第二章 電火花加工基本原理

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電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產生的電蝕作用蝕除導電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱EDM。
2.1電火花加工條件
（1）.工具電極和工件電極之間必須維持合理的距離在該距離范圍內，既可以滿足脈沖電壓不斷擊穿介質，產生火花放電，又可以適應在火花通道熄滅后介質消電離以及排出蝕除產物的要求。若兩電極距離過大，則脈沖電壓不能擊穿介質、不能產生火花放電，若兩電極短路，則在兩電極間沒有脈沖能量消耗，也不可能實現電腐蝕加工。
（2）.兩電極之間必須充入介質在進行材料電火花尺寸加工時，兩極間為液體介質（工作液或工業(yè)煤油）;在進行材料電火花表面強化時，兩極間為氣體介質。
（3）.輸送到兩電極間的脈沖能量密度應足夠大在火花通道形成后，脈沖電壓變化不大，因此，通道的電流密度可以表征通道的能量密度。能量密度足夠大，才可以使被加工材料局部熔化或氣化，從而在被加工材料表面形成一個腐蝕痕（凹坑），實現電火花加工。因而，通道一般必須有105-106A1em}電流密度。放電通道必須具有足夠大的峰值電流，通道才可以在脈沖期間得到維持。一般情況下，維持通道的峰值電流不小于2A。
（4）.放電必須是短時間的脈沖放電脈沖。放電持續(xù)時間一般為10-1^-10-3s。由于放電時間短，使放電時產生的熱能來不及在被加工材料內部擴散，從而把能量作用局限在很小范圍內，保持火花放電的冷極特性。
（5）.脈沖放電需重復多次進行，并且多次脈沖放電在時間上和空間上是分散的這里包含兩個方面的意義:其一時間上相鄰的兩個脈沖不在同一點上形成通道;其二，若在一定時間范圍內脈沖放電集中發(fā)生在某一區(qū)域，則在另一段時間內，脈沖放電應轉移到另一區(qū)域。只有如此，才能避免積碳現象，進而避免發(fā)生電弧和局部燒傷。
（6）.脈沖放電后的電蝕產物能及時排放至放電間隙之外，使重復性放電順利進行在電火花加工的生產實際中，上述過程通過兩個途徑完成。一方面，火花放電以及電腐蝕過程本身具備將蝕除產物排離的固有特性;蝕除物以外的其余放電產物〔如介質的氣化物）亦可以促進上述過程;另一方面，還必須利用一些人為的輔助工藝措施，例如工作液的循環(huán)過濾，加工中采用的沖、抽油措施等等。
2.2電火花加工原理
以下是電火花加工原理圖：

 
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，或將工作液充入放電間隙。通過間隙自動控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進給，當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，產生火花放電。
在放電的微細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，產生火花放電，重復上述過程。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，zui后便加工出與工具電極形狀相對應的形狀來。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，就能加工出各種復雜的型面。工具電極常用導電性良好、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，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，如煤油、去離子水和乳化液等。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，以切割導電材料的電火花線切割加工；利用金屬絲或成形導電磨輪作工具電極，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。 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雜形狀工件；加工時無切削力；不產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，便于實現自動化；加工后表面產生變質層，在某些應用中須進一步去除；工作液的凈化和加工中產生的煙霧污染處理比較麻煩。