電火花加工原理

電火花加工時，脈衝電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質（常用煤油或礦物油或去離子水）中。工具電極由自動進給調節裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時維持一很小的放電間隙（0.01～0.05mm）。當脈衝電壓加到兩極之間，便將當時條件下極間最近點的液體介質擊穿，形成放電通道。由於通道的截面積很小，放電時間極短，致使能量高度集中（10～107W/mm），放電區域產生的瞬時高溫足以使材料熔化甚至蒸發，以致形成一個小凹坑。第一次脈衝放電結束之後，經過很短的間隔時間，第二個脈衝又在另一極間最近點擊穿放電。如此周而復始高頻率地循環下去，工具電極不斷地向工件進給，它的形狀最終就複製在工件上，形成所需要的加工表面。與此同時，總能量的一小部分也釋放到工具電極上，從而造成工具損耗。

從上看出，進行電火花加工必須具備三個條件：必須採用脈衝電源；必須採用自動進給調節裝置，以保持工具電極與工件電極間微小的放電間隙；火花放電必須在具有一定絕緣強度（10～107Ω·m）的液體介質中進行。

電火花加工具有如下特點：可以加工任何高強度、高硬度、高韌性、高脆性以及高純度的導電材料；加工時無明顯機械力，適用於低剛度工件和微細結構的加工：脈衝參數可依據需要調節，可在同一台機床上進行粗加工、半精加工和精加工；電火花加工后的表面呈現的凹坑，有利於貯油和降低雜訊；生產效率低於切削加工；放電過程有部分能量消耗在工具電極上，導致電極損耗，影響成形精度。

電火花加工零件的數量在3000件以下時，比模具衝壓零件在經濟上更加合理。按工藝過程中工具與工件相對運動的特點和用途不同，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化等。

（1）電火花成形加工該方法是通過工具電極相對於工件作進給運動，將工件電極的形狀和尺寸複製在工件上，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於加工各類熱鍛模、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於型孔（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，為了解決小孔加工中電極截面小、易變形、孔的深徑比大、排屑困難等問題，在電火花穿孔加工中發展了高速小孔加工，取得良好的社會經濟效益。

（2）電火花線切割加工該方法是利用移動的細金屬絲作工具電極，按預定的軌跡進行脈衝放電切割。按金屬絲電極移動的速度大小分為高速走絲和低速走絲線切割。我國普通採用高速走絲線切割，近年來正在發展低速走絲線切割，高速走絲時，金屬絲電極是直徑為φ0.02～φ0.3mm的高強度鉬絲，往複運動速度為8～10m/s。低速走絲時，多採用銅絲，線電極以小於0.2m/s的速度作單方向低速運動。線切割時，電極絲不斷移動，其損耗很小，因而加工精度較高。其平均加工精度可達0.0lmm，大大高於電火花成形加工。表面粗糙度Ra值可達1.6或更小。

國內外數控電火花線切割機床都採用了不同水平的微機數控系統，實現了電火花線切割數控化。目前電火花線切割廣泛用於加工各種沖裁模（沖孔和落料用）、樣板以及各種形狀複雜型孔、型面和窄縫等。

電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈衝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。

1943年，蘇聯學者拉扎連科夫婦研究發明電火花加工，之後隨著脈衝電源和控制系統的改進，而迅速發展起來。最初使用的脈衝電源是簡單的電阻-電容迴路。50年代初，改進為電阻-電感-電容等迴路。同時，還採用脈衝發電機之類的所謂長脈衝電源，使蝕除效率提高，工具電極相對損耗降低。隨後又出現了大功率電子管、閘流管等高頻脈衝電源，使在同樣表面粗糙度條件下的生產率得以提高。60年代中期，出現了晶體管和可控硅脈衝電源，提高了能源利用效率和降低了工具電極損耗，並擴大了粗精加工的可調範圍。到70年代，出現了高低壓複合脈衝、多迴路脈衝、等幅脈衝和可調波形脈衝等電源，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展。在控制系統方面，從最初簡單地保持放電間隙，控制工具電極的進退，逐步發展到利用微型計算機，對電參數和非電參數等各種因素進行適時控制。進行電火花加工時，工具電極和工件分別接脈衝電源的兩極，並浸入工作液中，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，兩電極上施加的脈衝電壓將工作液擊穿，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，並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迹，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復絕緣狀態。緊接著，下一個脈衝電壓又在兩電極相對接近的另一點處擊穿，產生火花放電，重複上述過程。這樣，雖然每個脈衝放電蝕除的金屬量極少，但因每秒有成千上萬次脈衝放電作用，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恆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，最後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，就能加工出各種複雜的型面。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，但小於工件金屬的蝕除量，甚至接近於無損耗。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徵，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；用於加工螺紋環規、螺紋塞規、齒輪等的電火花共軛迴轉加工；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複雜形狀工件；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，便於實現自動化；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。電火花加工的主要用於加工具有複雜形狀的型孔和型腔的模具和零件；加工各種硬、脆材料，如硬質合金和淬火鋼等；加工深細孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等；加工各種成形刀具、樣板和螺紋環規等工具和量具。

1：電火花加工速度與表面質量　模具在電火花機加工一般會採用粗、中、精分檔加工方式。粗加工採用大功率、低損耗的實現，而中、精加工電極相對損耗大，但一般情況下中、精加工余量較少，因此電極損耗也極小，可以通過加工尺寸控制進行補償，或在不影響精度要求時予以忽略。　2：電火花碳渣與排渣　電火花機加工在產生碳渣和排除碳渣平衡的條件下才能順利進行。實際中往往以犧牲加工速度去排除碳渣，例如在中、精加工時採用高電壓，大休止脈波等等。另一個影響排除碳渣的原因是加工面形狀複雜，使排屑路徑不暢通。唯有積極開創良好排除的條件，對症的採取一些方法來積極處理。　3：電火花工件與電極相互損耗　電火花機放電脈波時間長，有利於降低電極損耗。電火花機粗加工一般採用長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，小電流放電必須減小放電脈波時間，這樣不僅加大了電極損耗，也大幅度降低了加工速度。