電火花加工（Electric Discharge Machining）是一種通過電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，是最早的非傳統(tǒng)加工工藝之一，又稱放電加工或電蝕加工。典型的電火花加工系統(tǒng)由四個主要組件組成，包括電源、伺服系統(tǒng)、介質(zhì)流體和電極。電火花加工不受限于工件材質(zhì)等因素，工具與工件之間無明顯的機(jī)械切削力，受到的溫度影響很小，適合對難加工材料進(jìn)行加工。電火花加工技術(shù)因具有獨(dú)特的優(yōu)勢，已被大量用于汽車、航空、航天等領(lǐng)域，其中應(yīng)用最廣泛的有鉆孔、型腔加工和微細(xì)電火花加工等。
概念簡述
電火花加工是利用浸沒在工作液中的工具電極和工件電極之間產(chǎn)生脈沖性放電進(jìn)行熔化蝕除加工的特種加工方法，也被稱為電火花侵蝕。電火花加工過程基于工件和電極之間產(chǎn)生的大量熱量，通過熔化和汽化從母材中去除不需要的材料，去除范圍可以被限制在小區(qū)域內(nèi)。
電火花加工技術(shù)在20世紀(jì)40年代后期發(fā)展起來，基于在電介質(zhì)流體存在的情況下進(jìn)行加工。電火花加工的電極和工件之間不直接接觸，因此可以消除機(jī)械應(yīng)力和避免振動問題，可以在輕薄工件上執(zhí)行精細(xì)的操作。電火花加工可以得到任何傳統(tǒng)加工工藝無法獲得的形狀，在加工過程中，只要材料能導(dǎo)電，任何硬度的材料都可以被切割。
發(fā)展歷史
電火花加工的起源可以追溯到1770年，當(dāng)時英國科學(xué)家約瑟夫·普里斯特利（Joseph Priestly）發(fā)現(xiàn)了放電的侵蝕效應(yīng)，但此時的科學(xué)家并不知道如何控制該技術(shù)的腐蝕效應(yīng)并將其用于加工。又過了173年，才有人提出了利用放電的破壞性效應(yīng)開發(fā)一種加工導(dǎo)電材料的受控工藝的想法，這是一種利用放電產(chǎn)生的能量進(jìn)行制造的方法。
1943年，蘇聯(lián)的兩位科學(xué)家拉扎連科夫婦（B. R. Lazarenko和N. I. Lazarenko）在嘗試減少鎢電極的腐蝕時無意中發(fā)現(xiàn)，將電極浸沒在電介質(zhì)中可以控制放電造成的腐蝕，這一發(fā)現(xiàn)催生了世界上第一臺電火花加工機(jī)床的開發(fā)，電火花加工開始得到充分利用。在這之后，Lazarenko夫婦完善了放電過程，該過程由兩個導(dǎo)體之間的連續(xù)放電組成，這兩個導(dǎo)體被一層非導(dǎo)電液體膜隔開。電火花加工在20世紀(jì)70年代中期開始商業(yè)化發(fā)展，它開始成為一種可行的技術(shù)，20世紀(jì)80年代中期，電火花加工技術(shù)被轉(zhuǎn)移到機(jī)床上，這一轉(zhuǎn)變使得電火花加工比傳統(tǒng)加工工藝更為廣泛。
加工原理
電火花加工原理是基于工具和工件之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除金屬工件材料。通過在工具和工件之間產(chǎn)生快速和重復(fù)的火花放電來控制導(dǎo)電材料的侵蝕，火花放電之間的間隔約為0.01到0.05毫米。間隙自動控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進(jìn)給，在直流脈沖的作用下，間隙中的電介質(zhì)流體被電離，兩極間的工作液被擊穿，產(chǎn)生脈沖放電，從而使火花放電在工具和工件之間通過。
在放電微細(xì)通道中，金屬材料立刻被熔化、汽化，由于周圍流體的慣性，熔融物質(zhì)被從表面帶走，放電點(diǎn)處就被蝕除一個微小的凹坑痕跡，經(jīng)過短暫的時間，極間恢復(fù)絕緣，進(jìn)行下一次脈沖放電，每次去除的金屬量取決于電火花放電所消耗的電能和所消耗的時間。電弧的溫度可以達(dá)到10000攝氏度左右，當(dāng)電弧被電脈沖終止時，金屬蒸氣被電介質(zhì)淬[cuì]火，因此磨屑始終是球形的，磨損碎屑被持續(xù)循環(huán)的電介質(zhì)流體帶走。電弧總是在離工具電極最近的工件表面的一個點(diǎn)上產(chǎn)生，上所述的過程每秒繼續(xù)若干次，每次脈沖從工件上去除一個小的磨損顆粒，這樣就能在工件上加工出需要的形狀。
系統(tǒng)組成
電源
電源通過傳統(tǒng)的固態(tài)整流將輸入的交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源。電火花加工技術(shù)在高功率和低頻率下去除大部分工件材料，即粗加工操作，然后在低功率和高頻率下去除剩余的少量材料，即精加工操作。通過改變晶體管的開關(guān)占空比，從而改變脈沖寬度和重復(fù)頻率。感應(yīng)電極和工件之間的電壓是電源的另一項功能。由于電壓與電極間隙之間存在直接關(guān)系，電極和工件之間的間隙隨著金屬的去除而增大，而電火花加工電源電壓取決于火花間隙，這需要不斷保持，通過伺服控制的電極饋電裝置，連續(xù)地感知火花間隙并移動工具電極，使其能夠在整個過程中保持恒定的間隙距離。
伺服系統(tǒng)
電火花加工過程的效率與電極與工件之間的間隙距離密切相關(guān)，在切割操作中連續(xù)供給電極的伺服系統(tǒng)必須通過控制電極的進(jìn)給來保持最佳間隙距離，以精確匹配材料的去除速率。電極進(jìn)給所需的間隙距離是根據(jù)一定的間隙電壓設(shè)置的，在此過程中，持續(xù)監(jiān)測實(shí)際間隙電壓。設(shè)定間隙電壓和實(shí)際間隙電壓之間的差值（稱為誤差電壓）被送入伺服放大器，伺服放大器反過來控制伺服閥，從而通過與工作頭相連的活塞桿控制液壓油流向油缸。
介質(zhì)流體
介質(zhì)流體主要承擔(dān)電火花導(dǎo)體、冷卻劑和沖洗介質(zhì)的作用。電介質(zhì)流體應(yīng)具有足夠和穩(wěn)定的電介質(zhì)強(qiáng)度，以保持工具和工作之間的絕緣，直至達(dá)到擊穿電壓。一旦發(fā)生放電，應(yīng)迅速熄滅火花。同時，介質(zhì)流體應(yīng)具有低粘度和良好的潤濕能力，以提供有效的冷卻機(jī)制，并用作沖洗劑，從加工間隙中去除切屑顆粒。大量的流體滿足這一要求，并被用作電介質(zhì)流體，其中最常用的是碳?xì)浠衔镆后w、硅基油和去離子水，例如煤油和含乙二醇的水。
電極
在電火花加工過程中，電極的形狀以互補(bǔ)的形式印在工件上，因此電極的形狀和精度對加工工件的最終精度起著非常重要的作用。一般要求電極材料必須易于加工、磨損小、能加工成各種形狀、是電和熱的優(yōu)良導(dǎo)體、在工件上提供良好的表面光潔度、能抵抗侵蝕過程中的變形，并且應(yīng)對工件產(chǎn)生有效的材料去除率。電火花加工的形狀精度的主要限制是電極磨損，這種磨損取決于工件和電極本身的材料、電介質(zhì)類型、沖洗條件、切割速度和電源類型。
加工特點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
（1）適用于加工處理任意難切削導(dǎo)電材料。在加工過程中通過放電時產(chǎn)生的電熱作用，將電能轉(zhuǎn)換為熱能，使金屬熔化并氣化來完成材料的去除，因此材料的可加工性主要取決于材料的導(dǎo)電性及其熱學(xué)特性，不受限于工件材質(zhì)等因素。
（2）工具電極的硬度可以比被加工物料的硬度小，從而打破了常規(guī)的切削工藝對刀具的限制，有利于對一些用常規(guī)機(jī)床難以或不能進(jìn)行加工的特殊材質(zhì)及復(fù)雜形狀的工件進(jìn)行加工。
（3）可以加工特殊及復(fù)雜形狀的零件。加工過程中工具電極和工件不直接接觸，沒有機(jī)械加工的切削力，有一個極小的放電間隙，因此適用于特殊、精密、復(fù)雜的零件的加工。
（4）直接利用電能進(jìn)行加工，便于實(shí)現(xiàn)加工工藝的自動化，并可以改善工件的組織結(jié)構(gòu)，簡化加工工序，延長工件的使用壽命，減輕工人的工作壓力，使用維護(hù)方便。
缺點(diǎn)
（1）主要用來對諸如金屬之類的導(dǎo)電材料進(jìn)行加工，并且只在特定的情況下才能對半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料進(jìn)行處理。
（2）加工速率低。為了提高生產(chǎn)效率，一般都是先通過機(jī)械切削去除多余的部分，然后進(jìn)行電火花加工。
（3）存在電極損耗。由于大部分的電極損失主要集中在尖角處或者底部，所以會對成形的精度產(chǎn)生一定的不利影響。
（4）最小角部半徑有限制。普通的電火花加工工藝可獲得的最小拐角半徑與加工間隙相等，如果存在電極損失或使用平動加工和搖動加工，角部半徑也會增加。
具體應(yīng)用
電火花鉆孔
在電火花加工方法中，鉆孔加工是使用最廣泛的一種加工應(yīng)用，它可以加工任何硬度和韌性的導(dǎo)電物料，尤其適用于加工硬度較高但難以用常規(guī)刀具加工的工件。由于刀具和工件在加工時都沒有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以可以對任意形狀的孔進(jìn)行加工。電火花鉆孔加工是將金屬從工件中剝離出來，刀具和陰極連接，而把工件的電極連接到陽極上，在進(jìn)行加工的時候，刀具和工件都浸泡在液態(tài)的介質(zhì)中，既可以將刀具的形狀準(zhǔn)確地復(fù)制到工件上，又可以避免工件上腐蝕掉的金屬被鍍到刀具電極上。
電火花型腔加工
電火花型腔加工與鉆孔加工相比，加工工藝?yán)щy得多，是一種較難的盲孔，在工藝條件上存在諸多不良因素。其突出的特征是：工件的腐蝕能力較強(qiáng)、工作液體的流通不暢、產(chǎn)物清除困難、加工區(qū)域大、材料去除量大以及型腔結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜等。因此，電火花型腔加工需從設(shè)備、電源、工藝等各方面采取措施來彌補(bǔ)上述因素造成的影響，以保證加工精度，提高生產(chǎn)率。與機(jī)械加工相比，電火花型腔加工質(zhì)量好，表面粗糙度小，可以有效減少切削加工和人工操作，而且可以防止因熱處理造成的變形。
微細(xì)電火花加工
產(chǎn)品尺寸逐漸縮小的趨勢使微細(xì)電火花加工得到了快速的發(fā)展。微細(xì)電火花加工不僅可以加工直徑最小為微米級的微孔和微軸，還可以加工復(fù)雜的三維微孔。微細(xì)電火花加工技術(shù)可用于生產(chǎn)微型管腳、微型噴嘴和微型管腔等微型零件，此外，利用微細(xì)電火花加工替代光掩模的方法生產(chǎn)集成電路具有一定的可行性。微細(xì)電火花加工技術(shù)研究取得了突破性進(jìn)展，尤其在裝置研發(fā)、電極制備、工藝研究等方面取得了不菲成績，推動了微細(xì)電火花技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用。
電火花高速小孔加工
高速小孔加工技術(shù)在20世紀(jì)80年代中期被廣泛采用，是一種全新的、高效率的微細(xì)孔徑加工工藝。從其加工機(jī)理和實(shí)質(zhì)上講，電火花高速加工小孔技術(shù)是屬于電火花加工的一種，但它的加工方法有其自身的特點(diǎn)，比如采用了浸沒處理，利用工作液對中空電極施加壓力，進(jìn)行強(qiáng)迫排屑和冷卻，快速排除電極產(chǎn)物，并加強(qiáng)了電火花放電的蝕除效果。
電火花線切割加工
電火花線切割加工是以電火花成型工藝為基礎(chǔ)的一種加工工藝。采用細(xì)金屬絲作為工具電極，通過數(shù)控機(jī)床來按預(yù)設(shè)軌道對工件進(jìn)行切割，故稱電火花線切割加工。它的電極絲與脈沖電源的陰極相連，而工件與脈沖電源的陽極相連，脈沖電源向工具電極和工件電極輸出一系列的脈沖。在脈沖電壓的作用下，驅(qū)動工作臺帶動零件不斷進(jìn)給，就切制出所需要的形狀。在電火花線切割加工過程中，電極絲連續(xù)運(yùn)動，其損失較小，壽命更久，因此具有較高的加工精度。
電火花線切割加工可以用來處理普通切削方法不能加工或較難完成加工的復(fù)雜零件，節(jié)省了成型電極和模具的成本，從而大大減少了零件的制造時間。但與常規(guī)的切削加工工藝比較，電火花線切割加工的效率較低，而生產(chǎn)成本比較高，不適用于加工大量外形簡單的工件。
參考資料 >
What is Electric Discharge Machining (EDM)?.Peak.2023-01-11