第二节 电火花加工的基本原理、过程及影响因素

1、电火花加工的基本原理

    电火花加工是基于工件电极和加工工件相互靠近并达到一定的放电间隙后，两者之间产生脉冲性火花放电，并伴随局部瞬时的高温使金属局部融化，甚至气化的电蚀现象来蚀除金属材料。

要产生火花放电应具备一定的条件，如合适的放电间隙、一定的放电延续时间和工作在具有绝缘性能的液体介质中。如图1-1所示为电火花加工的原理图。

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工件2和工具电极3分别与脉冲电源1的两个输出端相连接，工件2和工具电极3之间的间隙由电火花加工机床的自动调节装置进行控制。当两者之间的间隙达到放电间隙时，便在最小间隙处击穿工作液介质，产生局部瞬时高温，使工件和工具电极蚀除掉一小部分金属材料。脉冲放电结束后，经过一段脉冲间隔时间使工件液恢复绝缘，接着第二个脉冲电压又加到工件和电极之上，形成第二次介质击穿，产生第二次金属蚀除。如此反复连续不断地放电，使工具电极不断地向工件进给，最终把工具电极的形状复制到工件上，达到电火花加工的目的。

2、电火花加工的过程

 电火花加工是一个非常复杂的过程，其微观过程是热力、流体力、电场力、磁力、电化学等综合作用的结果。这一过程主要分为以下几个阶段：

（1）极间介质的电离、击穿，并形成放电通道。

   自动调节装置控制工具电极向工件缓慢靠近，两极间形成的电场随着距离的减小逐步增大，当两电极间距离达到合适的放电间隙（通常约为几微米到几百微米）时，由于两电极微观表面的凹凸不平，导致两极间电场不均匀，在距离最近的两点间电场强度最大，工作液介质中的杂质（如金属微粒）及自由电子在强大电场作用下，产生碰撞电离，形成带负电和带正电的粒子，带电粒子达到一定数量后导致工作液介质电离、击穿，形成放电通道。

     由大量带正电、负电和中性粒子组成的放电通道，粒子间高速向相反方向运动，形成碰撞产生大量热能，使通道中心温度达到10000℃以上。高温热膨胀形成的高压（达数十兆帕）产生强烈的冲击波向四周传播，同时伴随着热效应、光效应、声效应和电磁辐射，形成肉眼可见火花向四处飞溅。

（2）介质热分解、电极材料熔化、气体化膨胀

 工具电极和工件间液体介质被电离、击穿，形成放电通道后，脉冲电源使通道间带负电的电子高速奔向正极，而带正电的粒子高速奔向负极，粒子间相互碰撞，产生大量热能使通道内达到很高的温度，将工作液汽化、热分解汽化，同时使金属材料表面熔化甚至汽化，产生爆炸特性。

（3）电极材料的抛出

       通道间形成的高温、高压使气化了的气体体积不断向外膨胀，同时带着熔化、气化了的金属材料抛向工作液中。

（4）通道间介质的电离消除

一次脉冲放电结束后，保留一段间隔时间，使通道间介质的电离消除，带电粒子恢复到中性粒子，等待下一次脉冲电压的开始，同时及时有效地排出被蚀除下来的金属微粒、碳粒子、气泡等。因此，为了保证电火花加工的正常进行，在两次脉冲放电之间必须有足够的脉冲间隔时间，其大小根据加工具体情况进行调节，脉冲间隔时间的长短影响加工质量和加工效率。

3、电火花加工的影响因素

   电火花加工过程的复杂性决定了其影响因素的多样性，研究并掌握其影响因素对提高电火花加工质量、加工效率，降低工具电极损耗均具有极其重要的意义。

（1）极性效应的影响

   极性效应是指由于工件电极和工件所接脉冲电源正负极的不同，导致彼此间电蚀量的不同。在电火花加工中把工件接脉冲电源正极的方法，称“正极性”接线法。而把工件接脉冲电源负极的方法，称“负极性”接线法。

实际加工中接线方法的选择常根据脉冲电压的长短来决定，当采用长脉冲电压加工时，由于质量和惯性大的正离子有足够的加速空间，因此对负极表面的轰击破坏作用强，同时到达负极的正离子与负极表面的电子结合产生位能，故负极的蚀除速度大于正极，这时应采用“负极性”接线法，常用于粗加工的场合。

当采用窄脉冲电压加工时，负离子对正极的轰击破坏作用远大于正离子对负极的轰击破坏，故正极的蚀除速度大于负极，这是应采用“正极性”接线法，常用于精加工的场合。

（2）电参数的影响

在电火花加工中，单个脉冲的电蚀量与单个脉冲能量、脉冲频率成正比，因此提高单个脉冲能量和脉冲频率，减小脉冲间隔时间，将提高电火花加工速度，但同时带来工件加工表面粗糙度的增加，因此应根据实际加工精度和表面粗糙度要求合理确定电参数。

（3）金属材料热学物理性的影响

   金属材料热学物理性包括熔点、沸点、热导率、溶化热、气化热等。当脉冲放电能量相同时，金属材料的熔点、沸点、比热容、溶化热、气化热越高，则电蚀量越少、加工难度越大。另外，导热率大的金属由于传热快，其电蚀量也小。

（4）工作液的影响

   电火花加工必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，液体介质使两极间形成火花击穿，产生放电通道，在放电结束后迅速恢复两极间隙间的绝缘状态。工作液击穿对放电通道产生的压力帮助蚀除的金属材料抛出，同时工作液对工具电极和工件进行冷却。

   工作液的介电性能好、密度和粘度大有利于压缩放电通道，蚀除金属材料的抛出效果好，但粘度大，不利于金属材料的排出。粗加工时可以采用介电性能好和粘度大的工作液，精加工时一般采用粘度小、渗透性好的介质（如煤油）作为工作液。

（5）其它因素的影响

    除了上述因素的影响外，影响电火花加工的因素还有工件加工深度、加工面积、型面的复杂程度等。

4、电火花加工的分类

 随着电火花加工技术的不断发展，电火花加工的分类方法也在不停地变化，一般按工具电极和工件相对运动方式以及用途的不同，可分为以下几大类。

（1）电火花穿孔、成型加工

（2）电火花线切割加工

（3）电火花磨削加工

（4）电火花回转加工

（5）电火花高速小孔加工

（6）电火花表面强化、刻字、刻图案。