【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)化；（4）可以改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改善結(jié)構(gòu)的工藝性等[15]。電火花加工的原理是利用刀具和工件（正、負(fù)電極）之間的電火花脈沖放電腐蝕去除多余的金屬，以達(dá)到零件加工要求預(yù)定的大小、形狀和表面質(zhì)量。放電腐蝕現(xiàn)象早在20世紀(jì)初就被人們發(fā)現(xiàn)。例如，插頭或電器開(kāi)關(guān)的接觸點(diǎn)，在打開(kāi)、接觸時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生電火花，接觸面被燒灼，從而變得粗糙，進(jìn)而被燒灼成坑。長(zhǎng)期以來(lái)，電火花腐蝕被人們一直認(rèn)為是有害的，人們不斷的研究產(chǎn)生電腐蝕的原因，并嘗試通過(guò)一定的手段來(lái)減輕和避免電腐蝕的產(chǎn)生。但是事情都是一分為二的，利害、優(yōu)缺點(diǎn)之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。只要掌握其中的規(guī)律，在某些情況下，事情可以從壞的轉(zhuǎn)變?yōu)楹玫?，?duì)人們有害的事物同樣可以轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)人們有利的。研究結(jié)果表明，電火花腐蝕產(chǎn)生的主要原因是：放電過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量，使電極達(dá)到非常高的溫度從而可以使任何的金屬局部熔化、氣化從而產(chǎn)生放電坑。這樣，人們?cè)谙朕k法避免電火花腐蝕金屬的同時(shí)，開(kāi)始研究如何利用該腐蝕用于金屬材料的加工。要達(dá)到這一目的，必須創(chuàng)造以下條件，解決下列問(wèn)題[16]：（1）必須使工件被加工表面與工具電極之間一直保持一定的放電間隙，隨著加工條件的變化，間隙也要相應(yīng)的變化，～。當(dāng)放電間隙過(guò)大時(shí)，機(jī)床加在正負(fù)電極之間的電壓將不能夠擊穿工作介質(zhì)，因而也將不會(huì)產(chǎn)生電火花，使加工不能夠進(jìn)行；當(dāng)放電間隙過(guò)小時(shí)，很可能造成短路，也不能產(chǎn)生電火花，影響加工的進(jìn)行。所以，電火花加工機(jī)床必須有相應(yīng)的工具電極自動(dòng)進(jìn)給裝置和調(diào)節(jié)裝置，以使在加工過(guò)程中能夠讓電極和工件之間有最利于加工的距離。（2）讓機(jī)床加在正負(fù)電極上的工作電壓為脈沖電壓，這樣在整個(gè)加工過(guò)程中，可以使放電加工進(jìn)行一段時(shí)間、停歇一段時(shí)間。這樣可以把放電產(chǎn)生的高能量聚集在放電點(diǎn)，在能量擴(kuò)散之前完成工件材料的去除；否則，持續(xù)放電，只能使大面積的溫升，使工件材料熔化、燒傷，該加工只能用于焊接或者切割，而無(wú)法完成電火花材料去除加工。（3）火花放電必須在煤油、皂化液、去離子水等有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行。只有介質(zhì)具有較高的絕緣強(qiáng)度，才有利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電。液體介質(zhì)還負(fù)責(zé)把火花放電過(guò)程中產(chǎn)生的碳黑、金屬小屑、小氣泡等電蝕產(chǎn)物從放電間隙中排出去，液體介質(zhì)還對(duì)電極和工件表面有冷卻的作用。電火花加工過(guò)程理論上可以分為四個(gè)階段，電火花加工去除材料就是這四個(gè)階段周而復(fù)始的疊加過(guò)程[15]。（1）極間介質(zhì)的擊穿與放電工具電極與工件之間在脈沖電壓的作用下將形成一個(gè)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度隨著兩電極間電壓的升高或極間距離的減小而增大。兩電極間的電場(chǎng)強(qiáng)度并非均勻，這是因?yàn)楣ぞ唠姌O和工件的微觀表面是凹凸不平的，而且兩電極間的距離有非常小。液體介質(zhì)中帶電粒子在電場(chǎng)的作用下迅速聚集于電場(chǎng)強(qiáng)度最大處，使極間電場(chǎng)更不均勻，當(dāng)陰極表面某處的場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)106V/cm時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生場(chǎng)致電子發(fā)射，由陰極表面逸出電子。電子在電場(chǎng)作用下向陽(yáng)極高速運(yùn)動(dòng)并碰撞介質(zhì)中的中性粒子，產(chǎn)生碰撞電離，形成帶正電的粒子和帶負(fù)點(diǎn)的電子，碰撞電離持續(xù)發(fā)生并迅速增多，使介質(zhì)擊穿而放電，該過(guò)程非常迅速，一般為107～108s，間隙電阻迅速?gòu)慕^緣狀況降低到幾分之一歐姆，間隙電流迅速增大。由于放電通道直徑很小，所以通道中的電流密度高達(dá)105～106A/cm2。（2）能量的轉(zhuǎn)換、分布與傳遞極間介質(zhì)一旦被擊穿，脈沖電源將瞬時(shí)釋放能量，把電能轉(zhuǎn)化為熱能、磁能、動(dòng)能、聲能、光能等。其中大部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，使兩電極放電點(diǎn)和通道本身溫度迅速上升，該處局部產(chǎn)生熔化或氣化，通道中的介質(zhì)也氣化或者熱分解；還有一部分熱量在傳導(dǎo)、輻射過(guò)程中消耗掉。（3）電極材料的拋出脈沖放電初期，放電點(diǎn)的局部金屬材料在瞬時(shí)高溫的作用下氣化和熔化。短促的氣化會(huì)產(chǎn)生非常大的熱爆炸力，被加熱至熔化狀態(tài)的材料被擠出或?yàn)R出。在脈沖放電的初始階段或者脈沖放電持續(xù)時(shí)間短時(shí)，這種熱爆炸力拋出效應(yīng)顯著。而整個(gè)脈沖放電期間，主要是電動(dòng)力和流體動(dòng)力在起主要作用。放電過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡壓力很大，放電結(jié)束后，氣泡溫度停止上升，但是氣泡在介質(zhì)液體的慣性作用下繼續(xù)增大，從而泡內(nèi)的壓力急劇降低，甚至?xí)档酱髿鈮阂韵拢纬删植空婵?，使溶解在過(guò)熱和熔化材料中的氣體析出，熔化的高溫材料本身在低壓下繼續(xù)沸騰。熔融金屬材料及其蒸汽在壓力驟降的情況下從小坑中再次沸騰飛濺而被拋出。（4）極間介質(zhì)的消電離一次脈沖放電結(jié)束后，有一段時(shí)間間隔，使間隙介質(zhì)消電離，恢復(fù)本次放電通道處間隙介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，而順利的按照兩極相對(duì)電阻率最小或最近處形成下一擊穿放電通道。這一脈沖間隔時(shí)間的選擇，不僅要考慮介質(zhì)本身消電離所需的時(shí)間，還要考慮電蝕產(chǎn)物排離出放電區(qū)域的難易程度。電火花加工的原理決定了其具有一定的局限性，如：只能用于加工金屬等導(dǎo)電材料，加工速度一般較慢，存在電極損耗，最小角部半徑有限制，加工后的表面由無(wú)數(shù)小凹坑組成，粗、中加工時(shí)較毛糙，且表面有一薄薄的變質(zhì)層。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)材料以及加工質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，電火花加工技術(shù)作為一種特種加工在未來(lái)的加工制造中所起的作用將會(huì)越來(lái)越重要，其加工質(zhì)量會(huì)隨著科技的進(jìn)步而不斷提高，新的科技也將會(huì)在電火花加工當(dāng)中應(yīng)用的越來(lái)越多。目前，電火花加工主要分為以下幾種加工：（1）微細(xì)電火花加工；（2）電火花線切割加工；（3）混粉電火花加工；（4）空氣中放電電火花加工；（5）電火花銑削加工；（6）電火花表面改性和堆積加工；（7）特殊材料（如：超硬材料、半導(dǎo)體材料、絕緣材料）的電火花加工；（8）電火花復(fù)合加工；（9）高速電火花小孔加工等[14]。隨著產(chǎn)品性能、精度、材料、信息、技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，電火花加工技術(shù)向著更深層次、更高水平的方向發(fā)展，發(fā)展的總體趨勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）多軸聯(lián)動(dòng)化；（2）微細(xì)化；（3）高效化；（4）多元化；（5）綠色化；（6）復(fù)合化[17]。2 電火花加工試驗(yàn)企業(yè)給學(xué)校機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代制造研究所提供的試驗(yàn)用的殷鋼為大塊體，且表面粗糙，氧化嚴(yán)重，無(wú)法用以試驗(yàn)用，因此必須經(jīng)過(guò)一定的嚴(yán)格的處理才能被用于實(shí)驗(yàn)室的微精密電火花加工試驗(yàn)用。加工試樣的制備步驟包括切割、粘接、研磨、清洗等四步。（1）切割從大塊狀的殷鋼體上切割下755520mm的殷鋼小塊體。考慮到加工費(fèi)用的問(wèn)題，利用鋸片對(duì)大塊殷鋼進(jìn)行切割，之后又使用砂輪對(duì)殷鋼小塊體的兩面進(jìn)行磨削，而不用電火花線切割，雖然線切割制造試樣的表面精度高，且兩個(gè)7555mm的表面平行度好。經(jīng)加工下來(lái)的殷鋼小塊體經(jīng)過(guò)后期的進(jìn)一步加工處理同樣能夠達(dá)到試驗(yàn)要求的精度，因此不用電火花線切割也是可以的。（2）粘接用鋸片切割下來(lái)的殷鋼塊體要經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的研磨才能符合試驗(yàn)要求的精度。而本試驗(yàn)采用手工研磨，所用設(shè)備為現(xiàn)代制造研究所超凈實(shí)驗(yàn)室的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)重力式研磨拋光機(jī)（）。由于殷鋼試樣體積較小、質(zhì)量較輕，且非回轉(zhuǎn)型塊體，為方便研磨，需要把試樣粘貼在圓盤試驗(yàn)塊上，以利于試驗(yàn)操作，所用粘貼劑為石蠟。 旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)重力式研磨拋光機(jī)（3）研磨現(xiàn)代制造研究所超凈實(shí)驗(yàn)室的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)重力式研磨拋光機(jī)主旋轉(zhuǎn)盤的最大轉(zhuǎn)速為400rpm，試驗(yàn)中所用的轉(zhuǎn)速為120rpm，輔以試樣自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，用自來(lái)水冷卻并沖洗研磨中磨下來(lái)的金屬粉末以及砂紙的沙粒。研磨的目的是為了去除鉗工切割時(shí)導(dǎo)致的深的劃痕，同時(shí)使殷鋼塊體的試驗(yàn)加工表面達(dá)到一定的表面粗糙度，以適合電火花加工。本試驗(yàn)研磨時(shí)所用的濕磨砂質(zhì)粒度號(hào)從小到大為400、600、800、1000。為防止將殷鋼塊體加工表面磨黑，應(yīng)嚴(yán)格控制每次研磨的時(shí)間。研磨次數(shù)、。 殷鋼研磨時(shí)間及次數(shù)砂紙?zhí)柫６?006008001000研磨時(shí)間（s）1201206030研磨次數(shù)3322（4）清洗研磨完的殷鋼試樣仍然粘在圓柱試驗(yàn)塊上，為使其脫離試驗(yàn)塊，先在電磁爐上加熱整個(gè)粘接體（加熱時(shí)，讓圓盤試驗(yàn)塊在下，防止劃傷磨好的殷鋼表面），當(dāng)粘接劑石蠟熔化后，用鑷子將殷鋼試樣從圓盤上取下，接著用試紙吸試樣上的石蠟，重復(fù)三次，再用酒精棉擦拭，重復(fù)幾次，直到試樣被清洗干凈為止，最后用水沖洗，高壓氣槍吹干。（整個(gè)過(guò)程中試樣及試驗(yàn)塊溫度很高，應(yīng)時(shí)刻注意避免燙傷）將研磨完成的殷鋼試樣（）拿到超凈實(shí)驗(yàn)室的Olympus MX40型金相顯微鏡（）下觀察，該金相顯微鏡具有明、暗場(chǎng)模式，能實(shí)現(xiàn)50～1000倍放大，并具有外接設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)圖像采集和保存功能，用該顯微鏡觀察試樣表面形貌，拍照并保存照片，但是在觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)殷鋼表面偶爾會(huì)有一些微小的“空洞”（），分析為在鑄造加工殷鋼時(shí)由于排氣措施不合理，造成了殷鋼內(nèi)部溶有氣體，從而造成了孔洞缺陷（圖中的形狀不規(guī)則的黑色部分），由于這樣的缺陷很少、且面積很小，對(duì)整個(gè)電火花加工結(jié)果的影響極小，故可以忽略不計(jì)。顯微鏡下觀察在磨完的表面上有錯(cuò)綜復(fù)雜的微觀劃痕，表