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[摘 要]本文以电火花成型加工、电火花线切割加工、激光加工为研究对象，首先阐述了各种新型加工工艺的原理，之后重点介绍了各种工艺的特点及应用。
[关键词]电火花 线切割 激光加工
中图分类号：TH161+.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0224-01
1.电火花成型加工
1.1 电火花成型加工原理
电火花加工又称为放电加工（Electrical Discharge Machining，简称为EDM），是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。
在电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，再将另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，从而保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～0.05mm）。当脉冲电压加到两极之间，可将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。通道的截面积很小，放电时间极短，使得能量高度集中（10～107W/mm），放电区域产生的瞬时高温使材料熔化甚至蒸发，形成一个小凹坑。多次反复进行放电，随着工具电极不断进给，逐渐蚀除了材料，工具电极的轮廓形状即可复印在工件上，从而实现成型加工，整个表面是由无数凹坑组成的。由此看出，进行电火花加工有三个条件：必须采用脉冲电源；必须采用自动进给调节装置，来保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙；火花放电必须在具有一定绝缘强度（10～107Ω·m）的液体介质中进行。
1.2电火花成型加工的工艺特点与应用
1.2.1电火花成型加工的工艺特点
任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料都可以加工；加工时无明显机械力，适用加工低刚度工件和微细结构：根据需要调节脉冲参数，能在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；电火花加工后的表面的凹坑，有利于贮油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放电过程有部分能量会消耗在工具电极上，电极容易损耗，影响成形精度。
1.2.2电火花成型加工的应用
电火花加工主要用于模具生产中的型孔、型腔加工，这种方法已经成为模具制造业的主导加工方法，不断推动着模具行业的技术进步。电火花加工零件的数量在3000件以下时，比模具冲压零件在经济上更加合理。根据工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途可将电火花加工大体分为：电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花展成加工、非金属电火花加工和电火花表面强化等。电火花成形加工该方法是指通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。有电火花型腔加工和穿孔加工两种。电火花型腔加工主要是用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。
2 电火花线切割加工
2.1 电火花线切割原理
电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原理一样，都是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理，来完成零部件的加工。区别在于，电火花线切割加工不需要制造复杂的成形电极，而是将移动的细金属丝（钼丝或铜丝）作为工具电极，按照预定的轨迹来“切割”工件，获得所需的各种尺寸和形状。
电火花线切割加工。该方法是用移动的细金属丝作为工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。工具电极（电极丝）为直径0.02～0.3毫米的金属丝，走丝系统带动电极丝沿轴向移动。控制系统根据预先输入的工作程序输出相应的信息，使工作台作按轨迹移动，工件与电极丝靠近。当两者接近到适当距离时（一般为0.01～0.04毫米）便产生火花放电，蚀除金属。金属被蚀除后工件与电极丝之间的距离会加大，控制系统根据这一距离的大小和预先输入的程序，不断地发出进给信号，从而使加工过程持续进行。
2.2 电火花线切割的特点与应用
2.2.1电火花线切割的特点
不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维曲面。加工中不会将全部多余材料变成废屑，从而提高能量和材料的利用率。在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中，由于电极丝会不断更新，这样可以提高加工精度和减少表面粗糙度。 电火花线切割能达到的切割效率一般为20～60平方毫米/分，最高可达300平方毫米/分；加工精度一般为±0.01～±0.02毫米，最高可达±0.004毫米；表面粗糙度一般为Rα2.5～1.25微米，最高可达Rα0.63微米；切割厚度一般为40～60毫米，最厚可达600毫米。工作液一般会采用水基乳化液或纯水，这样成本低，而且不会发生火灾。利用四轴或五轴联动，可加工锥度、上下面异形体或回转体等零件。电极丝比较细，这样有利于加工微细异形孔、窄缝和复杂截面的型柱、型孔。切缝很窄，实际金属去除量很少，使得材料的利用率很高。对加工、节约贵重金属有重要意义。
2.2.2电火花线切割的应用
试制新产品，在新产品开发过程中需要单件的样品，利用线切割直接切割出零件，无需模具，这样可以大大缩短新产品的开发周期同时降低试制成本。加工特殊材料，切割某些高硬度，高熔点的金属时，使用机加工的方法几乎是不可能的，而采用线切割加工既经济又能保证精度。加工模具零件，电火花线切割加工主要应用于冲模、挤压模、塑料模、电火花型腔模的电极加工等，由于电火花线切割加工速度和精度的迅速提高，目前已达到可与坐标磨床相竞争的程度。
3 激光加工
3.1 激光加工原理
如图1-7所示，激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。激光照射在工件的加工部位使得工件材料迅速被熔化甚至气化，激光能量会不断被吸收，材料凹坑内的金属蒸气迅速膨胀，压力突然增大，熔融物爆炸式地高速喷射出来，在工件内部形成方向性很强的冲击波。因此，激光加工是工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击被抛出的综合作用过程。
3.2 激光加工的特点与应用
3.2.1激光加工的特点
激光具有高亮度、方向性强、单色性好、相干性好、空间控制和时间控制性好等优越性能，容易获得超短脉冲和小尺寸光斑，能够产生极高的能量密度和功率密度，几乎能加工所有的材料。而且也十分适用于加工自动化，对被加工材料的形状、尺寸和加工环境要求很低。无接触加工。加工质量好，加工精度高。加工效率高。材料利用率高，经济效益高。
3.2.2激光加工的应用
激光快速成型技术。激光快速成型技术不同于传统加工“去除”成型加工工艺，将其改为“堆积”成型加工工艺，这在加工领域具有划时代的意义。激光焊接技术，激光焊接是利用高能量激光束照射焊接工件，工件受热融化，冷却后得到焊接的目的。激光打孔技术，激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高、成本低和综合技术经济效益显著等优点。激光切割技术，其切割范围广、切割速度高、切缝窄、切割面粗糙度低、热影响区域小、加工柔性好、可实现众多复杂零件的切割等优点而应用越来越广。激光打标技术，激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记。激光存储技术，通过信息以反射/非反射带（正常表面和凹坑）的序列编码，实现到信息存储。激光划线技术，在激光对划片材料几乎不产生机械冲力和压力的情况下，加上激光光斑小、划缝窄，特别适宜于对细小部件作各种精密加工。激光清洗技术，这种技术的使用有效地解决了集成电路的清洗。激光热处理，是指利用激光高能量密度的能量照射金属材料表面时，材料表层温度迅速升高，当激光停止作用后，材料基体温度迅速下降，从而使材料表层经历一个热处理过程。
参考文献
[1] 张学政，李家枢.金属工艺学实习[M].清华大学金属工艺学教研室编.北京：高等教育出版社，2011.
[2] 陈忠建.金工实训教程[M].大连：大连理工大学出版社，2011.
[关键词]电火花 线切割 激光加工
中图分类号：TH161+.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0224-01
1.电火花成型加工
1.1 电火花成型加工原理
电火花加工又称为放电加工（Electrical Discharge Machining，简称为EDM），是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。
在电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，再将另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，从而保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～0.05mm）。当脉冲电压加到两极之间，可将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。通道的截面积很小，放电时间极短，使得能量高度集中（10～107W/mm），放电区域产生的瞬时高温使材料熔化甚至蒸发，形成一个小凹坑。多次反复进行放电，随着工具电极不断进给，逐渐蚀除了材料，工具电极的轮廓形状即可复印在工件上，从而实现成型加工，整个表面是由无数凹坑组成的。由此看出，进行电火花加工有三个条件：必须采用脉冲电源；必须采用自动进给调节装置，来保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙；火花放电必须在具有一定绝缘强度（10～107Ω·m）的液体介质中进行。
1.2电火花成型加工的工艺特点与应用
1.2.1电火花成型加工的工艺特点
任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料都可以加工；加工时无明显机械力，适用加工低刚度工件和微细结构：根据需要调节脉冲参数，能在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；电火花加工后的表面的凹坑，有利于贮油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放电过程有部分能量会消耗在工具电极上，电极容易损耗，影响成形精度。
1.2.2电火花成型加工的应用
电火花加工主要用于模具生产中的型孔、型腔加工，这种方法已经成为模具制造业的主导加工方法，不断推动着模具行业的技术进步。电火花加工零件的数量在3000件以下时，比模具冲压零件在经济上更加合理。根据工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途可将电火花加工大体分为：电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花展成加工、非金属电火花加工和电火花表面强化等。电火花成形加工该方法是指通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。有电火花型腔加工和穿孔加工两种。电火花型腔加工主要是用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。
2 电火花线切割加工
2.1 电火花线切割原理
电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原理一样，都是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理，来完成零部件的加工。区别在于，电火花线切割加工不需要制造复杂的成形电极，而是将移动的细金属丝（钼丝或铜丝）作为工具电极，按照预定的轨迹来“切割”工件，获得所需的各种尺寸和形状。
电火花线切割加工。该方法是用移动的细金属丝作为工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。工具电极（电极丝）为直径0.02～0.3毫米的金属丝，走丝系统带动电极丝沿轴向移动。控制系统根据预先输入的工作程序输出相应的信息，使工作台作按轨迹移动，工件与电极丝靠近。当两者接近到适当距离时（一般为0.01～0.04毫米）便产生火花放电，蚀除金属。金属被蚀除后工件与电极丝之间的距离会加大，控制系统根据这一距离的大小和预先输入的程序，不断地发出进给信号，从而使加工过程持续进行。
2.2 电火花线切割的特点与应用
2.2.1电火花线切割的特点
不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维曲面。加工中不会将全部多余材料变成废屑，从而提高能量和材料的利用率。在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中，由于电极丝会不断更新，这样可以提高加工精度和减少表面粗糙度。 电火花线切割能达到的切割效率一般为20～60平方毫米/分，最高可达300平方毫米/分；加工精度一般为±0.01～±0.02毫米，最高可达±0.004毫米；表面粗糙度一般为Rα2.5～1.25微米，最高可达Rα0.63微米；切割厚度一般为40～60毫米，最厚可达600毫米。工作液一般会采用水基乳化液或纯水，这样成本低，而且不会发生火灾。利用四轴或五轴联动，可加工锥度、上下面异形体或回转体等零件。电极丝比较细，这样有利于加工微细异形孔、窄缝和复杂截面的型柱、型孔。切缝很窄，实际金属去除量很少，使得材料的利用率很高。对加工、节约贵重金属有重要意义。
2.2.2电火花线切割的应用
试制新产品，在新产品开发过程中需要单件的样品，利用线切割直接切割出零件，无需模具，这样可以大大缩短新产品的开发周期同时降低试制成本。加工特殊材料，切割某些高硬度，高熔点的金属时，使用机加工的方法几乎是不可能的，而采用线切割加工既经济又能保证精度。加工模具零件，电火花线切割加工主要应用于冲模、挤压模、塑料模、电火花型腔模的电极加工等，由于电火花线切割加工速度和精度的迅速提高，目前已达到可与坐标磨床相竞争的程度。
3 激光加工
3.1 激光加工原理
如图1-7所示，激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。激光照射在工件的加工部位使得工件材料迅速被熔化甚至气化，激光能量会不断被吸收，材料凹坑内的金属蒸气迅速膨胀，压力突然增大，熔融物爆炸式地高速喷射出来，在工件内部形成方向性很强的冲击波。因此，激光加工是工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击被抛出的综合作用过程。
3.2 激光加工的特点与应用
3.2.1激光加工的特点
激光具有高亮度、方向性强、单色性好、相干性好、空间控制和时间控制性好等优越性能，容易获得超短脉冲和小尺寸光斑，能够产生极高的能量密度和功率密度，几乎能加工所有的材料。而且也十分适用于加工自动化，对被加工材料的形状、尺寸和加工环境要求很低。无接触加工。加工质量好，加工精度高。加工效率高。材料利用率高，经济效益高。
3.2.2激光加工的应用
激光快速成型技术。激光快速成型技术不同于传统加工“去除”成型加工工艺，将其改为“堆积”成型加工工艺，这在加工领域具有划时代的意义。激光焊接技术，激光焊接是利用高能量激光束照射焊接工件，工件受热融化，冷却后得到焊接的目的。激光打孔技术，激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高、成本低和综合技术经济效益显著等优点。激光切割技术，其切割范围广、切割速度高、切缝窄、切割面粗糙度低、热影响区域小、加工柔性好、可实现众多复杂零件的切割等优点而应用越来越广。激光打标技术，激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记。激光存储技术，通过信息以反射/非反射带（正常表面和凹坑）的序列编码，实现到信息存储。激光划线技术，在激光对划片材料几乎不产生机械冲力和压力的情况下，加上激光光斑小、划缝窄，特别适宜于对细小部件作各种精密加工。激光清洗技术，这种技术的使用有效地解决了集成电路的清洗。激光热处理，是指利用激光高能量密度的能量照射金属材料表面时，材料表层温度迅速升高，当激光停止作用后，材料基体温度迅速下降，从而使材料表层经历一个热处理过程。
参考文献
[1] 张学政，李家枢.金属工艺学实习[M].清华大学金属工艺学教研室编.北京：高等教育出版社，2011.
[2] 陈忠建.金工实训教程[M].大连：大连理工大学出版社，2011.