電氣化加工
電氣充電加工（EDM）是一個熱電過程，它通過浸入液體介電介質中的工作和工具電極之間的一係列離散火花從工件中去除材料。從工件中去除材料的方法是通過熔化和蒸發的微量電極材料，然後將其彈出並用介電衝洗（參考文獻1，14）。
EDM的兩種主要類型是沉沒EDM和電線EDM（WEDM）。傳統上，Die沉沒EDM是垂直執行的，但也可以水平進行。WEDM是一種特殊的形式，其中電極是連續移動的導電線。在WEDM過程中，在小電線電極（通常小於0.5毫米）之間產生火花放電，而用去離子水作為介電培養基的工件產生了火花放電。電膜過程也用於產生複雜的兩維形狀，即使是在較硬的材料中也是如此。根據最商定的過程機製，當通過工具和工件之間的間隙上的介電介質施加電壓時，電場沿著電阻最小的路徑構建。這會導致電介質的分解並啟動電流流動。在第二階段，電子和離子在高電流密度下向陽極和陰極遷移，形成了血漿列並啟動工件的融化。當停止電壓的施加時，柱倒塌，一部分熔融金屬從工件中彈出，並形成火山口。工件上剩下的碎片被介電衝洗了。
在EDM中，侵蝕速率和工具磨損，以及所得的表麵完整性和幾何形狀，取決於電流，電壓，準時，停電，極性，脈衝，脈衝形狀，工作和工具材料特性，介電衝洗條件，介電特性，介電特性，電極幾何形狀和機器特性。ASM手冊的第16卷中給出了EDM過程的一般概述。
EDM設備
所有EDM係統都包括機器（包括框架，RAM，工作表，工具和工件持有者以及夾緊設備），脈衝功率供應，工具電極，介電係統和伺服控製係統。圖8是一個集成的模具下沉的EDM係統的示意圖。EDM功率係統將實用程序AC功率轉換為脈衝DC功率30至300 V，從幾毫安到峰值電流的100 a。當今存在各種類型的電源係統。在適合EDM的人中，有放鬆電源係統，該係統由電荷環和放電環組成，以及由DC電源，脈衝控製器和電源控製器組成的獨立電源係統。這種類型的電源中的脈衝控製器設置了時間基礎，並控製電源控製器的“ ON”和“ OFF”狀態。電源控製器將脈衝通過所需的電源傳遞到間隙。一些EDM機器配備了將放鬆和獨立電源結合起來的電源，以改善表麵粗糙度。
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- 圖8電鏈電神會加工係統的示意圖
五軸計算機數值控製WEDM現在通常用於複雜的三維輪廓加工作業（參考文獻1）。EDM的另一種應用是電排放研磨，用於精確加工導電工件。電排放研磨使用旋轉導電輪作為“電極”或切割工具。（請參閱《 ASM手冊》第16卷。）
工具材料。工具材料的基本要求是高電導率，高熔點和高熱電導率。這工具材料應該易於加工和便宜。一些最常用的工具材料包括用於加工鋼的石墨和青銅，以及用於加工碳化物的銅四。青銅和銅鎢通常用於產生光滑的表麵和高精度EDM。
介電液。電介質流體的主要功能是在積累高能量之前隔離工具和工件之間的間隙，將排放能量集中到一個很小的區域，以恢複排放後的間隙條件，並衝走排放產物。兩種最常用的介電液是石油的烴礦物油和去離子水。介電衝洗在EDM操作中非常重要。常用的衝洗方法是浸入，噴霧或噴氣機。
控件。伺服控製用於使電極間隙保持在加工過程中所需設置周圍的較小變化範圍內。EDM期間使用的間隙的典型值為0.010至0.050 mm，盡管可以使用差距小至幾微米或大於幾百微米，這取決於電壓，電流，介電介質和表麵表麵處理要求。為了保持恒定的間隙尺寸，工具進料速率應等於進料方向的材料去除率。但是，由於去除速率通常不是恒定的，因此使用伺服控製，將縫隙信號（平均電壓）作為間隙尺寸的度量，並將其與伺服參考電壓進行比較。根據此比較，要采取有關是縮回工具還是將其更快地向工件移動的行動。
EDM過程特征
在EDM的情況下，金屬去除率和表麵粗糙度取決於峰值電流，脈衝按時，峰值電壓，脈衝頻率以及介電的流速。通過EDM獲得的表麵粗糙度的範圍為2.5至30 /'m ra，用於粗加工加工。EDM實現的金屬去除率的範圍可以從50到200 cmvhr範圍內進行粗糙切割。隨著去除速率的增加，表麵飾麵變化。
電流拋光（EDP）使用與EDM完全相同的原理；但是，目的是產生光滑，有光澤的表麵。因此，EDP以非常低的排放能量進行。EDP可用於產生光滑的表麵（0.2 ^m ra），該表麵表現出極度薄，均勻，無裂紋的表麵層均勻寬度（REF
15）。在此過程中，與深隕石坑相關的高金屬去除率是不可取的。目的是通過避免熔融金屬衍生，實現粗糙度峰的融化。已經發現，具有正作件電極的EDP會產生平滑表麵的平坦隕石坑，而火山口邊緣僅在周圍工件表麵上方略微抬高（參考文獻15）。EDP利用逐漸減少小於3 ^J的單個脈衝的放電能，並同時增加頻率至約100 kHz。已經發現，表麵粗糙度隨著排放電流的增加而急劇上升，並且發現隨著拋光深度的增加而降低。然而，由於拋光深度增加而獲得的表麵平滑較高會大大增加處理時間。由於EDP中的間隙寬度極小且難以控製，因此衝洗是影響工作差距中物理條件變量的另一個重要因素。隨著連續的衝洗，工件粗糙度隨流速降低而降低。在EDP中，行星運動對於避免起伏的工件表麵是必要的，因為該技術需要相對運動，從而產生顯微鏡和宏觀光滑的表麵。
應用，過程功能和限製。EDM能夠加工難以切割的材料，例如硬化的鋼，碳化物，高強度合金，甚至超毛導管材料，例如多晶鑽石和一些陶瓷。該過程尤其適合下沉的空腔和不規則形狀的孔。可加工性的唯一限製是工件材料的電導率。EDM中的其他問題包括工具磨損和工具磨損的不規則性，以及由於工具和工件之間存在縫隙，EDM對機器非常鋒利的拐角處的局限性。最近開發的稱為Micro-EDM的EDM工藝擴展了EDM相對於精細零件製造的功能。此過程可以達到0.1 ^m rmax的表麵粗糙度和高精度（圓度為0.1 ^m，並且某些細小零件的直至0.5 ^m）。
EDM作為表麵完成過程的最新進展。如前所述，EDM和WEDM是通過將DC脈衝傳遞到幾十千萬之間的DC脈衝（在WEDM中的負線）和正作件之間的數百伏進行的。在Wedm的情況下，通常將水用作加工流體。在WEDM期間，加工過程中有一些電解。因此，除了在電氣排放時受熱的影響外，電解還會導致加工表麵質量下降。在最近的發展中，三菱電氣的工程師開發了一種帶有抗電溶解（AE）電源的WEDM（參考
16）。使用AE電源的實驗表明，完全可以預防工件表麵的腐蝕。EDM的問題之一是必須避免的微裂紋形成，並且還發現使用具有均勻脈衝的AE電源可減少EDM表麵中的微裂紋數量（參考文獻16）。
為了通過EDM實現極其細的表麵飾麵，矽，鋁和石墨等各種粉末已被懸浮在工作流體中（參考文獻17）。在常規EDM的情況下，在完成操作期間，電極和工作之間的間隙距離很小，導致頻繁的異常放電。在工作流體中使用懸浮粉會導致工作間隙距離增加。有效的工作間隙距離取決於粉末的濃度和粉末類型（參考文獻17，18）。實際上，實驗表明，與常規工作流體相比，工作差距距離增加了十倍。還發現粉末懸浮液很好地分散了電氣排放。良好的電氣放電分散對於細表麵表麵非常重要。使用懸浮粉的液體加工的工作表麵也具有較強的耐腐蝕性。通過使用懸浮粉的液體使用的液體達到的表麵飾麵在0.6至1.8 ^m ^最大範圍內。
由於EDM已成為模具製造的關鍵過程，因此還必須實現EDM流程的完全自動化。豐田技術學院的工程師已經開發了一種技術來消除EDM後的手動拋光。在製造過程中，銑削後的工件留在工件上，在這項研究中，在電極行星運動的高衣條件下，EDM通過EDM去除了緣（參考19）。為了實現工件上的鏡麵表麵，將電阻式材料（例如矽）用作電極。這顯著改善了表麵飾麵；達到了2至3 ^m的表麵粗糙度。但是，由於矽堅硬而脆弱，因此形成複雜形狀的電極非常困難。因此，將矽粉懸掛在工作流體中，並進行EDM。EDM由懸浮粉末進行，還有助於快速改善表麵飾麵。
在實驗室中已經證明了上述所有方法，以產生類似鏡麵的飾麵。但是，在大多數情況下，EDM無法成功加工大麵積（即大於300 mm2），以獲得良好的表麵表麵處理。最近嚐試了一種新的用EDM實現類似鏡像的方法（參考文獻20）。在這種方法中，已經使用了狹窄的火花持續時間和較小的排放電流（即具有最小的排放能量）。為了減少表麵粗糙度對工作區域的依賴性，在加工過程中使用了部分誘導的電場。這個概念是減少電能在故障之前存儲的空間。
還證明，通過使用射頻（RF）控製器（參考文獻21），可以改善EDM後實現的表麵粗糙度。在存在不良的衝洗條件下，穩定弧的發生會導致工件表麵的熱損害。因此，檢測穩定弧的發生很重要。研究表明，正常的火花放電會產生強烈的高頻（HF）噪聲信號，這是放電電壓的組成部分，並作為RF信號發射。隨著間隙條件從正常火花變為有害弧形（參考文獻21），HF或RF信號的強度下降。RF控製器已被修改為包括等詞函數，並改善了RF檢測電路的傳感增益。已顯示使用RF控製器進行的EDM操作可將表麵飾麵提高40％。
如前所述，EDM難以實現大麵積的均勻表麵飾麵。但是，已經開發了一個電排放紋理係統，以獲得改進的加工性能和對表麵粗糙度的精確控製（參考文獻22）。電氣排放紋理係統結合了RF監視和控製單元，獨特的間隙電壓測量電路以及MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）進行動力開關。
為了通過EDM實現良好的表麵效果的另一種嚐試，已經進行了複合電極的使用表麵修飾（參考文獻23）。在這種新技術中，用於EDM的電極由細粉或綠色緊湊型製成，並且比傳統的固體電極顯示出更高的磨損。機械表麵顯示了電極的成分，並且在機械加工表麵層中的微裂紋較少。
由於其提供的精細，EDM已成為為許多應用加工高級陶瓷材料的重要方法。已經發現，分散相的晶粒尺寸在影響表麵粗糙度方麵起主要作用（參考文獻24）。
材料科學領域的新發展導致了金屬材料，複合材料和高科技陶瓷的新工程方法。陶瓷的EDM（粗糙和精加工）證明是傳統加工技術（例如研磨，銑削，轉彎和鋸）的一個很好的替代方法。由於EDM是一個熱加工過程，因此提供了一種加工陶瓷材料的方法，無論其硬度和強度如何。當將EDM應用於這些陶瓷時，錄製的加工速度比傳統加工技術獲得的加工速度要好得多。結合獲得的表麵表麵表麵表麵非常好，EDM成為陶瓷材料傳統精加工技術的可行替代品（參考25）。
但是，由於與金屬相比，陶瓷材料具有更高的熔點，因此陶瓷的金屬去除率較低。金屬EDM期間的去除機製基於熔化和汽化現象。在陶瓷的情況下，金屬去除是由於兩種類型的機製，具體取決於熔點。較低的熔點陶瓷由於熱衝擊（剝落）而導致的金屬去除。當由陡峭的溫度梯度產生的高內部應力導致材料剝落時，就會發生剝落。通過剝落加工的陶瓷表麵非常光滑（1.11至1.67 ^m）。已經觀察到，與相同表麵粗糙度的傳統加工技術相比，陶瓷的EDM導致更高的加工速度（參考25）。
在最近對新材料加工的研究中，多晶鑽石（PCD）是由Wedm（參考文獻26）加工的。PCD由於其硬度，高強度和高韌性而具有挑戰性。鑽石研磨是用於塑造PCD的最常用技術之一。但是，鑽石研磨導致PCD加工過程中的快速工具磨損，並且發現WEDM是一種更具成本效益的方法。WEDM加工的工件的表麵質量非常好，並且表麵粗糙度沒有太大差異，隨著鑽石晶粒尺寸的變化。
本節中引用的參考文獻
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質量完成
由Harper Surface Achaning Systems，Inc。Edward H. Tulinski修訂。
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