电火花加工技术论文

电火花加工的历史

1943年，苏联学者拉扎连科夫妇研究发明电火花加工，之后随着脉冲电源

和控制系统的改进，而迅速发展起来。最初使用的脉冲电源是简单的电阻-电容

回路。

50年代初，改进为电阻-电感-电容等回路。同时，还采用脉冲发电机之类的所谓长脉冲电源，使蚀除效率提高，工具电极相对损耗降低。随后又出现了大

功率电子管、闸流管等高频脉冲电源，使在同样表面粗糙度条件下的生产率得

以提高。

60年代中期，出现了晶体管和可控硅脉冲电源，提高了能源利用效率和降

低了工具电极损耗，并扩大了粗精加工的可调范围。

到70年代，出现了高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲和可调波形脉

冲等电源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具电极损耗等方面又有了新

的进展。在控制系统方面，从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。

电火花加工

电火花加工是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬间产生的高温把金属蚀除下来。又称放电加工和电蚀加工，英文称（Electrical Discharge Machining,简称EMD）。

按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方

式分为五类:

①利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工;

②利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工;

③利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电

火花磨削;

④用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工;

⑤小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。

电火花加工的基本原理

(1)极间介质的电离、击穿,形成放电通道

放电通道是有大量带正电和负电的粒子以及中型粒子组成,带电粒子高速运动,相互碰撞,产生大量热能,使通道温度相当高,通道中心温度可达到10000摄氏度以上。由于放电时电流产生磁场，磁场又反过来对电子流动产生向心的磁压

缩效应和周围介质惯性力压缩效应的作用，通道扩展受到很大阻力，故放电开

始阶段通道截面很小,而通道内有高温热膨胀形成的压力高达几百万帕,高温高压的放电通道以及随后瞬间气化形成的气体急速扩展,产生一个强烈的冲击波向四

周传播。在放电的同时还伴随着光效应、声效应和热效应等,这就形成了肉眼所

能看到的电火花。

(2)介质热分解、电极材料的融化,汽化热膨胀

极间介质被电离、击穿,形成放电通道后,脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极，正离子奔向负极。电能转化为动能，动能通过相互碰撞转化为热能。正极

和负极表面形成瞬间热源，使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使工作

液介质气化,进而进行热分解。并且使两电极表面的金属材料开始融化直至沸腾

气化。气化后的工作液和金属蒸汽瞬间体积猛增,形成了爆炸的特性。所以在观

察电火花加工时,可以看到工件与工具电极间有小气泡冒出，工作液逐渐变黑并

听到轻微的爆炸声。

(3)电极材料的抛出

通道和正负级表面放电点瞬间时使高温使工作液气化和金属材料融化、气化，热膨胀产生很高的瞬间压力。通道中心的压力最高，使气化的其体体积不断向

外膨胀，形成一个扩张的冲击范围形似“气泡”，在该范围内内外、上下压强不

相同，压力高的地方的熔融金属液体和蒸汽就被排挤、抛出而进入工作液。在

放电过程中冲击气泡不断扩大，当放电结束后，气泡温度不再升高，但由于液

体介质的惯性作用，气泡会继续向外扩张，使气泡内压力急剧降低，甚至降低

到大气压一下，形成局部真空，使在高压下溶解在熔化和过热液态金属材料中

的气体析出，以及液态金属本身在低压下再沸腾。由于压力的骤降，是熔融金

属材料以及其蒸气在加工形成的小坑中再次爆沸飞溅而被抛出。

(4)极间介质的消电离

在电火花放电加工过程中产生的电蚀产物如果来不及排除和扩散,就会改变间

隙介质的成分和降低绝缘强度。那么产生的热量将不能及时传出,带电粒子自由

能不易降低，将大大减少复合几率，是电离过程不充分，将使下一个脉冲放电

通道不能顺利的转移到其他部位，而始终集中在某一部分，使该处介质局部过

热而破坏消电离过程，脉冲火花放电将恶循环的转变为有害的稳定电弧放电，

此外还使该处介质局部过热,局部过热的工作液高温分解,结碳,使加工无法进行,

并烧坏电极。因此为了保证电火花加工过程的正常进行,在两次放电之间必须有

足够的时间间隔让电蚀产物充分排除,恢复放电通道的绝缘性,使工作液介质消电离。

电火花加工的条件

为了达到利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工，需创造创造以下条件：

1.必须使工具电极和工件被加工表面之间保持一定的放电间隙，这一间隙加

工条件而定，通常为0.02~0.1mm。如果间隙过大，极间电压不能击穿极间工作液介质，因而不能产生火花放电；如果间隙过小，很容易造成短路接

触，同样不能产生火花放电。为此，火花加工过程中不许具有工具电极的

自动进给和调节装置，使其和工件的加工表面保持某一放电间隙。

2.火花放电必须是瞬时的脉冲性放电放电间隙加上电压后，延续一段时间t1，

需停歇一段时间t0，延续时间ti，一般为1~1000μs，停歇时间t0一般需要20~100μs，这样才能使放电所产生的热量传导扩散到其余部分，把每一次的放电蚀点分别局限在很小的范围内，否则，像持续电弧放电那样，会

使表面烧伤而无法用作尺寸加工。为此电火花加工必须采用脉冲电源。

3.火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如没有、皂化液或

去离子水等。液体介质又称工作液，他们必须有较高的绝缘强度（电阻率

为10^3~10^7Ω·cm），有利于产生脉冲性火花放电。同时，液体还能把电火花加工过程中产生的金属小屑、碳黑、小气泡等电蚀产物从放电间隙中

悬浮排除出去，并且对电极和工件表面有较好的冷却作用。

电火花加工的优点以及缺点

优点：

1、能加工硬质合金和淬火的压铸模具镶块；

2、能加工复杂的型腔的模具如形状复杂的深孔、细孔、加强筋、窄槽；

3、加工时有很小的受力

4、主要加工塑料模具和压铸模具和热锻模具

5、使用的电极材料多为比加工工件比较软的石墨和紫铜；采用石墨和紫铜的特

点是采用电加工的形状都比较复杂加工电极比较烦琐，采用容易加工的石墨会产生事半功倍的效果；