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1、 電 火 花 是 一 種 加 工 工 藝 ， 主 要 是 利 用 具 有 特 定 幾 何 形 狀 的 放 電電 極 （ EDM 電 極 ） 在 金 屬 （ 導 電 ） 部 件 上 燒 灼 出 電 極 的 幾 何 形 狀 。 電 火 花 加 工 是 在 一 定 的 介 質 中 ， 通 過 工 具 電 極 和 工 件 電 極 之 間的 脈 沖 放 電 的 電 蝕 作 用 ， 對 工 件 進 行 加 工 的 方 法 。 了 解 電 火 花 和 電 火 花 加 工 的 不 同 ： 電 火 花 加 工 是 電 火 花 中 的一 種 。 在 絕 緣 工 作 液 中 ， 工 具 與 工 件 （ 正 負 極
2、） 間 產 生 脈 沖 性火 花 放 電 ， 產 生 局 部 、 瞬 時 高 溫 ， 使 工 件 溶 化 （ 氣 化 ） 而 拋離 工 件 表 面 ， 達 到 金 屬 表 面 被 加 工 的 目 的 。 條 件 ： （ 1） 一 定 間 隙 （ 工 具 與 工 件 間 ， 幾 微 米 數 百 位米 ） （ 2） 介 質 為 絕 緣 工 作 液 （ 3） 工 具 與 工 件 間 產 生 脈 沖 性 火 花 放 電 脈 沖 發(fā) 電 器 1是 利 用 電 容 器 C的 充 電 放 電 ， 把 直 流 轉 變 為 脈沖 電 流 ， 電 流 經 過 限 流 電 阻 R逐 漸 充 集 儲 存 在 電 容
3、器 C上 。 電容 器 上 的 電 壓 逐 漸 升 高 ， 當 它 升 高 到 足 以 使 工 具 電 極 3和 工 件4之 間 的 電 極 間 隙 火 花 放 電 擊 穿 時 ， 電 容 器 上 儲 存 的 絕 大 部 分能 量 在 電 極 間 隙 內 瞬 時 放 出 ， 達 到 很 高 的 電 流 密 度 ， 產 生 極高 的 溫 度 （ 10000攝 氏 度 左 右 ） ， 足 以 使 局 部 表 面 熔 化 或 氣 化 ，形 成 凸 坑 。 電 容 器 上 的 電 能 順 勢 放 完 之 后 ， 工 具 電 極 和 工 具 電極和工件間的絕緣介質立刻恢復絕緣狀態(tài)，從而把放點電路切斷，這
4、時又經過電阻重新充電，如此循環(huán)不已。 1.脈 沖 發(fā) 射 器 2.自 動 進 給 調 節(jié) 系 統(tǒng) 3.工 具 電 極 4.工 件 5.工 作 液 6.工 作 液 泵 電火花加工基于電火花腐蝕原理,是在工具電極與工件電極相互靠近時,極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產生瞬時高溫,使局部金屬融化,甚至汽化,從而將金屬蝕除下來。這一過程大致分為以下幾個階段： (1 )極間介質的電離、擊穿,形成放電通道 放電通道是有大量帶正電和負電的粒子以及中型粒子組成,帶電粒子高速運動,相互碰撞,產生大量熱能,使通道溫度升高,通道中心溫度可達到1 0 0 0 0攝氏度以上。由于放電開始階段通道截面很小,而通道內
5、有高溫熱膨脹形成的壓力高達幾萬帕,高溫高壓的放電通道急速擴展,產生一個強烈的沖擊波向四周傳播。在放電的同時還伴隨著光效應和聲效應,這就形成了肉眼所能看到的電火花。 (2 )電極材料的融化,汽化熱膨脹 液體介質被電離、擊穿,形成放電通道后,通道間帶負電的粒子奔向正極,帶正電的粒子奔向負極,粒子間相互撞擊,產生大量的熱能,使通道瞬間達到很高的溫度。通道高溫首先使工作液汽化,進而氣化,然后高溫向四周擴散,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,可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象并聽到輕微的爆炸聲。 (3 )電極材料的
6、拋出 正負電極間產生的電火花現(xiàn)象,使放電通道產生高溫高壓。通道中心的壓力最高,工作液和金屬汽化后不斷向外膨脹,形成內外瞬間壓力差,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。加工中看到的桔紅色火花就是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。(4 )極間介質的消電離在電火花放電加工過程中產生的電蝕產物如果來不及排除和擴散,那么產生的熱量將不能及時傳出,使該處介質局部過熱,局部過熱的工作液高溫分解,結碳,使加工無法進行,并燒壞電極。因此為了保證電火花加工過程的正常進行,在兩次放電之間必須有足夠的時間間隔讓電蝕產物充分排除,恢復放電通道的絕緣性,使工作液介質消電離。實際上,電火花
7、加工的過程遠比上述復雜,它是電力、磁力、熱力、流體動力、電化學和膠體化學等綜合作用的過程。到目前為止,人們對電火花加工過程的了解還有限,需要進一步研究。 1極性效應對電蝕量的影響在電火花加工時，相同材料(如用鋼電極加工鋼)兩電極的被腐蝕量是不同的。其中一個電極比另一個電極的蝕除量大，這種現(xiàn)象叫做極性效應。如果兩電極材料不同，則極性效應更加明顯。在生產中，將工件接脈沖電源正極(工具電極接脈沖電源負極)的加工稱為正極性加工(如圖3 -3所示)，反之稱為負極性加工(如圖3 -4所示)。 極性效應受到電極及電極材料、加工介質、電源種類、單個脈沖能量等多種因素的影響，主要原因是脈沖寬度。在電場的作用下，
8、放電通道中的電子奔向正極，正離子奔向負極。在窄脈寬度加工時，采用正極性加工；在寬脈沖寬度加工時，采用負極性加工。在實際加工中，要充分利用極性效應，正確選擇極性，最大限度地提高工件的蝕除量，降低工具電極的損耗。2覆蓋效應對電蝕量的影響在材料放電腐蝕過程中，一個電極的電蝕產物轉移到另一個電極表面上，形成一定厚度的覆蓋層，這種現(xiàn)象叫做覆蓋效應。在油類介質中加工時，覆蓋層主要是石墨化的碳素層，其次是粘附在電極表面的金屬微粒粘結層。 （1）碳素層的生成條件：要有足夠高的溫度。要有足夠多的電蝕產物，尤其是碳粒子。要有足夠的時間，以便在形成一定厚度的碳素層。一般采用負極性加工，因為碳素層易在陽極表面生成。必
9、須在油類介質中加工。（2）影響覆蓋效應的主要因素：1 ) 脈沖參數的影響。增大脈沖放電能量有助于覆蓋層的生長。2 ) 電極對材料的影響。銅加工鋼時覆蓋效應較明顯。3 ) 工作液的影響。油類工作液有助于碳素層的生成。4 ) 工藝條件的影響。在電火花加工中，覆蓋層不斷形成，又不斷被破壞。為了實現(xiàn)電極低損耗，達到提高加工精度的目的，最好使覆蓋層形成與破壞的程度達到動態(tài)平衡。 3電參數對電蝕量的影響電火花加工過程中的電蝕量與單個脈沖能量、脈沖效率等電參數密切相關。單個脈沖能量與平均放電電壓、平均放電電流和脈沖寬度成正比。在實際加工中，對單個脈沖能量的大小主要取決于平均放電電流和脈沖寬度的大小。要提高電
10、蝕量，應增加平均放電電流、脈沖寬度及提高脈沖頻率。但在實際生產中，這些因素往往是相互制約的，并影響到其它工藝指標，應根據具體情況綜合考慮。例如，增加平均放電電流，加工表面粗糙度值也隨之增大。 4金屬材料對電蝕量的影響正負電極表面電蝕量分配不均除了與電極極性有關外，還與電極的材料有很大關系。 當脈沖放電能量相同時，工件的熔點、沸點、比熱容、熔化熱、氣化熱等愈高，電蝕量將愈少，愈難加工。 導熱系數愈大的金屬，因能把較多的熱量傳導、散失到其它部位，故降低了本身的蝕除量。 一般來說，工件 電極即被加工材料往往在設計時已經確定好，可選擇的余地較小，所以，在實際生產中，應根據工件 電極的材料全理選擇合理工
11、具電極的材料。5工作液對電蝕量的影響 電火花加工一般在液體介質中進行。液體介質通常叫做工作液，工作液作用： (1 )壓縮放電通道，使放電能量高度集中在極小的區(qū)域內，既加強蝕除的效果，又提高放電仿型的精確性。(2 ) 加速電極間隙的冷卻和消電離過程，有助于防止出現(xiàn)破壞性電弧放電。(3 ) 加速電蝕產物的排除。(4 ) 加劇放電的流體動力過程，有助于金屬的拋出。電火花成形加工多采用油類做工作液。機油粘度大、燃點高，有利于壓縮放電通道，但粘度大，不利于電蝕產物的排出，影響正常放電；煤油粘度低，流動性好，排屑條件較好。在粗加工時，要求速度快，放電能量大，放電間隙大，故常選用機油等粘度大的工作液。在中、
12、精加工時，放電間隙小，往往采用煤油等粘度小的工作液。采用水做工作液可減少碳黑的生成量，提高加工速度，此外，水還具有流動性好、散熱性好、不易起弧、不燃、無味、價廉等特點。但普通水是弱導電液，會產生離子導電的電解過程，這是很不利的， 目前還只在某些大能量粗加工中采用。在精密加工中，可采用比較純的蒸餾水、去離子水或乙醇水溶液來做工作液，其絕緣強度比普通水高。 6 .其他因素影響電蝕量的還有一些其他因素，首先是加工過程的穩(wěn)定性，加工過程不穩(wěn)定將干擾以致破壞正常的火花放電，使有效脈沖利用率降低。隨著加工深度、加工面積的增加或加工型面復雜程度的增加，都不利于電蝕產物的排除，影響加工穩(wěn)定性，降低加工速度，嚴
13、重時將造成結炭拉弧，使加工難以進行。為了改善排屑條件，提高加工速度和防止拉弧，常采用強迫沖油和工具電極定時抬刀等措施。如果加工面積較小，采用的加工電流較大，也會使局部電蝕產物濃度過高，放電點不能分散轉移，放電后的余熱來不及傳播擴散而積累起來，造成過熱，形成電弧，破壞加工的穩(wěn)定性。電極材料對加工穩(wěn)定性也有影響，鋼電極加工鋼時電極間隙容易磁化，吸附鐵屑，加工不易穩(wěn)定，純銅、黃銅加工鋼時則比較穩(wěn)定。脈沖電源的波形影響著輸入能量的集中或分散程度，對電蝕量也有很大影響。電火花加工過程中電極材料瞬時熔化或汽化而拋出，如果拋出速度很高，就會沖擊另一電極表面使其蝕除量增大；如果拋出速度較低，則當噴射到另一電極表面時，會反粘和涂覆在電極表面，減少其蝕除量。此外， 炭黑膜的形成也將影響到電極的蝕除量。如果工作液是以水溶液為基礎的（去離子水、乳化液等），還會產生電化學陽極溶解和陰極電鍍沉積現(xiàn)象，影響電極的蝕除量。
電火花加工原理
