7.2 电火花加工
7.2.1 电火花加工原理
电火花加工是将工件和工具作为电极，利用两者之间瞬时火花放电所产生的高温对金属材料进行加工。
图7.1 电火花加工原理图
1—工件 2—脉冲电源 3—自动进给装置
4—工具电极 5—工作液 6—泵
电火花加工的原理如图7.1所示。工件1安装在充满工作液（一般为煤油）的工作槽中，工作液在泵6的作用下循环，工具电极4装在主轴端夹具中，主轴的垂直进给由自动进给调节装置3控制，使工具电极与工件之间经常保持一个很小的放电间隙（约0.01～0.02mm）。当工件和工具电极分别与直流脉冲电源2的正负极相接时，间隙中就产生很强的脉冲电压，使两极间的液体介质按脉冲电压的频率不断被电离击穿，产生脉冲放电。由于放电的时间极短（约为10－8～10－6s），且发生在放电区的小点上，所以能量高度集中，使放电区的温度高达1000～1200℃，于是工件上的这一小部分金属材料被迅速熔化和气化。由于熔化和气化的速度很高，故具有爆炸特性，在爆炸力的作用下，将熔化的金属微粒迅速抛出，被液体介质冷却、凝固并从间隙中冲走。每次放电后，在工件表面上形成一个圆坑，由于放电过程多次重复进行，大量小圆坑就重叠在工件上，使金属材料逐步被蚀除。随着工具电极的不断进给，工具电极的轮廓尺寸就被精确地“复印”在工件上，达到成型加工的目的。
由此可见，电火花加工必须利用脉冲放电，在每次放电之间的脉冲间隔内，电极之间的液体介质必须来得及恢复绝缘状态，使下一个脉冲能在两极间的另一点击穿放电，从而逐步按工具的形状蚀除金属，否则就会像电弧持续放电那样，只能起焊接或切断作用，无法用于尺寸加工。
7.2.2 电火花加工的特点
电火花加工是靠局部电热效应实现加工的，它和一般机械加工相比具有以下特点：
（1）脉冲放电的能量密度高，可以加工任何硬度的工件，如淬火钢、不锈钢、耐热合金和硬质合金等导电材料。在一定条件下，还可以加工半导体材料及非导电材料。
（2）脉冲放电持续的时间极短，放电时产生的热量扩散范围小，工件受热影响的范围小，在加工过程中无显著的切削力，因而适用于加工小孔、薄壁、窄槽和各种复杂形状的孔，也适用于精密微细加工。
（3）加工时只要更换工具电极或采用阶台形工具电极，就能在同一台机床上通过改变脉冲参数（脉冲宽度、电流、电压）连续进行粗、半精和精加工。精加工后的尺寸精度可达0.01mm，表面粗糙度值为Ra0.8μm；微细加工的尺寸精度可达0.004mm，表面粗糙度值为Ra0.1～0.05μm。
（4）电火花加工机床的结构比较简单，精度要求也不太高，容易实现加工自动化。
7.2.3 电火花加工的应用
电火花加工可分为四大类，如表7.3所示。其中应用最广的是电火花穿孔、型腔加工和电火花线切割加工。
表7.3 电火花加工工艺的分类
1）电火花穿孔
电火花穿孔常用来加工冷冲模、拉丝模、喷丝头等各种小孔，还可用来去除折断在工件孔中的丝锥。
穿孔电极常用的材料有钢、铸铁、紫铜、黄铜、石墨及铜钨、银钨合金等。钢和铸铁的机械加工性能好、价格便宜、生产率高，但电加工的稳定性差；紫铜和黄铜的电加工稳定性好，但电极损耗大；石墨的电加工稳定性较好，电极损耗也小，所以经常采用；铜钨与银钨合金的电加工稳定性好、电极损耗小，但价格贵，多用于硬质合金穿孔及深孔加工等。
用电火花加工较大的孔时，应预先开孔，所留加工余量应合适，一般单边为0.5～1mm左右。若加工余量太大，则生产效率低；加工余量太小，则加工时定位困难。
2）电火花型腔加工
电火花型腔加工常用来加工锻模、压铸模、塑料模等模具，也用来加工整体式叶轮、叶片等曲面成形零件。
电火花型腔加工时，需采用与工件型腔相对应的电极，需蚀除的金属量多而大，工作液难以有效地循环，电蚀产物排除条件差，型腔各处深浅不一，形状也不同。因此，型腔加工的生产率低，质量也较难保证。当加工精度要求高时，可采用多个粗精加工不同的工具电极，由精加工电极来保证型腔的加工精度。
用电火花加工型腔时，为了有效地排除电蚀产物，常在工具电极上开有冲油孔，用压力油将电蚀产物强迫排除。电极材料一般采用石墨，有时为了提高电加工的稳定性和加工精度，也可采用紫铜材料。
3）电火花线切割加工
图7.2 电火花线切割加工原理
电火花线切割加工简称“线切割”。其基本原理与电火花加工一样，也是利用工具电极对工件进行脉冲放电实现加工的。但电火花线切割是采用一根运动着的细金属丝如直径为φ0.02mm～φ0.3mm的钼丝或黄铜丝作工具电极。其加工原理如图7.2所示，电极丝经导轮带动以一定的速度在工件内腔作上下移动，并与工件表面保持一定的间隙，脉冲电源的正极接工件，负极接电极丝，在两者之间喷入电解质，就可使工件产生电蚀而进行加工。此时，只要有效地控制电极丝相对工件运动轨迹和速度，就能切割出一定形状和尺寸的工件。目前线切割机床普遍采用数字程序控制，通过坐标工作台纵向和横向滑板的运动形成所需的加工轨迹，其加工精度可控制在0.01mm内，表面粗糙度值为Ra 1.6～0.8μm。
与电火花成形加工相比，线切割不需专门的工具电极，并且作为工具电极的金属丝在加工中不断移动，损耗很少，所以加工精度高，并且自动化程度高，操作方便，生产率高。
线切割广泛应用于各种硬质合金和淬硬钢制造的模具、样板以及各种形状复杂的微细孔、槽、曲线、窄缝、栅网等，并可多件叠加在一起加工，能获得一致的尺寸。
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