非导电材料的放电加工

半导体、光学玻璃和工程陶瓷等难导电硬脆材料因具有耐磨性强、硬度高、绝缘性好等优良的性能，而在电子、光学、仪器仪表、航空航天、国防及民用工业等诸多领域有着越来越广泛的应用

•

放电加工的优点

放电加工和其他的加工方法相比，具备很多的优点1）加工过程是非接触加工、加工过程中没有宏观切削力可以用来进行微小孔加工等;

2）电解电火花复合加工设备简单、成本低，可以获得较好的表面质量，在微细加工中有很好的应用前景。

电火花辅助加工：

•高压电火花加工

•辅助电极电火花加工

•辅助电极可控烧蚀方式使被加工的非导

电陶瓷材料快速软化后机械磨削去除

高压电火花加工：

将难导电硬脆材料直接作为介质，利用尖电极与平板电极之间的高压产生强烈的辉光放电来蚀除难导电硬脆材料。此方法只适用于对薄壁难导电硬脆材料进行打孔，虽然加工速度较快、成本较低，但由于加工表面过于粗糙，只能用于粗加工。

辅助电极电火花加工：

直接在难导电硬脆材料表面紧压金属板、金属网等导电

材料，或通过蒸镀、涂覆等方法在难导电硬脆材料表面形

成金属、碳素等导电层，并以煤油为工作液，利用火花放

电瞬间产生的高温作用使煤油热分解出来的碳、工具电极

溅射出来的金属及其化合物在难导电硬脆材料表面形成新

的导电层，从而在难导电硬脆材料与工具电极之间一直能

形成放电的回路，使得电火花加工能连续进行下去。

辅助电极可控烧蚀方式使被加工的非导电陶瓷材料快速软化后机械磨削

该方法采用导电的金属粘合剂砂轮作为磨轮，在磨轮和非

导电陶瓷之间连续送入导电片状辅助电极，在脉冲电压作用

下使磨轮与导电片状辅助电极之间产生火花放电，同时向加

工区域连续或间歇通入能与导电片状辅助电极材料产生烧蚀

放热效应的助燃气体（如氧气），使导电片状辅助电极材料

在电火花放电作用下达到燃点温度以上而处于熔融甚至气化

状态，然后与通入的助燃气体发生烧蚀反应，生成烧蚀产物，

并释放出大量的热量作用于非导电陶瓷材料表面，使非导电

陶瓷材料表面加热至软化甚至熔融状态，然后在磨轮的机械

磨削作用下磨削去除。

电解电火花复合加工（ECDM）是近年来在特

种加工领域出现的一种新技术，常用于耐热玻璃、陶瓷、

工业金刚石、石英等非导电材料的加工。电解电火花放电

加工的工作原理如图所示：

。施加在工具电极（负极）和辅助电极（正极）之间的电

压较低时（如12V），则正负极之间仅有电化学反应发生，

并在工具电极（负极）表面生成氢气气泡，在氢气气泡生

成速率达到能相互合并形成氢气气膜后，氢气气膜阻绝电

极与电解液之间的导通，当电极与电解液之间的电压超过

一定临界值时，就会击穿氢气气膜而产生如放电加工的放

电现象，紧靠工具电极的工件材料则受到电化学放电产生

的高温以及高温时化学蚀刻的影响而发生材料的移除，达

到加工的目的。

目前较为认同的观点是，材料的去除是火花放电的热蚀

除和化学蚀除的复合作用。从影响材料去除率的因素来讲，

加工电压和电流影响最大，其次是电解液。

电解质与生产率之间的关系

从对氧化铝陶瓷进行电解电火花加工实验中可以看出，在

给出的三种电解质中，NaOH水溶液最适合电火花加工非导

电的氧化铝陶瓷，并且随着NaOH浓度及加工电压的增加，

生产率也在增加。

电化学电火花加工方法的改进•郭教授提出为了加

速形成绝缘气体，

可以在工具电极上

作超声振动的方法

。

可以看出工具电极作超声振动对加工效1、电极夹头2、工具电极3、超声波振动头4、绝缘层5、工件6、电解液7、辅助电极8、气体膜

超声振动对加工效率的影响

•超声振动的空化作用，更易于电解作用产生的气体在电极绝缘表面产生气体膜，形成绝缘条件从而缩短加工中的电解阶段时间，增大火花放电时间。

•有利于排出加工产物，改善极间环境，提高加工效率。

加工电流的影响加工条件：脉冲宽度为80μs ；脉冲间隔为50μs ；工件为氧化铝陶瓷；工作液为20%NaOH 溶液；工具电极为φ2mm 钢丝电极；超声振动频率为40KHZ ，超声振动幅值为μm.如图加工效率随电流

的增大而提高。

一、电流的增大能够

增加火花能量。

二、增大电流提高了

电化学产生气体的速

度

结论

•电化学电火花加工能够进行绝缘体材料的电火花加工，使不导电材料表面形成电火花放电的条件•为了能构提高加工效率可以采用在工具电极一端添加超声振动的方法提高效率。

•其导电溶液最好使用20%的NaOH电解质溶液

发展衍生：电化学放电线切割

其材料去除原理与ECDM 基本相同。与电火花成型加工和电火花线切割加工间的关系类似，将ECDM 中的棒状电极用电极丝代替，并辅以走丝运动后，能够实现非导电硬脆材料的线切割加工。

谢谢