电火花 你真的明白电火花加工的原理吗？

也许你在生产中天天接触EDM，但你真的了解EDM吗？

首先，你知道EDM技术是怎么产生的吗？1943年，前苏联科学院院士拉扎连科和他的妻子在研究火花放电腐蚀损坏开关触头的现象和原因时，发现电火花瞬间的高温可以熔化、汽化局部金属，腐蚀金属，从而开创并发明了EDM。

以下是关于电火花加工原理的详细介绍。

电火花加工是一种通过脉冲放电微过程中产生的高温(瞬时温度高达10000°C)熔化和刻蚀材料的加工方法。

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脉冲放电的微观过程

电火花加工是通过连续放电去除金属的过程。虽然一次脉冲放电的时间很短，但它是一个电磁学、热力学和流体力学的复杂过程。综上所述，脉冲放电过程可分为以下几个阶段:

1)电极间介质的电离和击穿以及放电通道的形成

当在工具电极和工件之间施加脉冲电压时，在两个电极之间立即形成电场。电场强度与电压成正比，与距离成反比。随着极间电压的增加或极间距离的减小，极间电场强度也会增加。由于工具电极和工件的微观表面很粗糙，电极之间的距离很小，电极之间的电场强度非常不均匀，电极之间最近的突出点或尖端的电场强度通常最大。当电场强度增加到一定量时，电介质击穿，放电间隙电阻从绝缘状态迅速降低到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大值。因为通道直径很小，所以通道中的电流密度很高。间隙电压从击穿电压迅速下降到火花保持电压(一般在20~30V左右)，电流从0上升到一定的峰值电流。

2)介质的热分解、电极材料的熔化、汽化和热膨胀

一旦极间介质电离击穿，形成放电通道，脉冲电源使通道间的电子高速冲向阳极，正离子冲向阴极。电能变成动能，动能通过碰撞变成热能。因此，通道中阳极和阴极的表面分别成为瞬时热源，达到非常高的温度。通道的高温使工作液体介质汽化，然后通过热裂解分解汽化。这些汽化的工作流体和金属蒸汽的体积突然增大，在放电间隙中变成气泡，迅速膨胀并具有爆炸特性。观察EDM过程，可以看到放电间隙冒出气泡，工作液逐渐变黑，听到轻微清脆的爆炸声。EDM主要依靠热膨胀和局部微爆，使熔化汽化的电极材料被抛掉和刻蚀掉。

3)扔掉电极材料

通道上的放电点以及阳极和阴极表面的瞬时高温使工作液汽化，金属材料熔化汽化，热膨胀产生瞬时高压。通道中心的压力最高，使汽化气体不断向外膨胀，高压的熔融金属液和蒸汽被挤出，甩入工作流体中。由于表面张力和内聚力的作用，抛出的物质表面积最小，凝聚时凝结成细小的球形颗粒。

熔化汽化后的金属从电极表面甩出时，四处飞溅，除了大部分被甩入工作液中收缩成小颗粒，小部分飞溅、包覆、吸附在对面电极表面。这种相互喷溅、镀覆、吸附的现象，在一定条件下，可以用来减少或补偿加工过程中工具电极的损耗。

事实上，金属材料的蚀刻和投掷过程是复杂的。目前，人们对这一复杂机制的认识仍在加深。

4)电极间介质的去离子

随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速下降到零，但之后应该还有一段时间对间隙介质进行去离子，即放电通道中的带电粒子复合成中性粒子，恢复该放电通道处介质的绝缘强度，降低电极表面温度，以避免下次在同一地点重复放电而产生电弧放电， 从而确保下一个击穿放电通道形成在极间最近的地方或电阻率最低的地方。

因此，为了保证正常的电火花加工过程，两次脉冲放电之间应有足够的脉冲间隔时间。另外，要有分散转移击穿和放电点的空间，否则放电只会发生在一个点附近，容易形成电弧。

02

五种不同的放电状态

放电状态是指EDM中每个脉冲在放电间隙放电时的基本状态。一般分为五种放电状态，如下图所示。

脉冲参数以及脉冲电压和电流波形

1)开路(空负载脉冲)

放电间隙中没有击穿，间隙中有50V以上的电压，但间隙中没有电流流动，处于空负载状态。

2)火花放电(工作脉冲或有效脉冲)

间隙内绝缘性能好，工作液体介质击穿后能有效甩出和刻蚀金属。其波形特点是:小锯齿波，电压和波形高频振荡。

3)短路(短路脉冲)

放电间隙直接短路，是伺服进给系统瞬时进给过大或放电间隙中电偶腐蚀产物重叠造成的。间隙短路时，电流大，但间隙两端电压很小，没有刻蚀作用。

4)电弧放电(稳定的电弧放电)

由于排屑不良，放电点集中在某一部位而不分散，局部热量积聚，温度上升，出现恶性循环，此时火花放电变成电弧放电。因为放电点固定在某一点或某一部位，所以称为稳弧，往往会造成电极表面积碳和烧伤。电弧放电的波形特征是高频振荡的小锯齿消失。

5)过渡电弧放电(不稳定电弧放电，或不稳定火花放电)

过渡电弧放电是正常火花放电和稳定电弧放电之间的过渡状态，是稳定电弧放电的前兆。波形的特点是击穿延迟很小或接近于零，只变成尖锐的尖峰，电压安培计上的高频分量变低或稀疏之字形。

上述放电状态在实际加工中交替出现，并有可能发生(与加工标准和进给速度、油冲洗、污染等有关)。)，甚至在单脉冲放电过程中，也可能交替出现两种以上的放电状态。

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