电火花加工方法解读

兰州理工大学机电工程学院

《特种加工》专题论文

——电火花加工技术

专 业____________

班 级____________

姓 名____________

学 号____________

指导老师____________

10机械工程及其自动化 机电（3）班 刘晓军 10610011 宁会峰

摘要：电火花加工的原理是基于工具和工件之间脉冲性放电时的电腐现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花加工主要优点是适合于难切削材料，可以加工特殊及复杂形状的零件。电火花加工主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非导体材料。由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域日益扩大。

关键字：电火花加工不接触加工电蚀加工

第一章电火花加工技术的产生与发展

一、电火花加工的概念

电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量的加工要求的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM【1】。

二、电火花加工技术的产生背景【2】

提到电火花加工，我们首先就会想到特种加工技术。特种加工技术有别于传统的机械加工，他的产生不是偶然的。第二次世界大战后，特别是进入20世纪50年代以来，随着现代科学技术的发展，各个行业，尤其是国防工业部门，要求尖端科技产品向高精度、高速度、大功率、小型化方向发展，以及在高温、高压、重载荷或腐蚀环境下长期可靠的工作。为了适应这些要求，各种新结构、新材料和复杂形状的精密零件大量出现，其结构和形状越来越复杂，材料的性能越来越强韧，对精度要求越来越高，对

加工表面粗糙度和完整性要求越来越严格，使现代机械制造面临着一系列严峻的任务。如：各种难切削材料的加工问题；各种特殊复杂型面的加工问题；各种超精密、光整零件的加工问题；特殊零件的加工问题等。

要解决上述一系列的问题，仅仅依靠传统的切削加工方法很难实现，有些甚至无法实现。为此，人们相继探索、研究新的加工方法。特种加工就是在这种前提条件下产生和发展起来的。

三、电火花加工技术的产生

20世纪40年代，前苏联鲍·洛·拉扎林柯夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的有害现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属融化、气化而被蚀除掉，开创和发明了变有害的电蚀为有用的电火花加工方法，用铜杆在淬火钢上加工出小孔，可用软的工具加工任何硬度的金属材料，首次摆脱了传统的切削加工方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得“以柔克刚”的效果。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。

四、电火花加工技术的发展[1]

20世纪50年代

脉冲电源改进为电阻-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。

20世纪60年代

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。

20世纪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。

电火花技术的发展不仅仅局限于脉冲电源的改进，目前，国际上对电火花加工技术甚至其他特种加工技术的研究主要集中在三方面——微细化加工，应用领域的拓宽以及广泛采用自动化技术。

第二章电火花加工的工作原理

进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工

作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。

工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。

工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等【3】。

第三章电火花的加工特性

一、电火花属于不接触加工。工具电极和工件之间并不直接接触，而是有一个火花放电间隙，这个间隙一般是在0.05~0.3mm之间，有时可能达到0.5mm甚至更大，间隙中充满工作液，加工时通过高压脉冲放电，对工件进行放电腐蚀。

二、加工过程中没有宏观切削力。火花放电时，局部、瞬时爆炸力的平均值很小，不足以引起工件的变形和位移。

三、可以加工任何难加工的金属材料和导电材料。由于加工中材料的去除是靠放电时的电、热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及热学特性，如熔点、沸点、比热容、导热系数、电阻率等，而几乎与其力学性能(硬度、强度等)无关。这样可以突破传统切削加工对刀具的限制，可以实现用软的工具加工硬、韧的工件甚至可以加工聚晶金刚行、立方氮化硼一类的超硬材料。目前电极材料多采用紫铜或石墨，因此工具电极较容易加工。

四、可以加工形状复杂的表面。由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工等。特别是数控技术的采用，使得用简单的电极加工复杂形状零件成为现实。可以加工特殊要求的零件可以加工薄壁、弹性、低刚度、微细小孔、异形小孔、深小孔等有特殊要求的零件。由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细加工。

电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现。具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，