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浅谈电火花成型机床加工摘要：进入21 世纪以来，随着现代科学技术像计算机、微电子和自动控制技术的不断发展，使得电火花加工技术得到了飞速发展，其应用领域也更加广泛。在研究了电火花成型机床的关键组成部件、电火花加工技术基本原理以及与普通切削加工技术区别基础上，探讨有关电火花成型机床加工技术方面的发展现状及趋势。关键字：电火花成型机床加工 发展现状 应用 对策分析Discussion on electric spark forming machineAbstract: since the beginning of the twenty-first Century, along with the modern science and technology such as computer, microelectronics and the development of automatic control technology, the electric spark machining technology has been rapid development, its application is more extensive. On the study of the electric spark forming machine tools, a key component of electric spark machining technology and basic principle and general machining technology based on difference, electric spark machine machining technology development status and trends.Keywords: electric spark forming machine tool development situation application countermeasure analysis一、引言电火花成型机床加工，属电加工范畴，是前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。在控制系统方面,从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。二、电火花成型机床加工的工作原理。电火花成型加工（Electrical Discharge Machining）是使浸在工作液中的工件和工具间形成脉冲火花时产生的电蚀作用腐蚀导电材料从而达到形状要求的加工方法，又称为放电加工。数控电火花成型机加工是一种电、热能加工方法，是利用工具电极和工件间火花放电时，瞬时产生的高温使电极表面的局部金属腐蚀去除而对工件进行加工。加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，两极间充满一定绝缘的液体（工作液）；放电间隙自动调节装置使工具电极和工件间保持一个合理的放电间隙。加在两极上的脉冲电压在间隙最小处或绝缘强度最低处出穿工作液，并产生火花放电，瞬时产生的高温足以使工件表面的金属局部熔化、汽化而被蚀除，在工件表面上形成微小凹坑。脉冲放电结束后，经过一段时间间隔，工作液恢复绝缘，第二个脉冲电压又加在两极上重复上述过程。这样，依次下去，工具电极不断向工件进给，工件表面的金属将会不断地被蚀除，工具电极的形状就会复制在工件上，从而加工出所需零件的型孔或型腔。电火花加工的原理是基于工具和工件（正、负电极) 之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量的加工要求。 利用电火花成型机床加工工件时，首先将工件和工具固定夹紧，使工具和被加工工件分别与电源的正负两极相接，而且要求两极间充满工作液，然后通过自动进给与调节系统实现工具向工件的进给运动，并使这两者之间保持一定的间隙，足以让施加在这两者上的脉冲电压在这一间隙处将工作液击穿，产生火花也即放电。由于很小的放电间隙和很短的放电时间使得在放电区域中温度瞬时达到1万摄氏度以上，从而使放电处工件表面局部的金属材料被熔化，工作液被汽化，汽化了的气体向外热膨胀将熔融金属从工件表面抛出同时被工作液带走，迅速冷却并通过工作液的过滤系统处理掉。在金属被蚀除掉的工件表面上便出现一个微小的坑，第一次放电停歇短暂的时间后，第二个同样的脉冲电压在工件和工具组成的正负两极相对接近点处击穿工作液放电。如此反复循环放电- 停歇- 再放电的过程，只要保证工具电极不断地向工件进给形成微小的放电通道，经过成千上万次的电蚀作用，工具的图形特征最终被完全印制在工件上，从而实现所谓的成型加工。由此看来，只要改变工具的形状特点以及工具相对于工件运动方式，就能加工出普通切削加工方法加工不了的材料和形状复杂的型面。其实现加工的原理与普通的切削加工有本质区别。首先，电火花成形加工的整个过程中，所用工具和被加工工件不直接接触，两者之间有一定的放电间隙，大约0.05-0.3mm，根据工艺要求有时可能达到0.5mm 甚至更大；电极和工件之间宏观作用力很小，因此工件的变形和位移几乎为零，不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷，适宜加工低刚度工件及微细加工像薄壁、微细小孔、异形小孔、深小孔等有特殊要求的零件。其次，电火花加工是利用电能转化为热能来腐蚀材料，与被加工工件自身的物理特性像强度、硬度的相关性不大，所以用来作加工工具的电极不需要比工件材料硬，同时工件的可加工性是由材料的热学特性（熔点、沸点、比热容等）和导电性（导热系数、电阻率等）来决定。这样可以利用软的工具加工比工具硬、韧的工件如硬质合金和淬火钢等，现在的技术已经发展到可以用电火花来加工立方氮化硼、聚晶金刚石这一类超硬材料。由于对工具的限制相对少，所以用来作加工工具的电极比较容易制造。同时由于是直接使用电能加工，所以便于实现自动化，劳动强度低，工作环境好。最后，电火花成型机床可以简单的进给运动将工具电极的形状印制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工等。随着数控技术在电火花成形机床上的应用，可根据实际需要调整脉冲参数，可在同一机床上进行粗加工、半精加工和精加工，可以用简单的电极加工出形状复杂的零件。三、电火花成型机床加工技术的现状与发展电加工新技术在现代制造业中, 特别是在模具制造工业, 宇航兵器工业等方面获得了广泛的应用。随着改革开放的深化, 我国电加工取得了很大的进步, 电加工理论水平、应用工艺技术、机床制造、电加工科技队伍等诸方面在世界上已占有一定优势, 成为我国现代建设中不可缺少的重要技术领域之一。当前, 世界电加工技术正向高精密、低粗糙度镜面加工、高速度、电极低损耗、高自动化及性能更完善等方面发展,影响电火花加工精度和表面质量的主要因素是机床本身的误差、工件和电极的定位、安装误差，放电间隙和脉冲能量的大小及其一致性、电极的损耗和表面粗糙度、工件材料的硬度、熔点等。争对以上影响因素，多少年来国内外工作者一直在努力从各方面完善电火花成型机床，以适应市场需求。尤其进入21 世纪以来，随着现代科学技术像计算机、微电子和自动控制技术的不断发展，使得电火花加工技术得到了飞速发展，其应用领域也更加广泛。比如在汽车制造领域用于生产复杂的汽车零件和用于加工塑料件、铸件、锻件或冲压件所使用的模具；航空航天领域制作复杂的高温耐热合金、钛合金、铝和其他材料的精密零件；医学领域制作不锈钢、钛或常规材料制成的人体植入物和医疗器械；电子和机电一体化行业用于加工批量生产塑料件、合金铸件和冲压件所需的模具、高品质电器的底盘部件和元件；还有能源行业、日用品行业等。目前，在电火花成形加工原理研究方面，由于加工过程中材料的蚀除、抛出比较复杂，所以对这一机理的认识还在进一步深化中。在加工工艺技术研究领域，其方向主要集中在以下几个方面：（1）高效、高精密电火花加工技术（镜面加工技术），通过改变放电状态，即在工作液中添加一定浓度的导电性硅、铝等微细粉末，显著降低较大加工表面的粗糙度，使表面性能得到改善，省去后续抛光工序，降低产品的加工时间，提高效率。日本沙迪克公司生产的PGM65 高速镜面电火花成形机床可以加工出最大表面粗糙度Ra1.8m，表面变质层小于4m 的发动机箱盖的压铸模具。北京市电加工研究所开发的高性能镜面加工回路加工出的表面可以像镜子一样清晰光亮。（2）微细电火花加工技术，加工尺寸小于300m 的轴孔、沟槽、型腔等。微细加工的放电面积和放电间隙都比较小，制造工具电极和排屑都很困难。当前可以代表这一领域世界前沿水平的是日本东京大学生产技术研究所的增降久教授加工出的直径5m 微细孔和直径2.5m 的微细轴。国内终皓等人采用直径100m 的钨丝作电极在铜件上加工出顶部长346m，底部长146m，深202m 的正六边形凹槽微结构和深度213m，眼球半径171m 的眼状微细结构。该技术更广泛的应用前景是制造微型机器人及微型机械。 （3）绝缘材料电火花加工技术，在绝缘材料表面加一层有导电性能的辅助电极，将辅助电极和被加工工件一起放入工作液中进行加工。加工过程中利用电极和辅助导电电极之间产生的火花分解工作液中的碳，使其沉积在绝缘材料表面形成导电膜从而实现加工。该方法是日本长冈科技大学的福泽康教授和东京大学的毛利尚武教授发现的。（4）多轴联动数控电火花加工技术，在机床上装配精密分度旋转轴与基础的3 个直线轴配合可实现4 轴四联动，5 轴五联动，甚至6 轴数控5 轴联动的加工。这是在加工结构形状很复杂的重要零件时重要的方法，像火箭、飞机发动机上的整体叶轮。此外还有低损耗电火花加工技术、电火花表面处理技术等。在控制理论研究领域现在主要是自动、智能控制技术的开发，像自适应控制技术、人工神经网络技术、模糊控制技术、仿真技术、专家系统等在电火花成型机床数控系统中的应用，可以进一步提高电火花成型机床加工的工艺指标、加工的可靠性和自动化程度。另外脉冲电源也在向安全、稳定、环保、节能等方向发展。四、电火花成型机床加工应用电火花加工机床通常分为电火花成型机床、电火花线切割机床和电火花磨削机床，以及各种专门用途的电火花加工机床，如加工小孔、螺纹环规和异形孔纺丝板等的电火花加工机床。 电火花成型机床是电火花加工机床的主要品种，根据机床结构分为龙门式、滑枕式、悬臂式、框形立柱式和台式电火花成型机床，此外还可根据加工精度分为普通、精密和高精度电火花成型机床。电火花成型机床一般由本体、脉冲电源、自动控制系统、工作液循环过滤系统和夹具附件等部分组成。机床本体包括床身 、立柱、主轴头和工作台等部分，其作用主要是支承、固定工件和工具电极，并通过传动机构实现工具电极相对于工件的进给运动。脉冲电源的作用是提供电火花加工的能量，有弛张式、闸流管式、电子管式、可控硅式和晶体管式脉冲电源，以晶体管式脉冲电源使用最广。自动控制系统由自动调节器和自适应控制装置组成。自动调节器及其执行机构用于电火花加工过程中维持一定的火花放电间隙，保证加工过程正常、稳定地进行。自适应控制装置主要对间隙状态变化的各种参数进行单参数或多参数的自适应调节，以实现最佳的加工状态。工作液循环过滤系统是实现电火花加工必不可少的组成部分，一般采用煤油、变压器油等作为工作液 。工作液循环过滤系统由储液箱 、过滤器、泵和控制阀等部件组成。过滤方法有介质过滤、离心过滤和静电过滤等。夹具附件包括电极的专用夹具、油杯、轨迹加工装置(平动头)、电极旋转头和电极分度头等。随着数字控制技术的发展 ，电火花加工机床已数控化，并采用微型电子计算机进行控制。机床功能更加完善，自动化程度大为提高，实现了电极和工件的自动定位、加工条件的自动转换、电极的自动交换、工作台的自动进给、平动头的多方向伺服控制等。低损耗电源、微精加工电源、适应控制技术和完善的夹具系统的采用，显著提高了加工速度、加工精度和加工稳定性，扩大了应用范围。电火花加工机床不仅向小型 、精密和专用方向发展 ，而且向能加工汽车车身、大型冲压模的超大型方向发展。 五、电火花成型机床加工的优点与缺点优点：1、能加工硬质合金和淬火的压铸模具镶块；2、能加工复杂的型腔的模具如形状复杂的深孔、细孔、加强筋、窄槽；3、加工时有很小的受力4、要加工塑料模具和压铸模具和热锻模具5、使用的电极材料多为比加工工件比较软的石墨和紫铜；采用石墨和紫铜的特点是采用电加工的形状都比较复杂加工电极比较烦琐，采用容易加工的石墨会产生事半功倍的效果；6、直接使用电能加工，改变的传统的加工方法，操作简单，易于掌握，容易实现电气自动化。电火花加工主要用于模具生产中的型孔、型腔加工，已成为模具制造业的主导加工方法，推动了模具行业的技术进步。缺点：1、加工速度较慢。2、往往在加工比较大的型腔时需要其他的加工方法配合比如为了提高效率需要铣去型腔中大部分，然后用电极再去加工。3、采用电火花加工的工件通常都是盲孔不便于观察，到精加工时放电间隙调特别容易产生积碳，严重时甚至产生烧损的现象。4、加工时工件装卡在电极卡头的垂直下方，找正时需要长时间附下身去找正有时还会遇到调节螺丝到了极限还对不正的情况，操作者的腰部特别容易疲劳。5、采用的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，装卡时遇到怕卡出痕迹的工件不能垫纸板和织物只能垫铜皮。工作环境要求防火，工作时要求排烟，操作者要求戴防毒面具，排烟不倡导致室内的烟雾增多，严重影响操作者的身体健康。在来回装卡工件时，手上势必会粘上煤油，对手上的皮肤伤害很大。6、装卡电极时，同一工件粗加工和精加工，工件不动，只要换电极就要重新找正，哪怕把电极拆下来简单处理一下，给操作者带来很大的工作量。7、电火花加工测量尺寸非常复杂往往要借助辅助工具，所以对尺寸的要求较低。六、对策分析1、在操作装卡电极找正是从事电火花工作非常累人的工作，传统的方法是在电极上钻孔然后攻丝装在电极的卡头上然后调节调整螺丝找正。攻丝较短时，在加工时容易掉电极，这是电火花加工的大忌，当电极很小时，攻丝长了容易破坏电极，调整时一旦碰到调到极限还找不正的情况往往会非常麻烦。我采用的简单方法是铜焊条用气焊的焊枪在蘸一些硼砂把标准粗细的铜焊条焊在电极上（对尺寸要求不高、电极相对比较小的适用），然后根据传统方法装卡在卡头上，然后用钳子轻轻搬动铜焊条，快接近对正，然后轻调调整螺丝就对正了。电火花加工，有时对正的时间甚至是半小时，但加工的时间却只需要几十秒，比如在浇铸模具上打商标就是属于上面讲的那种类型。优点是可以节省大量的找正的时间，提高设备的利用率。2、对于型腔比较浅，电极比较大的加工工件，电极可以采用嵌入式，电极的上半部分可以采用45 号钢，下半部分可以采用镶嵌紫铜，可以节省成本。对于相对复杂的型腔加工可以采用分步式加工，多电极，采用整体电极，一旦损耗大了，精加工时电极会很难修复。对于特别大的工件型腔又比较深，电极可以直接采用45 号钢为材质做成电极直接加工，但是机械和电气是不分家的，要想用45 号钢直接加工，必须调整主控柜的电参数到最适宜的程度才能达到最佳的效果，但是加工是一定要调整脉冲到大，放电间隙也要调大。优点是提高生产率和节约资金。缺点是加工之后的表面氧化膜不好处理，抛光费力，采用45 号做电极粗加工，用镶嵌紫铜的电极做精加工，效果会非常好。3、对于型腔比较深的工件，电极不要做的太短，稍微长一点，粗加工之后，电极损耗比较严重，型腔内部清不了根，型腔底部出现圆角，需要把电极拆下来把出现圆角的部分铣掉，然后在型腔的底部清根。4、对于型腔比较深的工件，粗加工和精加工最好采用多电极，因为采用多电极，到精加工时采用新电极，底面光洁度会很好，对于模具的抛光会很省力。 七、结束语目前电火花成型机床主要用在模具制造领域，据统计随着模具产业的发展，每年约有1 万余台电火花加工机床进入模具行业。为了适应工业生产的需要，应该充分利用和借鉴现代比较成熟的切削加工机床的技术成果和发展经验、引进国外相关技术，进一步探究电火花成形加工过程中的放电机理，不断完善和开