基于電火花加工技術(shù)研究與發(fā)展

李 林

(達(dá)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 達(dá)州 635001)

1 加工原理

電火花加工原理是基于工具和工件(正、負(fù)電極)之間脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來(lái)蝕除金屬工件材料，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預(yù)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(guò)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?yàn)榛鸹ǚ烹姳仨毷撬矔r(shí)的脈沖性放電，放電延續(xù)一段時(shí)間后需要停歇一段時(shí)間，放電延續(xù)時(shí)間一般為μ，否則會(huì)像持續(xù)電弧加工一樣將工件表面燒傷而無(wú)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(diǎn)

(1)傳統(tǒng)機(jī)械加工方法難以加工或無(wú)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(dá)到±0.002mm，且R可達(dá)0.06μm。(5)可直接加工出形狀極其復(fù)雜的型腔或異型孔。

3 研究現(xiàn)狀

3.1 電火花電化學(xué)復(fù)合加工

當(dāng)電火花加工畸形孔和小孔時(shí)，由于放電會(huì)產(chǎn)生高溫高壓，超高的熱量會(huì)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(huì)對(duì)加工零件的性能產(chǎn)生較大的影響，若反復(fù)出現(xiàn)零件報(bào)廢率將大大提高。當(dāng)使用電化學(xué)加工畸形孔和小孔時(shí)，由于沒有切削力產(chǎn)生，故不會(huì)產(chǎn)生超高的熱量，其加工的零件表面不會(huì)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(cè)沖液、內(nèi)沖液和浸液加工，側(cè)沖液及內(nèi)沖液加工有較多缺點(diǎn)，而內(nèi)沖液的加工方式可改善加工間隙環(huán)境，當(dāng)產(chǎn)生加工產(chǎn)物時(shí)能及時(shí)排出，恢復(fù)放電通道的絕緣性，提高其消電離能力，使加工時(shí)脈沖電源放電會(huì)更加穩(wěn)定及均勻。當(dāng)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(shù)和強(qiáng)度的原因，孔徑小于0.5mm時(shí)，大多數(shù)的內(nèi)沖液加工機(jī)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(yīng)用

全國(guó)制造行業(yè)都在轉(zhuǎn)型與改革的探索中，而電火化加工在模具制造中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，電加工方法在成型模具加工和線切割加工中應(yīng)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(wú)可無(wú)替代的重要地位。在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)制造業(yè)將飛速發(fā)展，模具加工生產(chǎn)中應(yīng)用電火化加工的新形勢(shì)下，其加工技術(shù)在各類模具制造中有較大的進(jìn)展，其技術(shù)在以后的模具制造及零件加工中必然會(huì)發(fā)揮較大的作用。

4 電火花加工應(yīng)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(guò)轉(zhuǎn)換形成高頻、高壓的脈沖電流，通過(guò)電火花放電的形式在一對(duì)電極間隙中，使移動(dòng)的紙帶燒灼形成孔。在實(shí)際應(yīng)用中紙帶電火花打孔引入高壓脈沖源的電路進(jìn)行結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)，且將高壓脈沖源成功地應(yīng)用在對(duì)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(yīng)用

圖1 高速電火花小孔加工原理

高速小孔加工技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期開始應(yīng)用的一種全新的、高效率的深小孔加工技術(shù)。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(yīng)用。從加工原理和本質(zhì)上來(lái)看，雖然電火花高速加工小孔技術(shù)應(yīng)屬電火花加工范疇，但是在高速加工應(yīng)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(guò)工作液高壓壓入中空電極，進(jìn)行強(qiáng)迫排屑和冷卻，使得電極產(chǎn)物迅速排除，同時(shí)強(qiáng)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(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)工作液的反作用下不會(huì)發(fā)生偏斜，除此之外，加工電極的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在高速加工小孔過(guò)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(shì)

5.1 多軸聯(lián)動(dòng)方向發(fā)展

以前的電火花加工數(shù)控機(jī)床的原理是通過(guò)控制單軸進(jìn)行生產(chǎn)加工，隨著電火花加工的發(fā)展出現(xiàn)了三軸獨(dú)立和三軸聯(lián)動(dòng)控制數(shù)控成型加工。而在加工形狀較為復(fù)雜的成型零件時(shí)，單軸、三軸數(shù)控機(jī)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(dòng)控制的電火花數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)加工。

5.2 高精度、高效方向發(fā)展

近年來(lái)我國(guó)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(yán)峻。因而，電火花放電加工的精度和效率將是未來(lái)探索與研究的重要課題。

5.3 綠色加工方向發(fā)展

近年來(lái)隨著制造業(yè)、科技、軍事等的高速發(fā)展，全球各大經(jīng)濟(jì)體在不斷發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，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(yīng)運(yùn)而生。因此，電火花綠色加工將是未來(lái)發(fā)展方向，也是值得深思的問題。

5.4 多種加工方式相結(jié)合

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

6 結(jié)語(yǔ)

目前，用于電火花加工的機(jī)床具備了優(yōu)越的性能與強(qiáng)大的功能，其各項(xiàng)工藝指標(biāo)均已非常成熟。電火花加工對(duì)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(shù)的發(fā)展趨勢(shì)歸納為四化：多軸聯(lián)動(dòng)化、精密效率化、多種加工融合化、綠色環(huán)?；?。相信未來(lái)，電火花加工及其多種加工方式相結(jié)合的進(jìn)一步探索，其研究?jī)r(jià)值和研究空間前景廣闊。