大偉金屬制品之電火花加工的特點及微觀過程

　   電火花加工中，加工材料的去除是靠放電時的熱作用實現的，材料的可加工性主要取決于材斜的導電特性及其熱學特性，如熔點、沸點(汽化點)、比熱容、熱導率、電阻率等，而幾乎與其力學性能(硬度、強度)無關，因此適合于加工難以切削加工的材料。

　　放電加工中，加工工具電極和工件不直接接觸，沒有機械加工中的切削力，因此適宜加工低剛度工件及微細加工。由于可以簡單地將工具電極的形狀復制到工件上，因此特別適用于復雜表面形狀的加工。

　　電火花加工是直接利用電能進行加工，而電能、電參數較機械量易于數字控制、智能控制和無人化操作。

　　由于電火花加工具有許多傳統切削加工所無法比擬的優點，因此其應用領域日益擴大，目前已廣泛應用于機械(特別是模具制造)、宇航、航空、電子、電機電器、精密機械、儀器儀表、汽車拖拉機、輕工等行業，以解決難加工材料及復雜形狀零件的加工問題。加工范圍可小至幾微米的小軸、孔、縫，大到幾米的超大型模具和零件。

　　電火花加工的局限性在于：主要用于導電材料的加工;一般加工速度較慢;存在電極損耗。

　　了解放電加工的機理，即金屬材料蝕除的微觀過程，有助于掌握電火花加工中各種基本規律，并能對脈沖電源、機床設備等提出合理的要求。

　　由于放電時間很短，放電間隙很小，所以放電加工的機理相當復雜。實驗結果表明，電火花加工的微觀過程是電力、磁力、熱力、流體動力、電化學和膠體化學等綜合作用的結果。這一過程大致可分為以下幾個連續的階段：極間介質的擊穿與放電;能量的轉換、分布與傳遞;電極材料的拋出;極間介質的消電離。

　　由于工具電極和工件的微觀表面是凹凸不平的，極間距離又很小，因而極間電場強度是很不均勻的，兩極之間離得最近的突出點或尖端處的電場強度一般為最大。當陰極表面某處的場強增加到105V/mm以上時，就會產生場致電子發射，由陰極表面向陽極逸出電子。在電場作用下負電子高速向陽極運動并撞擊工作液介質中的分子或中性原子，產生碰撞電離，形成帶負電的粒子(主要是電子)和帶正電的粒子(正離子)，導致帶電粒子雪崩式增多，使介質擊穿而放電。從雪崩電離開始到建立放電通道的過程非常迅速，一般小于0.1μs，間隙電阻從絕緣狀況迅速降低到幾分之一歐姆，間隙電流迅速上升到最大值(幾安到幾百安)。由于放電通道直徑很小，所以通道中的電流密度可高達105～106A/cm。間隙電壓則由擊穿電壓迅速下降到火花維持電壓一般為(25V)，電流則由0上升到某一峰值電流。圖4.1.4所示為矩形波脈沖放電時的電壓和電流波形。

　　放電通道是由數量大體相等的帶正電(正離子)和帶負電粒子(電子)以及中性粒子(原子或分子)組成的等離子體。帶電粒子高速運動時相互碰撞，產生大量的熱，使通道溫度相當高，但分布是不均勻的，從通道中心向邊緣逐漸降低，通道中心溫度可高達10000℃以上。由于放電時電流產生磁場，磁場反過來對電子流產生向心的磁壓縮效應。由于受到放電時的磁壓縮效應和周圍介質動力壓縮效應的作用，通道瞬間擴展受到很大阻力，放電開始階段通道截面很小，其初始壓力可達數十甚至上百兆帕。高壓放電通道以及瞬時形成的氣體分子團(以后發展成氣泡)急速擴展，并產生強烈的沖擊波向四周傳播。在放電過程中，同時還伴隨著一系列派生現象，其中有熱效應、電磁效應、光效應、聲效應及頻率范圍很寬的電磁波輻射和爆炸沖擊波等。