電火花加工特點(diǎn)及應(yīng)用

1、3.2 電火花加工 3.2.1 電火花加工的特點(diǎn)及應(yīng)用 1. 電火花加工的基本原理 基于電火花腐蝕原理，在工具電極與工件電極相互靠近時(shí)，極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，使金屬局部熔化，甚至氣化，從而將金屬蝕除下來，直到將工具的形狀復(fù)制到工件上，滿足加工質(zhì)量要求為止。 實(shí)現(xiàn)電火花加工的條件： （1）電極之間始終保持確定的距離； 火花放電的產(chǎn)生是由于電極間的介質(zhì)被擊穿。 在電壓、介質(zhì)狀態(tài)等條件不變的情況下，工作介質(zhì)的擊穿直接決定于極間距離。 只有極間距離穩(wěn)定，才能獲得連續(xù)穩(wěn)定的放電。（2）放電點(diǎn)的局部區(qū)域達(dá)到足夠高的電流密度（一般為105106 A/cm3）， 以確保被加工材料

2、能在局部熔化、氣化； 否則只能加熱被加工材料。 （3）必須是脈沖性的放電（脈寬0.11000s，脈間不小于l0s）， 以確保放電所產(chǎn)生的熱量來不及傳導(dǎo)擴(kuò)散到被加工材料的其他部分而集中在局部，使局部的材料產(chǎn)生熔化、氣化而被蝕除 放電脈寬太大，超過了1000s，則放電產(chǎn)生的熱量會向材料內(nèi)部產(chǎn)生球形擴(kuò)散，產(chǎn)生大范圍的熔化、氣化。這種情況，只能進(jìn)行切割和焊接，無法進(jìn)行精密尺寸加工。 如果脈間過小，介質(zhì)在擊穿電離狀態(tài)來不及回復(fù)絕緣狀態(tài)，后續(xù)脈沖就會產(chǎn)生穩(wěn)定電弧，燒傷電極，無法正常加工。 （4）及時(shí)排除電極間的電蝕產(chǎn)物，以確保電極間介電性能的穩(wěn)定。 否則，電蝕產(chǎn)物將充塞在電極間形成短路，無法正常加工。解決

3、上述問題的辦法是： 利用電火花加工系統(tǒng)，使用脈沖電源放電間隙自動進(jìn)給控制系統(tǒng)在具有一定絕緣強(qiáng)度和一定粘度的液體介質(zhì)中完成放電加工。 自動進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置使工具和工件間經(jīng)常保持一個(gè)很小的放電間隙。 工具電極與工件電極之間充滿著液體介質(zhì)，液體介質(zhì)中不可避免地含有雜質(zhì)及自由電子，它們在強(qiáng)大的電場作用下，形成了帶負(fù)電的粒子和帶正電的粒子，電場強(qiáng)度越大，帶電粒子就越多，最終導(dǎo)致液體介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道。 放電通道是由大量高速運(yùn)動的帶正電和帶負(fù)電的粒子以及中性粒子組成的。 電極表面金屬被蝕除的微觀過程 (1) 極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道 工具電極與工件電極緩緩靠近，極間的電場強(qiáng)度增大， 通道間

4、帶負(fù)電的粒子奔向正極，帶正電的粒子奔向負(fù)極，粒子間相互撞擊，產(chǎn)生大量的熱能，使通道瞬間達(dá)到很高的溫度。 通道高溫首先使工作液汽化，進(jìn)而氣化，然后高溫向四周擴(kuò)散，使兩電極表面的金屬材料開始熔化直至沸騰氣化。氣化后的工作液和金屬蒸氣瞬間體積猛增，形成了爆炸的特性。 所以在觀察電火花加工時(shí)，可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象 ，并聽到輕微的爆炸聲 。 (2) 電極材料的熔化、氣化、熱膨脹 正負(fù)電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象，使放電通道產(chǎn)生高溫高壓。 通道中心的壓力最高，工作液和金屬氣化后不斷向外膨脹，形成內(nèi)外瞬間壓力差，高壓力處的熔融金屬液體和蒸汽被排擠，拋出放電通道，大部分被拋入到工作液中。 仔細(xì)觀察電火

5、花加工，可以看到桔紅色的火花四濺，這就是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。 （3） 電蝕產(chǎn)物的拋出 工作液流入放電間隙，將電蝕產(chǎn)物及殘余的熱量帶走，并恢復(fù)絕緣狀態(tài)。 若電火花放電過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物來不及排除和擴(kuò)散，產(chǎn)生的熱量將不能及時(shí)傳出，使該處介質(zhì)局部過熱，局部過熱的工作液高溫分解、積炭，使加工無法繼續(xù)進(jìn)行，并燒壞電極。 因此，為了保證電火花加工過程的正常進(jìn)行，在兩次放電之間必須有足夠的時(shí)間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排出，恢復(fù)放電通道的絕緣性，使工作液介質(zhì)消電離。（4）極間介質(zhì)的消電離上述步驟在一秒內(nèi)約數(shù)千次甚至數(shù)萬次地往復(fù)式進(jìn)行，即單個(gè)脈沖放電結(jié)束，經(jīng)過一段時(shí)間間隔(即脈沖間隔)使工作液恢復(fù)絕緣后，第

6、二個(gè)脈沖又作用到工具電極和工件上，又會在當(dāng)時(shí)極間距離相對最近或絕緣強(qiáng)度最弱處擊穿放電，蝕出另一個(gè)小凹坑。工件加工表面將由無數(shù)個(gè)相互重疊的小凹坑組成。所以電火花加工是大量的微小放電痕跡逐漸累積而成的去除金屬的加工方式。 (1) 極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道 (2) 電極材料的熔化、氣化、熱膨脹 （3） 電蝕產(chǎn)物的拋出 （4）極間介質(zhì)的消電離 電極表面金屬被蝕除的微觀過程 2. 電火花加工的特點(diǎn) 1）優(yōu)點(diǎn) （1）可以加工任何硬、軟、韌、脆的導(dǎo)電材料；工具電極較容易加工。 由于電火花加工是靠脈沖放電的熱能去除材料，材料的可加工性主要取決于材料導(dǎo)電性和熱學(xué)特性，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等，

7、而幾乎與其力學(xué)性能（硬度、強(qiáng)度等）無關(guān)。 電火花加工可以實(shí)現(xiàn)用軟的工具加工硬韌的工件，甚至可以加工像聚晶金剛石、立方氮化硼等超硬材料。 目前電極材料多采用純銅（俗稱紫銅）、黃銅或石墨，因此工具電極較容易加工。 1）優(yōu)點(diǎn)（2）適于加工特殊及復(fù)雜形狀的零件 ； 由于加工中工具電極和工件不直接接觸，沒有機(jī)械加工時(shí)的切削力，因此適宜加工低剛度工件及作微細(xì)加工； 可以簡單地將工具電極的形狀復(fù)制到上件上，因此特別適用于復(fù)雜幾何形狀工件的加工，如復(fù)雜型腔模具加工等。 數(shù)控技術(shù)的采用使得采用簡單的電極加工復(fù)雜形狀的零件也成為可能。 （3）加工精度范圍廣 脈沖參數(shù)可以在一個(gè)較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，可以在同一臺機(jī)床上連

8、續(xù)進(jìn)行粗、半精及精加工。 2）缺點(diǎn) （1）主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料，加工半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料需要具備一定的條件； 2）缺點(diǎn)（2）一般加工速度較慢。 因此通常先安排切削加工去除大部分的加工余量，然后再進(jìn)行電火花加工，以提高加工效率。 但最近已有新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液進(jìn)行電火花加工，其生產(chǎn)率甚至可不亞于切削加工。（3）存在電極損耗 ； 電火花加工中電極與工件相對靜止，易損耗，故通常采用多個(gè)電極加工。 電火花粗加工中可以實(shí)現(xiàn)相對損耗在1%以下的低損耗加工 線切割加工中由于電極絲連續(xù)移動，使新的電極絲不斷地補(bǔ)充和替換在電蝕加工區(qū)受到損耗的電極絲，避免了電極損耗對加工精度的影響。 （4）最小角部半徑有限制。 電火花加工中最小角部半徑為加工間隙， 線切割加工中最小角部半徑為電極絲的半徑