6、电火花加工物理机制研究

电火花加工物理机制研究

1. 引言

电火花加工（EDM）是一种非传统的制造工艺，它通过在工具（电极）和工件之间产生一系列重复的电火花来去除工件材料。在电火花成型加工（die - sink EDM）中，工具和工件通常放置在介电流体中，以1 - 100 kHz的高重复率脉冲产生放电。采用重复脉冲模式放电是为了防止放电转变为不受控制的电弧，从而避免损坏工具和工件。脉冲导通时间从几微秒到几百微秒不等，并且在两个脉冲之间提供足够的时间来冲洗掉工具和工件之间间隙中放电产生的碎屑。

这种技术广泛应用于制造业，可对各种导电材料（如金属、金属合金、石墨，甚至一些陶瓷材料）进行高精度加工，而不受其硬度的影响。电火花加工的优点是工具和工件之间没有直接的物理接触，消除了加工过程中的机械应力、颤振和振动问题。然而，它也存在一些局限性和缺点，主要包括材料去除率（MRR）较低、电极磨损率高、表面和亚表面损伤以及形成薄而脆的热影响区。

为了减轻这些限制和缺点，研究人员一直在不断努力，试图更好地理解这一过程，并引入了一些创新技术，如使用超声波振动、磁场、不同类型的介电介质（包括干式和近干式加工环境中的不同气体）、在介电流体中添加粉末以及与其他加工工艺（如电化学加工）进行混合等。尽管电火花加工在工业中已经使用了约75年，并且通过持续的研究取得了一些进展和创新，但仍有一些现象尚未得到很好的理解。

当在工具和工件之间施加电压，且中间存在介电质时，电火花的引发是通过一些杂质的电离或局部桥接间隙的小颗粒的爆炸性蒸发实现的。电火花的引发具有随机性，并且在这个过程中，间隙中会发生多种现象，包括介电质中的电离和等离子体形成、电子与离子之间的相互作用、工具和工件材料的汽化和熔体喷射，以及一些释放的材料在工具和工