电火花加工

微细电火花沉积加工技术原理及实现分析

[摘要] 微细电火花沉积加工作为电火花加工领域的一种新加工方法，不同于传统的电火花去除加工。本文首先介绍了微细电火花沉积加工的基本原理，之后又从传统电火花加工影响材料放电蚀除的主要因素，总结了气中放电沉积加工的实现原则。

[关键词] 微细电火花；沉积加工；

随着对电火花加工技术研究的日益深入，近年来涌现了一些基于电脉冲放电的新工艺、新方法。气中微细电火花沉积技术是从电火花加工技术发展出来的一种新的加工工艺，它可以用来制造微细的三维机械结构，也可以用来对构件进行微细结构修补。本文首先介绍了气中微细电火花沉积加工的基本原理，之后又从传统电火花加工影响材料放电蚀除的主要因素人手，得出了实现放电沉积加工应遵循的三条原则。

1．徽细电火花沉积加工的基本原理

微细电火花沉积是基于脉冲性气体放电原理的一种精密成形沉积技术，本质上属于电火花加工方法。电极材料作为工具电极接脉冲电源的阳极，被沉积的金属工件接脉冲电源的阴极，以空气或稀有气体作为工作绝缘介质。当脉冲电压加到两电极之间时，立即在极间形成一个电场。当极同问隙达到一定值时，导致气体介质在相对最小间隙处或绝缘强度最低处电离击穿，形成放电通道．在放电通道非常小的空同内将瞬时流过放电电流，电流密度极大。该通道是由等离子体组成并呈电中性，该通道在时间和空间高度集极的电场作用下。通道中的正离子与电子高速地向阴极和阳极运动并发生剧烈碰撞，动能转变成热能，在工件表面形成热源，使电极材料迅速熔化，汽化。这些汽化后的金属蒸汽，瞬时问体积猛增，快速热膨胀。气压升高，产生很大的热爆炸力，使熔融态的电极材料被排挤、抛出而进入气体介质，并在电动力、重力、流体动力和磁流体动力等综合作用下被转移至工件表面，与工件基体结合。这样连续不断的重复这个过程，沉积点就相互重叠和融合，在工件表面形成沉积物。 2．微细电火花沉积加工的实现分析

传统的电火花加工往往是以工件材料的去除为目的，尽量减少电极材料的损耗。而微细电火花沉积加工正好与这一过程相反，要求电极的蚀除速度大于工件

的蚀除速度，并尽量到达工件而不是抛出到绝缘介质中。因此，微细电火花沉积加工的基本条件有别于传统的电火花去除加工，从传统电火花加工影响材料放电蚀除的主要因。

2．1微细电火花沉积加工的工作介质选择

传统的电火花加工通常在液体介质中进行，工作液的密度和粘度较大，绝缘强度高、压缩放电通道的能力强，能产生较大的爆炸力，强化电蚀产物的抛出效应。但工作液的气化、膨胀部分的去除效果，会对熔化并要转移到工件表面的电极材料有很强的冲刷作用，十分不利于沉积的进行。因此，电火花沉积加工选择在密度、粘度，绝缘强度等相对于液体都比较小的气体中进行放电沉积加工。对沉积材料的冲击较弱，只有少部分碎屑飞出，对沉积物的形成十分有利。同时，在气体介质中熔融金属的冷却速度比在液体介质中熔融金属的冷却速度慢很多，使熔化的电极材料又有充分的时问与工件表面结合。在气体中进行放电加工时，放电间隙内部不存在液体加工时的加工屑漂浮现象。放电结束后可以迅速恢复同隙的绝缘状态，这样减少了电弧放电的发生，更有利于加工的稳定进行。综合以上对放电介质的分析，绝缘介质选择气体作为微细电火花沉积的工作介质。 2．2微细电火花沉积加工的极性选择

在电火花加工中，通常认为介质中的带电粒子和阴极发射的电子引发介质雪崩式电离，使介质电离形成放电通道。放电通道是由数量大体相等的带正电离子和带负电的电子以及中性粒子组成的等离子体，在等离子放电通道中，通常认为电子奔向阳极。正离子奔向负极，对于气体中的放电加工起决定作用的是电子的碰撞电离。这是因为正离子与原子碰撞使其产生激发电离的几率都比较小，电子的质量和惯性均小，在电场的作用下容易很快获得较高的加速度和运动速度。当电子与原子作非弹性碰撞时，电子的动能可能都用来激发和电离原子。但对于正离子来说，质量和惯性较大。短时同不易获得较高速度，大约只有I／2的粒子动能用来激发或电离原子，因而其产生激发或电离的几率要小。当电子与中性粒子发生弹性碰撞时，其动能几乎没有损失。因此，在电场作用下，可以积聚到足够的动能使分子电离。当电子和正离子或原子具有相同的动能时，电子的质量小，其速度要比原子或正离子大许多倍，电子碰撞后会马上离开。而原子或正离子在与中性原子碰撞时，有较长的相互作用时间。这段时问可能造成被撞原子的激发

或电离，但当碰撞离子离开时，被碰撞原子的电子轨道又可能会恢复到正常状态，正离子激发或电离的几率要比电子碰撞时小。因此，气体中的放电加工微观过程以电子为主，阳极相对阴极会获得更多的能量，阳极材料的蚀除量大于阴极材料的蚀除量。

2．3气中微细电火花沉积加工电规准选择

微细电火花沉积加工虽然也属于电火花加工领域，但是由于加工对象、工具电极尺寸的微型化和以工件材料添加为目的等特点，决定了其加工参数相对于普通的电火花加工有一定的特殊性。微细电火花沉积加工是电火花去除加工的逆过程，从能量的角度来看其所需的能量近似。微细电火花去除加工要求单个脉冲放电能量的微小化。这就需要放电电压、放电电流和放电时间的微小化，相应的脉冲宽度极小。所以，为保证电火花沉积加工的稳定进行，在两次脉冲放电之间应有足够的脉冲间隔时间，并且在沉积过程中，工具电极熔化的金属材料经过放电通道转移到工件上，为了使这部分材料能很好的与工件结合，应该有足够的时间使它冷却。从这些因素考虑，在进行电火花沉积加工时，应使用大的脉冲间隔． 3．结论

第一，以气体作为沉积加工时的工作介质． 第二，电极材料作为工具电极接脉冲电源的阳极． 第三，采用小电流、宽脉间作为通用的电规准．

[参考文献]

[1]王振龙．微细电火花加工关键技术研究[D]．哈尔滨，晗尔滨工业大学出版社，2000．

[2]杨津基．气体放电[M]．北京科学出版社，1983．

[3]徐学萋，诸定昌．气体放电物理[M]．上海复旦大学出版社．1996． [4]王振龙，赵万生．微细电火花加工中电极材料的蚀除机理研究．机械科学与技术．2002，(1)．

[5]王振龙，曹国辉，张永生等．空气中徽细电火花沉积与去除可逆加工技术研究[J]．机械工程学报，2004，(11)．

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