電火花加工的基本原理

電火花加工的原理是基于工具與工件(正負(fù)電極)之間的脈沖火花放電的電腐蝕現(xiàn)象來去除多余的金屬，從而達(dá)到預(yù)定的對(duì)工件尺寸、形狀和表面質(zhì)量的加工要求。

工件電極和工具電極分別連接到脈沖電源的兩個(gè)不同極性的電極上。

電極通常由導(dǎo)電性好、熔點(diǎn)高且易于加工的耐腐蝕材料制成，例如銅、石墨、銅鎢合金和鉬。在加工過程中，工具電極也有損耗，但它小于工件的金屬侵蝕，甚至接近于無損耗。

工作液作為排放介質(zhì)，在加工過程中還起到冷卻和排屑的作用。常用的工質(zhì)是低粘度、高閃點(diǎn)、性能穩(wěn)定的介質(zhì)，如煤油、去離子水、乳化液等。

當(dāng)在兩個(gè)電極之間施加脈沖電壓時(shí)，當(dāng)工件和電極之間保持適當(dāng)?shù)拈g隙時(shí)，工件和工具電極之間的工作流體介質(zhì)將被擊穿，形成放電通道。

在放電通道內(nèi)產(chǎn)生瞬間高溫，熔化甚至汽化工件表面的物質(zhì)，同時(shí)汽化工作液體介質(zhì)。在放電間隙處迅速膨脹爆炸，工件表面的一小部分物質(zhì)被蝕刻掉并甩出，形成一個(gè)微小的凹坑。

脈沖放電后，經(jīng)過一段時(shí)間后，工作流體的絕緣性恢復(fù)。脈沖反復(fù)作用于工件和工具電極，不斷重復(fù)上述過程，工件材料逐漸被刻蝕掉。

伺服系統(tǒng)不斷調(diào)整工具電極與工件的相對(duì)位置，自動(dòng)進(jìn)給，保證正常脈沖放電，直至加工出所需零件。

1.EDM。

工具一般是銅或石墨電極，可以做成任意形狀，加工的形狀就是對(duì)應(yīng)的腔體。

2.電火花線切割

WEDM可分為線切割和快線。一般用直徑0.1~0.3mm的電極絲加工直紋面零件，可以是沖孔零件，也可以是模孔。

電火花加工不僅改變工件的表面，而且改變其次表面。被加工工件的表面結(jié)構(gòu)分為三層(圖1-3)。

電火花加工表面的沖擊層是由甩出的熔融金屬和少量電極顆粒沖擊形成的。這層很容易去除。

下一層是硬層(氧化層)。電火花加工從本質(zhì)上改變了硬質(zhì)層的金相結(jié)構(gòu)和特性。在介質(zhì)油的作用下，熔融金屬迅速冷卻，未被甩出的熔融金屬在型腔內(nèi)凝固，形成一層硬質(zhì)層。這種硬而脆的氧化層會(huì)有微裂紋。如果該層太厚，或者不能通過拋光變薄或去除，那么該工件可能在某些使用條件下過早損壞。

最后一層是加熱層或退火層。只是加熱了，沒有融化。硬質(zhì)層和加熱層的厚度由工件材料的散熱能力和加工能量決定。在任何情況下，改變的金屬層都會(huì)影響工件表面的原始性質(zhì)。

數(shù)控電火花機(jī)床自動(dòng)精加工電路能量

0簡(jiǎn)介

隨著加工技術(shù)的發(fā)展，直徑大于10倍的深孔加工越來越頻繁。我公司在加工大于10倍直徑的深孔產(chǎn)品時(shí)，由于形狀和結(jié)構(gòu)的限制，只能在鉆床或鏜床上加工。鉆床排屑困難，深孔加工效率低；在鏜床上加工時(shí)，排屑略有改善，但隨著孔深的增加，排屑仍成為影響深孔加工效率的最大問題。

目前公司的深孔加工是根據(jù)加工產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)類產(chǎn)品在專用設(shè)備上加工，非回轉(zhuǎn)類或一些特殊形狀的零件用專用設(shè)備加工。使用專用設(shè)備進(jìn)行加工時(shí)，不僅需要購(gòu)買專用設(shè)備，還需要購(gòu)買專用的磨刀設(shè)備。使用時(shí)需要安裝專門的裝置，準(zhǔn)備工作繁瑣，影響產(chǎn)品的加工效率。

為了解決上述問題，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鏜床設(shè)備加工深孔的情況進(jìn)行了研究，以實(shí)現(xiàn)在鏜床上不需要專用設(shè)備的情況下，仍能高效加工該類產(chǎn)品深孔的方法。擺脫深孔加工專用設(shè)備對(duì)鏜床的依賴。

1.影響鏜床鉆孔效率提高的原因

1.1工具冷卻

在鉆孔過程中，加工工具必須能夠傳遞足夠的冷卻劑壓力。壓力越大，排屑速度越快，鉆孔速度越快。通過現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)加工發(fā)現(xiàn)，用鏜床加工深孔時(shí)，如果用普通麻花鉆加工深孔，刀具切削部分只有在加工孔時(shí)才能有效冷卻。隨著孔深的增加，深孔內(nèi)的冷卻液不能直接到達(dá)刀具的切削部分，而是沿著刀具的排屑槽流入切削部分。冷卻液沒有壓力，無法傳遞足夠的冷卻液壓力，排屑速度無法提高。

如果用內(nèi)冷卻的加工鉆頭進(jìn)行深孔加工，冷卻液可以通過刀具內(nèi)的長(zhǎng)通道到達(dá)切削部位，但壓力仍然很小，排屑速度沒有明顯加快，所以對(duì)提高機(jī)床的加工效率沒有明顯的改變。刀具的切削部分得不到有效的冷卻，使得刀具的溫度很高。在這種情況下，如果增加刀具的速度或進(jìn)給速度來提高深孔的鉆削效率，刀具將被損壞，并且不能實(shí)現(xiàn)加工效率的提高。

因此，刀具切削部分的冷卻是影響鏜床深孔鉆削效率的原因之一。

1.2鐵屑的形狀和清除鐵屑的方式

正確的切屑形狀和尺寸以及有效的排屑對(duì)于成功的深孔加工(深孔鉆削)非常重要。要提高深孔鉆削的加工效率，斷屑是最重要的。在鏜床上鉆孔時(shí)，無論是使用麻花鉆還是帶內(nèi)冷的機(jī)加工鉆頭，都必須保證鉆孔過程中的正常排屑。在不使用特殊裝置的情況下，鉆孔過程中正常的切屑形狀為條狀，條狀的切屑去除速度較慢，容易纏繞在刀具上，導(dǎo)致機(jī)器速度低，加工效率低。

為了提高加工效率，使鐵屑的形狀細(xì)分，增加機(jī)床的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量，使鐵屑的形狀變得細(xì)碎。這種形狀的鐵屑不能被冷卻液帶出深孔，導(dǎo)致其在深孔中堆積，導(dǎo)致切削熱增加。而且這些難以排出的鐵屑在刀具旋轉(zhuǎn)過程中容易產(chǎn)生切屑，造成刀具和孔壁應(yīng)變，甚至刀具損壞。因此，鐵屑的形狀和排屑方式也是影響鏜床深孔鉆削效率提高的原因之一。

2.解決方案和措施

2.1解決方案

從以上影響原因可以看出，要提高鏜床的鉆孔效率，需要解決兩個(gè)問題:1)解決刀具冷卻問題；2)解決鐵屑的形狀和排出問題。為了解決以上兩個(gè)問題，對(duì)刀具的快速冷卻和快速排屑進(jìn)行了研究，通過提高冷卻液的壓力來達(dá)到提高排屑速度的目的。為了達(dá)到這個(gè)目的，對(duì)這兩個(gè)問題進(jìn)行了分析。為了提高鏜床的鉆孔效率，可以通過提高機(jī)床的速度和進(jìn)給量來增加單位時(shí)間內(nèi)的材料去除量。增加加工參數(shù)會(huì)導(dǎo)致鐵屑形狀的改變，從而形成我們所需要的微小破碎碎片。

這種鐵屑形成后，要解決的問題是如何高效冷卻去除鐵屑。從前面的分析可以看出，為了實(shí)現(xiàn)高效冷卻和排屑，冷卻液必須有足夠的壓力，這樣才能實(shí)現(xiàn)高效鉆削。僅僅依靠機(jī)床冷卻系統(tǒng)的壓力是不可能的。在這種情況下，機(jī)床外部的高壓氣體被引入機(jī)床的冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)的壓力增加，從而達(dá)到使冷卻液有足夠壓力的目的。

將外部高壓氣體引入機(jī)床冷卻系統(tǒng)，需要一個(gè)三通來實(shí)現(xiàn)將高壓氣體引入機(jī)床冷卻系統(tǒng)。如果用普通三通只是簡(jiǎn)單地將高壓氣體引入冷卻系統(tǒng)，那么外部高壓氣體的壓力就大于機(jī)床冷卻系統(tǒng)的壓力，這樣冷卻液就不能到達(dá)切削部分，只有高壓氣體才能到達(dá)刀具的切削部分。這種情況相當(dāng)于用風(fēng)冷來降溫，沒有達(dá)到最佳的降溫效果。

通過研究分析，自主設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的組合三通(如圖1所示)。它安裝在機(jī)床的冷卻管上，將車間的高壓氣體引入冷卻系統(tǒng)，使冷卻液變成具有一定壓力的氣溶膠，到達(dá)刀具前端的切削部位。這樣，流經(jīng)刀具切削部分的氣液速度同時(shí)增加，刀具切削部分的溫度可有效降低。同時(shí)，通過提高刀具的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，使鐵屑的形狀變?yōu)樗樾紶?，使帶壓力的冷卻氣霧直接將鐵屑吹出孔外，使深孔內(nèi)不存在鐵屑堆積，消除了鐵屑堆積引起的刀具溫升，避免了刀具高速加工時(shí)鐵屑的產(chǎn)生。采用這種方法，有效地解決了刀具冷卻和鐵屑排放的問題。

2.2解決措施

根據(jù)上述思路，自主設(shè)計(jì)了一種特殊的組合三通。

其工作原理是高壓氣體通過供氣端和導(dǎo)氣管流出三通，在三通和導(dǎo)氣管之間形成負(fù)壓腔，使冷卻液從三通的冷卻液端流入三通腔，與高壓氣體混合，通過連接接頭5一起進(jìn)入刀體的流道。冷卻液和高壓氣體混合物的壓力在刀具出口處釋放，使冷卻液以霧狀形式噴射在切削刃上，使加工刀具的切削刃在加工過程中始終處于最佳冷卻狀態(tài)。

同時(shí)，由于這些霧化冷卻液的壓力，不斷從刀具的流道進(jìn)入被鉆的孔中，再通過排屑槽從鉆頭的前端流出，將加工中產(chǎn)生的切屑帶出深孔，使深孔干凈光滑，不會(huì)有大量鐵屑堆積。這些既消除了鐵屑向刀體的傳熱，又消除了刀具在高轉(zhuǎn)速下的切屑截留，有效解決了鏜床深孔鉆削中刀具的冷卻排屑問題，大大提高了鏜床深孔鉆削的效率。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，測(cè)試了一種孔徑為42 mm、孔深為500mm的產(chǎn)品(如圖3所示)。試驗(yàn)中，刀具轉(zhuǎn)速由原來的30 ~ 40 r/min提高到400 ~500 r/min，加工效率提高了10 ~ 16倍以上。

3.結(jié)論。

采用上述方法，有效提高了深孔在鏜床上的鉆削效率，為直徑大于10倍的深孔加工開辟了一種新的加工方法。擺脫高效深孔加工專用設(shè)備對(duì)鏜床的依賴。該方法所需的三通制造簡(jiǎn)單，安裝方便，能充分利用生產(chǎn)加工現(xiàn)場(chǎng)的資源。已在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用。將該方法應(yīng)用于鏜床上的深孔加工具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。它可以有效地減少硬層的形成，但仍然不能消除退火層。

與傳統(tǒng)的加工方法相比，電火花加工有很多優(yōu)點(diǎn)，比如可以加工任何導(dǎo)電材料，包括那些傳統(tǒng)工藝不能加工的硬度更高的金屬材料。

電火花加工可以達(dá)到刀具無法達(dá)到的深度，是高要求深加工的理想加工方法。

電火花加工在加工過程中不會(huì)對(duì)工件施加額外的機(jī)械力，保證了工件的機(jī)械性能。此外，電火花加工后的表面光潔度通常比傳統(tǒng)工藝好。

然而，與傳統(tǒng)的加工技術(shù)相比，電火花加工的速度較慢，消耗大量的電能，增加了制造成本。