电火花加工概述

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　　电火花加工设备属于数控机床的范畴，电火花加工是在一定的液体介质中，利用脉冲放电对导体材料的电蚀现象来蚀除材料，从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。在机械加工中，电火花加工的应用非常广泛，尤其在模具制造业、航空航天等领域有着极为重要的地位。
　　1、电火花加工的原理与特点
　　电火花加工是在如下图所示的加工系统中进行的。加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质(常用煤油或矿物油或去离子水)中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙(0.01～0.05mm)。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中(106～107W／mm2)，放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。
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　　电火花加工原理图
0 b+ y  `4 K# N; c7 X　　从上面的叙述中可以看出，进行电火花加工必须具备三个条件：必须采用脉冲电源；必须采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙；火花放电必须在具有一定绝缘强度(103～107Ω·m)的液体介质中进行。
+ P0 B. Y- |. x! @$ c- N% a　　电火花加工具有如下特点：可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料；加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工：脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；电火花加工后的表面呈现的凹坑，有利于贮油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。
. y8 S( J# O0 Z  b　　2、电火花加工的应用
　　电火花加工主要用于模具生产中的型孔、型腔加工，已成为模具制造业的主导加工方法，推动了模具行业的技术进步。电火花加工零件的数量在3000件以下时，比模具冲压零件在经济上更加合理。按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途不同，电火花加工可大体分为：电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花展成加工、非金属电火花加工和电火花表面强化等。
　　(1)电火花成形加工 该方法是通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。电火花穿孔加工主要用于型孔(圆孔、方孔、多边形孔、异形孔)、曲线孔(弯孔、螺旋孔)、小孔和微孔的加工。近年来，为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题，在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工，取得良好的社会经济效益。
# j# d! X* R* ?  P　　(2)电火花线切割加工 该方法是利用移动的细金属丝作工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。按金属丝电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。我国普通采用高速走丝线切割，近年来正在发展低速走丝线切割，高速走丝时，金属丝电极是直径为φ0.02～φ0.3mm的高强度钼丝，往复运动速度为8～10m／s。低速走丝时，多采用铜丝，线电极以小于0.2m/s的速度作单方向低速运动。线切割时，电极丝不断移动，其损耗很小，因而加工精度较高。其平均加工精度可达0.0lmm，大大高于电火花成形加工。表面粗糙度Ra值可达1.6或更小。
　　国内外绝大多数数控电火花线切割机床都采用了不同水平的微机数控系统，基本上实现了电火花线切割数控化。目前电火花线切割广泛用于加工各种冲裁模(冲孔和落料用)、样板以及各种形状复杂型孔、型面和窄缝等。
　　3、电火花加工机床的发展趋势
　　电火花加工机床在提高精度和自动化程度同时，也在向结构的小型化方向发展。为提高零件加工精度，类似于加工中心的精密多功能微细电火花加工机床受到青眯，在这种机床上，从微细电极的制作到微细零件的加工，电极只需一次装夹，因此减小了多次装夹电极所带来的误差，并且可以通过对电极的重加工来修正被损耗电极的形状，从而提高了零件加工精度。在这种机床上，可实现电火花线电极磨削加工、电火花复杂形状微细孔加工及电火花铣削加工等功能，并有望实现微细电火花三维形体加工。
　　目前先进的多轴联动电火花数控机床发展趋势是集多种功能于一体，这些功能包括旋转分度、自动交换电极、自动放电间隙补偿、电流自适应控制以及加工规准的实时智能选择等，从而实现从加工规准的选择到零件的加工全过程自动化，夏米尔公司、阿奇公司、三菱电机公司、沙迪克公司等国外著名的电火花机床厂商都有成熟产品，国内的汉川机床厂、北京迪蒙公司和成都无线电专用设备厂也在生产这类产品。电极直接驱动的小型电火花加工系统是20世纪90年代才出现的一门新兴技术，其能在电极上附加轴向小振幅快速振动，并利用多电极同时加工。日本东京大学的方谷克司和丰田工业大学的毛利尚武等人，已经研制出蠕动式、冲击式和利用椭圆运动驱动的三种利用压电陶瓷的逆压电效应来直接驱动电极的小型电火花加工装置，我国的哈尔滨工业大学、南京航空航天大学分别利用蠕动式原理和冲击式原理制造出样机。
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文章关键词： 数控