電火花加工設(shè)備概述及應(yīng)用范圍

   電火花加工設(shè)備屬于數(shù)控機(jī)床的范疇，電火花加工是在一定的液體介質(zhì)中，利用脈沖放電對(duì)導(dǎo)體材料的電蝕現(xiàn)象來(lái)蝕除材料，從而使零件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量達(dá)到預(yù)定技術(shù)要求的一種加工方法。在機(jī)械加工中，電火花加工的應(yīng)用非常廣泛，尤其在模具制造業(yè)、航空航天等領(lǐng)域有著極為重要的地位。 

1、電火花加工的原理與特點(diǎn)  

     電火花加工是在如下圖所示的加工系統(tǒng)中進(jìn)行的。加工時(shí)，脈沖電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質(zhì)（常用煤油或礦物油或去離子水）中。工具電極由自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時(shí)維持一很小的放電間隙（0.01～0.05mm）。當(dāng)脈沖電壓加到兩極之間，便將當(dāng)時(shí)條件下極間最近點(diǎn)的液體介質(zhì)擊穿，形成放電通道。由于通道的截面積很小，放電時(shí)間極短，致使能量高度集中（10⁶～10⁷W／mm²），放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫足以使材料熔化甚至蒸發(fā)，以致形成一個(gè)小凹坑。第一次脈沖放電結(jié)束之后，經(jīng)過(guò)很短的間隔時(shí)間，第二個(gè)脈沖又在另一極間最近點(diǎn)擊穿放電。如此周而復(fù)始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，它的形狀最終就復(fù)制在工件上，形成所需要的加工表面。與此同時(shí)，總能量的一小部分也釋放到工具電極上，從而造成工具損耗。

     從上面的敘述中可以看出，進(jìn)行電火花加工必須具備三個(gè)條件：必須采用脈沖電源；必須采用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，以保持工具電極與工件電極間微小的放電間隙；火花放電必須在具有一定絕緣強(qiáng)度（10³～10⁷Ω ·m）的液體介質(zhì)中進(jìn)行。

    電火花加工具有如下特點(diǎn)：可以加工任何高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性以及高純度的導(dǎo)電材料；加工時(shí)無(wú)明顯機(jī)械力，適用于低剛度工件和微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工：脈沖參數(shù)可依據(jù)需要調(diào)節(jié)，可在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工；電火花加工后的表面呈現(xiàn)的凹坑，有利于貯油和降低噪聲；生產(chǎn)效率低于切削加工；放電過(guò)程有部分能量消耗在工具電極上，導(dǎo)致電極損耗，影響成形精度。

2、電火花加工的應(yīng)用 

     電火花加工主要用于模具生產(chǎn)中的型孔、型腔加工，已成為模具制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法，推動(dòng)了模具行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。電火花加工零件的數(shù)量在3000件以下時(shí)，比模具沖壓零件在經(jīng)濟(jì)上更加合理。按工藝過(guò)程中工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和用途不同，電火花加工可大體分為：電火花成形加工、電火花線切割加工、電火花磨削加工、電火花展成加工、非金屬電火花加工和電火花表面強(qiáng)化等。

    （1）電火花成形加工   該方法是通過(guò)工具電極相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，將工件電極的形狀和尺寸復(fù)制在工件上，從而加工出所需要的零件。它包括電火花型腔加工和穿孔加工兩種。電火花型腔加工主要用于加工各類熱鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模和膠木膜的型腔。電火花穿孔加工主要用于型孔（圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔）、曲線孔（彎孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年來(lái)，為了解決小孔加工中電極截面小、易變形、孔的深徑比大、排屑困難等問(wèn)題，在電火花穿孔加工中發(fā)展了高速小孔加工，取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

    （2）電火花線切割加工   該方法是利用移動(dòng)的細(xì)金屬絲作工具電極，按預(yù)定的軌跡進(jìn)行脈沖放電切割。按金屬絲電極移動(dòng)的速度大小分為高速走絲和低速走絲線切割。我國(guó)普通采用高速走絲線切割，近年來(lái)正在發(fā)展低速走絲線切割，高速走絲時(shí)，金屬絲電極是直徑為φ0.02～φ0.3mm的高強(qiáng)度鉬絲，往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度為8～10m／s。低速走絲時(shí)，多采用銅絲，線電極以小于0.2m/s的速度作單方向低速運(yùn)動(dòng)。線切割時(shí)，電極絲不斷移動(dòng)，其損耗很小，因而加工精度較高。其平均加工精度可達(dá) 0.0lmm，大大高于電火花成形加工。表面粗糙度R_a值可達(dá)1.6 或更小。 

     國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)數(shù)控電火花線切割機(jī)床都采用了不同水平的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，基本上實(shí)現(xiàn)了電火花線切割數(shù)控化。目前電火花線切割廣泛用于加工各種沖裁模（沖孔和落料用）、樣板以及各種形狀復(fù)雜型孔、型面和窄縫等。

3、電火花加工機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 

    電火花加工機(jī)床在提高精度和自動(dòng)化程度同時(shí)，也在向結(jié)構(gòu)的小型化方向發(fā)展。為提高零件加工精度，類似于加工中心的精密多功能微細(xì)電火花加工機(jī)床受到青瞇，在這種機(jī)床上，從微細(xì)電極的制作到微細(xì)零件的加工，電極只需一次裝夾，因此減小了多次裝夾電極所帶來(lái)的誤差，并且可以通過(guò)對(duì)電極的重加工來(lái)修正被損耗電極的形狀，從而提高了零件加工精度。在這種機(jī)床上，可實(shí)現(xiàn)電火花線電極磨削加工、電火花復(fù)雜形狀微細(xì)孔加工及電火花銑削加工等功能，并有望實(shí)現(xiàn)微細(xì)電火花三維形體加工。

    目前先進(jìn)的多軸聯(lián)動(dòng)電火花數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)是集多種功能于一體，這些功能包括旋轉(zhuǎn)分度、自動(dòng)交換電極、自動(dòng)放電間隙補(bǔ)償、電流自適應(yīng)控制以及加工規(guī)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)智能選擇等，從而實(shí)現(xiàn)從加工規(guī)準(zhǔn)的選擇到零件的加工全過(guò)程自動(dòng)化，夏米爾公司、阿奇公司、三菱電機(jī)公司、沙迪克公司等國(guó)外著名的電火花機(jī)床廠商都有成熟產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)的漢川機(jī)床廠、北京迪蒙公司和成都無(wú)線電專用設(shè)備廠也在生產(chǎn)這類產(chǎn)品。電極直接驅(qū)動(dòng)的小型電火花加工系統(tǒng)是20世紀(jì)90年代才出現(xiàn)的一門新興技術(shù)，其能在電極上附加軸向小振幅快速振動(dòng)，并利用多電極同時(shí)加工。日本東京大學(xué)的方谷克司和豐田工業(yè)大學(xué)的毛利尚武等人，已經(jīng)研制出蠕動(dòng)式、沖擊式和利用橢圓運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的三種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)來(lái)直接驅(qū)動(dòng)電極的小型電火花加工裝置，我國(guó)的哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)分別利用蠕動(dòng)式原理和沖擊式原理制造出樣機(jī)。