1、.電火花加工的歷史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。最初使用的脈沖電源是簡單的電阻-電容回路。50年代初，改進(jìn)為電阻-電感-電容等回路。同時，還采用脈沖發(fā)電機(jī)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年代中期，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。 到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

2、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)，對電參數(shù)和非電參數(shù)等各種因素進(jìn)行適時控制。電火花加工電火花加工是在加工過程中，使工具和工件之間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電，靠放電時局部、瞬間產(chǎn)生的高溫把金屬蝕除下來。又稱放電加工和電蝕加工，英文稱（Electrical Discharge Machining,簡稱EMD）。按照工具電極的形式及其與工件之間相對運(yùn)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(jìn)給運(yùn)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(yùn)動，以切割導(dǎo)

3、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。電火花加工的基本原理 (1)極間介質(zhì)的電離、擊穿,形成放電通道 放電通道是有大量帶正電和負(fù)電的粒子以及中型粒子組成,帶電粒子高速運(yùn)動,相互碰撞,產(chǎn)生大量熱能,使通道溫度相當(dāng)高,通道中心溫度可達(dá)到10000攝氏度以上。由于放電時電流產(chǎn)生磁場，磁場又反過來對電子流動產(chǎn)生向心的磁壓縮效應(yīng)和周圍介質(zhì)慣性力壓縮效應(yīng)的作用，通道擴(kuò)展受到很大阻力，故放電開始階段通道截面很小,而通道內(nèi)有高溫?zé)崤蛎浶纬傻膲?/p>

4、力高達(dá)幾百萬帕,高溫高壓的放電通道以及隨后瞬間氣化形成的氣體急速擴(kuò)展,產(chǎn)生一個強(qiáng)烈的沖擊波向四周傳播。在放電的同時還伴隨著光效應(yīng)、聲效應(yīng)和熱效應(yīng)等,這就形成了肉眼所能看到的電火花。(2)介質(zhì)熱分解、電極材料的融化,汽化熱膨脹極間介質(zhì)被電離、擊穿,形成放電通道后,脈沖電源使通道間的電子高速奔向正極，正離子奔向負(fù)極。電能轉(zhuǎn)化為動能，動能通過相互碰撞轉(zhuǎn)化為熱能。正極和負(fù)極表面形成瞬間熱源，使通道瞬間達(dá)到很高的溫度。通道高溫首先使工作液介質(zhì)氣化,進(jìn)而進(jìn)行熱分解。并且使兩電極表面的金屬材料開始融化直至沸騰氣化。氣化后的工作液和金屬蒸汽瞬間體積猛增,形成了爆炸的特性。所以在觀察電火花加工時,可以看到工件與

5、工具電極間有小氣泡冒出，工作液逐漸變黑并聽到輕微的爆炸聲。(3)電極材料的拋出通道和正負(fù)級表面放電點(diǎn)瞬間時使高溫使工作液氣化和金屬材料融化、氣化，熱膨脹產(chǎn)生很高的瞬間壓力。通道中心的壓力最高，使氣化的其體體積不斷向外膨脹，形成一個擴(kuò)張的沖擊范圍形似“氣泡”，在該范圍內(nèi)內(nèi)外、上下壓強(qiáng)不相同，壓力高的地方的熔融金屬液體和蒸汽就被排擠、拋出而進(jìn)入工作液。在放電過程中沖擊氣泡不斷擴(kuò)大，當(dāng)放電結(jié)束后，氣泡溫度不再升高，但由于液體介質(zhì)的慣性作用，氣泡會繼續(xù)向外擴(kuò)張，使氣泡內(nèi)壓力急劇降低，甚至降低到大氣壓一下，形成局部真空，使在高壓下溶解在熔化和過熱液態(tài)金屬材料中的氣體析出，以及液態(tài)金屬本身在低壓下再沸騰。

6、由于壓力的驟降，是熔融金屬材料以及其蒸氣在加工形成的小坑中再次爆沸飛濺而被拋出。(4)極間介質(zhì)的消電離在電火花放電加工過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物如果來不及排除和擴(kuò)散,就會改變間隙介質(zhì)的成分和降低絕緣強(qiáng)度。那么產(chǎn)生的熱量將不能及時傳出,帶電粒子自由能不易降低，將大大減少復(fù)合幾率，是電離過程不充分，將使下一個脈沖放電通道不能順利的轉(zhuǎn)移到其他部位，而始終集中在某一部分，使該處介質(zhì)局部過熱而破壞消電離過程，脈沖火花放電將惡循環(huán)的轉(zhuǎn)變?yōu)橛泻Φ姆€(wěn)定電弧放電，此外還使該處介質(zhì)局部過熱,局部過熱的工作液高溫分解,結(jié)碳,使加工無法進(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間間

7、隔讓電蝕產(chǎn)物充分排除,恢復(fù)放電通道的絕緣性,使工作液介質(zhì)消電離。電火花加工的條件為了達(dá)到利用電腐蝕現(xiàn)象對金屬材料進(jìn)行尺寸加工，需創(chuàng)造創(chuàng)造以下條件：1. 必須使工具電極和工件被加工表面之間保持一定的放電間隙，這一間隙加工條件而定，通常為0.020.1mm。如果間隙過大，極間電壓不能擊穿極間工作液介質(zhì)，因而不能產(chǎn)生火花放電；如果間隙過小，很容易造成短路接觸，同樣不能產(chǎn)生火花放電。為此，火花加工過程中不許具有工具電極的自動進(jìn)給和調(diào)節(jié)裝置，使其和工件的加工表面保持某一放電間隙。2. 火花放電必須是瞬時的脈沖性放電放電間隙加上電壓后，延續(xù)一段時間t1，需停歇一段時間t0，延續(xù)時間ti， 一般為11000

8、s，停歇時間t0一般需要20100s，這樣才能使放電所產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散到其余部分，把每一次的放電蝕點(diǎn)分別局限在很小的范圍內(nèi)，否則，像持續(xù)電弧放電那樣，會使表面燒傷而無法用作尺寸加工。為此電火花加工必須采用脈沖電源。3. 火花放電必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行，例如沒有、皂化液或去離子水等。液體介質(zhì)又稱工作液，他們必須有較高的絕緣強(qiáng)度（電阻率為103107cm），有利于產(chǎn)生脈沖性火花放電。同時，液體還能把電火花加工過程中產(chǎn)生的金屬小屑、碳黑、小氣泡等電蝕產(chǎn)物從放電間隙中懸浮排除出去，并且對電極和工件表面有較好的冷卻作用。電火花加工的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、能加工硬質(zhì)合金和淬火的壓鑄模具鑲塊

9、；2、能加工復(fù)雜的型腔的模具如形狀復(fù)雜的深孔、細(xì)孔、加強(qiáng)筋、窄槽；3、加工時有很小的受力4、主要加工塑料模具和壓鑄模具和熱鍛模具5、使用的電極材料多為比加工工件比較軟的石墨和紫銅；采用石墨和紫銅的特點(diǎn)是采用電加工的形狀都比較復(fù)雜加工電極比較煩瑣，采用容易加工的石墨會產(chǎn)生事半功倍的效果；6、直接使用電能加工，改變的傳統(tǒng)的加工方法，操作簡單，易于掌握，容易實(shí)現(xiàn)電氣自動化。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(jìn)步。缺點(diǎn)：1、加工速度較慢。2、往往在加工比較大的型腔時需要其他的加工方法配合比如為了高效率需要銑去型腔中大部分，然后用電極再去加

10、工。3、采用電火花加工的工件通常都是盲孔不便于觀察，到精加工時放電間隙調(diào)小，特別容易產(chǎn)生積碳，嚴(yán)重時甚至產(chǎn)生燒損的現(xiàn)象。4、加工時工件裝卡在電極卡頭的垂直下方，找正時需要長時間附下身去找正，對不正的情況，操作者的腰部特別容易疲勞。5、采用的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(diǎn)較高、性能穩(wěn)定的介質(zhì)，如煤油，裝卡時遇到怕卡出痕跡的工件不能墊紙板和織物只能墊銅皮。工作環(huán)境要求防火，工作時要求排煙，操作者要求戴防毒面具，排煙不倡導(dǎo)致室內(nèi)的煙霧增多，嚴(yán)重影響操作者的身體健康。在來回裝卡工件時，手上勢必會粘上煤油，對手上的皮膚傷害很大。6、裝卡電極時，同一工

11、件粗加工和精加工，工件不動，只要換電極就要重新找正，哪怕把電極拆下來簡單處理一下，給操作者帶來很大的工作量。7、電火花加工測量尺寸非常復(fù)雜往往要借助輔助工具，所以對尺寸的要求相對較低。 影響材料放電腐蝕的因素1. 極性效應(yīng)對電蝕量的影響極性效應(yīng)：單純由于正負(fù)極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象1) 產(chǎn)生極性效應(yīng)的原因：在電火花放電過程中，正、負(fù)兩極表面分別受到負(fù)電子和正離子的轟擊和瞬時熱源的作用，在兩極表面所分配到的能量不一樣，因而融化、氣化拋出的電蝕量也不一樣。2) 影響極性效應(yīng)的因素：脈寬、脈間、脈沖峰值電流、放電電壓、工作液以及電極對的材料等。2. 電參數(shù)的影響（電參數(shù)主要指的是電壓脈沖寬度

12、t1、電流脈沖寬度te、脈沖間隔to、脈沖頻率f、峰值電流 e、峰值電壓 和極性等。）單個脈沖放電所釋放的能量取決于極間放電電壓、放電電流和放電持續(xù)時間，所以單個脈沖放電能量為 Wm=u（t）i（t）dt火花放電精細(xì)的電阻的非線性特性，擊穿后間隙上的火花維持電壓是一個與電極對材料及工作液種類有關(guān)的數(shù)值。由上述可得，提高電蝕量和生產(chǎn)率的途徑在于：提高脈沖頻率f；增加單個脈沖能量Wm（可增加平均放電電流e和脈沖寬度ti，減少脈沖間隙t0，提高系數(shù)ka、ke）3. 金屬材料熱學(xué)常數(shù)對電蝕量的影響金屬材料的熱學(xué)常數(shù)包括熔點(diǎn)，沸點(diǎn)，熱導(dǎo)率，比熱容，融化熱，氣化熱等。而正負(fù)極產(chǎn)生的熱量主要消耗在：a) 由

13、于熱傳導(dǎo)散失在電極其他部分和工作液中b) 使局部金屬材料溫度升高至熔點(diǎn)c) 熔化金屬材料d) 使熔化的金屬材料繼續(xù)升溫至沸點(diǎn)e) 使熔融金屬氣化f) 使金屬蒸汽繼續(xù)加熱成過熱蒸汽 所以可得脈沖放電能量相同時，金屬的熱學(xué)常數(shù)越高，電蝕量越小，越難加工。此外熱導(dǎo)率越大的金屬，由于傳熱快導(dǎo)致瞬間傳達(dá)的熱量越多，因而降低了自身的電蝕量。4. 工作液對電蝕量的影響a) 形成火花擊穿放電通道，并在放電結(jié)束后迅速恢復(fù)間隙絕緣狀態(tài)，防止破壞性電弧放電；b) 對放電通道產(chǎn)生壓縮作用，限制其擴(kuò)展；c) 有利于電蝕產(chǎn)物的拋出和排除d) 對工具和工件有很好的冷卻作用5. 一些其他因素對電蝕量的影響 加工過程的穩(wěn)定性；

14、電極材料；電極材料瞬間熔化或氣化拋出的速度電火花加工的加工速度和工具的損耗速度以及降低工具損耗的方法電火花加工時，工件和工具同時遭受不同程度上的電蝕，單位時間內(nèi)工件的電蝕量稱為加工速度，單位時間內(nèi)工具的加工速度稱為損耗速度。l 加工速度提高加工速度的途徑有提高脈沖頻率f，增加單個脈沖能量wm，提高工藝系數(shù)k等。加工速度的范圍，粗加工（2001000mm/min）、半精加工（20100 mm/min）、精加工（小于10 mm/min）。隨著表面粗糙度的減小，加工速度顯著降低。l 工具損耗速度衡量電極是否耐磨損，不僅僅只是看工具損耗速度v，還要看同時能達(dá)到的加工速度vw， 所以用相對損耗（損耗比）

15、作為衡量工具電極耐磨的指標(biāo)。=v/ vw100%降低工具電極的損耗：a) 正確的選用極性和脈寬，一般在短脈沖精加工時采用正極性加工，而在長脈沖粗加工時采用負(fù)極性加工。b) 利用吸附效應(yīng)由于電火花加工“積炭”現(xiàn)象總是發(fā)生在正極，所以在粗加工中往往為了提高生產(chǎn)率、降低電極損耗，均采用“負(fù)極加工”（工件接負(fù)極，電極接正極）。由于工具電極在煤油之類的碳?xì)浠衔锕ぷ饕褐泄ぷ鲿r，碳?xì)浠衔飳l(fā)生熱分解，而產(chǎn)生大量的碳，這些碳粒又和金屬結(jié)合形成金屬碳化合物的微粒，即膠團(tuán)。中性的膠團(tuán)在電場作用下可能與其膠團(tuán)的外層脫離而成為帶電荷的碳膠粒。電火花加工中的碳膠粒一般帶負(fù)電荷，在電場作用下向正極移動，并吸附在正極表

16、面，如果電極表面瞬時溫度在#左右，且能保持一段時間，即能形成一定強(qiáng)度和厚度的化學(xué)吸附層，即“炭黑膜”，由于碳的熔點(diǎn)和氣化點(diǎn)很高，且有很高的抗蝕作用，可對電極起到保護(hù)和補(bǔ)償作用，從而實(shí)現(xiàn)“低損耗”加工。影響吸附效應(yīng)的還有沖、抽油的影響，采用強(qiáng)迫沖、抽油有利于間隙間電蝕產(chǎn)物的排除，使加工穩(wěn)定但會使吸附、鍍覆效應(yīng)減弱，從而增加電極損耗。c) 利用熱傳導(dǎo)效應(yīng)電火花加工的熱傳效應(yīng) 放電加工中在電流幅值一定的情況下如果放電時間太短以致熱量來不及傳入金屬導(dǎo)致主要是氣化而熔化減少；如果放電時間過長使太多的熱量傳入金屬深處也會使熔化減少。只有把放電時間設(shè)置在最佳值，才能最好的利用熱效率，使電蝕量最大。這種現(xiàn)象稱為傳熱效應(yīng)。電極的放電點(diǎn)的瞬時溫度不僅與瞬時放電能量成正比，而且與放電通道的截面面積有關(guān)，還跟電極材料的導(dǎo)熱性能相關(guān)。因此限制放電初期的脈沖電流有助于限制電流的密度，可以使電極的損耗降低。脈沖電流增長率過高對在熱沖擊波作用下易脆裂的工具電極（如石墨）的損耗影響非常顯著。另一方面，一般采用工具電極的導(dǎo)熱性能比工件的導(dǎo)熱性能