国外电火花加工最新技术

目前国外的电火花加工新技术主要有线电 极电火花磨削精微、微细电火花加工，混粉镜面 电火花加工，液中放电表面改性处理，单次放电 微细轴电极和探针电火花加工，放电堆积成型加 工，绝缘陶瓷电火花加工，气体中放电电火花加 工，气体中放电线切割加工，双电极电火花加工， 电火花放电点位置的检测和控制，线切割放电点 位置的检测和控制，扫描创成电火花加工，钛合 金电火花线切割表面着色，反复反拷精微、微细 电火花加工，弯曲孔电火花加工，电火花直线电 机伺服控制，新的摇动控制技术等。限于篇幅， 今就以下几项日本的放电加工最新技术成果加以 介绍。
和热影响层构成。图７是用ＴｉＣ烧结体电极对 ￥４５Ｃ表面处理后的Ｘ衍射分析结果，其含有明 确的ＴｉＣ衍射峰、Ｆｅ３Ｃ衍射峰和Ｆｅ的衍射峰。 说明表面含有ＴｉＣ、Ｆｅ３Ｃ和Ｆｅ。图８是用ＴｉＣ
Ｅ侧略誓耐
图６是用ＴｉＣ烧结体电极对￥４５Ｃ表面处理后的 断面照片和电子探针分析结果，加工面积
１００ｍｍ２，峰值电流Ｉ，＝８Ａ，脉宽‘＝８“ｓ，脉间 “＝１２８９ｓ，工件接脉冲电源的正极。基体主要成 分Ｆｅ从基体到表面层的浓度逐渐减少，在最表 面几乎为零，另一方面，Ｔｉ的浓度越接近表面 层越高。Ｔｉ扩散渗透到工件材料基体内，在处 理膜和基体的界面附近，即成分浓度变化为零的 区域其组织形态和基体的不同，这一区域为热影 响层。表面处理改性膜由成分浓度变化的层（硬 质层）
关键词：电火花加工放电沉积气体中放电加工陶瓷材料加工微细电火花加工
１ 前言
近年来电火花加工方面的研究取得了许多 新的进展。主要表现在突破了许多传统观念的束 缚，产生了一些新的加工方法。使得这一方法不 仅可以进行体积去处，还可以进行表面陶瓷化改 性和沉积。加工不仅可以在绝缘工作液中进行． 也可以在气体中进行。不仅可以加工导电材料， －也可以加工非导电材料。大大扩展了之一技术的 应用领域。
综
述
元件，具有自主间隙调节功能．结构简单，且可 以通过调节其姿态实现三维曲线孔的加工。但这 一装置的加工性能取决于整体动力学性能，如形 状记忆合金弹簧的热惯性与刚度、偏置弹簧的刚 度．放电电流的大小等。该实验装置的加工试验 表明其整体加工效率在相同的加工规准下，仅为 普通电火花加工机床的ｌ，ｌ∞ｌ，２。
日本三菱电机公司的今井、广井与中野研 究了用超声波对电火花加工放电状态检测的方 法。他们用图２所示的装置对加工间隙的超声波 传导系数进行了试验研究。通过改变间隙的大 小、金属粉末浓度、吹入间隙的气泡含量对间隙 的超声波传导系统进行了测试。试验证实了在间
图２加工间隙的超声波检测方法
隙距离５～８０ｐＪｎ范围内间隙的大小与间隙的超 声波传导系统几乎无关。间隙中金属粉末浓度在 Ｏ～Ｏ＿３９，ｍｌ范围内金属粉末的浓度与间隙的超声 波传导系数几乎无关。但随着间隙中加入的气泡 流量在０～５０ｍｌ／ｍｉｎ范围内变化，相对于没有气 泡和金属粉末的间隙的超声波传导系数之比由 １００％逐步下降到５５％左右。因此得到间隙的超 声传导系数主要受到间隙气泡含量的影响。实际 加工过程中气泡浓度随着加工的进行而增加，因 此．间隙的超声波传导系数也随之下降，但经多 一个抬刀过程，气泡会被排除出而恢复到接近初 始值。加工规准愈大，则间隙的超声波传导系数 下降愈迅速，尤以峰值电流影响最为显著。
综
述
图２３气中电火花三锥扫插创成自阳：样件
９扫描创成电火花加工
东京大学增泥隆久教授和三菱电机开展了 扫描创成电火花加工的研究，三菱电机已展出了 ＥＤＳＣＡＮ８Ｅ型扫描创成电火花加工机床。图２４ 扫描创成电火花加工的原理，图２５扫描创成电
实验证实，平均间隙电压和加工问隙的大 小与间隙的污染程度几乎没有直接关联，而运用 间隙超声波传导系数却可以直接反映间隙的污染 情况。利用这种检测方法，有希望获得加工状态 的新的信息，对于改进加工控制策略，提高加工 性能具有重要的应用价值。
德国汉堡大学的Ａ．Ｂｅｌｍ∞等人针对击穿 延时信号的分散性所引起的屯极间隙伺服系统过 进给现象．选用相对短路频率和相对开路频率作 为控制系统的输入信号，并通过模糊控制策略提
图１８电火花附着堆积加工断面
雷１９气体电＾花加工原理
高速气体为Ｄｎｓ＿介质，电极旋转，高速气体从管 电来自百度文库中喷出进行电火花加工的。气体放电电火花 加工安全，不污染环境，电极损耗率非常低，放 电加工时的反作用力非常小，有利于微细加工． 选择合适的气体时，加工表面再凝固层（白层） 非常小。图２０是电极损耗率的比较，图２１是加 工断面观察结果，图２２是气体中ＷＥＤＧ加工的 微细轴，图２３是气体中电火花三维扫描创成加 工样件。富山地方大学岩井等人还利用大气获压
１０
特种加工技术
的负极，电极错开半个直径进行电火花去除加工 所得的样件。图１８是电火花附着堆积加工断面， 黑色小坑是硬度试验压痕，其硬度为ＨＶ５００， 远高于￥４５Ｃ钢的硬度ＨＶ２００。
８ 气体中放电电火花加工
日本东京农工大学国枝正典副教授开展了气 体中放电电火花加工，气体中线切割加工的研 究。图１９气体中电火花加工原理，是使用管电 极，
毛利尚武教授和斋藤长男教授在研究用硅电极进 行大面积镜面电火花加工时，发现了一个有趣的 现象，从而萌发了在煤油中用放电进行表面改性 的概念．开始了渍中放电表面改性处理的研究。 他们采用硅电极，峰值电流ｌｐ＝ｌ～４Ａ，脉宽ｔｒ－２～ ５ｐｓ电火花精加工ＳＵＳ３０４（１８Ｃｒ－８Ｎｉ钢），１３Ｃｒ 钢，ＳＫＩ－Ｉ－５１（高速钢），ＳＫＩ）．６１，ＳＫＤ．１１等 ３～５ｍｉｎ后，获得了用王水也不腐蚀的加工表 面。对于处理后的１３Ｃｒ钢在空气（炉内）中，９００ ℃加热２０ｈ，氧化也不向其内部扩展。图３是用 硅电极电火花加工过的ＳＵＳ３０４工件浸泡在王水 中３０分钟后的断面ＳＥＭ照片和ＥＲＭＡ分析结 果．表面已融熔入１６％的Ｓｉ，呈玻璃状的非晶 态，结合强度非常高，进行３０％的永久变形的 反复拉伸实验，也不产生剥离和裂纹Ｉｓ，７］。
距基体表面的距离（岬）
图８表面处理后的硬
烧结体电极对￥４５Ｃ表面处理后的硬度分布，加 工面积４００ｒａｍ２，加工时问３２分钟，峰值电流 Ｉｐ＝ＳＡ，脉宽ｔ｛＝２ｐｓ，脉间ｔｏ＝６４ｐ，ｓ和脉宽ｔｊ＝８Ｉ＿ｔｓ， 脉问ｔｏ＝１２８ｐｓ，处理后的硬度提高明显，由基体 内距基体表面约１００ｍ到处理表面，其硬度都高 于基体的硬度，硬度逐渐增高，越接近表面，硬 度越高，最高硬度约时基体的５倍。图９是冲 了２．５万次后冲头磨损的对比，处理后的冲头比 不处理的耐磨得多。
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图２０电极损耗率的比较
图１６气体电火花附 着堆积的微细圆柱（直 径约１４０ｕＩＴＩ，高
２２ｍｍ）
图１７电火花附着堆 积后电火花去除加工
缩空气中放电来代替液体介质中的放电来修形、 修锐金属基金刚石砂轮，其结果表明经过这样处 理后的砂轮的磨削性能同传统的修形方法几乎相 同。这种方法同样可以修曲曲线轮廓。
能。具体原理如图１所示。电极被安装在轴上． 形状记忆台金弹簧在没有放电电流流过时处于收 缩状态，被偏置弹簧顶住。当整个机构距离工件 足够近时，电极与工件间产生火花放电，放电电 流通过形状记忆合金弹簧，产生热量使得弹簧温 度升高，导致形状记忆合金弹簧伸长，使电极远 离工件，放电间隙增大，其结果将使空载率增加、 有效放电率降低，流过形状记·『乙合金的平均放电 电流也随之下降，从而引起形状记忆合金的收 缩，带动电极向工件方向移动。当达到一定平衡 时就可以稳定地进行加工。这一自动调节功能与 间隙伺服系统的作用是完全相同的。其有效行程 范围取决于偏置弹簧与形状记忆合金弹簧的设 计。实际加工时还需要有一个蠕动机构配合，随 着工件被蚀除，将其不断地向前推进并保持在其 有效的调节行程范围内。这一机构无需其他驱动
高了材料去除率并降低了电极损耗。 日本东京农工大学的韩福柱与国枝政典应
用混沌理论分析了放电点分布。认为放电点的分 布混沌的。通过计算吸引子的维数可以区别不同 的放电状态。放电点的混沌程度愈强，则放电过 程与稳定。通过浑河不同的脉冲，可以增加放电 点分布的混沌性。
３ 电火花加工放电状态检测新方法４液中放电表面改性处理
综
述
圈】０绝缴陶瓷辅助电火花加工简图
助导电电极之间电火花放电使煤油工作液中产生 热分解出的碳沉积物在绝缘陶瓷加工表面形成导 电膜，使绝缘陶瓷的加工表面具有导电性来实现 对绝缘陶瓷的电火花放电加工的。图１１是在放 电加工的电极加工的孔。
３００９ｍ，尖端部分小于ｌｇｍ。圉１４是用单脉冲
７放电沉积造型
毛利尚武教授、斋藤长男教授和三菱电机 名古屋制作所合作进行液中电火花放电表面改性 处理时．在￥４５Ｃ钢上成功地堆积出ＷＣ（碳化 钨）厚膜，并进行了将电火花堆积和电火花去除 加工组合对工件修复的实验。图１５是用电火花 堆积ＷＣ膜，工件￥４５Ｃ钢，ＷＣ膜厚３ｍｍ。 毛利尚武教授还用细的钨电极（∞．１ｍｍ）成功 地进行了电火花堆积。日本名古屋工业大学早
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毛利尚武教授、斋藤长男教授和三菱电机 名古屋制作所合作开展的液中电火花放电表面改 性处理的研究，主要有硅电极液中电火花放电表 面改性处理，混粉（硅粉等）液中电火花放电表 面改性处理，粉末压结体电极液中电火花放电表 面改性处理，细小电极液中电火花放电表面改性 处理等。图４为压结粉末电极在液中电火花放 电表面处理的原理ｉｓ］，图５是用硅电极表面处 理后的不锈钢在王水中浸泡５０ｍｉｎ后的断面照 片，可以看出经过处理后的表面，没有任何腐蚀 的痕迹。
图Ｉｌ电火花加工的绝缘冉瓷螺纹孔
绝缘陶瓷ＺｒＯ：上电火花加工的螺纹孔，图 １２是在绝缘陶瓷Ｚｒ０２上电火花加工的１００个 ００．３ｍｍ小孔。他们还把这一技术同混粉工作液 相结合，结果发现加工表面质量得以提高 （＆，４１ｓｍ），而且由于可以用较宽的脉宽来进行 加工（２４１ａｓ）从而提高了加工效率。加工Ｓｉ３Ｎ４ 的速度可以和磨削相当。
旦———一 一——
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国外电火花加工最新技术
赵万生郭永丰耿春明
（哈尔滨工业大学）
摘要： 介绍了国外近年来电火花加工研究的最新成果，其中包括液中电火花表面改 性处理，单次放电微细轴电极和探针电火花加工，放电沉积造型加工，绝缘陶瓷电火花加工， 气体中放电加工，扫描创成电火花加工，钛合金电火花线切割表面着色，弯曲孔电火花加工 和放电状态的超声检测等电火花加工最新技术，可为我国的电加工研究提供借鉴。
川伸哉博士等，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 放电点温度超过其材料的沸点，工件电极的温度 在其材料的熔点和沸点之间，在空气中进行了电 火花堆积造型实验，图１６是气体电火花附着堆 积的微细圆柱（直径约１４０９ｍ，高２．２ｍｍ），工 件和电极都是Ｓ４５Ｃ钢，电极直径０．１ｍｍ，放电 电流２．５Ａ，脉宽５９ｓ，工件接脉冲电源负极，加 工时间６．３小时。图１７是电火花附着堆积后其 他参数不变，仅将加工极性变为电极接脉冲电源
圈６表面址理后的断面和电子探针分析结果
圈９冲头磨损的对比
５绝缘陶瓷电火花加工
日本长冈科技大学的福泽康教授和东京大学 毛利尚武教授在用电火花加工垒属和绝缘陶瓷的 结台面时，金属侧被加工蚀除的同时，绝缘陶瓷 也被加工蚀除．从而发明了绝缘陶瓷辅助电极电 火花加工法。图１０是绝缘陶瓷辅助电极电火花 加工法简图。这种加工方法是利用电极和辅
２弯曲孔电火花加工装置
日本电气通信大学机械工程与智能系统系的 石田与竹内发明了一种用于模具三维冷却通道加 工用的自主式弯曲孔加工装置，并称其为“自动 放电间隙控制器”。这一装置巧妙地运用了一个 螺旋压缩弹簧和一个有形状记忆合金制成的伸长 式弹簧使之具有自行走和放电间隙自动调节功
图ｌ 自动放电问隙控制善
图１２ 电火花加工的绝缘陶瓷小孔
６单次放电微细电极加工
毛利尚武教授在研究用细小钨电极 （加．１ｍｍ）对工件表面进行液中表面改性处理 时，当选择合适大的电规准和加工极性时，单脉 冲放电就可使钨电极前端变细变尖，即可得到钨 微细轴和探针。图１３是单脉冲放电加工的微细 轴和其前端，前端微细轴的直径为３５９ｍ，长