電火花加工

　　發(fā)現(xiàn)過(guò)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(jìn)，而迅速發(fā)展起來(lái)。最初使用的脈沖電源是簡(jiǎn)單的電阻-電容回路。

　　發(fā)展歷程

　　50年代

　　改進(jìn)為電阻-電感-電容等回路。同時(shí)，還采用脈沖發(fā)電機(jī)之類的所謂長(zhǎng)脈沖電源，使蝕除效率提高，工具電極相對(duì)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(kuò)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(jìn)展。在控制系統(tǒng)方面，從最初簡(jiǎn)單地保持放電間隙，控制工具電極的進(jìn)退，逐步發(fā)展到利用微型計(jì)算機(jī)，對(duì)電參數(shù)和非電參數(shù)等各種因素進(jìn)行適時(shí)控制。

　　工作原理

　　電火花加工機(jī)床

　　進(jìn)行電火花加工時(shí)，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(guò)間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進(jìn)給，當(dāng)兩電極間的間隙達(dá)到一定距離時(shí)，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(shí)集中大量的熱能，溫度可高達(dá)一萬(wàn)攝氏度以上，壓力也有急劇變化，從而使這一點(diǎn)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(shí)在工件表面上便留下一個(gè)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(gè)脈沖電壓又在兩電極相對(duì)接近的另一點(diǎn)處擊穿，產(chǎn)生火花放電，重復(fù)上述過(guò)程。這樣，雖然每個(gè)脈沖放電蝕除的金屬量極少，但因每秒有成千上萬(wàn)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?！≡诒３止ぞ唠姌O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(jìn)給，最后便加工出與工具電極形狀相對(duì)應(yīng)的形狀來(lái)。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(duì)運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(guò)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(wú)損耗。

　　工作液作為放電介質(zhì)，在加工過(guò)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(diǎn)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)工件作簡(jiǎn)單進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的電火花成形加工；利用軸向移動(dòng)的金屬絲作工具電極，工件按所需形狀和尺寸作軌跡運(yùn)動(dòng)，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(jìn)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(qiáng)化等其他種類的加工。

　　使用說(shuō)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(shí)無(wú)切削力；不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；工具電極材料無(wú)須比工件材料硬；直接使用電能加工，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；加工后表面產(chǎn)生變質(zhì)層，在某些應(yīng)用中須進(jìn)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(jī)加工一般會(huì)采用粗、中、精分檔加工方式。粗加工采用大功率、低損耗的實(shí)現(xiàn)，而中、精加工電極相對(duì)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(guò)加工尺寸控制進(jìn)行補(bǔ)償，或在不影響精度要求時(shí)予以忽略。

　　2：電火花碳渣與排渣

　　電火花機(jī)加工在產(chǎn)生碳渣和排除碳渣平衡的條件下才能順利進(jìn)行。實(shí)際中往往以犧牲加工速度去排除碳渣，例如在中、精加工時(shí)采用高電壓，大休止脈波等等。另一個(gè)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(kāi)創(chuàng)良好排除的條件，對(duì)癥的采取一些方法來(lái)積極處理。

　　3：電火花工件與電極相互損耗

　　電火花機(jī)放電脈波時(shí)間長(zhǎng)，有利于降低電極損耗。電火花機(jī)粗加工一般采用長(zhǎng)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(shí)，小電流放電必須減小放電脈波時(shí)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(jī)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(jìn)步，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)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(lái)越多，這就使得傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法不能加工或難于加工。因此，人們除了進(jìn)一步發(fā)展和完善機(jī)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(diǎn)

　　①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；

　　②加工時(shí)無(wú)切削力；

　　③不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；

　?、芄ぞ唠姌O材料無(wú)須比工件材料硬；

　?、葜苯邮褂秒娔芗庸?，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；

　?、藜庸ず蟊砻娈a(chǎn)生變質(zhì)層，在某些應(yīng)用中須進(jìn)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(dòng)了模具行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。電火花加工零件的數(shù)量在3000件以下時(shí)，比模具沖壓零件在經(jīng)濟(jì)上更加合理。按工藝過(guò)程中工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)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(qiáng)化等。

　　電火花成形加工

　　該方法是通過(guò)工具電極相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，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(lái)，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(wèn)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

　　電火花線切割加工

　　該方法是利用移動(dòng)的細(xì)金屬絲作工具電極，按預(yù)定的軌跡進(jìn)行脈沖放電切割。按金屬絲電極移動(dòng)的速度大小分為高速走絲和低速走絲線切割。我國(guó)普通采用高速走絲線切割，近年來(lái)正在發(fā)展低速走絲線切割，高速走絲時(shí)，金屬絲電極是直徑為φ0.02～φ0.3mm的高強(qiáng)度鉬絲，往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度為8～10m/s。低速走絲時(shí)，多采用銅絲，線電極以小于0.2m/s的速度作單方向低速運(yùn)動(dòng)。線切割時(shí)，電極絲不斷移動(dòng)，其損耗很小，因而加工精度較高。其平均加工精度可達(dá) 0.0lmm，大大高于電火花成形加工。表面粗糙度Ra值可達(dá)1.6 或更小。電火花加工具有如下特點(diǎn)：可以加工任何高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性以及高純度的導(dǎo)電材料；加工時(shí)無(wú)明顯機(jī)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(tái)機(jī)床上進(jìn)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(guò)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(guó)內(nèi)外數(shù)控電火花線切割機(jī)床都采用了不同水平的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)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。