金属工艺学小论文
题目：电火花加工原理及发展趋势院系：航天学院18系
学号：1121820220
姓名：李慧慧
日期：2014年10月03日
电火花加工原理及发展趋势
李慧慧
摘要：结合电火花加工技术现状，概述了其方法原理；结合国内外的最新发展，综述了电火花技术的发展趋势及未来状况。
关键词：电火花加工发展趋势
一、电火花加工的原理
电火花加工是利用脉冲放电对导电材料的腐蚀作用去除材料，已获得一定形状和尺寸的一种加工方法。
图-1 电火花加工原理图
脉冲电源发出一连串的脉冲电压，施加在浸于工作液（一般为煤油）中的工具电极和工件电极上。当两极间的距离很小（0.01~0.5mm）时，由于电极间的微观表面凸凹不平，两极间离得最近的突出点或尖端处的电场强度一般为最
大。其间的工作液被电离为电子和正离子，使介质被击穿而形成放电通道，在电场力作用下，通道内的电子高速奔向阳极，正离子奔向阴极，而产生火花放电。由于受到放电时磁场力和周围工作液的压缩，使得放电通道的横截面积很小，通道内电流密度很大，可达274/10~10cm A 。电子和正离子在电场力作用下高速运动，互相碰撞，并分别轰击阳极和阴极。这种动能转化为热能，产生巨大的热量，使整个通道形成一个瞬时热源，致使通道中心温度高达10 000°C 左右，使电极表面局部金属迅速融化甚至汽化。由于一个脉冲放电时间极短（约8610~10--s ），熔化和汽化的速度极高，具有爆炸性质，爆炸力把熔化和汽化了的金属微粒迅速的抛离电极表面。每个脉冲放电后，就在工件表面形成一个极小的圆坑。放电过程不断重复进行，随着工具电极由直流伺服电动机（或液压进给系统，或进步电动机）进给调节系统带动不断进給，工件材料不断被蚀除，这样工具电极的轮廓形状就可精确地复制在工件上，以达到加工的目的。
电火花加工过程中，不仅工件电极被蚀除，工具电极也同样被蚀除，但两级的蚀除两不同。应将工件接在蚀除量大的一极。当脉冲电源为高频（即用脉冲宽度小的短脉冲做精加工）时，工件接正极，当脉冲电源为低频（即用脉冲宽度大的短脉冲做粗加工）时，工件接负极。当用钢做工具电极时，工件一般接负极。
二、电火花加工特点
1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响；
2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小；
3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易；
4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。
三、电火花加工工艺的发展趋势
目前电火花加工技术的研究与发展趋势主要表现在以下几个方面:
(1)加工微细化 随着工程技术领域对微型机械的迫切需求,微细加工已不再是微电子机械技术的代名词。微细电火花加工技术的应用领域已经从简单的轴孔
加工逐步拓展到微三维结构型腔的制作中。微细电火花加工技术有望成为三维实体微细加工的主流技术之一。
(2)加工装置的微小型化由于电火花加工中工具电极与工件之间没有宏观作用力,因此,将电火花加工装置、尤其是电极驱动机构进行微小型化,使电极进给驱动系统的惯性得以大幅度减小,必将更好地发挥电火花加工技术的工艺特点。
(3)新型元器件的成功应用不断地吸收现代科技发展的精髓是任何制造技术得以生存和发展的前提。目前一些新型开关元件如IGBT,大规模集成电路芯片如FPGA、DSP,新型压电材料等均已在电火花加工机床的脉冲电源、控制系统及驱动装置上得到了极为成功的应用,大大地提高了EDM的加工性能与工艺指标。
(4)硬件软件化软件在电火花加工机床上所占的比重日趋增大。这一趋势表明,一些新的软件平台、数控技术有可能很快地融入电火花加工技术中,从而将极大地提高电火花加工技术的快速响应能力。
(5)现代制造模式的渗透人工智能技术、网络制造、绿色制造、敏捷制造等新概念正逐渐渗透到电火花加工领域中。
(6)新工艺的出现借助现代化的研究手段,人们对电火花加工技术的研究正向更深层次发展,新的工艺方法不断涌现,电火花加工技术的应用领域正在拓宽。
四、小结
电火花加工技术出现至今,人们对电火花的加工机理进行了大量的研究,取得了良好的研究结果,如对电火花加工的热模型、放电通道的形状和移动特性的研究等[40-41]。然而,由于放电加工的复杂性、加工过程众多的影响因素以及加工过程的随机性,使得目前电火花加工机理的研究没有取得突破性的进展,因此对电火花加工机理的研究还需不断加强。在对加工机理的研究相对滞后的情况下,对各种电火花加工技术的加工工艺进行最优化等的研究则有助于对电火花加工机理的完善,此外研究人员可以借助于其它先进的技术加强对电火花加工机理的研究,如利用人工智能技术、有限元技术等实现对加工过程的智能化控制、电极损耗的预测、加工参数的最优化处理以及加工过程的动态仿真的研究等,通过这些研究手段可对电火花加工机理有进一步的了解。
参考文献
【1】李立青，,郭艳玲等，电火花加工技术研究的发展趋势预测，机床与液压，2008-02；36-2.
【2】王振龙等，电火花加工技术的发展趋势与工艺进展，制造技术与机床，2001；7. 【3】邢忠文等，主编，金属工艺学（第3版），哈尔滨工业大学出版社，2008.
