1.1.3 电火花加工的基本原理

电火花加工的原理是利用工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。研究结果表明，引起电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑。要利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工应具备以下条件。

1）必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，这一间隙由加工条件而定，通常为几微米至几百微米。如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会产生火花放电；如果间隙过小，很容易形成短路接触，同样也不能产生火花放电。为此，在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调节装置，使其和工件保持合适的放电间隙。

2）两极之间应充入有一定绝缘性能的介质。对导电材料进行加工时，两极间为液体介质；进行材料表面强化时，两极间为气体介质。液体介质又称工作液，它们必须具有较高的绝缘强度（103～107Ω·cm），如煤油、皂化液或去离子水等，以有利于产生脉冲性的火花放电。同时，液体介质还能把电火花加工过程中产生的金属小屑、炭黑等电蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去，并且对电极和工件表面有较好的冷却作用。

3）火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间后（1～1000μs），需停歇一段时间（50～100μs）。这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电蚀除点分别局限在很小的范围内；否则，会形成电弧放电，使工件表面烧伤而无法用作尺寸加工。为此，电火花加工必须采用脉冲电源。图1-1所示为脉冲电源的空载电压波形。

以上这些目标是通过图1-2所示的电火花加工系统来实现的。工件1与工具4分别与脉冲电源2的两输出端相连接。自动进给调节装置3（此处为电动机及丝杠螺母机构）用于调节工具和工件之间的距离，使其经常保持一个很小的放电间隙。当脉冲电压加到两极之间，便在当时条件下相对某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，在该局部产生火花放电，瞬时高温使工具和工件表面都蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑，如图1-3所示。其中图1-3a表示单个脉冲放电后的电蚀坑，图1-3b表示多次脉冲放电后的电极和工件表面。脉冲放电结束后，经过一段间隔时间（即脉冲间隔t_o，简称脉间），使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上并延迟一段时间（即脉冲宽度t_i，简称脉宽），又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。就这样以相当高的频率，连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可将工具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件，整个加工表面将由无数个小凹坑组成。