镍丝刷柔性电极放电沉积实验研究

镍丝刷柔性电极放电沉积实验研究

摘要电火花沉积技术是一种重要的电火花表面强化技术，电火花沉积技术利用工具电极与工件表面在空气或特殊气体中放电产生高温、高压区，熔化电极并将其涂覆渗透到工件表面上，获得的沉积层材料与工件表面呈冶金结合。电火花沉积技术是在在传统电火花加工技术原理的基础上演化发展而来的新技术。其有结合强度高、涂层厚度小、对工件热影响区域小，工件变形量小、应用范围广等优点，且加工后形成的表面由无数的无方向性放电凹坑和硬凸边叠加而成，有利于保存润滑油。但传统电火花沉积技术还存在着沉积过程不稳定、沉积物质不均匀、沉积层中有裂纹与空隙等问题。近年来，针对这些问题有学者提出了使用柔性电极进行放电加工。由此设计实验，使用镍丝作为柔性电极，304不锈钢作为基体材料，进行柔性电极电火花沉积实验。结果表明：柔性电极能是放电过程连续、均匀、有效减少沉积层中的空隙与裂纹。关键字：电火花沉积技术，电火花表面强化技术，柔性电极，冶金结合

AbstractElectro-sparkdepositiontechnologyisanimportantelectricsparksurfacestrengtheningprocess.Electro-sparkdepositiontechnologyusestoolelectrodeandworkpiecesurfacetodischargeinairorspecialgastoproducehightemperatureandhighpressureregion.

Theelectrodeismeltedandpermeatedontothesurfaceoftheworkpiece,andtheobtaineddepositmaterialismetallurgicalbondedwiththesurfaceoftheworkpiece.

Electro-sparkdepositiontechnologyisanewtechnologydevelopedonthebasisoftheprincipleoftraditionalEDMtechnology.

Electro-sparkdepositiontechnologyhastheadvantagesofhighbondingstrength,smallcoatingthickness,smallheataffectedareaontheworkpiece,smalldeformationoftheworkpiece,wideapplicationrangeandsoon.Themachinedsurfaceiscomposedofcountlessnon-directionaldischargepitsandhardconvexedges,whichisbeneficialtothepreservationoflubricatingoil.However,therearestillsomeproblemsinthetraditionalelectro-sparkdepositiontechnology,suchasunstabledepositionprocess,unevendepositionmaterial,cracksandvoidsinthesedimentlayerandsoon.Inrecentyears,inordertosolvetheseproblems,scholarshaveproposedtheuseofflexibleelectrodesfordischargemachining.Designingexperimentsbasedontheseproblems,usingnickelwireasflexibleelectrodeand304stainlesssteelasmatrixmaterial,theexperimentofflexibleelectrodeelectro-sparkdepositionwascarriedout.

Theresultsshowthattheflexibleelectrodecanreducethevoidsandcracksinthedepositionlayercontinuously,uniformlyandeffectivelyduringthedischargeprocess.Keywords:electro-sparkdeposition,flexibleelectrode,metallurgicalbond

目录1绪论 绪论1.1研究背景及意义随着现代工业的迅速发展，电火花沉积技术因其具有零件表面强化、沉积特种涂层与及零件损伤修复再制造等应用而获得了较快发展，并且电火花沉积技术的应用也日益广泛。电火花加工是与传统机械加工完全不同的一种工艺方法。随着数控水平和工艺技术的不断提高，再加上电火花加工独特的优越性，电火花加工在越来越多的领域扩大应用，在机械、航空、航天、电子、核能、仪器、轻工等部门电火花加工发挥着越来越重要的作用，其可以加工各种难加工材料、复杂形状的零件与及制造有特殊要求的零件，电火花加工已经成为常规切削、磨削加工的重要补充手段和拓展。电火花沉积技术是在传统电火花加工技术原理的基础上演变而来的一种新技术，其具有诸多优点，如沉积时能量集中、对工件材料热输入小、热影响区小、残余应力小、沉积层与基体结合强度高与及工件无变形等优点，且电火花沉积设备轻便、操作简单、加工成本低、资源消耗小、生产周期短。但由于电火花沉积技术发展时间较短，并且沉积过程复杂，再加上影响沉积的因素很多，使得电火花沉积技术还存在着很多不足，如沉积效率低、沉积不均匀、沉积层内部有空洞、裂纹与及表面粗糙度大、有微孔、裂纹等。针对传统电火花沉积中存在的一系列问题，提出利用柔性电极代替单一电极进行电火花沉积的新方法，既发挥传统电火花沉积的优势，又克服了传统电火花沉积的不足。1.2国内外研究现状在21世纪，金属材料的应用举足轻重，生活中、工业生产中它必不可少，金属材料支撑着现代工业文明的发展。金属零件最常见的失效方式是摩擦、磨损、腐蚀与及断裂。而失效通常由表面微小的缺陷不断扩大而来。据统计，世界各个国际和地区每年因为各种机械零部件失效而引起的设备故障导致的损失占国民经济生产总值的3%，其中89%以上的失效是因为零部件表面磨损、腐蚀或疲劳等原因造成的。为了提高金属材料的表面强度、硬度、耐磨性与及耐腐蚀性等，通常的做法是对材料表面进行改性或强化。常见的加工工艺有：电火花表面强化、物理气象沉积法（PhysicalVaporDeposition,PVD）、化学气象沉积法（ChemicalVaporDeposition,CVD）、激光表面合金化、激光表面熔覆、渗碳、湿法电镀等。当前对电火花沉积技术的定义仍有许多不同的观点，表1.1列出了当前几种不同的定义。本文凡提到电火花表面强化与电火花沉积皆为同一种技术。本节综述国内外电火花表面强化技术的发展现状以及其它一些金属材料表面强化技术。表1.1电火花沉积的几种定义名称定义定义角度电火花沉积（Electro-sparkdeposition,ESD）利用火花放电，将导电的金属材料熔覆于基体的表层作为表面处理技术电火花合金化（Electro-sparkalloying,ESA）电火花表面强化（Electro-sparksurfacestrengthening）脉冲电弧微焊接（PulseArcMicrowelding）利用电容放电产生的短时大电流脉冲形成的高温离子弧将电极材料熔覆到基体材料上作为微弧焊接技术脉冲电极堆焊（PulseElectrodeSurfacing）1.2.1电火花表面强化电火花表面强化是在传统电火花加工技术原理的基础上发展而来的一种新技术。电火花表面强化的概念由前苏联学者率先提出。而一部分学者称之为电火花表面合金化（ElectrosparkAlloying,ESA），在日本称为电火花表面沉积或电火花堆焊，在俄罗斯则称为电火花表面合金化，还有一些学者将电火花沉积于传统的电弧焊工艺联系起来，将电火花沉积看作是一种脉冲电弧微焊接技术，并称之为脉冲电极微焊。当前对电火花沉积任存在着诸多不同的观点，如表1.1。随着工业化程度的不断提高，电火花沉积技术在模具、刀具、机械零件等的强化和修复方面的应用不断扩大。1、电火花表面强化技术发展概况19世纪，有人发现开关触点在开闭时，会产生蓝白色的电弧光，这种弧光放电往往会将接触表面腐蚀得凹凸不平，最终将其损坏。这种破坏现象称为金属的腐蚀（或电腐蚀），是由金属表面在自激放电作用下产生的。20世纪40年代前苏联学拉扎连珂夫妇在对电腐蚀现象的研究中成功地利用电腐蚀原理在淬火钢上钻出了小孔，这是首次将电腐蚀原理运用到生产加工制造领域。在此基础上前苏联学者于1943年提出电火花表面强化工艺。到1950年，该工艺的研究获得了工业性应用。1950年，前苏联中央电气科学研究所研制出了УИР列电火花表面强化机，中央机器与工艺学研究所也研制了ИЕ系列电火花表面强化设备。1964年，摩尔达维亚科学院应用物理研究所及所属基希涅夫实验工厂研制了手工操作和机械化的ЭФИ强化机产品，在前苏联的机器制造、工具、仪器、等工业部门得到广泛应用；该厂在七十年代生产了采用用可控硅和晶体管脉冲发生器的新型ЭИ系列强化机产品，改变了合金化控制方法，并使用了新型操作工具。据报道，1978~1979年间在前苏联应用的37台ЭФИ-78型强化设备共节约资金约40万卢布[1]。欧美和日本分别从五十年代和六十年代开始研究和应用电火花表面强化工艺[1]，主要产品有美国制造的1269、TVNGCARB220和F-5型，英国制造的SPARCARD，法国制造的CARBUMATIG，日本制造的DEPOSITION等。此外其他国家的学者也对电火花表面强化工艺进行了相当深入的研究，并制作出了性能稳定的电火花沉积设备。90年代，日本在电火花强化技术的研究上有较大的突破，朝着增加涂层厚度与及获得均匀的涂层方向，研制出了较大功率的Sparkdepo强化设备。国外许多学者在理论研究方面进行了广泛的探索。前苏联学者深入研究了强化层的形式与及得到最佳强化结果的相关参数和条件。В.И.ЛВУРЛОВ等学者经过相关研究得出结论：改善表面质量最有效的方法是降低单个脉冲能量，采用高频脉冲发生器与及非接触的火花放电系统可以达到这一目的。Е.Levashov等人用高清晰度电子显微镜、X射线光电光谱进行铝合金强化层的微观结构和化学成分进行了分析[2]。在提高电火花强化效率方面，国外研究这也进行了大量的研究。这些工作在促进电火花表面强化方面起到了举足轻重的作用，为电火花表面强化的研究作出了巨大的贡献。我国对电火花表面强化技术的研究起步较早，国内电火花强化研制始于20世纪50年代。但由于当时缺乏技术理论的支持与及应用技术的推广，未能取得较大的发展。70年代因为在模具与刀具上的应用前景，电火花表面强化技术的实际应用重新受到国内学者的关注。国内一些单位开始研制电火花强化机，并有成品被批量生产。1977年，机械工业部苏州电加工机床研究所在对强化工艺与及设备的系统分析和研究中，研制出了D91系列电火花强化机。该强化机广泛应用于模具、量具和机械零件的强化与及磨损零件的修补。该系列强化机由泰州海陵电器批量生产。各大院校与及研究所在强化机理与及应用方面进行了大量的研究，并不断改进加工工艺。1981年电火花强化工艺被原机械部定位新工艺推广项目。90年代，随着工业技术的快速发展，人们对电火花强化机理有了更深入的了解。如燕山大学对强化层的性能进行了研究；中国矿业大学利用自适应控制原理，采用IGBT作为控制元件，研制了一套强化设备，并进行了工艺试验；中国农机院和哈尔滨工业大学利用该工艺强化和修复了数百件零部件，积累了丰富经验；清华大学和沈阳工业大学分别研制了新型强化设备，并进行了强化工艺的研究，获得了一些实验结果。这表明该技术已在国内日益受到重视[3]。电火花表面强化技术可在金属零件表面制造高硬度、耐磨、耐腐蚀与及一些其它特殊功能的涂层，大幅度提高零部件的性能和寿命，并且可修复破损零部件，且具有操作简单、设备轻便、应用范围广等诸多优点。国内对电火花强化的理论研究起步较早。国内一些高等院校和机械设计院在电火花强化机理和应用方面做了大量工作。为了在实用中能获得最佳强化过程，并提前预测强化层的特性，就必须知道影响强化层相结构、物理化学性能、应力状态和它的硬度、粗糙度、耐磨性、高温稳定的各种因素。这些因素包括电极材料、介质成分、电气参数、电极振动方式等，很多研究者都作了相关理论的研究。90年代，随着工业技术与科技的发展，电火花表面强化技术得到进一步发展。2、电火花表面强化技术原理电火花表面强化是直接利用电能的高能量密度对表面进行强化处理的工艺，它是通过电火花放电的作用，把作为电极的导电材料熔渗进金属工件的表层，从而形成合金化的表面强化层，使工件表面的物理、化学性能和机械特性得到改善[1]。电火花表面强化的基本原理是利用储能电源在电极材料与工件材料表面间产生脉冲火花放电，在极短的时间内电极与工件接触的部位达到8000~25000℃的高温，使得电源放出的电能在极短的时间与极短的空间内高度集中，从而将电极材料熔化。图1.1为电火花强化设备的结构原理图。电火花表面强化设备主要由脉冲电源、振动器与振动器电源构成，振动器电源向振动器提供电能使振动器带动电极做上下往复运动。电源、限流电阻与贮能电容器组成充电回路，电容器、电极与工件组成放电回路。通常电极连接电源正极，工件材料接电源负极。电极随着振动器向工件表面运动，当电极还未接触到工件时，放电回路处于断路状态，电源向电容器充电。当电极与工件接近到某个极限距离时，电场强度足以使介质被电离击穿，电极与工件件产生火花放电，使得电极材料端部熔化甚至爆炸性蒸发，产生的金属蒸汽、熔滴与及高温下被电离的气体构成电火花放电通道。熔融的电极材料在热力、电磁力与机械力的作用下向工件表面移动，最终沉积到工件表面，并且会有无数电蚀凹坑。通常情况下，工件材料也会被高温熔化，但是电极材料的熔化占优势，熔化的电极材料向工件表面迁移，在工件表面与工件材料形成合金层。电极继续向下运动，电极和工件接触，接触电阻减小，放电电压和电流急剧减小，放出的电能大幅度降低，同时原先的放电区域温度下降，熔融材料迅速在工件表面冷却凝固。接着电极跟随振动器向上运动，远离工件表面，放电回路断开，电源再次对电容器充电。这是电火花表面强化的一次充放电过程。图1.1电火花强化设备结构原理图单次单次脉冲放电只能在工件表面上形成一个放电凹坑，并伴随着少量电极材料的迁移。多次脉冲放电可以覆盖填平凹坑，并逐渐高处工件表面。随着放电次数的增多，多次放电逐渐堆积出强化层。实际上随着电极相对工件表面平移，反复多次电火花放电致使电极材料的迁移相互重叠连接，最终在工件表面上形成厚度均匀的强化层。3、电火花表面强化技术的特点电火花强化技术具有以下特点：设备简单，成本低。目前小型电火花沉积（堆焊）设备主要由脉冲电源和振动器两部分组成，携带方便，使用灵活。放电加工可直接在空气中进行，不需要特殊的保护装置和设备。涂层与基体材料为冶金结合，结合牢固，不会发生脱落。电火花加工时电极材料与工件材料在高温下熔合形成新的合金层，为冶金结合。强化过程为微小放电区域，热输入能量小，热影响区也很小，被加工材料不受热影响，使得被加工工件不会产生退火或受热变形。电极材料消耗小，且电极材料的选择范围广，可根据实际需要选择不同的电极材料。既可以对平面进行沉积，也可以加工曲面。强化可在室温下进行，对修复局部、少量损伤的工件具有灵活简便的优越性，不用拆卸设备就可以直接对缺陷部位进行修复，并且简化修复步骤，节省加工时间。操作简单，对操作人员的技术要求低。便于推广。4、电火花表面强化技术当前存在的问题由于电火花放电单次熔融的电极材料不可控，导致涂层的均匀性与连续性较差。电火花放电过程非常剧烈，放电时电极材料熔化甚至发生爆炸性蒸发，这导致加工过后的表面粗糙度较高。在电火花沉积时，电极放电不稳定，均匀性较差，且熔化的材料过渡受到电磁力、机械力的作用。导致沉积表面有起伏且厚度不均匀，沉积层存在孔洞等缺陷。在沉积过程中火花放电产生的高温使放电区域的电极材料熔化和气化，而后熔化、熔融的两极材料在极短的时间内冷却凝固形成沉积层，在下一次放电时，原先凝固的材料又会再次受到火花放电产生的高温作用而再次熔化，其所经历的时间是极短的，在这种反复极速冷却而又极速熔化并且温度梯度极大的作用下产生的循环热应力与组织应力不断积累，最后导致沉积表面产生微裂纹。电火花沉积过程直接在空气中进行，导致沉积层有氧化物质夹杂。5、电火花表面强化技术的应用范围随着现代工业的发展，对各种机械零部件的表面要求不断提高。在高速、高温、高压、重载和腐蚀介质等条件下，零部件材料的破坏往往自表面开始，如磨损、腐蚀、高温氧化等，表面的局部破坏经常使整个零部件失效，最终导致整个装备的瘫痪。利用各种物理、化学或机械的工艺规程能够使零部件表面获得特殊的材料成分、组织结构和性能，提高产品质量[5]。电火花强化可提高工件的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、抗高温氧化性与及红硬性。目前主要应用于提高模具、工具及耐磨件的耐磨性的强化处理和修复[6]。1.2.2其它表面强化方法1、激光表面合金化与熔覆激光表面处理属于高能量密度表面处理，采用高密度能源对材料表面进行加热，进行表面改性和合金化的工艺技术。其主要特征有：有限空间瞬时加热，一般高能束的斑点范围以毫米计算；快速加热和冷却，几毫秒时间就可以把金属表面局部加热到相变温度或熔化温度，冷却速度一般可达103自20世纪60年代初发现激光并研制出第一台激光器以来，激光技术迅速发展为世界范围内的高技术产业。激光应用的主要领域有切割、焊接与表面处理，在汽车、铁路、动力机械、电子、电气、泵与压缩机、计算机与及航空航天等部门发挥着重要的作用。激光表面处理在激光技术的发展初期应用并不广泛，随着现代工业技术发展的需求，激光表面处理的应用日益广泛。在进行激光表面处理时，照射到材料表面上的激光部分被表面的材料吸收，转化为热能，此时材料受热升温，发生固态相变、熔化甚至气化蒸发，随后冷却，此过程反复进行，使材料表面改性。激光加热的主要特点是高能量密度与精密可控，因此可对材料进行从固态相变、熔化到汽化的多种表面强化处理，如激光相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化与晶化、激光冲击硬化等。激光表面合金化技术是在高能激光束的作用下，在工件表面将一种或多种合金元素与工件材料一起熔化并快速凝固从而获得表面合金层。激光表面熔凝则是将外加的合金元素熔覆在基材表面从而获得表面合金层。激光表面熔覆需要利用激光束同时熔覆合金粉末与工件表面，使其达到冶金结合的强度，因此激光表面熔覆与激光表面合金化工艺非常相似。其主要区别在于：激光表面合金化是外加合金元素与工件材料合金化形成合金层，这导致外加的合金收到很大程度的稀释；激光表面熔覆形成的合金层仅有外加合金元素组成，仅有中间较窄区域受到稀释。这两种技术的工艺方法是通过改变外加合金元素的性质和数量与及控制激光工艺参数而达到不同的目的。激光表面合金化与熔覆具有以下特点：工件材料与合金材料的应用广泛；涂层的宽度与厚度可以精确控制；激光加热对工件内部的组织热影响小；可以控制好合金层的组织结构；工艺过程易实现自动化。2、物理气象沉积（PVD）气象沉积是覆盖层组成物通过物理、化学或物理化学的方法形成气相，然后沉积于基体（工件）表面的技术[7]。气相沉积膜从结构上可分为晶态与非晶态。沉积膜为晶态的成膜过程遵循从形核到长大的晶体生长规律。根据作用机理，气相沉积又可以分为物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition,PVD）与化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition,CVD）。物理气相沉积是在真空或低压放电条件下，利用物理方法（加热或高能粒子撞击等）将沉积物的材料气化为原子、分子或离子直接沉积到基体表面。早期的物理气相沉积技术主要用于在玻璃镜面镀膜。目前，物理气相沉积法已突破加工材料的限制，可以镀覆多种材料，既可以镀覆铜、铝、锌、铬等普通金属，又能镀覆钛、钨、铂、金等金属。物理气相沉积直接将涂覆物质气化后直接转化为固态，其包括三个基本过程：物质转化、气相运输、粒子沉积成膜。其整个过程基本都在真空或低压放电的条件下进行。物理气相沉积技术与其它表面处理技术相比具有以下优点：工艺温度相对较低；沉积速度快；涂层膜组织致密，附着力好；对环境友好无公害。然而物理气相沉积也有缺点：其设备价格一般比较昂贵，对操作人员的技术要求非常高。3、化学气象沉积（PVD）化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition,CVD）是在一定条件下，使混合气体在工件表面进行化学反应，并形成固态膜的工艺方法。化学气相沉积与物理气相沉积的差别在于物理气相沉积是通过镀材物质的蒸发而在基材上沉积成膜，而化学气相沉积是通过成膜元素的挥发性化合物与其它气相物质进行化学反应，从而在基材上沉积出非挥发性的物质而成膜。化学气相沉积基本过程包括：气体混合反应；运输；薄膜生长。化学气相沉积技术与其它表面处理技术相比具有以下优点：可制备各种高纯金属、半导体与化合物涂层，并能准确控制镀层的化学成分与结构；镀膜可以是晶态、非晶态；可以在较低温度下进行沉积；覆盖性比PVD好，能在深孔、凹面、阶梯面与及气它表明形状复杂的工件上进行沉积。设备成本低，操作人员技术要求相对较低，易于实现批量生产。化学气相沉积目前应用于集成电路块与微机芯片的制造，其沉积层为耐磨、耐蚀、耐热与及具有特殊功能，在工业上以被广泛应用。目前，化学气相沉积技术可以沉积硼、碳、硅、锗、硼化物、碳化物、硅化物、与及多种金属、合金、半导体与化合物薄膜。在涂层技术中，则可以运用在制取耐磨、耐蚀等表面功能薄膜，如硼化物、碳化物、硅化物等。1.3课题研究目的及内容1.3.1研究目的针对传统单一硬质电极电火花沉积存在的沉积物质不均匀，沉积表面有微裂纹且加工效率低下等问题，设置柔性电极电火花放电加工平台。设计并制作镍丝柔性电极，工件用304不锈钢，将镍丝熔覆到工件上，观察各个工艺参数对加工表面的影响。1.3.2研究内容根据已有电火花沉积的基本知识，利用设计并制作镍丝柔性电极，将柔性电极利用电火花放电平台熔覆到工件304不锈钢上。观察加工过后的工件表面是否涂层均匀、裂纹少甚至无裂纹。验证柔性电极与单一硬质电极相比之下的优越性。设置几组对照实验，研究不同工艺参数对加工表面的影响。1.4本章小结本章总结了电火花沉积的研究背景、意义与及研究状况。介绍几种不同表面涂层工艺的研究现状与及优缺点。并说明了电火花沉积的基本原理，阐述了电火花的优点，与及指出了单一硬质电极电火花加工的缺点。根据近年来学者的研究，利用柔性电极取代单一硬质电极，以获得表面涂层均匀、微裂纹少与及加工效率相对提高的工艺。2柔性电极电火花沉积原理和实验装置2.1柔性电极电火花沉积技术1、传统电火花加工的基本概念电火花加工（ElectricalDischargeMachine，EDM）的基本原理为：利用两极（工具电极与工件电极）在特定的介质中脉冲性火花放电产生电腐蚀现象来加工工件材料，使工件的尺寸、形状与及表面质量达到设计要求。电火花加工放电的过程是由电场力、磁力、热力、流体动力和电化学等综合作用。这个过程大致分为四个阶段：电极之间介质的电离、击穿并形成放电通道；电极材料熔化、气化、热膨胀；电极材料的抛出；极间介质的消电离。要实现电火花加工则需要满足以下条件：两极（工具电极与工件电极）之间在加工过程中必须保持一定的距离，由几个微米到数百微米。若两电极距离过大，则脉冲电压不能击穿介质而产生电火花放电；若两极过近，发生短路，两极间没有能量消耗，同样也不会产生电火花放电，更不可能实现点腐蚀加工。由此，加工过程中必须使用自动进给调节机构来控制两极间隙随加工状态变化而变化。电火花放电加工必须在有一定绝缘性能的介质中进行。对于液体介质，有压缩放电通道的作用，并且液体介质还可以将电火花放电加工过程中产生的极间废物废物排出。除此之外，液体介质还可以冷却电极和工件；局部放电区域的功率密度足够高，能满足放电通道对高电流密度的要求（一般为105~10电火花放电是由高频脉冲电源产生的瞬时性脉冲放电。火花放电的持续时间一般为10−7~10−3s。因为放电时间短，所以放电时产生的热量还来不及扩散到工件材料的内部，在前后两次脉冲放电的时间间隔内，要将上一次的放电的电蚀产物排除，并且让极间介质充分消电离而恢复绝缘状态，以此来保证接下来的脉冲放电不在同一点进行，以免形成电弧放电，保证重复性放电的顺利进行。2、传统电火花加工特点电火花加工是与传统机械加工完全不同的一种工艺方法。随着数控水平和工艺技术的不断提高，再加上电火花加工独特的优越性，电火花加工在越来越多的领域扩大应用，在机械、航空、航天、电子、核能、仪器、轻工等部门电火花加工发挥着越来越重要的作用，其可以加工各种难加工材料、复杂形状的零件与及制造有特殊要求的零件，电火花加工已经成为常规切削、磨削加工的重要补充手段和拓展。电火花加工有以下特点：适合加工难切削材料。电火花加工的原理是利用火花放电时的电热作用去破坏材料，工件材料的可加工性主要与材料的导电性与及其热学特性，如电阻率、熔点、沸点、气化点、比热容、热导率等密切相关，因此电火花加工可以加工任何导电的材料，不受材料硬度、韧性和脆性等限制，改变了传统的切削加工对刀具的限制，实现了用软的工具加工硬、韧的材料，甚至可以加工金刚石、立方氮化硼这一类超硬的材料，例如采用石墨、纯铜做电极可以加工淬火钢、硬质合金，甚至金刚石。另外，电火花加工时，电极与工件不接触，不受切削力的影响，不会因切削力而使被加工零件变形，进而不会使被加工零件产生误差。冷加工。加工时脉冲能量在极短的时间内间歇地作用在工件材料上，流动的工作液起到散热的作用，而电火花放电能量集中且是在很小的范围内，放电时的温度还来不及扩散就已被冷却，因此被加工工件几乎不受热影响。不需要复杂的切削运动，便可以加工形状复杂的零件表面。由于电火花加工过程中工具电极与工件始终保持一定的距离，并没有直接接触，因此没有机械加工的切削力，也因为如此，电火花加工适宜加工刚度低的工件与及进行微细加工。由于可以简单地直接将工具电极的形状复制到被加工的工件上，如具有复杂型腔的模具加工。但需要制造精度较高的工具电极，并且工具电极在加工过程中有一定的损耗，会在一定程度上影响精度。易于实现加工过程自动化，由于电火花加工是利用电能加工，而电能、电参数与机械量相比更易于实现数字控制、适应控制、智能化控制、和无人化操作等。但也正因为如此，电火花加工不能由手动操作实现，必须由控制系统自动完成。必须由性能良好的脉冲电源供电，用以保证加工效率与及工件表面质量。可以通过改进结构的设计，改善工件结构的工艺性。可以将拼镶结构的硬质合金冲模改为用电火花加工的整体结构，减少了加工和装配的时间，并且延长了使用寿命。例如喷气发动机中的叶轮，原来拼镶、焊接的结构可以通过电火花加工改善为整体叶轮制造，即大大提高了叶轮工作时的可靠性，有能减小体积和质量。只能加工能导电的材料，不能加工有机玻璃、尼龙与及其他绝缘材料。不像传统切削加工那样可以加工塑料、陶瓷等绝缘材料。但近年来研究表明，在一定条件下也可以用电火花加工半导体和聚晶金刚石等非导体材料。加工效率低，加工速度较慢。因此在一般制造工艺安排中，先采用切削切削方法去除大部分余量，然再在进行电火花加工，以此来提高生产效率。电极损耗影响成形精度。由于电火花加工时不仅蚀除工件材料，就连电极也会产生损耗，并且并且电极损耗多发生在尖角或底面，因此电极损耗会影响成形精度。最小角半径有限制。通常电火花加工能得到的最小角部半径略大于电火花加工放电间隙，若电极发生损耗或采用平动头加工，则角部半径还会进一步增大。但今年来得多轴数控电火花机床，通过X、Y、Z轴数控摇动加工，可以加工出棱角分明的方孔、窄槽的侧壁及底面。加工表面有变质层甚至裂纹。目前，电火花加工仍处于快速发展中，并且已经广泛应用到航空航天、电子、能源化工、原子能、计算机仪器仪表、电机电器与及精密机械等诸多领域。根据工具电极与工件相对运动的特点和用途不同，可以将电火花加工分成电火花穿孔成形加工、电火花线切割加工、电火花同步回转共轭加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类。前五类属于电火花成形加工、尺寸加工，是用来改变工件形状和尺寸的加工方法；而最后一类属于表面加工方法，用于改善或改变工件的表面性能。3、柔性电极电火花沉积的优越性针对传统电火花加工单一硬质电极加工后的表面有裂纹，加工效率低下，涂层分布不均匀等缺陷，设计柔性电极。将传统单一的硬质电极改为众多细小的柔性电极丝，使原来的单一高能量的火花放电转变为无数的小能量火花放电，涂层更均匀。2.2柔性电极电火花沉积实验原理柔性电极电火花实验原理图如下所示，图2.1。图中工件接电源负极，电极接电源正极，旋转电极带动柔性电极旋转。伺服控制系统控制电极与工件间的间距，电极旋转的同时镍丝尖端与工件表面产生电火花放电，使工件表面局部温度急剧升高，导致在很小的区域内电极与工件材料熔化甚至气化熔融的电极材料在热力、电磁力与机械力的作用下向工件表面移动，最终沉积到工件表面，并且会有无数电蚀凹坑。因为电极是无数根细小的电极丝组成，且同时有很多根电极丝与工件表面火花放电，因此加工效率很高，并且先前放电产生的凹坑又会被后来的凹坑覆盖，相对于单一硬质电极放电加工降低了表面粗糙度。图2.1柔性电极电火花实验原理图2.3实验装置2.3.1实验平台实验平台是自行搭设的电火花加工平台，主要由脉冲电源、旋转柔性电极与及电极进给系统等组成。电机座与及载物台如图2.2所示。其平台具有xyz三个自由度。图2.2电机座与及载物台脉冲电源如图2.3所示，是型号为YJDH-601的超声