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電火花加工技術
閱讀：260 發布時間：2013-12-6
加工原理：電火花加工時，脈沖電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質（常用煤油或礦物油或去離子水）中。工具電極由自動進給調節裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時維持一很小的放電間隙（0.01～0.05mm）。當脈沖電壓加到兩極之間，便將當時條件下極間zui近點的液體介質擊穿，形成放電通道。由于通道的截面積很小，放電時間極短，致使能量高度集中（10～107W／mm），放電區域產生的瞬時高溫足以使材料熔化甚至蒸發，以致形成一個小凹坑。*次脈沖放電結束之后，經過很短的間隔時間，第二個脈沖又在另一極間zui近點擊穿放電。如此周而復始高頻率地循環下去，工具電極不斷地向工件進給，它的形狀zui終就復制在工件上，形成所需要的加工表面。與此同時，總能量的一小部分也釋放到工具電極上，從而造成工具損耗。二、電火花加工發展歷程 電火花加工是利用兩極見脈沖放電時產生的電腐蝕現象，對材料進行加工的方法。早在十九世紀，人們就發現了電器開光的觸點開閉時，以為放電，使接觸部位燒蝕，造成接觸面的損壞。這種放電引起的電極燒蝕現象叫做電腐蝕。起初，電腐蝕被認為是有害的，為減少和避免這種有害的電腐蝕，人們一直在研究電副食產生的原因和防止的辦法。當人們掌握了它的規律之后，便創造條件，轉害為益，把電腐蝕用于生產中。研究結果表明，當兩極產生放電的過程中，放電通道瞬時產生大量的熱，足以使電極材料表面局部熔化或汽化，并在一定條件下，熔化或汽化的部分能拋離電極表面，形成放電腐蝕的坑穴。二十世紀四十年代初，人們進一步認識到，在液體介質中進行重復性脈沖放電時，能夠對導電材料進行尺寸加工，因此，創立了“電火花加工法"。電火花加工技術作為特種加工領域的重要技術之一，zui早應用于二戰時期折斷絲錐取出時的加工。隨著人類進入信息化時代，電加工技術取得了突飛猛進的發展，可控性更高，數字化程度更好。在中國電火花加工技術起步稍晚。根據中國的國情，實現電火花加工技術的原始創新是很困難的，只能采取引進消化吸收再創新的策略，因為這套系統集成了很多學科領域的知識，如計算機的軟硬件、微電子、數控、電力半導體、機械技術、電氣技術等，是多方面、多學科集成的產品，是比較復雜的高科技產品。國內現在顯然還沒有一個能夠獨立進行原始創新的團隊，因此注定要經歷一個長時間痛苦的積淀過程，所以我認為中國的電火花技術創新之路別無選擇。政府也越來越認識到高校已經不再是創新的主戰場，必須依托企業才能實現。制造業是一個傳統行業。一個國家的發展終歸要落腳于制造業，因此作為基礎工業，制造業必定擁有*的生命力，而電加工行業也不例外。隨著各項技術的不斷發展，電加工技術也在進步，至于一項技術能夠發展多久，也要看這個行業中的人怎樣去盡心敬業、鉆研并推進它。*，模具也是一個國家發展的基礎行業，許多批量生產的產品都離不開模具，而電火花加工是制造模具的zui主要技術之一。電火花加工仿形逼真以柔克剛，只要是導電的材料均可加工，而不受硬度、脆性、粘性等材料特性的限制，這是其他加工方法*的。電火花加工的另一個特點是可進行精密微細加工，微小孔、異型腔等的微細加工是其他設備的。這些特點決從技術發展過程來看，經歷了手動電火花加工、液壓伺服、直流電機、步進電機、交流伺服電機等一系列過程。控制系統也越來越復雜，從單軸數控到3軸數控、再到多軸聯動。20世紀90年代初期，3軸電火花機在國內還是空白，主要是從日本和瑞士引進。后來國內發展大概經歷了以下幾個階段：首先制造主機，也就是機械部分，相對較為簡單；此后是數控系統部分，可以理解為引進；之后是整個電源，是消化階段。經歷這三個階段之后是吸收，zui后是再創新。對電火花加工而言，zui核心的部分就是數控系統部分，當然花費的精力也zui多。我認為電火花成形機下一步的發展空間在精密微細和特殊材料兩個方面。特殊材料（如航空航天領域用的材料）專機，窄槽窄縫、異型腔的加工，精密模具等領域都是發展重點。在精加工方面，曾經有過高速銑要代替電火花的傳言，現在證明這是不現實的。現在粗加工、大電流的火花機又有回頭的趨勢，在家電、汽車很多行業中應用。人類新開發出來的導電的特殊材料都可進行放電加工，而高速銑通常很難實現。精密微細加工比如噴絲板等微小型零件都離不開電火花加工；航空航天領域中很多零部件需要多軸聯動電火花加工。我們國家在機型上有創新的能力，有很大的空間。 三、國內外研究發展的基本現狀 數控正不斷向精密化、自動化、智能化、化等方向發展。如今新型數控電火花機床層出不窮，如瑞士阿奇、瑞士夏米爾、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱、中國蘇州寶瑪等機床在這方面技術都有了全面的提高。1.精密化電火花加工的精密核心主要體現在對尺寸精度、仿形精度、表面質量的要求。時下數控電火花機床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可達±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm，*加工表面粗糙度可低于Ra0.3μm。通過采用一系列*加工技術和工藝方法，可達到鏡面加工效果且能夠成功地完成微型接插件、IC塑封、手機、CD盒等高精密模具部位的電火花加工。從總體來看，現代模具企業在*數控電火花機床的應用上，還沒能很好地挖掘出機床的精密加工性能。因此有必要全面推動已有數控加工技術的進一步發展，不斷提高模具加工精度。2.智能化智能控制技術的出現把數控電火花加工推向了新的發展高度。新型數控電火花機床采用了智能控制技術。專家系統是數控電火花機床智能化的重要體現，它的智能性體現在的檢測技術和模糊控制技術兩方面。專家系統采用人機對話方式，根據加工的條件、要求，合理輸入設定值后便能自動創建加工程序，選用*加工條件組合來進行加工。在線自動監測、調整加工過程，實現加工過程的*化控制。專家系統在檢測加工條件時，只要輸入加工形狀、電極與工件材質、加工位置、目標粗糙度值、電極縮放量、搖動方式、錐度值等指標，就可自動推算并配置*加工條件。模糊控制技術是由計算機監測來判定電火花加工間隙的狀態，在保持穩定電弧的范圍內自動選擇使加工效率達到zui高的加工條件；自動監控加工過程，實現zui穩定的加工過程的控制技術。專家系統智能技術的應用使機床操作更容易，對操作人員的技術水平要求更低。目前智能化技術不斷地升級，使得智能控制技術的應用范圍更加的廣泛。隨著市場對電加工要求的提升，智能化技術將獲得更為廣闊的發展空間。3.自動化目前的數控電火花機床在配有電極庫和標準電極夾具的情況下，只要在加工前將電極裝入刀庫，編制好加工程序，整個電火花加工過程便能日以赴繼地自動運轉，幾乎無需人工操作。機床的自動化運轉降低了操作人員的勞動強度、提高生產效率。但自動裝置配件的價格比較昂貴，大多模具企業的數控電火花機床的配置并不齊全。數控電火花機床具備的自動測量找正、自動定位、多工件的連續加工等功能已較好地發揮了它的自動化性能。自動操作過程不需人工干預，可以提高加工精度、效率。普及機床的自動化程度是當前數控電火花機床行業的發展趨勢之一。4.化現代加工的要求為數控提供了*的加工模式，即要求在保證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手機外殼、家電制品、電器用品、電子儀表等領域，都要求將大面積（例如100×100mm）工件的放電時間大幅縮短，同時又要降低粗糙度。從原來的Ra0.8μm改進到Ra0.25μm，使放電后不必再進行手工拋光處理。這不但縮短了加工時間且省卻后處理的麻煩，同時提升了模具品質，使用粉末加工設備可達到要求。另外減少輔助時間（如編程時間、電極與工件定位時間等），這就需要增強機床的自動編程功能，配置電極與工件定位的夾具、裝置。若在大工件的粗加工中選用石墨電極材料也是提高加工效率的好方法。*的加工模式是企業擴大市場空間、提升市場競爭力的資本，其開發而成的新產品、新技術亦愈受歡迎。 四、電火花成形加工技術的發展方向 *制造技術的快速發展和制造業市場競爭的加劇對電火花成形加工技術提出了更高要求，同時也為電火花成形加工技術加工理論的研究和工藝開發、設備更新提供了新的動力。今后電火花成形加工的加工對象應主要面向傳統切削加工不易實現的難加工材料、復雜型面等加工，其中精細加工、精密加工、窄槽加工、深腔加工等將成為發展重點。同時，還應注意與其它特種加工技術或傳統切削加工技術的復合應用，充分發揮各種加工方法在難加工材料加工中的優勢，取得聯合增值效應。相對于切削加工技術而言，電火花成形加工技術仍是一門較年輕的技術，因此在今后的發展中，應借鑒切削加工技術發展過程中取得的經驗與成果，根據電火花成形加工自身的技術特點，選用適當的加工理論、控制原理和工藝方法，并在己有成果的基礎上不斷完善、創新。電火花成形加工機床向數控化方向發展的趨勢已不可逆轉，但應注意不可盲目追求“大而全"，應以市場為導向，建立具有開放性的數控體系。總體而言，電火花成形加工技術今后的發展趨勢應是率、高精度、低損耗、微細化、自動化、安全、環保等。