电火花基本知识

一、什么是电火花加工

二、电火花加工的特点

三、电火花加工机床的组成及作用

四、实现电火花加工的条件

五、极性效应

六、覆盖效应

七、加工速度

八、工具电极损耗

九、表面粗糙度

十、放电间隙

十一、两电极蚀除量之间的矛盾

十二、加工速度与加工表面粗糙度之间的矛盾

十三、电火花加工常用名词、术语及符号

十四、电火花加工粗糙度对照表

一、什么是电火花加工

电火花是一种自激放电，其特点如下：

火花放电的两个电极间在放电前具较高的电压，当两电极接近时，其间介质被击穿后，随即发生火花放电。伴随击穿过程，两电极间的电阻急剧变小，两极之间的电压也随

之急剧变低。火花通道必须在维持暂短的时间（通常为10-7-10-3s）后及时熄灭，才可保持火花放电的“冷极”特性（即通道能量转换的热能来不及传至电极纵深），使通道能量作用于极小范围。通道能量的作

用，可使电极局部被腐蚀。利用火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行尺寸加工的方法，叫电火花加工。电火花加工是在较低的电压范围内，在液体介质中的火花放电。

二、电火花加工的特点

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，人们除了进一步发展和完善机械加工法之外，还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛的应用。

电火花加工的特点如下：

1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。

2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。

3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。

4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。

基于上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项：

1)制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。

2)加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。

3)在金属板材上切割出零件。

4)加工窄缝。

5)磨削平面和圆面。

6)其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接

加工型面复杂的零件等）。

三、电火花加工机床的组成及作用

从上面所谈的情况可以看到，要实现电火花加工过程，机床必须具备三个要素，即：

脉冲电源，机械部分和自动控制系统，工作液过滤与循环

系统。（见图一）。下面对这三要素的作用逐一加以简单讨论。

1.脉冲电源

加在放电间隙上的电压必须是脉冲的，否则，放电将成为连续的电弧。

所谓脉冲电源，实际就是一种电气线路或装置，它们能发出具有足够能量的脉冲电压来。

2.机械部分和自动控制系统

其作用是维持工具电极和工件之间有一适当的放电间隙，并在线调整。

3.工作液净化与循环系统

工作液的作用是使能量集中，强化加工过程，带走放电时所产生的热量和电蚀产物。工作液系统包括工作液的储存冷却、循环及其调节与保护、过滤以及利用工作液强迫循环系统。

上述三要素，有时也称为电火花加工机床的三大件，它们组成了电火花加工机床这一统一体，以满足加工工艺的要求。

四、实现电火花加工的条件

实现电火花加工，应具备如下条件：

1.工具电极和工件电极之间必须维持合理的距离。在该距离范围内，既可以满足脉冲电压不断击穿介质，产生火花放电，又可以适应在火花通道熄灭后介质消电离以及排出蚀除产物的要求。若两电极距离过大，则脉冲电压不能击穿介质、不能产生火花放电，若两电极短路，则在两电极间没有脉冲能量消耗，也不可能实现电腐蚀加工。

2.两电极之间必须充入介质。在进行材料电火花尺寸加工时，两极间为液体介质（专用工作液或工业煤油）；在进行材料电火花表面强化时，

两极间为气体介质。

3.输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大。在火花通道形成后，脉冲电压变化不大，因此，通道的电流密度可以表征通道的能量密度。能量密度足够大，才可以使被加工材料局部熔化或汽化，从而在被加工材料表面形成一个腐蚀痕（凹坑），实现电火花加工。因而，通道一般必须

有105-106A/cm2电流密度。

放电通道必须具有足够大的峰值电流，通道才可以在脉冲期间得到维持。一般情况下，维持通道的峰值电流不小于2A。

4.放电必须是短时间的脉冲放电。放电持续时间一般为10-7-10-3s。

由于放电时间短，使放电时产生的热能来不及在被加工材料内部扩散，从而把能量作用局限在很小范围内，保持火花放电的冷极特性。

5.脉冲放电需重复多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分

散的。

这里包含两个方面的意义：

其一时间上相邻的两个脉冲不在同一点上形成通道；其二，若在一定时间范围内脉冲放电集中发生在某一区域，则在另一段时间内，脉冲放电应转移到另一区域。只有如此，才能避免积

炭现象，进而避免发生电弧和局部烧伤。

6.脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外，使重复性放电顺利进行。

在电火花加工的生产实际中，上述过程通过两个途径完成。一方面，火花放电以及电腐蚀过程本身具备将蚀除产物排离的固有特性；蚀除物以外的其余放电产物（如介质的汽化物）亦可以促进上述过程；另一方面，还必须利用一些人为的辅助工艺措施，例如工作液的循环过滤，加工

中采用的冲、抽油措施等等。

五、极性效应

电火花加工时，相同材料两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做极性效应。如果两电极材料不同，则极性效应更加明显。

六、覆盖效应

在油类介质中放电加工会分解出负极性的游离碳微粒，在合适的脉宽、脉间条件下将在放电的正极上覆盖碳微粒，叫覆盖效应。利用覆盖效应可以降低电极损耗。注意负极性加工才有利做覆盖效应。

七、加工速度

对于电火花成形机来说加工速度是指在单位时间内，工件被蚀除的体积或重量。一般用体积表示。若在时间T内，工件被蚀除的体积为V，则加

工速度Vw为：

Vw=V/t（mm3/min）对于线切割机来说，加工速度是指在单位时间内，工件被切面积。即用mm2/min来表示。在规定表面粗糙度（如Ra=