[拼音]：dianjiagong

[外文]：electromachining

利用电能产生的物理和化学效应直接对材料、工件等进行加工、成型的各种工艺方法的统称。电加工可加工难切削材料以及精密细小、形状复杂和结构特殊的零件，并且改善生产条件和劳动环境，易于实现加工生产的自动化。

简史

最早出现的电加工方法是电火花加工。20世纪40年代初，美国ELOX公司制成使用直流电源、通过工具电极的振动控制火花发生和中止的丝锥粉碎机。1947年，苏联科学家Б.Ρ.拉扎连柯夫妇公布了他们发明的电火花加工方法和三种电火花加工机的图样。1956年，苏联又首先研制出以沿着自身轴线运动的金属丝作工具电极、利用电气靠模控制切割轨迹的电火花线切割机。此后，世界其他国家又相继开发出光电跟踪电火花线切割机和数字控制电火花线切割机。现代许多数字控制电火花线切割机已能切割出空间曲面。日本和其他国家现已在研究用电解液作为工作介质的电火花加工方法，用以加工陶瓷等电阻率高的材料，可提高加工精度和加工速度。

中国自50年代初从苏联引进电火花成形加工技术后，1966年创制出采用乳化液和高速走丝的电火花线切割机。1969年，中国与瑞士阿奇工业电子设备有限公司同时研制出数字控制电火花线切割机。1970年，中国又开发了同步回转式电火花加工方法。

电火花加工机需用脉冲电源，早期采用RC弛张式脉冲电源。50年代初，RC脉冲电源被改进为RLC脉冲电源，提高了电火花加工的速度，同时降低了电极的相对损耗。50年代后期，出现了使用大功率电子管和闸流管等的高频脉冲电源。60年代中期出现的晶体管脉冲电源和晶闸管脉冲电源，除提高了能源利用率并进一步降低了电极的相对损耗外，还扩大了精加工的可调范围。70年代，出现了高低压复合脉冲电源、多回路脉冲电源、等脉宽脉冲电源和波形可调脉冲电源。80年代又出现了前沿斜率可控脉冲电源。

随着高硬度、高韧性、高强度、高脆性等难加工材料的不断出现和制造精密细小、形状复杂、结构特殊零件的需要，电加工的类型也越来越多。1948年，德国科学家K.H.施泰格瓦尔特发明了电子束加工。1955年，美国研究出等离子弧加工。60年代，可用于激光加工的激光器问世。早期的激光加工由于设备的输出功率较小，大多只用于小孔加工和微量切削。20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器和重复频率高的钇铝石榴石激光器等的出现，激光加工技术有了很大的发展。现在已有输出功率为数千瓦的激光加工机，用于各种材料的高速切割。

分类

现代电加工方法主要分为电物理加工和电化学加工。在电物理加工方法中，用于去除工件上多余材料的有电火花加工、电子束加工、激光加工、离子束加工和超声波加工；用于在工件上附着其他材料和进行材料永久性联接的有电焊、电子束镀、等离子喷镀、离子镀、溅射镀、放电烧结；用于材料成型的有放电成型、电磁成型等。在电化学加工方法中，用于去除工件上多余材料的有电解加工、电解磨削、电刻蚀等；用于在某种材料外部附着其他材料的有电铸、电镀等。

以工件和工具为电极，二者间充以液体电介质。通电后，利用火花放电时产生的热能去除工件上多余的材料。又称电蚀加工和放电加工。英文缩写EDM。

电火花加工的原理是：使工件和工具分别与脉冲电源的正负极相接，工件和工具之间保持适当的间隙，间隙中充以电介质。通电后，每个脉冲电压将实际间隙最小处或绝缘强度最低处的电介质击穿，工件和工具间产生电流密度很大的火花放电，以致使放电点处的工件和工具材料在瞬间高温下熔化和气化，气化时产生的爆炸力又将熔化的材料抛出，从而在工件和工具表面各形成一个微小的凹坑。当脉冲结束时，液体电介质又恢复绝缘。如此周而复始，工件表面上便形成由无数个凹坑构成的加工表面。通过正确选择工件和工具在脉冲电源正负极上的接法，可使工具的损耗比工件材料少得多。常用的晶体管脉冲电源的频率为0.25～100kHz，脉宽为2～2000μs，空载高压为150～350V，空载低压为60～90V；可控硅脉冲电源的频率为0.25～60kHz，脉宽为5～1400μs，空载高压为250～300V，空载低压为60～80V。

按工具电极的形式和工具电极在加工过程中相对于工件的运动特征，电火花加工通常分为6类：

（1）电火花成形加工，成形工具在加工深度方向上作伺服进给运动，并可辅以微量横向平面运动。

（2）电火花线切割，以沿着自身轴线运动的金属丝作工具电极、工件按所需形状和尺寸与工具作相对运动。

（3）同步回转电火花加工，工具电极和工件作同步回转运动，使工件上产生与工具电极形状相对应的牙形或齿形，借以加工螺纹环规、螺纹塞规、变模数齿轮等。

（4）多轴数控电火花加工，用简单形状的工具电极在数字控制装置的控制下相对于工件作空间轨迹运动，从而加工出复杂型腔或型面的工件。

（5）电火花磨削，包括用不含磨料的导电成形磨轮作工具电极的电火花成形磨削、用金属丝作工具电极并在走丝的同时使工件作回转运动的电火花小孔内圆磨削、电火花铲磨、电火花刃磨和电火花螺纹磨削等。

（6）刻印、齿轮跑合等其他种类的电火花加工。

在真空中，利用高功率密度的电子束轰击工件时产生的热能将材料熔化、气化的电加工方法。英文缩写EBM。

电子束加工的原理是：在真空中，由热阴极灯丝发射出的电子，用高压静电场(30～200kV)加速，并经电磁透镜汇聚成高功率密度的电子束(10⁵～10⁹W/cm²)。当电子束轰击到工件表面时，其动能转换成热能，使材料在瞬时高温下熔化、气化。利用偏转装置，可改变电子束方向，使之按照一定轨迹扫描，从而加工出所要求形状的工件。

由于电子束功率密度高，可用于在钨、钼、玻璃、陶瓷、宝石、不锈钢、耐热钢和半导体等难切削材料上进行高速穿孔、蚀刻和切割加工，并且加工速度快、没有工具损耗和加工表面污染等问题。此外，还可利用电子束进行焊接和真空冶炼等。由于电子束加工需要一定的真空度，否则将产生离子放电现象，因此其设备复杂，成本费用高；此外，由于热阴极的发射强度及电子束聚焦的状况均与电压波动有密切关系，因此电子束加工设备均须借助稳压装置使电源电压保持稳定。

利用高功率密度的激光束照射工件表面时产生的热能将材料熔化、气化，切除多余材料的电加工方法。英文缩写LBM。

激光加工的原理是：将激光器输出的亮度高、方向性和单色性好的激光束通过透镜聚焦在工件表面上，其聚焦点尺寸与光的波长相近，激光的功率密度可达10⁷～10¹²W/cm²，温度高达10000℃，可在极短的时间内将材料熔化和气化，并通过所产生的强烈冲击波去除熔化的材料。

常用于激光加工的激光器有二氧化碳气体激光器和红宝石、钕玻璃、钇铝石榴石等固体激光器。激光加工多用于在柴油机喷嘴、化纤喷丝头、金刚石拉丝模、钟表宝石轴承等各种金属、陶瓷和有机化合物材料的构件上加工微细圆孔或异形孔，还用于切割布匹、纸张、木材等材料，以及用于动平衡去重和划线等。一般在高温下熔化或气化但不分解的材料，都可利用激光加工。对于铜、铝及其合金的制件，由于其热传导率和反射率高，激光加工的效果较差。

在真空条件下，利用离子束轰击工件表面时产生的高热量去除多余材料的电加工方法。英文缩写IBM。

离子束加工的原理是：利用电弧放电、高频放电和电子轰击等方式将氩、氪、氙等惰性气体电离成等离子体，然后将正离子引出，并经加速和聚焦后使之以适当角度轰击工件表面，从而达到切除、剥离工件上多余材料的目的。精确控制离子束，可将工件表面层原子一层一层地剥离下来。其尺寸精度可以原子间距为度量单位，实现“原子级加工”或“纳米加工”。

通过调节离子束的功率密度、束斑直径、以及离子束流的入射角度等，离子束加工设备不仅能够用于微细加工，也可用于工件表面蚀刻、镀覆和离子注入等。后者也被称为离子束加工。

以一定的力将工具压在工件表面上，并使之作超声频机械振动，迫使处于工具和工件之间的磨料悬浮液产生冲击、空化作用，以粉碎去除工件表面多余材料的加工方法。英文缩写USM。

超声波加工的原理是：超声换能器将超声发生器产生的超声频电振动转换成超声频机械振动，并借助变幅杆使振幅放大后驱使工具振动，从而在一定压力作用下，通过磨料悬浮液中的磨粒冲击、抛磨，以及液压冲击和空化作用，使工件表面材料粉碎而被去除。适用于加工硬脆的非金属材料、半导体、淬火钢和硬质合金等。超声波加工机用超声电源的输出功率在 20～4000W范围内，频率在(16～25)kHz之间。