基于電火花加工技術研究與發(fā)展

李 林

(達州職業(yè)技術學院，四川 達州 635001)

1 加工原理

電火花加工原理是基于工具和工件(正、負電極)之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除金屬工件材料，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預定的加工要求。要完成電火花加工必須要具備的條件：(1)在加工過程中條件不同，工件電極和工具電極被加工表面間總是存在著比較微小的間隙，一般為0.01～0.1mm；(2)必須使用脈沖電源，因為火花放電必須是瞬時的脈沖性放電，放電延續(xù)一段時間后需要停歇一段時間，放電延續(xù)時間一般為μ，否則會像持續(xù)電弧加工一樣將工件表面燒傷而無法加工；(3)工作液必須為絕緣介質(zhì)，例如煤油、皂化液等，以利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電[2]。

2 電花加工特點

(1)傳統(tǒng)機械加工方法難以加工或無法加工的材料。(2)易加工深溝槽工件和脆性件。(3)可直接加工曲面。(4)可加工高超高精度零件，可達到±0.002mm，且R可達0.06μm。(5)可直接加工出形狀極其復雜的型腔或異型孔。

3 研究現(xiàn)狀

3.1 電火花電化學復合加工

當電火花加工畸形孔和小孔時，由于放電會產(chǎn)生高溫高壓，超高的熱量會使其孔的內(nèi)部生成部分重鑄層及產(chǎn)生影響孔內(nèi)璧質(zhì)量的缺陷，這種情況會對加工零件的性能產(chǎn)生較大的影響，若反復出現(xiàn)零件報廢率將大大提高。當使用電化學加工畸形孔和小孔時，由于沒有切削力產(chǎn)生，故不會產(chǎn)生超高的熱量，其加工的零件表面不會產(chǎn)生重鑄層，但用這種方式加工零件效率非常低。

3.2 電火花加工內(nèi)沖液加工

沖液加工的方式比較多，比如側沖液、內(nèi)沖液和浸液加工，側沖液及內(nèi)沖液加工有較多缺點，而內(nèi)沖液的加工方式可改善加工間隙環(huán)境，當產(chǎn)生加工產(chǎn)物時能及時排出，恢復放電通道的絕緣性，提高其消電離能力，使加工時脈沖電源放電會更加穩(wěn)定及均勻。當然有很多方法可改變內(nèi)沖液的排屑能力，比如在帶內(nèi)孔的電極外緣開一條小槽，這種方式提高內(nèi)沖液電極的極間排屑能力。由于內(nèi)孔電極的制作技術和強度的原因，孔徑小于0.5mm時，大多數(shù)的內(nèi)沖液加工機床難以加工，這就很大程度上影響了其使用范圍和推廣力度。

3.3 電火花加工在模具制造中應用

全國制造行業(yè)都在轉型與改革的探索中，而電火化加工在模具制造中的應用也越來越廣泛，電加工方法在成型模具加工和線切割加工中應用日益廣泛，其與各類模具的生產(chǎn)加工變得密不可分，模具素有“工業(yè)之母”之稱，其在制造行業(yè)生產(chǎn)中具有無可無替代的重要地位。在未來很長一段時間內(nèi)制造業(yè)將飛速發(fā)展，模具加工生產(chǎn)中應用電火化加工的新形勢下，其加工技術在各類模具制造中有較大的進展，其技術在以后的模具制造及零件加工中必然會發(fā)揮較大的作用。

4 電火花加工應用

4.1 紙帶電火花打孔

紙帶電火花打孔的原理是把220V或380V，50赫茲的交流電經(jīng)過轉換形成高頻、高壓的脈沖電流，通過電火花放電的形式在一對電極間隙中，使移動的紙帶燒灼形成孔。在實際應用中紙帶電火花打孔引入高壓脈沖源的電路進行結構及設計，且將高壓脈沖源成功地應用在對各種煙紙的電火花打孔，獲得了滿意的透氣度，它不僅適用于窄紙帶，也適用于寬紙帶。

4.2 高速小孔加工的應用

圖1 高速電火花小孔加工原理

高速小孔加工技術是20世紀80年代中期開始應用的一種全新的、高效率的深小孔加工技術。目前，此加工工藝已在模具、電子儀器、輕工、汽車等制造行業(yè)中得到了快速的發(fā)展和應用。從加工原理和本質(zhì)上來看，雖然電火花高速加工小孔技術應屬電火花加工范疇，但是在高速加工應用中，其工藝也有其特殊性，如以下的方法：①以前使用的浸沒式加工原理，使通過工作液高壓壓入中空電極，進行強迫排屑和冷卻，使得電極產(chǎn)物迅速排除，同時強化了火花放電的蝕除作用；②電火化加工中工具電極做往復回轉運動，其原理能使工件的待加工部位損耗均勻，這種加工方式能使電極端部在高溫、高壓和高速流動工作液的反作用下不會發(fā)生偏斜，除此之外，加工電極的回轉運動能使高壓狀態(tài)下的工作液由深孔的內(nèi)壁沿著螺旋線軌跡噴出小孔，這樣能使加工電極一直在孔心做回轉運動，在高速加工小孔過程中電極不接觸工件不出現(xiàn)短路的現(xiàn)象，因此加工的放電狀態(tài)穩(wěn)定，大大提高加工效率。其基本加工原理如圖1所示。

5 電火花加工發(fā)展趨勢

5.1 多軸聯(lián)動方向發(fā)展

以前的電火花加工數(shù)控機床的原理是通過控制單軸進行生產(chǎn)加工，隨著電火花加工的發(fā)展出現(xiàn)了三軸獨立和三軸聯(lián)動控制數(shù)控成型加工。而在加工形狀較為復雜的成型零件時，單軸、三軸數(shù)控機床已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)的需求，一些特殊的零部件需用四軸、五軸以及五軸以上聯(lián)動控制的電火花數(shù)控機床生產(chǎn)加工。

5.2 高精度、高效方向發(fā)展

近年來我國制造業(yè)、新能源等快速發(fā)展，一些特殊零部件的精密度和效率加工的問題日益嚴峻。因而，電火花放電加工的精度和效率將是未來探索與研究的重要課題。

5.3 綠色加工方向發(fā)展

近年來隨著制造業(yè)、科技、軍事等的高速發(fā)展，全球各大經(jīng)濟體在不斷發(fā)展經(jīng)濟的同時，新能源和廢料回收等問題的解決也是不可避免的新的全球性問題，然而綠色加工、綠色產(chǎn)品的需求不斷提高，新的加工方向應運而生。因此，電火花綠色加工將是未來發(fā)展方向，也是值得深思的問題。

5.4 多種加工方式相結合

孔加工方式現(xiàn)有的大多數(shù)是傳統(tǒng)機械鉆孔、火花機床穿孔、線切割孔成型等。目前，超聲復合、火花放電-電解組合等組合加工方法可結合火花放電及電解加工法的優(yōu)點，既可保證電火花加工方法的表面質(zhì)量精度高，又能同時保證電解加工方法加工出的表面質(zhì)量高特點。因而，各種不同加工方式相結合將是未來發(fā)展方向之一。

6 結語

目前，用于電火花加工的機床具備了優(yōu)越的性能與強大的功能，其各項工藝指標均已非常成熟。電火花加工對提高生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率和降低成本有重要意義。電加工技術的發(fā)展趨勢歸納為四化：多軸聯(lián)動化、精密效率化、多種加工融合化、綠色環(huán)保化。相信未來，電火花加工及其多種加工方式相結合的進一步探索，其研究價值和研究空間前景廣闊。