電火花技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展分析

1、電火花技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景專業(yè)：11機(jī)械設(shè)計與制造姓名：金攀學(xué)號：1106964009摘要：特種加工從加工面積變化、加工件結(jié)構(gòu)尺寸,加工時間以及電極裝夾技巧和電極材料選取等方面分析電火花加工中影響電極損耗、變形的各種因素,提出了具體有效的措施,對改善加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率以及延長電極使用壽命具有一定的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：特種加工電火花加工原理1.特種加工概述特種加工是指那些不屬于傳統(tǒng)加工工藝范疇的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用機(jī)械能切除多余材料的傳統(tǒng)加工方法。特種加工是近幾十年發(fā)展起來的新工藝,是對傳統(tǒng)加工工藝方法的重要補(bǔ)充與發(fā)展,目前仍在繼續(xù)研究開發(fā)和改進(jìn)。直接利用電能、熱能、聲能

2、、光能、化學(xué)能和電化學(xué)能，有時也結(jié)合機(jī)械能對工件進(jìn)行的加工。特種加工中以采用電能為主的電火花加工和電解加工應(yīng)用較廣，泛稱電加工。特種加工亦稱“非傳統(tǒng)加工”或“現(xiàn)代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能、聲能及特殊機(jī)械能等能量達(dá)到去除或增加材料的加工方法，從而實現(xiàn)材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等。20世紀(jì)40年代發(fā)明的電火花加工開創(chuàng)了用軟工具、不靠機(jī)械力來加工硬工件的方法。50年代以后先后出現(xiàn)電子束加工、等離子弧加工和激光加工。這些加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流進(jìn)行加工。對于高硬度材料和復(fù)雜形狀、精密微細(xì)的特殊零件,特種加工有很大的適用性和發(fā)展?jié)摿?在模具、

3、量具、刀具、儀器儀表、飛機(jī)、航天器和微電子元器件等制造中得到越來越廣泛的應(yīng)用。特種加工的發(fā)展方向主要是：提高加工精度和表面質(zhì)量，提高生產(chǎn)率和自動化程度，發(fā)展幾種方法聯(lián)合使用的復(fù)合加工，發(fā)展納米級的超精密加工等2 .特種加工發(fā)展特種加工是20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的，由于材料科學(xué)、高新技術(shù)的發(fā)展和激烈的市場競爭、發(fā)展尖端國防及科學(xué)研究的急需，不僅新產(chǎn)品更新?lián)Q代日益加快，而且產(chǎn)品要求具有很高的強(qiáng)度重量比和性能價格比，并正朝著高速度、高精度、高可靠性、耐腐蝕、高溫高壓、大功率、尺寸大小兩極分化的方向發(fā)展。為此，各種新材料、新結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜的精密機(jī)械零件大量涌現(xiàn)，對機(jī)械制造業(yè)提出了一系列迫切需要解決的新

4、問題。例如，各種難切削材料的加工；各種結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、尺寸或微小或特大、精密零件的加工；薄壁、彈性元件等剛度、特殊零件的加工等。對此，采用傳統(tǒng)加工方法十分困難，甚至無法加工。于是，人們一方面通過研究高效加工的刀具和刀具材料、自動優(yōu)化切削參數(shù)、提高刀具可靠性和在線刀具監(jiān)控系統(tǒng)、開發(fā)新型切削液、研制新型自動機(jī)床等途徑，進(jìn)一步改善切削狀態(tài)，提高切削加工水平，并解決了一些問題；另一方面，則沖破傳統(tǒng)加工方法的束縛，不斷地探索、尋求新的加工方法，于是一種本質(zhì)上區(qū)別于傳統(tǒng)加工的特種加工便應(yīng)運(yùn)而生，并不斷獲得發(fā)展。后來，由于新穎制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人們就從廣義上來定義特種加工，即將電、磁、聲、光、化學(xué)等能量或

5、其組合施加在工件的被加工部位上，從而實現(xiàn)材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等的非傳統(tǒng)加工方法統(tǒng)稱為特種加工。3 .特種加工運(yùn)用領(lǐng)域特種加工技術(shù)在國際上被稱為21世紀(jì)的技術(shù)，對新型武器裝備的研制和生產(chǎn)，起到舉足輕重的作用。隨著新型武器裝備的發(fā)展，國內(nèi)外對特種加工技術(shù)的需求日益迫切。不論飛機(jī)、導(dǎo)彈，還是其它作戰(zhàn)平臺都要求降低結(jié)構(gòu)重量，提高飛行速度，增大航程，降低燃油消耗，達(dá)到戰(zhàn)技性能高、結(jié)構(gòu)壽命長、經(jīng)濟(jì)可承受性好。為此，上述武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)平臺都要求采用整體結(jié)構(gòu)、輕量化結(jié)構(gòu)、先進(jìn)冷卻結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)，以及鈦合金、復(fù)合材料、粉末材料、金屬間化合物等新材料。為此，需要采用特種加工技術(shù)，以解決武器裝備制造中

6、用常規(guī)加工方法無法實現(xiàn)的加工難題，所以特種加工技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域是：難加工材料，如鈦合金、耐熱不銹鋼、高強(qiáng)鋼、復(fù)合材料、工程陶瓷、金剛石、紅寶石、硬化玻璃等高硬度、高韌性、高強(qiáng)度、高熔點材料。難加工零件，如復(fù)雜零件三維型腔、型孔、群孔和窄縫等的加工。低剛度零件，如薄壁零件、彈性元件等零件的加工。以高能量密度束流實現(xiàn)焊接、切割、制孔、噴涂、表面改性、刻蝕和精細(xì)加工。4 .特種加工特點1、不用機(jī)械能，與加工對象的機(jī)械性能無關(guān)，有些加工方法，如激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學(xué)加工等，是利用熱能、化學(xué)能、電化學(xué)能等，這些加工方法與工件的硬度強(qiáng)度等機(jī)械性能無關(guān)，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐

7、腐蝕、高熔點、高強(qiáng)度、特殊性能的金屬和非金屬材料。2、非接觸加工，不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性極低元件及彈性元件得以加工。3、微細(xì)加工，工件表面質(zhì)量高，有些特種加工，如超聲、電化學(xué)、水噴射、磨料流等，加工余量都是微細(xì)進(jìn)行，故不僅可加工尺寸微小的孔或狹縫，還能獲得高精度、極低粗糙度的加工表面。4、不存在加工中的機(jī)械應(yīng)變或大面積的熱應(yīng)變，可獲得較低的表面粗糙度，其熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩(wěn)定性好。5、兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復(fù)合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用。5 .電

8、火花技術(shù)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(zhì)(常用煤油或礦物油或去離子水)中。工具電極由自動進(jìn)給調(diào)節(jié)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(0.010.05mm)。當(dāng)脈沖電壓加到兩極之間，便將當(dāng)時條件下極間最近點的液體介質(zhì)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(10107Wmm,放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時高溫足以使材料熔化甚至蒸發(fā)，以致形成一個小凹坑。第一次脈沖放電結(jié)束之后，經(jīng)過很短的間隔時間，第二個脈沖又在另一極問最近點擊穿放電。如此周而復(fù)始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，它

9、的形狀最終就復(fù)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。6 .電火花技術(shù)特點1 .脈沖放電的能量密度高，便于加工用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。2 .脈沖放電持續(xù)時間極短，放電時產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小，材料受熱影響范圍校3 .加工時，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作用力極校工具電極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。4 .可以改革工件結(jié)構(gòu)，簡化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動強(qiáng)度。8.電火花技術(shù)分類(1)按照工具電極的形式及其與工件之間相對

10、運(yùn)動的特征，可將電火花加工方式分為五類：(2)利用成型工具電極，相對工件作簡單進(jìn)給運(yùn)動的電火花成形加工；(3)利用軸向移動的金屬絲作工具電極，工件按所需形狀和尺寸作軌跡運(yùn)動，以切割導(dǎo)電材料的電火花線切割加工；(4)利用金屬絲或成形導(dǎo)電磨輪作工具電極，進(jìn)行小孔磨削或成形磨削的電火花磨削；(5)用于加工螺紋環(huán)規(guī)、螺紋塞規(guī)、齒輪等的電火花共腕回轉(zhuǎn)加工；小孔加工、亥旺人表面合金化、表面強(qiáng)化等其他種類的加工。7 .電火花技術(shù)主要用途1 .制造沖模、塑料模、鍛模和壓鑄模。2 .加工小孔、畸形孔以及在硬質(zhì)合金上加工螺紋螺孔。3 .在金屬板材上切割出零件。4 .加工窄縫。5 .磨削平面和圓面。6 .其它(如強(qiáng)

11、化金屬表面，取出折斷的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面復(fù)雜的零件等)。8 .電火花技術(shù)發(fā)展歷程電火花加工是利用兩極見脈沖放電時產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象，對材料進(jìn)行加工的方法。早在十九世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象叫做電腐蝕。起初，電腐蝕被認(rèn)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(chǎn)生的原因和防止的辦法。當(dāng)人們掌握了它的規(guī)律之后，便創(chuàng)造條件，轉(zhuǎn)害為益，把電腐蝕用于生產(chǎn)中。研究結(jié)果表明，當(dāng)兩極產(chǎn)生放電的過程中，放電通道瞬時產(chǎn)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

12、拋離電極表面，形成放電腐蝕的坑穴。二十世紀(jì)四十年代初，人們進(jìn)一步認(rèn)識到，在液體介質(zhì)中進(jìn)行重復(fù)性脈沖放電時，能夠?qū)?dǎo)電材料進(jìn)行尺寸加工，因此，創(chuàng)立了“電火花加工法”。電火花加工技術(shù)作為特種加工領(lǐng)域的重要技術(shù)之一，最早應(yīng)用于二戰(zhàn)時期折斷絲錐取出時的加工。隨著人類進(jìn)入信息化時代，電加工技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，可控性更高，數(shù)字化程度更好。在中國電火花加工技術(shù)起步稍晚。根據(jù)中國的國情，實現(xiàn)電火花加工技術(shù)的原始創(chuàng)新是很困難的，只能采取引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的策略，因為這套系統(tǒng)集成了很多學(xué)科領(lǐng)域的知識，如計算機(jī)的軟硬件、微電子、數(shù)控、電力半導(dǎo)體、機(jī)械技術(shù)、電氣技術(shù)等，是多方面、多學(xué)科集成的產(chǎn)品，是比較復(fù)雜的高

13、科技產(chǎn)品。國內(nèi)現(xiàn)在顯然還沒有一個能夠獨立進(jìn)行原始創(chuàng)新的團(tuán)隊，因此注定要經(jīng)歷一個長時間痛苦的積淀過程，所以我認(rèn)為中國的電火花技術(shù)創(chuàng)新之路別無選擇。政府也越來越認(rèn)識到高校已經(jīng)不再是創(chuàng)新的主戰(zhàn)場，必須依托企業(yè)才能實現(xiàn)。制造業(yè)是一個傳統(tǒng)行業(yè)。一個國家的發(fā)展終歸要落腳于制造業(yè)，因此作為基礎(chǔ)工業(yè)，制造業(yè)必定擁有永久的生命力，而電加工行業(yè)也不例外。隨著各項技術(shù)的不斷發(fā)展，電加工技術(shù)也在進(jìn)步，至于一項技術(shù)能夠發(fā)展多久，也要看這個行業(yè)中的人怎樣去盡心敬業(yè)、鉆研并推進(jìn)它。眾所周知，模具也是一個國家發(fā)展的基礎(chǔ)行業(yè)，許多批量生產(chǎn)的產(chǎn)品都離不開模具，而電火花加工是制造模具的最主要技術(shù)之一。電火花加工仿形逼真以柔克剛，只

14、要是導(dǎo)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，這是其他加工方法無法比擬的。電火花加工的另一個特點是可進(jìn)行精密微細(xì)加工，微小孔、異型腔等的微細(xì)加工是其他設(shè)備無法替代的。這些特點決從技術(shù)發(fā)展過程來看，電火花加工技術(shù)經(jīng)歷了手動電火花加工、液壓伺服、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)等一系列過程?？刂葡到y(tǒng)也越來越復(fù)雜，從單軸數(shù)控到3軸數(shù)控、再到多軸聯(lián)動。20世紀(jì)90年代初期，3軸電火花機(jī)在國內(nèi)還是空白，主要是從日本和瑞士引進(jìn)。后來國內(nèi)發(fā)展大概經(jīng)歷了以下幾個階段：首先制造主機(jī)，也就是機(jī)械部分，相對較為簡單；此后是數(shù)控系統(tǒng)部分，可以理解為引進(jìn)；之后是整個電源，是消化階段。經(jīng)歷這三個階段之后是吸收，最后是再創(chuàng)新。對電火花加工而言，最核心的部分就是數(shù)控系統(tǒng)部分，當(dāng)然花費(fèi)的精力也最多。我認(rèn)為電火花成形機(jī)下一步的發(fā)展空間在精密微細(xì)和特殊材料兩個方面。特殊材料（如航空航天領(lǐng)域用的材料）專機(jī)，窄槽窄縫、異型腔的加工，精密模具等領(lǐng)域都是發(fā)展重點。在精加工方面，曾經(jīng)有過高速銃要代替電火花的傳言，現(xiàn)在證明這是不