔（圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔）、曲線孔（彎孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年來，為了解決小孔加工中電極截面小、易變形、孔的深徑比大、排屑困難等問題，在電火花穿孔加工中發(fā)展了高速小孔加工，取得良好的社會經(jīng)濟效益。

　　電火花線切割加工

　　該方法是利用移動的細(xì)金屬絲作工具電極，按預(yù)定的軌跡進行脈沖放電切割。按金屬絲電極移動的速度大小分為高速走絲和低速走絲線切割。我國普通采用高速走絲線切割，近年來正在發(fā)展低速走絲線切割，高速走絲時，金屬絲電極是直徑為φ0.02～φ0.3mm的高強度鉬絲，往復(fù)運動速度為8～10m/s。低速走絲時，多采用銅絲，線電極以小于0.2m/s的速度作單方向低速運動。線切割時，電極絲不斷移動，其損耗很小，因而加工精度較高。其平均加工精度可達 0.0lmm，大大高于電火花成形加工。表面粗糙度Ra值可達1.6 或更小。電火花加工具有如下特點：可以加工任何高強度、高硬度、高韌性、高脆性以及高純度的導(dǎo)電材料；加工時無明顯機械力，適用于低剛度工件和微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工：脈沖參數(shù)可依據(jù)需要調(diào)節(jié)，可在同一臺機床上進行粗加工、半精加工和精加工；電火花加工后的表面呈現(xiàn)的凹坑，有利于貯油和降低噪聲；生產(chǎn)效率低于切削加工；放電過程有部分能量消耗在工具電極上，導(dǎo)致電極損耗，影響成形精度。 國內(nèi)外數(shù)控電火花線切割機床都采用了不同水平的微機數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了電火花線切割數(shù)控化。目前電火花線切割廣泛用于加工各種沖裁模（沖孔和落料用）、樣板以及各種形狀復(fù)雜型孔、型面和窄縫等。