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现代加工技术论文

电火花加工论文

李真明08机制3班20080310010424

摘要：

传统的切削加工已有很久的历史了，它对人类的生产和物质文明起到了极大的推动作用。

近年来随着科技的进步和生产的发展，出现了许多由坚硬而又难加工的材料制成的、具有精密公差尺寸和地表面粗糙度的复杂零件的加工，导致许多新的加工方法的产生。

这些加工方法不同于以往的切削加工，称之为现代加工。

其中电火花加工就是一种应用广泛的现代加工技术。

关键字：

电火花加工原理，原理，规律，设备，应用前景

正文：

1870年，英国科学家普里斯特利最早发现电火花对金属的腐蚀作用。

直到1934年，前苏联科学家等把电火花的破坏作用利用起来，从而创造了一种可控的金属加工方法。

该方法就是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，放电局部瞬时产生的高温把金属蚀除下来，通常称之为电火花加工（ElectronicDischargeMachining）。

电火花加工的发展历程

50年代

　　改进为电阻-电感-电容等回路。

同时，还采用脉冲发电机之类的所谓长脉冲电源，使蚀除效率提高，工具电极相对损耗降低。

　　随后又出现了大功率电子管、闸流管等高频脉冲电源，使在同样表面粗糙度条件下的生产率得以提高。

60年代

　　出现了晶体管和可控硅脉冲电源，提高了能源利用效率和降低了工具电极损耗，并扩大了粗精加工的可调范围。

70年代

出现了高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲和可调波形脉冲等电源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具电极损耗等方面又有了新的进展。

在控制系统方面，从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。

电火花加工的原理

电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。

工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～0.05mm）。

当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。

由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（10～107W／mm），放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。

第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。

如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。

与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。

要通过这种电蚀现象达到材料的尺寸加工的目的，必须具备下列条件：

一、使工件电极和工具电极之间经常保持一定的间隙，这一间隙视加工电压和加工量而定，一般为0.01—0.02mm，以便形成火花放电的条件。

二、电火花放电必须是脉冲性和间隙性的。

三、电火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如煤油、皂化液或去离子水等。

其主要作用是：

在达到要求的击穿电压之前，应保持电学上的非导电性，即应该具有高的介电强度；一旦达到击穿电压，电击穿应在尽可能短的时间内完成；在放电完成之后，迅速的熄灭火花，使火花间隙消除电离；具有较好的冷却作用，并从工作间隙带走悬浮的切削粒子。

四、电火花加工设备的组成。

工件、脉冲电源、自动进给调节装置、工具、工作液、过滤器、工作液泵。

五、电火花的放电过程。

这一过程分为以下几个连续阶段：

电离击穿、通道放电、气化热膨胀、抛出金属、消电离恢复绝缘及介电强度。

主要特点

　　一、能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；

　　二、加工时无切削力；

　　三、不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；

　　四、工具电极材料无须比工件材料硬；

　　五、直接使用电能加工，便于实现自动化；

　　六、加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；

　　七、工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。

电火花加工的主要用途是：

1、加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；2、加工各种硬、脆材料如硬质合金和淬火钢等；3、加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；4、加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。

电火花加工的基本规律

一、影响材料放电腐蚀的主要因素：

1、极性效应

2、电参数对电蚀量的影响

3、金属材料热学常数对电蚀量的影响

4、工作液对电蚀量的影响

5、其它因素

二、电火花加工的加工速度和工具的损耗速度：

1、加工速度

2、工具相对损耗

极性选择吸附效应

传热效应材料选择

三、影响加工精度的主要因素

四、电火花加工的表面质量:

1、表面粗糙度；

2、表面变质层；

3、表面力学性能（硬度、耐磨性、残余应力、耐疲劳性能）

应用领域

　　电火花加工主要用于模具生产中的型孔、型腔加工，已成为模具制造业的主导加工方法，推动了模具行业的技术进步。

电火花加工零件的数量在3000件以下时，比模具冲压零件在经济上更加合理。

按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途不同，电火花加工可大体分为：

电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花展成加工、非金属电火花加工和电火花表面强化等。

（1）电火花成形加工该方法是通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。

它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。

电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。

电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。

近年来，为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题，在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工，取得良好的社会经济效益。

电火花线切割加工机床

（2）电火花线切割加工该方法是利用移动的细金属丝作工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。

按金属丝电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。

我国普通采用高速走丝线切割，近年来正在发展低速走丝线切割，高速走丝时，金属丝电极是直径为φ0.02～φ0.3mm的高强度钼丝，往复运动速度为8～10m/s。

低速走丝时，多采用铜丝，线电极以小于0.2m/s的速度作单方向低速运动。

线切割时，电极丝不断移动，其损耗很小，因而加工精度较高。

其平均加工精度可达0.0lmm，大大高于电火花成形加工。

表面粗糙度Ra值可达1.6或更小。

电火花加工具有如下特点：

可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料；加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工：

脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；电火花加工后的表面呈现的凹坑，有利于贮油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。

国内外数控电火花线切割机床都采用了不同水平的微机数控系统，实现了电火花线切割数控化。

目前电火花线切割广泛用于加工各种冲裁模（冲孔和落料用）、样板以及各种形状复杂型孔、型面和窄缝等。

电火花加工最新技术进展、

一、放电堆积造型

毛利尚武教授、斋藤长男教授和三菱电极名古屋制作所合作，在进行液中电火花放电表面改性处理时，在S45C钢上成功地堆积除WC厚膜（层），并进行了将电火花堆积和电火花去除加工相组合对工件进行修复的试验。

毛利尚武教授还用钨电极（Φ0.1mm）成功地进行了电火花堆积。

日本名古屋工业大学早川伸哉波士等，通过计算钢打钢时正极和负极的温度分布，选择合适的电参数，使得工具电极的放电温度超过器材料的沸点，工件电极的温度在材料熔点和沸点之间，在空气中进行了电火花堆积造型试验。

用此法在气体中电火花附着堆积出直径约140μm，高2.2mm的微细圆柱，工件和电极都是S45C钢，电极直径0.1mm，放电电流2.5A，脉冲宽度5μm，工件接脉冲电源负极，加工时间6.3h。

二、气体中放电电火花加工

日本东京农工大学国枝正典教授开展了气体中放电电火花加工和气体中线切割加工的研究。

该方法使用管状电极中喷出，在工件与电极间隙形成绝缘介质，从而取代绝缘工作液进行电火花加工。

此方法加工没有火灾隐患，不污染环境，电极损耗率非常低，放电加工时的反作用小，有利于微细加工，选择合适的气体，可使加工表面在凝固层（白层）非常薄。

富山地方大学岩井等人还利用压缩空气作介质代替液体介质，通过放电修形、修锐金属基金刚石砂轮。

结果表明，经过这样处理后的砂轮磨削性能同传统的修形方法几乎相同。

这种方法可以修出曲线轮廓。

三、钛合金表面电火花放电着色

日本大阪府立产业技术综合研究所的增井清德和难久开展了钛合金线切割放电着色和钛合金电火花放电着色的研究。

线切割着色使用单向脉冲电源，工件接脉冲电源正极，工具电极丝接脉冲电源的负极，工作液为去离子水，电阻率为（1～20）×104Ω.cm。

其着色原理是利用线切割的放电作用，在钛合金形成透明的氧化钛膜，由于光的干涉，不同厚度的氧化钛膜将得到不同颜色的干涉光，通过控制氧化钛膜的厚度就可进行不同的颜色着色。

四、反复拷贝法微细电极电火花加工

日本松下电气与东京大学增泽隆久教授合作开发生产GMG-ED82W型超微细电火花加工机床后，为解决高密度、大深径比、复杂形状微细孔、微细轴、销、冲头等的的加工问题，松下电气生产技术研究所的正本健、和田纪彦开发了先用WEDG加工法加工微细电极，然后用该微细电极加工出具有多孔的中间电极，在用中加电极加工除具有多个微细轴形状的工作电极。

用这样的电极可以一次加工出多个小孔。

姑且将其称为发反拷贝法微细电极电火花加工方法，即μEDMN加工法，其中μ代表微细，EDM代表电火花加工，n带便反复次数，即反复多次微细电火花加工。

例如n=1,用WEDG加工法加工简单的圆柱微细电极；n=2，用生产的微细圆柱电极在薄板上加工多个微细孔；n=3，用薄板中间电极在大的圆柱棒或块状工件上加工出一体化的具有多个微细轴的工作电极，也可作为销或冲头等工具；n=4，用上述工作电极进行多孔同时加工。

在n》2后，为了实现稳定电火花放电加工，在进给方向上要对间隙加上振幅数μm，频率为数+Hz的微振动。

又如，用此方法在STAVAX不锈钢上加工了直径100μm、长度400μm和直径50μm、长度100μm公400个锥度2度的微细圆锥柱。

五、电火花加工放电位置可控形的研究

日本东京农工大国枝正典等人，在研究电火花加工放电位置检测技术原理的基础上，进行了放电位置的可控形研究。

其试验原理基于对放电等效电路的分析，认为由于分布电感的存在，如果施加一个足够陡峭的高电压，则仅进点附近的电压较其它远离进电处的高压升高的快一些。

也就是说，可以在纳秒数量级内获得优先击穿的几率。

经过较为系统的实验研究，它们还发现，施加的高电压上升速度较快，控制效果也就越好；电极和工件中的分布电感越大，控制效果越好；最佳的高压机理放电延迟时间为略短于普通放电延迟时间。

在线切割机床上的试验表明：

在施加高电压的进展块附近的放电概率高于另一端。

　　这一研究进展对于电火花加工的过程控制可能带来非常深刻的影响，很有可能将过去被动的控制策略变成为主动控制策略，从而不必依赖延长放电停歇时间来保证间隙消电力，避免放电集中导致的拉弧等有害放电。

这样不仅保证加工更加稳定。

而且可以大幅度提高加工效率。

参考文献

[1]赵万生，等.特种加工技术[M].北京:

高等教育出版社,2001.

[2]张辽远,等.现代加工技术[M].北京:

机械工业出版社,2008.7

[3]张学仁,等,数控电火花线切割加工技术[J].哈尔滨:

哈尔滨工业大学出版社,2000.