電火花成形加工的基本原理

    電火花加工是在液體介質中進行的，機床的自動進給調節(jié)裝置使工件和工具電極之間保持適當?shù)姆烹婇g隙，當工具電極和工件之間施加很強的脈沖電壓（達到間隙中介質的擊穿電壓）時，會擊穿介質絕緣強度最低處，如圖所示。由于放電區(qū)域很小，放電時間極短，所以，能量高度集中，使放電區(qū)的溫度瞬時高達10000-12000℃，工件表面和工具電極表面的金屬局部熔化、甚至汽化蒸發(fā)。局部熔化和汽化的金屬在爆炸力的作用下拋入工作液中，并被冷卻為金屬小顆粒，然后被工作液迅速沖離工作區(qū)，從而使工件表面形成一個微小的凹坑。一次放電后，介質的絕緣強度恢復等待下一次放電。如此反復使工件表面不斷被蝕除，并在工件上復制出工具電極的形狀，從而達到成型加工的目的。

       電火花成形加工原理圖

1-工件  2-脈沖電源  3-自動進給裝置  4-工具電極  5-工作液  6-過濾器  7-泵

    電火花加工是不斷放電蝕除金屬的過程。雖然一次脈沖放電的時間很短，但它是電磁學、熱力學和流體力學等綜合作用的過程，是相當復雜的。綜合起來，一次脈沖放電的過程可分為以下幾個階段：

(1)極間介質的電離、擊穿及放電通道的形成

    當脈沖電壓施加于工具電極與工件之間時，兩極之間立即形成一個電場。電場強度與電壓成正比，與距離成反比，隨著極間電壓的升高或是極間距離的減小，極間電場強度也將隨著增大。由于工具電極和工件的微觀表面是凸凹不平的，極間距離又很小，因而極間電場強度是很不均勻的，兩極間離得最近的突出點或尖端處的電場強度一般為最大。當電場強度增大到一定數(shù)量時，介質被擊穿，放電間隙電阻從絕緣狀態(tài)迅速降低到幾分之一歐姆，間隙電流迅速上升到最大值。由于通道直徑很小，所以通道中的電流密度很高。間隙電壓則由擊穿電壓迅速下降到火花維持電壓（一般約為20~30V），電流則由0上升到某一峰值電流。

(2)介質熱分解、電極材料熔化、汽化熱膨脹

    極間介質一旦被電離、擊穿，形成放電通道后，脈沖電源使通道間的電子高速奔向正極，正離子奔向負極。電能變成動能，動能通過碰撞又轉變?yōu)闊崮堋Ｓ谑窃谕ǖ纼日龢O和負極表面分別成為瞬時熱源，達到很高的溫度。通道高溫將工作液介質汽化，進而熱裂分解汽化。這些汽化后的工作液和金屬蒸汽，瞬間體積猛增，在放電間隙內成為氣泡，迅速熱膨脹并具有爆炸的特性。觀察電火花加工過程，可以看到放電間隙間冒出氣泡，工作液逐漸變黑，并聽到輕微而清脆的爆炸聲。電火花加工主要靠熱膨脹和局部微爆炸，使熔化、汽化了的電極材料拋出蝕除。

(3)電極材料的拋出

    通道和正負極表面放電點瞬時高溫使工作液汽化和金屬材料熔化、汽化，熱膨脹產生很高的瞬時壓力。通道中心的壓力最高，使汽化了的氣體不斷向外膨脹，壓力高處的熔融金屬液體和蒸汽，就被排擠、拋出而進入工作液中。由于表面張力和內聚力的作用，使拋出的材料具有最小的表面積，冷凝時凝聚成細小的圓球顆粒。

    熔化和汽化了的金屬在拋離電極表面時，向四處飛濺，除絕大部分拋入工作液中并收縮成小顆粒外，還有一小部分飛濺、鍍覆、吸附在對面的電極表面上。這種互相飛濺、鍍覆以及吸附的現(xiàn)象，在某些條件下可以用來減少或補償工具電極在加工過程中的損耗。

實際上，金屬材料的蝕除、拋出過程比較復雜的，目前，人們對這一復雜的機理的認識還在不斷深化中。

(4)極間介質的消電離

    隨著脈沖電壓的結束，脈沖電流也迅速降為零，但此后仍應有一段間隔時間，使間隙介質消電離，即放電通道中的帶電粒子復合為中性粒子，恢復本次放電通道處介質的絕緣強度，以及降低電極表面溫度等，以免下次總是重復在同一處發(fā)生放電而導致電弧放電，從而保證在兩極間最近處或電阻率最小處形成下一次擊穿放電通道。

    由此可見，為了保證電火花加工過程正常地進行，在兩次脈沖放電之間一般要有足夠的脈沖間隔時間。此外，還應留有余地，使擊穿、放電點分散、轉移，否則僅在一點附近放電，易形成電弧。