机床电火花加工的机理是什么?

　　电火花加工是电极间脉冲放电时电火花腐蚀的结果，电火花腐蚀现象在一百多年前就被人们发现了，如电气开关触点断开时，往往出现电火花把接点腐蚀的现象，长期以来，电火花腐蚀一直是有害的。把有害的电火花腐蚀用来加工，这是近几十年的事，而且技术发展非常迅速。电火花腐蚀的主要原因是电火花放电时，火花通道中瞬时产生大量的热，足以使电极表面的金属局部熔化，甚至气化蒸发而被蚀除下来。要使电火花腐蚀原理应用于金属材料的尺寸加工，满足被加工模具、零件的生产率、精度、粗糙度等要求，必须满足下列条件：

　　1、必须有足够的火花放电强度，有很大的电流密度，否则金属只会发热，而不能熔化或气化。

　　2、火花放电的时间必须极短，必须是间歇的(脉冲性的)瞬时放电，瞬时产生大量的热能，来不及传导和扩散，局部蚀除金属(局部高温达10000℃)，脉冲持续时间一般应小于0．001 s，否则就是电弧放电。

　　3、必须能把电火花加工之后的金属粉末和炭末不断地从放电间隙中抛出。

　　电火花加工的原理和机理，即是正确解释电极间隙的电火花腐蚀过程，以及所采取手段的道理，应该说这与电火花加工的脉冲电源的发展有密切关系，电火花腐蚀的微观过程是电磁学、热力学、流体力学等综合作用的过程。

　　金属加工如车、磨、钻、镗。这是大家昕熟悉的，都是以更硬的材料(刀具)去加工硬的材料(工件)，所以在这一类切割加工中，刀具与工件之间发生了尖锐的矛盾，而电火花加工可以用软的材料(如石墨、铜等电极材料)去加工硬的材料(如钢、硬质合金的模具和工件)，这就使人们对电火花加工发生兴趣，进而不断研制满足各种加工的设备。电火花加工要求火花放电，不能产生电孤，两者故电过程不同。通道形状不同，伏安特性不同，温度不同，击穿电位不同，腐蚀特性不同。电火花加工本身也存在着工具电极与工件电蚀量的矛盾，精度与电极损耗的矛盾，生产率与表面质量的矛盾，放电产物的产生与排屑的矛盾，促使电火花加工的发展，不断出现新的脉冲电源、机床、主轴头、过滤系统及新的工艺措施。

　　电火花加工就是在电极和工件之间产生火花放电，由于这种火花放电的电流密度很高，则工件局部表面产生高温高压，将金属熔化，被熔化的金属从熔化区域中抛出，经冷却而成细小颗粒(其中有金属和炭末)由循环流动的工作液带走，完成所谓“放电加工”，工件和电极之间微小的距离为放电间隙，放电间隙击穿形成放电通道，实际上还存在着二次放电，然后是加热、熔化、排屑。第一过程是要在电场作用下，产生游离作用形成放电通道，然后产生雪崩现象，即是击穿、电离、放电(包括二次放电)、热膨胀金属抛出。

　　电火花加工的机理是一个微观过程，也比较复杂，因素很多，有许多实践中发生的现象，尚未得到确切的解释，目前有几种观点：

　　1、放电小坑中的熔化金属从小坑中抛出是靠电动力；

　　2、金属的抛出是靠电动力和冲击波力；

　　3、金属的抛出是由于气泡的结果；

　　4、在微小体积中金属气化时发生的爆作力抛出的；

　　5、放电时把金属从工件的坑穴中抛出的力的作用。

　　主要是电成因的电磁动力，其最明显地从坑穴抛出金属的时间在1/3~1/2放电脉宽以后。

　　但是关于力的来源，可以大体分为三个方面：

　　1、放电电子高速荷电粒子的冲击力，这种冲击力除了能使金属加热到很高的温度之外，还有把熔化、气化的金属冲击出去的作用。

　　2、放电通道中原介质液体被高温气化而急剧膨胀，这高速膨胀的“气浪”，也有把放电点上熔化、气化的金属冲击出去的作用，和第一种力合起来称作“放电压力”。

　　3、由于被加热到超过正常状态下沸点温度数倍的过热态金属的沸腾力，这是使熔化、气化状态的过热金属自己喷溅出去的内力。

　　这三种力在不同放电条件下，可能对腐蚀金属所发挥作用的程度不同，但是总的看来是他们的综合作用。

　　在放电热传导理论的指导下，通过广泛的试验研究实践，逐步掌握了电源幅值和脉宽的合理比值，以及电压、电源波形与工艺指标的一定关系。电压值、脉冲宽度、电流、加工面积、材料、脉冲波形与生产率、加工精度、加工光洁度的关系，研制了低损耗电源复合脉冲波形，适应控制的电源。

　　对于一定脉冲放电能量的电规准参数，它在加工时所能维持的弧道间隙大小是在一个范围内，其最终表现为电极对放电间隙的大小，合理选择参数，可改变同一脉冲放电能量电规准所维持的弧道间隙，要合理选择高电压脉冲参数，如电压幅值、脉宽、脉冲放电能量与低压脉冲参数配合来同时维持一定时间内的弧道电压。

　　合理选择一定脉冲放电能量的高电压脉冲参数时，宜采用较高电压幅值和窄脉宽的参数，以减少高电压和低电压脉冲参数同时维持弧道电压的时间。

　　电极对双边放电间隙值随着电压脉冲高电压幅值升高而增大并逐渐趋于饱和，精加工时电压脉冲参数对放电间隙起主要作用，这时电蚀产物不足以影响加工间隙，二次放电通常影响已加工的电极间隙，高电压脉冲参数的作用主要是控制前沿击穿和减少干扰因素。在同样工作脉宽、同样的脉冲放电能量下，晶体管电源脉冲电流的最大幅值比闸流管脉冲电源低，所以前者的脉冲放电能量的有效脉冲利用率，即真正用来蚀除工件的脉冲放电能量低。因此，晶体管脉冲电源加工间隙偏大，但有效的提高了电火花加工（特别是精加工时）的稳定性和减少了工具电极的损耗。L形波形脉冲电源采用窄脉宽，特别是有效的压缩功率输出级的脉宽，降低高压电压，适当降低低压电压，调节停歇时间，减少并联功率管数目来减少加工间隙，以及减少二次放电机率来减少加工斜度，这些措施有的是消极的，所以改变波形，改变前后沿的陡度，提高加工稳定性和提高有效脉冲利用率，来解决实际电火花加工的速度问题。

　　为了进一步解决生产率与精度、表面光洁度的矛盾，曾一度使用多回路加工，如采用四回路加工，分割效率在65%以上，但多回路加工对加工型腔模调换极性不便，并且电极制造和调整工艺复杂。

　　对于电火花加工脉冲电源的设计、试验、安装、调试、检修，经过不断实践，不断改进，并在控制方面向着自动化方向发展，如适应控制、最佳控制、程序控制、数字控制、加工中心、群控和CPU、PC、CNC系统的广泛应用，不断的开发新技术、新工艺和新设备。

　　对于电火花加工粗中精加工生产率、电极损耗、加工精度、形状尺寸、光洁度、间隙、斜度、脉冲利用率、回路分割效率等都是很重要的指标，对于脉冲电源来说，脉冲频率、脉冲宽度、脉冲停歇时间、脉冲前后沿陡度、脉冲波形、脉冲电压、电流幅值、平均值、脉冲功率、电源效率、耗电功率等都是很重要的参数。

　　在电火花加工时，每一个脉冲所抛出的金属总量中，气体状态蛇约占15%～40%，其余的都是在液体状态下抛出的。当单个脉冲能量一定时脉冲持续时间越短，热量就越集中，金属以气态抛出的百分比也越大。具体数字与单个脉冲的能量、延时、金属的熔点、沸点、导热系数、熔解热、气化热等热学常数有关。能量越大．热学常数越小，气态抛出的百分比例则越大。

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