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EDM 加工基础原理
技术部李跃文
第一章
一个电火花的过程
了解 EDM 加工中电极和工件间发生的加工情况对 EDM 用户帮助非常大,了解 EDM 加工的理论的基
本知识有助于解决技术问题,有助于正确选择电极,有助于理解适合一项工作的材料为什么有时候在另一
项工作中却差强人意的原因。了解 EDM 操作原理,有助于操作者提高工作效率,降低人为出错率。如果
加工技术与操作技巧相结合,那么将会使你成为一个出色的 EDM 技师。
第一节间隙内放电加工的原理

,相互间的距离由电压(间
隙(GAP)电压)来决定。在图示位置将产生高
电压(高压空载电压), 电解液开始被电离。


在放电加工时,电极带正极性电向工件表面靠近后保持一定的距离,这时候的距离由电压决定,这时
的电压——叫间隙(GAP)电压(产生电火花时,机床电压表所显示的电压值)。间隙电压可以通过机床预
先设定,设定的间隙电压越低,电极与工件的距离越小。在电极与工件未到达设定的距离时,电极带着高
压电压,这时的电压——叫高压空载电压(放电未产生电火花时,机床电压表所显示的电压值)。高压空
载电压同样可以通过机床预先设定,不同机床有不同的电压设定值。
众所周知,火花油(介质油)是良好的绝缘物,但是电压足够大时可以使它分解成带电离子,因此,
在产生电火花前的高压空载电压设定越高,就越容易分解电离子。



, 低压电能从电极传
送至工件表面。

悬浮在火花油中的石墨微粒和金属微粒有助于电流的传导,这些微粒能够参与火花油的电离,直接携
带电流,还可以促进火花油被电离击穿,随着带电离子的增多,火花油绝缘能力开始下降。如图最高点所
示,当电极和工件表面的距离最小时,电场最强,因此电流可以从电极间接(电极与工件放电加工中永远
会保持一定距离的)传输到工件,电压开始下降,电流上开始上升。


,产生了极高的热能。
随着电流的上升增加,热量快速积聚,使部分火花油、工件和电极气化,形成放电通道,而产生电火
花。



,在电化学反应的作用下,产
生一个氢气泡。


随着不断的电流流过电极,热量不断上升,一个气泡试图向外膨胀,但由于离子受到强烈的电磁场作
用,不断冲向放电通道,这股冲力抑制了气泡的膨胀。此时,电流不断增加,电压继续下降。



,直接位于能量柱下面的材料将处

于熔融状态。



当脉冲将近结束时,电流和电压都呈稳定状态,气泡中的热量和压力达到最大值,一些金属被熔蚀(包
括电极,所以熔点低的电极材料会熔融损耗较大)。此刻,直接位于柱形放电通道下的金属层处于熔融状
态,受到气泡的压力而原地不动。



,氢气泡发生内爆,把熔化的材料从
放电间隙内排射出去。


当一进入间歇(休止),电压和电流就降至零。温度骤然下降和失去电磁场作用,导致气泡爆炸,熔
融的金属被抛离工件表面。由于爆炸力的作用,被抛离的金属物向周围排射而撞击到电极,若电极为脆性
或结构疏松的材料时,又或者电极此时得不到及时冷却时,电极因此亦会出现撞击损耗。


,由于材料被移除,工件上产生了
一个凹腔。未被抛离的熔融金属凝固成重铸层。
此时新的火花(介质)油涌入型腔,冲走杂质,冷却工件和电极表面。在这时候,若没有足够的火花
油及油压把抛离出来的熔融金属冲走,重铸层变厚,蚀除量降低。但是大压力的冲油,又会把电极表面来
不及冷却的熔融层冲走,使电极损耗增大。熔点低的电极材料熔融层更厚,被冲走的会更多,所以当铜和
石墨做电极时,铜电极冲油过大会增加损耗就是这个原理,石墨的结构颗粒度比铜大及熔点比铜高,冲油
压力要比铜更大,排除杂物更好而不会增加损耗。

的铜(碳)屑一起分散在介质油中。没有破碎的
气泡浮到表面。紧接着下一个放电周期又开始。

如果间歇(休止)不够长,,冲油状况不当,排除杂质困难,那么杂质可能会集结起来,影响放电的
稳定性。在这种情况下还可能会产生直流拉弧(二次放电),损坏电极和工件。
以上八张图示说明了单个电火花加工周期中发生的过程状态。一个电火花周期由脉冲和间歇构成。脉
冲和间歇以时间微秒(μs ,一百万分之一秒)为单位(机床的设定亦会以级数设置)。如下图示(以夏米
尔 EDM 为例),它们的时间可以各在 至 3200 微秒(1 至