电火花加工
电火花加工（Electric Discharge Machining）是一种通过电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，是最早的非传统加工工艺之一，又称放电加工或电蚀加工。典型的电火花加工系统由四个主要组件组成，包括电源、伺服系统、介质流体和电极。电火花加工不受限于工件材质等因素，工具与工件之间无明显的机械切削力，受到的温度影响很小，适合对难加工材料进行加工。电火花加工技术因具有独特的优势，已被大量用于汽车、航空、航天等领域，其中应用最广泛的有钻孔、型腔加工和微细电火花加工等。
概念简述
电火花加工是利用浸没在工作液中的工具电极和工件电极之间产生脉冲性放电进行熔化蚀除加工的特种加工方法，也被称为电火花侵蚀。电火花加工过程基于工件和电极之间产生的大量热量，通过熔化和汽化从母材中去除不需要的材料，去除范围可以被限制在小区域内。
电火花加工技术在20世纪40年代后期发展起来，基于在绝缘介质流体存在的情况下进行加工。电火花加工的电极和工件之间不直接接触，因此可以消除机械应力和避免振动问题，可以在轻薄工件上执行精细的操作。电火花加工可以得到任何传统加工工艺无法获得的形状，在加工过程中，只要材料能导电，任何硬度的材料都可以被切割。
发展历史
电火花加工的起源可以追溯到1770年，当时英国科学家约瑟夫·普里斯特利（Joseph Priestly）发现了放电的侵蚀效应，但此时的科学家并不知道如何控制该技术的腐蚀效应并将其用于加工。又过了173年，才有人提出了利用放电的破坏性效应开发一种加工导电材料的受控工艺的想法，这是一种利用放电产生的能量进行制造的方法。
1943年，苏联的两位科学家拉扎连科夫妇（B. R. Lazarenko和N. I. Lazarenko）在尝试减少钨电极的腐蚀时无意中发现，将电极浸没在绝缘介质中可以控制放电造成的腐蚀，这一发现催生了世界上第一台电火花加工机床的开发，电火花加工开始得到充分利用。在这之后，Lazarenko夫妇完善了放电过程，该过程由两个导体之间的连续放电组成，这两个导体被一层非导电液体膜隔开。电火花加工在20世纪70年代中期开始商业化发展，它开始成为一种可行的技术，20世纪80年代中期，电火花加工技术被转移到机床上，这一转变使得电火花加工比传统加工工艺更为广泛。
加工原理
电火花加工原理是基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除金属工件材料。通过在工具和工件之间产生快速和重复的火花放电来控制导电材料的侵蚀，火花放电之间的间隔约为0.01到0.5毫米。间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，在直流脉冲的作用下，间隙中的绝缘介质流体被电离，两极间的工作液被击穿，产生脉冲放电，从而使火花放电在工具和工件之间通过。
在放电微细通道中，金属材料立刻被熔化、汽化，由于周围流体的惯性，熔融物质被从表面带走，放电点处就被蚀除一个微小的凹坑痕迹，经过短暂的时间，极间恢复绝缘，进行下一次脉冲放电，每次去除的金属量取决于电火花放电所消耗的电能和所消耗的时间。电弧的温度可以达到10000摄氏度左右，当电弧被电脉冲终止时，金属蒸气被电介质火，因此磨屑始终是球形的，磨损碎屑被持续循环的电介质流体带走。电弧总是在离工具电极最近的工件表面的一个点上产生，上所述的过程每秒继续若干次，每次脉冲从工件上去除一个小的磨损颗粒，这样就能在工件上加工出需要的形状。
系统组成
电源
电源通过传统的固态整流将输入的交流电源转换为直流电源。电火花加工技术在高功率和低频率下去除大部分工件材料，即粗加工操作，然后在低功率和高频率下去除剩余的少量材料，即精加工操作。通过改变晶体管的开关占空比，从而改变脉冲宽度和重复频率。感应电极和工件之间的电压是电源的另一项功能。由于电压与电极间隙之间存在直接关系，电极和工件之间的间隙随着金属的去除而增大，而电火花加工电源电压取决于火花间隙，这需要不断保持，通过伺服控制的电极馈电装置，连续地感知火花间隙并移动工具电极，使其能够在整个过程中保持恒定的间隙距离。
伺服系统
电火花加工过程的效率与电极与工件之间的间隙距离密切相关，在切割操作中连续供给电极的伺服系统必须通过控制电极的进给来保持最佳间隙距离，以精确匹配材料的去除速率。电极进给所需的间隙距离是根据一定的间隙电压设置的，在此过程中，持续监测实际间隙电压。设定间隙电压和实际间隙电压之间的差值（称为误差电压）被送入伺服放大器，伺服放大器反过来控制伺服阀，从而通过与工作头相连的活塞杆控制液压油流向油缸。
介质流体
介质流体主要承担电火花导体、冷却剂和冲洗介质的作用。绝缘介质流体应具有足够和稳定的电介质强度，以保持工具和工作之间的绝缘，直至达到击穿电压。一旦发生放电，应迅速熄灭火花。同时，介质流体应具有低粘度和良好的润湿能力，以提供有效的冷却机制，并用作冲洗剂，从加工间隙中去除切屑颗粒。大量的流体满足这一要求，并被用作电介质流体，其中最常用的是碳氢化合物液体、硅基油和纯水，例如煤油和含乙二醇的水。
电极
在电火花加工过程中，电极的形状以互补的形式印在工件上，因此电极的形状和精度对加工工件的最终精度起着非常重要的作用。一般要求电极材料必须易于加工、磨损小、能加工成各种形状、是电和热的优良导体、在工件上提供良好的表面光洁度、能抵抗侵蚀过程中的变形，并且应对工件产生有效的材料去除率。电火花加工的形状精度的主要限制是电极磨损，这种磨损取决于工件和电极本身的材料、绝缘介质类型、冲洗条件、切割速度和电源类型。
加工特点
优点
（1）适用于加工处理任意难数控刀具导电材料。在加工过程中通过放电时产生的电热作用，将电能转换为热能，使金属熔化并气化来完成材料的去除，因此材料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热学特性，不受限于工件材质等因素。
（2）工具电极的硬度可以比被加工物料的硬度小，从而打破了常规的切削工艺对切削刀具的限制，有利于对一些用常规机床难以或不能进行加工的特殊材质及复杂形状的工件进行加工。
（3）可以加工特殊及复杂形状的零件。加工过程中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，有一个极小的放电间隙，因此适用于特殊、精密、复杂的零件的加工。
（4）直接利用电能进行加工，便于实现加工工艺的自动化，并可以改善工件的组织结构，简化加工工序，延长工件的使用寿命，减轻工人的工作压力，使用维护方便。
缺点
（1）主要用来对诸如金属之类的导电材料进行加工，并且只在特定的情况下才能对半导体和非导体材料进行处理。
（2）加工速率低。为了提高生产效率，一般都是先通过机械数控刀具去除多余的部分，然后进行电火花加工。
（3）存在电极损耗。由于大部分的电极损失主要集中在尖角处或者底部，所以会对成形的精度产生一定的不利影响。
（4）最小角部半径有限制。普通的电火花加工工艺可获得的最小拐角半径与加工间隙相等，如果存在电极损失或使用平动加工和摇动加工，角部半径也会增加。
具体应用
电火花钻孔
在电火花加工方法中，钻孔加工是使用最广泛的一种加工应用，它可以加工任何硬度和韧性的导电物料，尤其适用于加工硬度较高但难以用常规切削刀具加工的工件。由于刀具和工件在加工时都没有旋转运动，所以可以对任意形状的孔进行加工。电火花钻孔加工是将金属从工件中剥离出来，刀具和阴极连接，而把工件的电极连接到阳极上，在进行加工的时候，刀具和工件都浸泡在液态的介质中，既可以将刀具的形状准确地复制到工件上，又可以避免工件上腐蚀掉的金属被镀到刀具电极上。
电火花型腔加工
电火花型腔加工与钻孔加工相比，加工工艺困难得多，是一种较难的盲孔，在工艺条件上存在诸多不良因素。其突出的特征是：工件的腐蚀能力较强、工作液体的流通不畅、产物清除困难、加工区域大、材料去除量大以及型腔结构较为复杂等。因此，电火花型腔加工需从设备、电源、工艺等各方面采取措施来弥补上述因素造成的影响，以保证加工精度，提高生产率。与机械加工相比，电火花型腔加工质量好，表面粗糙度小，可以有效减少切削加工和人工操作，而且可以防止因热处理造成的变形。
微细电火花加工
产品尺寸逐渐缩小的趋势使微细电火花加工得到了快速的发展。微细电火花加工不仅可以加工直径最小为微米级的微孔和微轴，还可以加工复杂的三维微孔。微细电火花加工技术可用于生产微型引脚、微型喷嘴和微型管腔等微型零件，此外，利用微细电火花加工替代光掩模的方法生产集成电路具有一定的可行性。微细电火花加工技术研究取得了突破性进展，尤其在装置研发、电极制备、工艺研究等方面取得了不菲成绩，推动了微细电火花技术的实践应用。
电火花高速小孔加工
高速小孔加工技术在20世纪80年代中期被广泛采用，是一种全新的、高效率的微细孔径加工工艺。从其加工机理和实质上讲，电火花高速加工小孔技术是属于电火花加工的一种，但它的加工方法有其自身的特点，比如采用了浸没处理，利用工作液对中空电极施加压力，进行强迫排屑和冷却，快速排除电极产物，并加强了电火花放电的蚀除效果。
电火花线切割加工
电火花线切割加工是以电火花成型工艺为基础的一种加工工艺。采用细金属丝作为工具电极，通过数控机床来按预设轨道对工件进行切割，故称电火花线切割加工。它的电极丝与脉冲电源的阴极相连，而工件与脉冲电源的阳极相连，脉冲电源向工具电极和工件电极输出一系列的脉冲。在脉冲电压的作用下，驱动工作台带动零件不断进给，就切制出所需要的形状。在电火花线切割加工过程中，电极丝连续运动，其损失较小，寿命更久，因此具有较高的加工精度。
电火花线切割加工可以用来处理普通数控刀具方法不能加工或较难完成加工的复杂零件，节省了成型电极和模具的成本，从而大大减少了零件的制造时间。但与常规的切削加工工艺比较，电火花线切割加工的效率较低，而生产成本比较高，不适用于加工大量外形简单的工件。
参考资料
What is Electric Discharge Machining (EDM)?.Peak.2023-01-11