A 工
具
电
Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
极 脉
冲
(a)
(b)
(c)
电
源
工件电极
(d)
(e)
图2-1 电火花加工原理
(1) 极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图2-1(a)所 示)。工具电极与工件电极缓缓靠近，极间的电场强度增大， 由于两电极的微观表面是凹凸不平的，因此在两极间距离最 近的A、B处电场强度最大。
工具电极与工件电极之间充满着液体介质，液体介质中 不可避免地含有杂质及自由电子，它们在强大的电场作用下， 形成了带负电的粒子和带正电的粒子，电场强度越大，带电 粒子就越多，最终导致液体介质电离、击穿，形成放电通道。 放电通道是由大量高速运动的带正电和带负电的粒子以及中 性粒子组成的。由于通道截面很小，通道内因高温热膨胀形 成的压力高达几万帕，高温高压的放电通道急速扩展，产生 一个强烈的冲击波向四周传播。在放电的同时还伴随着光效 应和声效应，这就形成了肉眼所能看到的电火花。
(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图2-1(b)、(c)所 示)。液体介质被电离、击穿，形成放电通道后，通道间 带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子奔向负极，粒子间 相互撞击，产生大量的热能，使通道瞬间达到很高的温度。 通道高温首先使工作液汽化，进而气化，然后高温向四周 扩散，使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气化。 气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增，形成了爆炸的 特性。所以在观察电火花加工时，可以看到工件与工具电 极间有冒烟现象，并听到轻微的爆炸声。
上述步骤(1)～(4)在一秒内约数千次甚至数万次地往 复式进行，即单个脉冲放电结束，经过一段时间间隔(即 脉冲间隔)使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲又作用到工 具电极和工件上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘 强度最弱处击穿放电，蚀出另一个小凹坑。这样以相当 高的频率连续不断地放电，工件不断地被蚀除，故工件 加工表面将由无数个相互重叠的小凹坑组成(如图2-2所 示)。所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而 成的去除金属的加工方式。
2.1.1 电火花加工的物理本质 电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与
工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电 火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化， 从而将金属蚀除下来。那么两电极表面的金属材料是如 何被蚀除下来的呢？这一过程大致分为以下几个阶段 (如图2-1所示)：
(2) 二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基 本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。
(3) 最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为 加工间隙，线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上 加工间隙。
2．不同特点
(1) 从加工原理来看，电火花加工是将电极形状复 制到工件上的一种工艺方法(如图2-3(a)所示)。在实际 中可以加工通孔(穿孔加工)和盲孔(成型加工)(如图23(b)、(c)所示)；而线切割加工是利用移动的细金属导 线(铜丝或钼丝)做电极，对工件进行脉冲火花放电，切 割成型的一种工艺方法，如图2-4所示。
(a) 加 工 示 意 图
5
4
3
2
1 1—绝 缘 底 板 ； 2—工 件 ； 3—脉 冲 电 源 ； 4—滚 丝 筒 ； 5—电 极 丝
(b) 线 切 割 加 工 原 理 示 意 图
图2-4 线切割加工
(2) 从产品形状角度看，电火花加工必须先用数控加工 等方法加工出与产品形状相似的电极；线切割加工中产品 的形状是通过工作台按给定的控制程序移动而合成的，只 对工件进行轮廓图形加工，余料仍可利用。
图2-5 加工产品实例
(5) 从应用角度看，电火花加工可以加工通孔、盲 孔，特别适宜加工形状复杂的塑料模具等零件的型腔 以及刻文字、花纹等(如图2-5(a)所示)；而线切割加工 只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形状复杂的窄 缝及各种形状复杂的零件(如图2-5(b)所示)。
(a) 电火花加工产品
(b) 线切割加工产品
(3) 从电极角度看，电火花加工必须制作成型用的电极 (一般用铜、石墨等材料制作而成)；线切割加工用移动的细 金属导线(铜丝或钼丝)做电极。
(4) 从电极损耗角度看，电火花加工中电极相对静止， 易损耗，故通常采用多个电极加工；而线切割加工中由于 电极丝连续移动，使新的电极丝不断地补充和替换在电蚀 加工区受到损耗的电极丝，避免了电极损耗对加工精度的 影响。
(4) 极间介质的消电离(如图2-1(e)所示)。加工液流 入放电间隙，将电蚀产物及残余的热量带走，并恢复 绝缘状态。若电火花放电过程中产生的电蚀产物来不 及排除和扩散，产生的热量将不能及时传出，使该处 介质局部过热，局部过热的工作液高温分解、积炭， 使加工无法继续进行，并烧坏电极。因此，为了保证 电火花加工过程的正常进行，在两次放电之间必须有 足够的时间间隔让电蚀产物充分排出，恢复放电通道 的绝缘性，使工作液介质消电离。
(3) 电极材料的抛出(如图2-1(d)所示)。正负电极间产 生的电火花现象，使放电通道产生高温高压。通道中心 的压力最高，工作液和金属气化后不断向外膨胀，形成 内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排 挤，抛出放电通道，大部分被抛入到工作液中。仔细观 察电火花加工，可以看到桔红色的火花四溅，这就是被 抛出的高温金属熔滴和碎屑。
(a) 单 脉 冲 放 电 凹 坑
(b) 多 脉 冲 放 电 凹 坑
图2-2 电火花表面局部放大图
2.1.2 电火花加工、电火花线切割加工的特点 1．共同特点 (1) 二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的热 来熔解去除金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬度 无关，加工中不存在显著的机械切削力。
电极 工件
3
2
1—工 件 ； 2—脉 冲 电 源 ；
3—自 动 进 给 调 节 系 统 ； 4—工 具 ； 5—工 作 液 ；
1
6—过 滤 器 ； 7—工 作 液 泵
4 5 6 7
(a) 电 火 花 加 工 原 理 示 意 图
(b) 穿 孔 加 工 电极 工件
(c) 成 型 加 工
图2-3 电火花加工