【正文】 問題的探討：，包括放電間隙、表面粗糙度、直線度及加工速度；；。第二章 電火花加工基本原理 氣體的放電特性 放電時(shí)指電流通過絕緣介質(zhì)（氣、液或固）的一種現(xiàn)象，放電是一種極為復(fù)雜的過程，對(duì)于電火花加工條件下微小電極間隙內(nèi)的放電現(xiàn)象，目前探討的還不深入，通常引用大間隙條件下的氣體放電過程來說明。當(dāng)置于氣體中的兩金屬電極上的電壓逐漸升高時(shí)，由于外界的高能粒子能使介質(zhì)電離，形成了很小的電離電流，即0a段對(duì)于液體，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生氣體，也存在電離電流，電壓繼續(xù)提高會(huì)使絕緣部分破壞，造成電暈放電，即ab段，這是一種不穩(wěn)定的放電狀態(tài)，帶電粒子不能自行增殖，只能在某些局部產(chǎn)生和消滅，保持平衡的放電。但電弧放電在工業(yè)上可用作光源、熱源、焊接等用處。從介質(zhì)擊穿到電弧放電之間的過渡形式稱為脈沖放電（即為廣義火花放電）。脈沖放電又可分為火花放電和過渡電弧放電，前者的特點(diǎn)是放電電流密度和伏安特性有急劇的變化（bc）段，后者的特點(diǎn)是放電電流密度隨時(shí)間而下降，放電電壓隨電流的增加而降低（cd）段。了解這一微觀過程，有助于掌握電火花加工工藝的基本規(guī)律，對(duì)脈沖電源、進(jìn)給裝置、機(jī)床設(shè)備等提出合理的要求。這一過程大致可分為以下四個(gè)連續(xù)階段：極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道；介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹；電極材料的拋出；極間介質(zhì)的消電離。電場強(qiáng)度與電壓成正比，與距離成反比，隨著極間電壓的升高或是極間距離的減小，極間電場強(qiáng)度也將隨著增大。液體介質(zhì)中不可避免地含有某種雜質(zhì)(如金屬微粒、碳粒子、膠體粒子等)，也有一些自由電子，使介質(zhì)呈現(xiàn)一定的電導(dǎo)率。在電場作用下電子高速向陽極運(yùn)動(dòng)，并撞擊工作液介質(zhì)中的分子或中性原子(在化學(xué)，物理中任何分子都是由一種或多種元素的原子組成的。把最外層軌道上的負(fù)電子撞離出去，形成帶負(fù)電的粒子(主要是電子)和帶正電的粒子(子核和軌道剩余的電子構(gòu)成的正離子)。這種由于電場強(qiáng)度增高引起電子發(fā)射形成的間隙擊穿稱為場致發(fā)射擊穿。電火花加工中，熱擊穿過多，易引起放電點(diǎn)集中而不分散，導(dǎo)致積碳而轉(zhuǎn)為電弧放電。由于通道直徑很小，所以通道中的電流密度可高達(dá)105～106A/cm2。間隙電路中導(dǎo)線有了電感，或脈沖電源開關(guān)元件頻率響應(yīng)低，則上升下降的都會(huì)不陡。正負(fù)帶電粒子相反方向高速運(yùn)動(dòng)相互碰撞。但分布是不均勻的，從通道中心向邊緣逐漸降低。電能變成動(dòng)能，動(dòng)能通過碰撞又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋Ｍǖ栏邷貙⒐ぷ饕航橘|(zhì)氣化，進(jìn)而熱烈分解氣化，如煤油等碳?xì)浠衔锕ぷ饕海邷睾罅呀獬蓺錃?、乙炔、甲烷、乙烯、游離碳黑等；水基工作液則熱分解成氫氣、氧氣的分子甚至原子等。這些氣化后的工作液和金屬蒸氣，瞬間體積猛增，在放電間隙內(nèi)形成氣泡，迅速熱膨脹。電火花加工過程中，可看到放電間隙冒出氣泡，工作液逐漸變黑，聽到輕微的清脆爆炸聲。圖23氣化膨脹通道和正負(fù)極表面放電瞬時(shí)高溫使工作液氣和金屬材料熔化、氣化，熱膨脹產(chǎn)生很高的瞬時(shí)壓力。氣泡上下、內(nèi)外的瞬時(shí)壓力并不相等，壓力高處的熔融金屬液體和蒸氣，就被排擠、拋出而進(jìn)入工作液中，如圖24所示。實(shí)際上熔化和氣化了的金屬拋離電極表面時(shí)，向四處飛濺，除絕大部分拋入工作液中收縮小顆粒外，還有一小部分飛濺、鍍覆、吸附在對(duì)面電極表面上。半裸在空氣中的電火花加工時(shí)，可看見到桔紅色甚至藍(lán)白色的火花四濺，它們就是被瞬時(shí)局部高壓微爆炸拋出的金屬高溫熔滴和小屑，與磨削時(shí)看到的火花類似。進(jìn)一步分析電加工后的產(chǎn)物，在顯微鏡下可看到除了游離的碳粒、大小不等的銅和鋼的球狀顆粒之外，還有一些鋼包銅、銅包鋼、互相飛濺包容的顆粒。從而保證在別處按兩極相對(duì)最近處或電阻率最小處形成下一擊穿放電通道。脈沖火火花放電時(shí)產(chǎn)生的熱量不及時(shí)傳出，帶電粒子的自由能不易降低，將大大減少復(fù)合的幾率，使消電離過程不充分，結(jié)果將使下一個(gè)脈沖放電通道始終集中在某一部位，使介質(zhì)和金屬表面局部過熱而破壞消電離過程。同時(shí)工作液局部高溫分解后可能結(jié)碳，在該處聚成焦粒而在兩極間搭橋，使加工無法進(jìn)行下去，并燒傷電極和工件。但總的來說，消電離時(shí)間較快，只需5～50μs)，還要考慮電蝕產(chǎn)物排離放電區(qū)域的難易程度(與脈沖爆炸力大小、放電間隙大小、抬刀及加工面積有關(guān))。到目前為止，人們對(duì)于電火花加工的微觀過程的了解還是很不夠，諸如工作液成分作用間隙介質(zhì)的擊穿，放電間隙內(nèi)的狀況，正負(fù)電極間能量的轉(zhuǎn)換與分配，材料的拋出，電火花加工中熱場、流場、力場的變化，通道結(jié)構(gòu)及其振蕩，以及煤油工作液的熱分解、裂變、帶電碳微粒在正電極上的吸附等膠體化學(xué)現(xiàn)象等等，都還需要進(jìn)一步探討。每次脈沖放電時(shí)，通道內(nèi)及正、負(fù)極放電點(diǎn)瞬時(shí)分別獲得大量熱能。實(shí)踐表明，無論正極或負(fù)極，都存在單個(gè)脈沖的蝕除量Vwe與單個(gè)脈沖的能量We成正比的關(guān)系。由于火花放電間隙的負(fù)阻特性，擊穿后的火花維持電壓20～25V 左右的常值，而與空載電壓擊穿電壓的關(guān)系不大。但實(shí)際加工中，存在著開路（未擊穿）、正常電火花放電、不穩(wěn)定電弧、穩(wěn)定電弧和短路等。即脈沖利用率λ小于1。當(dāng)然實(shí)際生產(chǎn)時(shí)要考慮到這些因素之間的相互制約關(guān)系和對(duì)其工藝指標(biāo)的影響。實(shí)驗(yàn)證明，即使所有的加工參數(shù)相同，電火花線切割加工時(shí)工件接正極或負(fù)極，其蝕除量或切割速度也是不一樣，這種由于正、負(fù)極性接法不同而蝕除量不一樣的現(xiàn)象叫做“極性效應(yīng)”。一般而言，～40μs，即用短脈沖加工時(shí)，負(fù)極的蝕除量小于正極。其電能和動(dòng)能較多地轉(zhuǎn)換成熱能用以蝕除金屬。在這種情況下切割時(shí)工件應(yīng)接正極，稱為“正極性加工”或“正極性接法”。這是因?yàn)殡S著脈沖寬度和放電時(shí)間的加長，質(zhì)量和慣性較大的正離子也逐漸獲得了加速，陸續(xù)地轟擊在負(fù)極表面上。但是電火花線切割加工中，加工脈寬大于300μs時(shí)，加工電流可達(dá)30～50A左右，由于電極絲很細(xì)（～）承受不了這么大的電流而被燒毀。從提高切割速度和減少電極絲損耗來看（對(duì)于WEDMHS而言），極性效應(yīng)越顯著越好。因此一般都采用單向、直流脈沖電源進(jìn)行電火花線切割加工，或者用阻尼二極管把負(fù)半波消除掉。但現(xiàn)在也有人探索采用電壓、無極性的加工工藝。 加工分類電火花加工按工藝方法分類，分類如下：、電火花成型；、電火花內(nèi)外圓磨削、電火花成型磨削；、其他線電極電火花加工；、其他展成電火花加工。詳細(xì)解釋了介質(zhì)間的電離、擊穿，形成放電通道；介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹；電極材料的拋出；極間介質(zhì)的消電離等電加工機(jī)理。并按工藝方法對(duì)電火花加工進(jìn)行了分類。分別見圖 3圖 32 所示。3．按加工特點(diǎn)分 大、中、小型以及普通直壁切割型與錐度切割型等。1. 不需像成型電火花加工那樣制作特定電極。3. 輪廓加工所需余量小，利于少無切削，尤其可節(jié)約貴重金屬。WEDMLS電極絲一次使用故加工精度高。6. 用去離子水和乳化液做介質(zhì)，不必?fù)?dān)心火災(zāi)，可連續(xù)工作。 電火花線切割加工的應(yīng)用范圍電火花線切割加工為新產(chǎn)品試制、精密零件加工及模具制造開辟了一條新的工藝途徑，主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面。調(diào)整不同的間隙補(bǔ)償量，只需一次編程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等[3]。此外，還可以加工擠壓模、粉末冶金模、彎曲模、塑壓模等通常帶錐度的模具。在試制新產(chǎn)品時(shí)，用線切割在坯料上直接割出零件，例如試制切割特殊微電機(jī)硅鋼片定轉(zhuǎn)子鐵心，由于不需另行制造模具，可大大縮短制造周期、降低成本。在零件制造方面，可用于加工品種多，數(shù)量少的零件，特殊難加工材料的零件，材料試驗(yàn)樣件，各種型孔、特殊齒輪凸輪、樣板、成型刀具。 影響線切割工藝指標(biāo)的因素電火花線切割加工工藝指標(biāo)主要包括:切割速度、表面粗糙度、加工精度等。1. 切割速度 在保持一定的表面粗糙度的切割過程中，單位時(shí)間內(nèi)電極絲中心線在工件上切過的面積總和稱為切割速度，單位為mm2/min。高速走絲切割速一般為40～80mm2/min。高速走絲線切割的表面粗糙度一般為 Ra5～?！?. 表面變質(zhì)層1) 存在的時(shí)間 脈沖寬度寬則產(chǎn)生的變質(zhì)層就厚。要熱影響的變質(zhì)層少時(shí)，只能在脈沖寬度窄的加工條件下進(jìn)行精加工，這樣才是有效的。硬質(zhì)合金WCCo類，雖然材料的耐熱溫度高，但因材料的強(qiáng)度低（高溫強(qiáng)度高），相應(yīng)溫度梯度的熱應(yīng)力就弱，容易產(chǎn)生裂紋。2) 成型放電加工的變質(zhì)層油中的放電加工的變質(zhì)層出現(xiàn)滲碳硬化，這是因?yàn)橛椭蟹烹?，油分解產(chǎn)生了碳并在高溫高壓下滲碳，鋼鐵材料以含碳高的狀態(tài)形成硬度高的表面層。3) 線切割放電加工的變質(zhì)層 水中加工的變質(zhì)層比母材還軟，因是在水中放電，則不存在滲碳現(xiàn)象。在成型放電加工面中，變質(zhì)層的硬度為維氏硬度900~910，比母材還高（母材為800~840），如圖33所示，在線切割加工面中，變質(zhì)層的硬度反而顯著降低，維氏硬度為440，如圖34所示。變質(zhì)層由以下三部分組成：①熔化后在放電痕底部留下的再凝固層，②凸起物，③因放電的高溫傳導(dǎo)到材料的內(nèi)部，形成與母材的金屬組織不同的組織。當(dāng)用理論計(jì)算求它時(shí)，應(yīng)該用熱傳導(dǎo)理論。，脈沖寬度和開路電壓的減小而減小。，有利于提高加工精度。實(shí)踐表明，改變矩形波脈沖電源的一項(xiàng)或幾項(xiàng)電參數(shù)，對(duì)加工工藝的影響很大，須根據(jù)具體的加工對(duì)象和要求，全面考慮諸因素及其相互影響關(guān)系。此外，不管加工對(duì)象和要求如何，還須選擇合適的脈沖間隔，以保證加工穩(wěn)定進(jìn)行，提高加工質(zhì)量[4]。提高電極絲的張力可減輕絲振的影響，從而提高精度和切割強(qiáng)度，絲張力的波動(dòng)對(duì)加工穩(wěn)定性影響很大，產(chǎn)生波動(dòng)的原因是：電極絲在卷絲筒上纏繞松緊不均；正反運(yùn)動(dòng)時(shí)張力不一樣；工作一段時(shí)間后電極絲伸長，張力下降。電極絲的直徑?jīng)Q定了切縫寬度和允許峰值電流。在切割小模數(shù)齒輪等復(fù)雜零件時(shí)，采用細(xì)絲才能獲得精細(xì)的形狀和很小的圓角半徑。提高走絲速度有利于電極絲把工作液帶入較大厚度的工件放電間隙中，有利于電蝕產(chǎn)物的排除和放電加工的穩(wěn)定。低速走絲線切割機(jī)床，電極絲的材料和直徑有較大的選擇范圍。2. 工件厚度及材料對(duì)工藝指標(biāo)的影響 工件材料薄，工作