【行业资讯】电火花加工技术全解析：原理、分类与应用实践

1、电火花加工基础知识

电火花加工（EDM）通过工具和工件之间脉冲性火花放电的电腐蚀作用，精确控制工件尺寸、形状及表面质量，工作液在此过程中起冷却和排屑作用。电火花加工，又称EDM，其核心原理是利用工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象，从而去除多余的金属，实现对工件尺寸、形状及表面质量的精准控制。

在加工过程中，工件与工具电极分别与脉冲电源的两个不同极性的电极相连，而工作液则作为放电介质，发挥着冷却、排屑等多重作用。

1.1　电极和工作液的选择

工具电极材料需具备高导电性、耐电蚀特性，如铜、石墨等。工具电极通常选用导电性好、熔点高且易于加工的耐电蚀材料，例如铜、石墨以及铜钨合金和钼等。尽管在加工中工具电极会有所损耗，但其损耗量远小于工件金属的蚀除量，几乎可以忽略不计。

工作液则选粘度适中、绝缘稳定者，如煤油、去离子水，以保障加工顺利进行。 同时，为确保加工的顺利进行，我们通常会选择粘度适中、闪点高且性能稳定的介质作为工作液，如煤油、去离子水或乳化液等。

1.2　加工过程与伺服系统应用

在电火花加工过程中，当两电极间施加脉冲电压，且工件与电极保持适当间隙时，工作液介质会被击穿，从而形成放电通道。加工中，工具电极与工件间放电熟料生成电蚀坑，伺服系统自动调整电极位置，确保加工的稳定和精确。这个通道中会产生瞬时高温，导致工件表面材料熔化甚至气化。同时，工作液介质也会气化，并在放电间隙处迅速热膨胀，产生爆炸效果，使得工件表面的一小部分材料被蚀除并抛出，形成微小的电蚀坑。

随着脉冲放电的结束，经过短暂的间隔后，工作液介质恢复绝缘状态。这样，脉冲电压可以再次作用于工件和工具电极上，上述的放电、蚀除过程便不断重复。在整个加工过程中，伺服系统会持续调整工具电极与工件的相对位置，实现自动进给，从而确保脉冲放电的稳定进行，进而完成零件的加工。

2、电火花成形加工与线切割加工

2.1　电火花成形加工

成形加工统一使用定制形状紫铜或石墨电极，可生产各种型腔。在电火花成形加工中，所使用的工具电极通常为紫铜或石墨材质，且其形状可自由定制，因为其能够制作出任意所需的型腔。

2.2　电火花线切割加工

包括慢走丝和快走丝方式，主要用细电极丝加工高精度或大量直纹面零件。电火花线切割加工包含慢走丝与快走丝两种方式，该过程通常采用直径介于0.1mm至0.3mm范围内的电极丝，以实现对贯通直纹面零件的精确加工，这些零件既包括凸模，也包括凹模孔。

2.3　表面结构的变化

在电火花线切割加工过程中，工件表面形成三层结构：冲击层、硬质层、受热层，这些变化影响工件表面属性。不仅有工件的表面会发生变化，其次表面同样会受到影响。加工完成后，工件表面的结构可以划分为三层。

3、电火花加工的分类与应用

3.1　加工分类与特点

加工分类包含成形、磨削、共轭等多种形式，可加工难以切削的复杂形状。电火花加工方式可根据工具电极的形式及其与工件间的相对运动特征进行分类。具体包括：采用成型工具电极，对工件进行简单进给运动的电火花成形加工；利用轴向移动的金属丝作为工具电极，工件则按照预定形状和尺寸进行轨迹运动，从而实现导电材料的切割，即电火花线切割加工；通过金属丝或成形导电磨轮作为工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；以及用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工。此外，还包括小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工方式。

3.2　应用领域与挑战

电火花加工在模具和零件制造领域有着广泛应用，尤其适用于加工具有复杂形状的型孔和型腔。主要用于模具、复杂零件制造，适合处理硬脆材料，但需处理变质层及烟雾污染。它还能处理各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等。此外，深细孔、异形孔、深槽、窄缝以及切割薄片等也是电火花加工的常见应用场景。同时，电火花加工也用于制造各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。

电火花加工具有独特优势，能够处理普通切削加工难以应对的材料和复杂形状工件。其加工过程中无切削力，因此不会产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷。而且，工具电极材料无需比工件材料更硬，直接使用电能进行加工，非常适合实现自动化。然而，加工后表面会产生变质层，在某些应用中可能需要进一步去除。同时，工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理也存在一定挑战。