放电加工

放电加工又称电火花加工或电蚀加工或电脉冲加工(Electrical Discharge Machining, EDM),是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法。
电火花加工主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件;加工各种硬、脆材料,如硬质合金和淬火钢等;加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等;加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。
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近年来由于高精密产业的发展,具有更多高硬度、高强度、高韧性的难加工材料陆续被发展出来,而由于放电加工(EDM)的加工原理,是利用火花放电的高热能,对材料产生熔融去除作用来进行加工,所有可导电材料均能加工。且不受限于材料本身机械性质影响,因此特别适合用于高强度、高硬度与难以切削材料的加工,为现代非传统加工中最普遍应用的加工方法。
放电加工最早起源于1770年英国科学家Priestly首先发现放电腐蚀现象。1919年,德国科学家亦利用该技术制作金属粉末,但应应用范围不广泛故未被重视。1943年,苏联科学家B. Lasarenko及N. Lasarenko 夫妇发现可以利用放电破坏及腐蚀现象加工工件成型,更率先发展出RC回路金属加工控制的方法及火花蚀刻法,此为放电加工之起源。日本牧野(Makino)公司在1980年发明第一台数字控制放电加工机。
电火花加工的原理
电火花成形加工与传统的机械切削加工原理完全不同,在加工过程中,工具电极与工件并不接触。进行电火花加工时,工具电极和工件分别接脉冲电源的两极,并浸入工作液中,或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给,当工具电极(简称电极)与工件电极(简称工件)在绝缘介质中相互接近,达到某一小距离时,脉冲电源施加的电压把两电极间距离最小处(大约为0.005-0.10mm)的介质击穿,形成脉冲放电,产生局部、瞬时高温,将电极对的金属材料蚀除。
 
在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能,温度可高达一万摄氏度以上,压力也有急剧变化,从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化,并爆炸式地飞溅到工作液中,迅速冷凝,形成固体的金属微粒,被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹,放电短暂停歇,两电极间工作液恢复绝缘状态。 紧接着,下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿,产生火花放电,重复上述过程。这样,虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少,但因每秒有成千上万次脉冲放电作用,就能蚀除较多的金属,具有一定的生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下,一边蚀除工件金
属,一边使工具电极不断地向工件进给,最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此,只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式,就能加工出各种复杂的型面。 工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料,如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中,工具电极也有损耗,但小于工件金属的蚀除量,甚至接近于无损耗。工作液作为放电介质,在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质,如煤油、去离子水和乳化液等。
放电加工过程
放电蚀除过程是一个复杂的物理过程,大致可分为电离、放电、高热熔化、汽化、金属抛出、消电离几个阶段。由于电极及工件的微观表面是凹凸不平的,当脉冲电压加到两极时,两极间距离最靠近处的绝缘介质(工作液,大多用煤油)被击穿,形成放电通道,电流急剧增加,电子和离子在电场力作用下高速运动,相互碰撞,在放电通道内瞬间产生大量的热能,使放电部位(突出的尖点)金属局部熔化甚至汽化,并在放电爆炸力的作用下,将熔化的金属抛出。
被熔化和汽化的金属在抛离电极表面时,绝大部分在工作液中冷凝成球状微小颗粒,有些则可能飞溅或粘附到电极表面上,工作液(煤油)裂解后产生的炭也会附着到电极表面。放电加工后的电极表面经常可以看到明显的炭的附着现象。单个脉冲经过这样一系列过程,加工中心完成一次脉冲放电,在工件表面便留下一个带凸边的小坑穴。
电火花成形加工装置通常由四大部分组成:
脉冲电源:产生放电加工所需的间歇脉冲,是电火花加工的能量供给装置。
机床主体:用来实现工件与电极的装夹固定及调整两者的相对位置,配合控制系统实现预定加工要求的机械系统。 玻璃热转印
控制系统:为了满足放电间隙良好的保持要求及预定的形状加工要求,对电极与工件间的相对位置进行调整与控制。数控电火花成形机床已有了五轴联动的控制系统,但在生产线上使用的大多是单轴数控或两轴联动的控制系统。
工作液装置:主要由储液箱、泵、过滤器、管道阀门等组成,用于向放电区域不断提供干净的工作液,并将电蚀产物带出放电区域,经过滤器滤掉这些微粒。高精度电火花成形机床的工作液装置除了过滤精度高(能滤掉大于或等于3-51xm的微粒)外,大多配有工作液温控制及冷却装置。
电火花加工的特点如下:
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。
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,材料受热影响范围较小。
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校工具电极材料不需比工件材料硬,因此,工具电极制造容易。
加工时无明显机械力,适用于低刚度工件和微细结构的加工:
脉冲参数可依据需要调节,可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工;
生产效率低于切削加工;加工成本高。
放电过程有部分能量消耗在工具电极上,导致电极损耗,影响成形精度。
不能加工非导体(已经有技术可以加工陶瓷材料)。 
 
放电加工的种类
电火花加工按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途不同,可大体分为:电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花展成加工、非金属电火花加工和电火花表面强化等。 前五类属电火花成形、尺寸加工,是用于改变零件形状或尺寸的加工方法;最后一类则属表面加工方法,用于改善或改变零件表面性质。以上以电火花穿孔成形加工和电火花线切割应用最为广泛。
1、电火花成形加工  该方法是通过工具电极相对于工件作进给运动,将工件电极的形状和尺寸复制在工件上,从而加工出所需要的零件。它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。电火花穿孔加工主要用于型孔(圆孔、方孔、多边形孔、异形孔)、曲线孔(弯孔、螺旋孔)、小孔和微孔的加工。近年来,为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题,在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工,取得良好的社会经济效益。
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2、电火花线切割加工ad2组合  该方法是利用移动的细金属丝作工具电极,按预定的轨迹进行脉冲放电切割。按金属丝电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。我国普通采用高速走丝线切割,近年来正在发展低速走丝线切割,高速走丝时,金属丝电极是直径为φ0.02~φ0.3mm的高强度钼丝,往复运动速度为8~10m/s。低速走丝时,多采用铜丝,线电极以小于0.2m/s的速度作单方向低速运动。线切割时,电极丝不断移动,其损耗很小,因而加工精度较高。其平均加工精度可达 0.0lmm,大大高于电火花成形加工。表面粗糙度Ra值可达1.6 或更小。
放电加工的发展趋势
虽然目前放电加工技术有一部分工序被高速加工中心代替,但由于这项技术一直在作出改进提升,使放电加工机床在市场上屹立至今,历久不衰。目前,模具工业的迅速发展,推动了模具制造技术的进步。电火花加工作为模具制造技术的一个重要分支,被赋予越来越高的加工要求。同时在数控加工技术发展新形势的影响下,促使电火花加工技术朝着更深层次、更高水平的数控化方向快速发展。虽然模具高速加工技术的迅猛发展使电加工面临着严峻的挑战,目前放电加工技术部分工序已被高速加工中心代替,但电火花加工仍旧有
广阔的前景。如在模具的复杂、精密小型腔、窄缝、沟槽、拐角、冒孔、深度切削等加工领域仍被广泛应用。同时这项技术一直被改进和提升,使放电加工技术在模具工业中经久不衰。先进制造技术的快速发展和制造业市场竞争的加剧对数控电火花加工技术提出了更高要求,同时也为其提供了新的发展动力。
数控电火花加工技术正不断向精密化、自动化、智能化、高效化等方向发展。如今新型数控电火花机床层出不穷,如瑞士阿奇、瑞士夏米尔、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱等机床在这方面技术都有了全面的提高。 新型避孕套
精密化
电火花加工的精密核心主要体现在对尺寸精度、仿形精度、表面质量的要求。时下数控电火花机床加工的精度已有全面提高,尺寸加工要求可达±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm,最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3μm。通过采用一系列先进加工技术和工艺方法,可达到镜面加工效果且能够成功地完成微型接插件、IC塑封、手机、CD盒等高精密模具部位的电火花加工。从总体来看,现代模具企业在先进数控电火花机床的应用上,还没能很好地挖掘出机床的精密加工性能。因此有必要全面推动已有数控加工技术的进一步发
展,不断提高模具加工精度。
智能化
智能控制技术的出现把数控电火花加工推向了新的发展高度。新型数控电火花机床采用了智能控制技术。专家系统是数控电火花机床智能化的重要体现,它的智能性体现在精确的检测技术和模糊控制技术两方面。专家系统采用人机对话方式,根据加工的条件、要求,合理输入设定值后便能自动创建加工程序,选用最佳加工条件组合来进行加工。在线自动监测、调整加工过程,实现加工过程的最优化控制。专家系统在检测加工条件时,只要输入加工形状、电极与工件材质、加工位置、目标粗糙度值、电极缩放量、摇动方式、锥度值等指标,就可自动推算并配置最佳加工条件。模糊控制技术是由计算机监测来判定电火花加工间隙的状态,在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件;自动监控加工过程,实现最稳定的加工过程的控制技术。专家系统智能技术的应用使机床操作更容易,对操作人员的技术水平要求更低。目前智能化技术不断地升级,使得智能控制技术的应用范围更加的广泛。随着市场对电加工要求的提升,智能化技术将获得更为广阔的发展空间。
自动化

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