基于电火花加工技术研究与发展

李 林

(达州职业技术学院，四川 达州 635001)

1 加工原理

电火花加工原理是基于工具和工件(正、负电极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除金属工件材料，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。要完成电火花加工必须要具备的条件：(1)在加工过程中条件不同，工件电极和工具电极被加工表面间总是存在着比较微小的间隙，一般为0.01～0.1mm；(2)必须使用脉冲电源，因为火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间后需要停歇一段时间，放电延续时间一般为μ，否则会像持续电弧加工一样将工件表面烧伤而无法加工；(3)工作液必须为绝缘介质，例如煤油、皂化液等，以利于产生脉冲性的火花放电[2]。

2 电花加工特点

(1)传统机械加工方法难以加工或无法加工的材料。(2)易加工深沟槽工件和脆性件。(3)可直接加工曲面。(4)可加工高超高精度零件，可达到±0.002mm，且R可达0.06μm。(5)可直接加工出形状极其复杂的型腔或异型孔。

3 研究现状

3.1 电火花电化学复合加工

当电火花加工畸形孔和小孔时，由于放电会产生高温高压，超高的热量会使其孔的内部生成部分重铸层及产生影响孔内璧质量的缺陷，这种情况会对加工零件的性能产生较大的影响，若反复出现零件报废率将大大提高。当使用电化学加工畸形孔和小孔时，由于没有切削力产生，故不会产生超高的热量，其加工的零件表面不会产生重铸层，但用这种方式加工零件效率非常低。

3.2 电火花加工内冲液加工

冲液加工的方式比较多，比如侧冲液、内冲液和浸液加工，侧冲液及内冲液加工有较多缺点，而内冲液的加工方式可改善加工间隙环境，当产生加工产物时能及时排出，恢复放电通道的绝缘性，提高其消电离能力，使加工时脉冲电源放电会更加稳定及均匀。当然有很多方法可改变内冲液的排屑能力，比如在带内孔的电极外缘开一条小槽，这种方式提高内冲液电极的极间排屑能力。由于内孔电极的制作技术和强度的原因，孔径小于0.5mm时，大多数的内冲液加工机床难以加工，这就很大程度上影响了其使用范围和推广力度。

3.3 电火花加工在模具制造中应用

全国制造行业都在转型与改革的探索中，而电火化加工在模具制造中的应用也越来越广泛，电加工方法在成型模具加工和线切割加工中应用日益广泛，其与各类模具的生产加工变得密不可分，模具素有“工业之母”之称，其在制造行业生产中具有无可无替代的重要地位。在未来很长一段时间内制造业将飞速发展，模具加工生产中应用电火化加工的新形势下，其加工技术在各类模具制造中有较大的进展，其技术在以后的模具制造及零件加工中必然会发挥较大的作用。

4 电火花加工应用

4.1 纸带电火花打孔

纸带电火花打孔的原理是把220V或380V，50赫兹的交流电经过转换形成高频、高压的脉冲电流，通过电火花放电的形式在一对电极间隙中，使移动的纸带烧灼形成孔。在实际应用中纸带电火花打孔引入高压脉冲源的电路进行结构及设计，且将高压脉冲源成功地应用在对各种烟纸的电火花打孔，获得了满意的透气度，它不仅适用于窄纸带，也适用于宽纸带。

4.2 高速小孔加工的应用

图1 高速电火花小孔加工原理

高速小孔加工技术是20世纪80年代中期开始应用的一种全新的、高效率的深小孔加工技术。目前，此加工工艺已在模具、电子仪器、轻工、汽车等制造行业中得到了快速的发展和应用。从加工原理和本质上来看，虽然电火花高速加工小孔技术应属电火花加工范畴，但是在高速加工应用中，其工艺也有其特殊性，如以下的方法：①以前使用的浸没式加工原理，使通过工作液高压压入中空电极，进行强迫排屑和冷却，使得电极产物迅速排除，同时强化了火花放电的蚀除作用；②电火化加工中工具电极做往复回转运动，其原理能使工件的待加工部位损耗均匀，这种加工方式能使电极端部在高温、高压和高速流动工作液的反作用下不会发生偏斜，除此之外，加工电极的回转运动能使高压状态下的工作液由深孔的内壁沿着螺旋线轨迹喷出小孔，这样能使加工电极一直在孔心做回转运动，在高速加工小孔过程中电极不接触工件不出现短路的现象，因此加工的放电状态稳定，大大提高加工效率。其基本加工原理如图1所示。

5 电火花加工发展趋势

5.1 多轴联动方向发展

以前的电火花加工数控机床的原理是通过控制单轴进行生产加工，随着电火花加工的发展出现了三轴独立和三轴联动控制数控成型加工。而在加工形状较为复杂的成型零件时，单轴、三轴数控机床已经满足不了生产的需求，一些特殊的零部件需用四轴、五轴以及五轴以上联动控制的电火花数控机床生产加工。

5.2 高精度、高效方向发展

近年来我国制造业、新能源等快速发展，一些特殊零部件的精密度和效率加工的问题日益严峻。因而，电火花放电加工的精度和效率将是未来探索与研究的重要课题。

5.3 绿色加工方向发展

近年来随着制造业、科技、军事等的高速发展，全球各大经济体在不断发展经济的同时，新能源和废料回收等问题的解决也是不可避免的新的全球性问题，然而绿色加工、绿色产品的需求不断提高，新的加工方向应运而生。因此，电火花绿色加工将是未来发展方向，也是值得深思的问题。

5.4 多种加工方式相结合

孔加工方式现有的大多数是传统机械钻孔、火花机床穿孔、线切割孔成型等。目前，超声复合、火花放电-电解组合等组合加工方法可结合火花放电及电解加工法的优点，既可保证电火花加工方法的表面质量精度高，又能同时保证电解加工方法加工出的表面质量高特点。因而，各种不同加工方式相结合将是未来发展方向之一。

6 结语

目前，用于电火花加工的机床具备了优越的性能与强大的功能，其各项工艺指标均已非常成熟。电火花加工对提高生产质量、生产效率和降低成本有重要意义。电加工技术的发展趋势归纳为四化：多轴联动化、精密效率化、多种加工融合化、绿色环保化。相信未来，电火花加工及其多种加工方式相结合的进一步探索，其研究价值和研究空间前景广阔。