什麼是電火花加工？材料、優點和應用

“利用 EDM 去除材料類似於排序電路，即短路燃燒（侵蝕）材料的方式。”

放電加工 (EDM) 是一種非常規製造技術，利用電弧去除材料。在導電材料加工中較常見。 電火花加工 不使用任何刀具、鑽頭或類似的剪切工具，而是由電極負責加工操作。透過將工件和電極浸入介電溶液中並供電來產生放電。 

這種類型的加工有利於複雜形狀和加工，特別是小尺寸。精確深孔、微加工和複雜特徵的能力使其在各種工業應用中廣泛流行。

在本文中，我們將討論 什麼是放電加工 詳細介紹其工作原理、優點和缺點。

 

電火花加工簡介 

所有類型的加工工藝，尤其是後期刀具或銑削刀具都無法加工複雜的幾何形狀和微小特徵。此外，硬度可能是去除材料的一個挑戰性因素，並且還會導致刀具快速磨損。在這種情況下，電火花加工可以到達傳統加工無法到達的所有區域。材料唯一需要與 EDM 相容的是導電性。 

在放電加工 (EDM) 過程中，加工刀具和工件之間沒有物理接觸。工件和工具均以特定間隙浸入介電介質中。然後，在高壓電源上，電流產生高溫電弧（高達 5700ķ）。然後，電弧侵蝕工件上的材料。同時，電極（刀具）會依照設計的加工區域移動 

此外，工件和介電液內的電極之間的間隙決定了材料去除率和整體速度。

 

EDM 是如何運作的？

基礎的 電火花加工科學 其工作機制涉及在工具和浸入介電介質中的導電工件之間使用電壓，從而產生具有強烈熱能的電弧來去除材料。你可以透過一個電氣短路的例子來理解這個機制；

電火花加工工藝

電極（切削刀具）根據所需切口和型腔的形狀進行設計，可以固定在工件上方，也可以沿著工件行進。 CNC EDM 工具機可以透過預先編寫的 G 和 M 程式碼來控制路徑和速度。 

此外，下面的列表總結了 EDM 加工的工作；

• 電動領域： 所提供的電壓 (V) 在電極和工件周圍產生電場。

• 電子發射： 工具上的自由電子會因靜電力（冷發射）而發射，並加速朝向工件，獲得能量和速度。 

• 介電電離： 加速的電子與介電分子碰撞並產生離子。

• 電漿形成： 高濃度的電子和離子因反覆碰撞而形成高溫等離子體通道，表現為電弧或火花。

• 材料去除： 電能在撞擊點轉化為熱能（熱）。然後，強烈的局部熱量（>10,000°C）導致工件材料汽化和熔化l.

• 隕石坑的形成： 衝擊波會在火花點周圍的工件表面上產生凹坑。在這裡，衝擊波造成了物質侵蝕。

此外，如果您想了解 EDM 的逐步過程，您可以閱讀 電火花加工指南 並點選這裡。

 

電火花加工部件

放電加工裝置包括各種組件，每個組件都直接影響 電火花加工精度 和機械加工部件的品質。以下是常見的EDM元件；

• 電極或切削工具

它是使導電工件成型的主要部件。電極幾何形狀對應於所需切口、空腔或圖案的幾何形狀。它們通常以線材、棒材、管材和模具的形式提供。

電極材料的關鍵要求之一是它的熔點，它必須具有比工件材料更高的熔點。它們由石墨、鎢和碲銅等高導電材料製成。因此，刀具也需要更密集以維持加工速度。

• 介電溶液

電火花加工中的電介質 保持不導電直到擊穿電壓。一旦電路達到擊穿電壓，它就會電離電極和工作部件之間的間隙區域。介電流體應具有高黏度、高閃光、高抗電強度和潤濕特性。用於 EDM 製造的一些常見電介質包括蒸餾水、煤油和四乙二醇。

• 電源和直流脈衝產生器

它由整流器和另一種將交流電源轉換為直流電源的裝置組成，從而提供必要的電壓以在工具和工件之間產生電場。直流脈衝產生器調變此電壓，提供短的、受控的電流脈衝，而不是連續的電流。這種脈衝方法可以防止過多的熱量積聚，並有助於實現精確的材料去除。您也可以使用此發生器調整脈衝持續時間、頻率和強度。

• 工作槽 

這是介電流體浸沒工件和電極的地方。工作槽內裝有工件夾持裝置，用於夾持工件。同時，電極可以半浸入或完全浸入，放置在工件上方。製作電火花加工槽的常用材料有塑膠、複合材料、有塗層的不鏽鋼等。

此外，它還連接到其他組件，如流體循環系統（介電儲液器和泵浦）、碎屑清除過濾器和冷卻機構。例如，介電液在間隙中的循環對於維持放電至關重要。

 

EDM 類型/技術

 

線切割和開模放電加工。禮貌： 研究之門

要製作獨​​特的功能，您可以使用合適的 電火花加工類型 根據您的設計和要求。主要有以下三種方法；線切割、 電火花加工機和 電火花鑽孔. 

線切割放電加工使用細線電極，而沉降片放電加工則使用具有所需型腔或切口形狀的電極。所以，兩者之間的根本區別 線切割放電加工機與沉降片放電加工機 區別在於，線切割放電加工使用連續的線來切割材料，而沉降片放電加工則使用定制形狀的電極來形成空腔或詳細形狀。此外， 

表：不同的放電加工技術 

方面	電火花加工	電火花加工機	電火花鑽孔
電極類型	連續的細線	所需型腔或切口的負幾何形狀（客製化）	空心管狀電極
控制機制	電腦控制，走線路徑精確	火花產生期間的間隙電壓控制	具有受控運動的旋轉電極
製程能力	精緻複雜的形狀	複雜的空腔和詳細的形狀	鑽小而精確的孔
應用例子	原型、微型工具、卡賓槍工具	具有小圓角半徑的零件，各種尺寸	航空航太和醫療精密零件
完成質量	嚴格的公差和光滑的表面	具有複雜幾何形狀的精細飾面	精度高，無需去毛刺

 

電火花加工常用材料

如前所述，導電材料與 EDM 加工相容。它允許根據所需的特性和性能要求加工多種金屬和合金。不銹鋼、銅、鈦、鋁、黃銅和鋅是一些常見的例子。 

鈦合金、工具鋼和鎳高溫合金等材料對於採用數控車床和銑削操作等傳統製程進行加工具有挑戰性。然而，這種非剪切加工方法可以加工任何硬質合金，而不會影響精度。基本上，它只需要具有導電性即可成為 電火花加工材料. 

表：電火花加工材料 

課程教材	通用等級	氟化鈉性能	電極材料
鐵件	A2工具、D2工具鋼、H13工具鋼、P20工具鋼	高耐磨性、韌性。它在電火花加工過程中形成多個冶金層	銅或石墨
鋁	6061，7075和2024	優異的強度重量比、成本低、可回收	銅或石墨
黃銅	C36000 C37700，C46400	良好的機械加工性，用於齒輪和配件	銅合金或石墨
銅	C10100、C11000 銅、C14500 銅	導熱、導電率高，熱分佈好	石墨黑色
鈦	-5 級 (Ti-6Al-4V)、2 級和 7 級	優異的耐腐蝕性、高強度、低密度	銅、石墨或鎢合金

 

EDM的優點和缺點

我們已經提到過 電火花加工技術 具有靈活的尖角、薄壁、錐孔、深槽、盲孔和複雜的 3D 輪廓。它可以在微英寸範圍內加工這些特徵。現在，讓我們指出 電火花加工的優點和缺點 客觀地。

表：EDM 的優點和缺點 

優點	缺點
與堅硬、堅韌的導電材料相容	僅限於導電材料
EDM 透過複雜的幾何形狀實現高精度	加工過程較慢，不適合大規模生產
無剪切切割確保工件無機械應力	由於電力密集型過程導致能源消耗增加
出色的表面光潔度，無缺口和毛刺	電極磨損影響精度。所以需要經常調整或更換
適用於複雜精細的形狀、薄壁、倒扣、微小和長孔等。	最小拐角半徑受電極和加工間隙的限制
簡單的電極可以複製複雜的工件幾何形狀	設置和操作必須由熟練的操作員進行

 

放電加工的應用

電火花加工零件 

EDM 製造具有其他製造流程無法提供的不同功能，例如加工硬化金屬、直徑<0.1 毫米的小孔、微細加工、深型腔、精確和不規則的型腔、複雜的幾何特徵等。在各個領域都有廣泛的應用工業製造，從汽車到醫療和國防。

以下是EDM在不同產業的應用；

航太 

航空航太工業需要高精度和複雜的幾何形狀，通常採用鈦合金等硬金屬。電火花加工可以創建高精度的小特徵，這對於航空航天的安全性和可靠性至關重要。

應用實例；

• 發動機部件
• 起落架零件 
• 機身支架
• 噴嘴
• 液壓元件
• 渦輪葉片

汽車

汽車產業依靠放電加工來加工具有嚴格公差和使用壽命長的複雜零件，例如直接影響車輛效率和性能的噴油嘴導引噴嘴。

應用實例；

• 精密齒輪
• 儀表板、保險桿和車門 
• 溝通元件
• 閥門蒸汽
• 剎車卡鉗
• 活塞隊

工具和模具製造

EDM 在工具和模具製造上有著無數的應用。精密、微機械加工、深腔以及模具製造所需的所有功能都可以透過此製程實現。線切割加工在該行業比電火花加工更受歡迎 電火花加工機.

• 夾具、固定裝置和量規
• 沖壓工具、擠壓模具、鍛造模具和沖壓模具
• 射出模具、嵌件模具、 
• 燒結模具
• 硬質合金或其他硬質模具的成型

Medical

EDM 製造的另一個關鍵應用領域是醫療行業，在該行業中，精度和微加工對於患者安全和準確的測試結果來說比其他任何東西都重要。除了精準度之外，電火花加工還可確保精細的細節、無毛邊、長孔等。

這裡有一些 電火花醫療 應用實例；

• 牙科工具
• 小而鋸齒狀的鑷子 
• 手術刀片
• Nuro 和心血管手術器械
• 診斷設備組件
• 客製化植入物

其他行業

除此之外，電子、電信、國防和能源等其他產業也使用電火花加工零件，例如核反應器零件、半導體零件、飛彈零件等。

 

電火花加工與其他加工工藝

與剪切或先進加工製程相比，一個主要區別是非接觸式加工。另外，電火花加工可以加工更微小、更複雜的特徵，例如，電火花加工可以鑽小於0.1毫米的孔，而傳統鑽孔則不能。

• 電火花加工與銑削：電火花加工將較硬的材料成型為複雜的零件，而銑削則由於工具可接近小型和複雜的特徵而受到限制。然而，如果不需要複雜的微觀特徵，銑削會更方便。
• 電火花加工與雷射切割：雷射切割不使用電荷，而是利用來自 CO2、 Nd: YAG/Nd: YVO 和光纖雷射。
• 電火花加工與等離子切割： 等離子切割使用電離氣流（等離子體）去除材料，而 EDM 則透過放電（電弧）進行腐蝕。等離子適合較厚板材的快速切割。

 

我需要嚴格的 EDM 安全協定嗎？

是的！安全是放電加工的關鍵方面，以避免操作員和流程面臨任何風險。安全設備的定期維護、校準、佈置以及訓練只能保證 電火花加工安全.

• 配戴安全設備並注意操作期間執行的操作的後果。
• 確保加工區域附近沒有易燃材料、濕氣或任何導電物品。 
• 電火花加工是一個高溫過程，因此要安全地接觸電極和工件。
• 完全了解您的機器並將其保持在標準狀態。
• 注意觸電 
• 切勿用肉眼觀察放電弧

 

未來電火花加工趨勢

隨著各行業對更精密、更複雜零件的需求不斷增長，新設備、EDM 方法、品質控制流程和其他功能也不斷發展。目前，電腦數控、自動回饋和調整、人工智慧監控、先進的刀具路徑優化軟體等技術在該領域很受歡迎。 

一些可能的趨勢  電火花加工的未來   是;

• 奈米結構電極和混合 AM-EDM 機器等材料的創新。
• 3D 列印在客製化電極製造中的重要作用
• 自適應控制系統和機器人自動化
• 將人工智慧整合到刀具路徑優化和製程監控中。

 

結論 

整體而言，電火花加工非常適合精確尺寸、微加工和硬質材料。使用適當的電極材料和介電液，您可以獲得最佳的加工結果。此外，它還允許製作其他教學方法認為具有挑戰性的詳細和複雜的幾何形狀。

此外，製造商的專業知識和加工設施也會影響電火花加工應用的最終品質。在 ProleanTech，我們擁有先進的沉降片和模具 EDM 設施，可滿足您的要求和行業標準。我們的工程師和操作員擁有 10 年各種 EDM 加工專案的工作經驗。 

我們的 電火花加工服務 可處理 50 多種金屬和合金牌號。我們擁有各種類型的EDM；鑽孔、沉降片和 線切割服務.  選擇您的技術和材料，然後將 EDM 設計發送給我們，我們將向您回覆報價以及有關如何執行您的設計的更多資訊。

 

常見問題

什麼是放電加工？

這是一種精密加工工藝，無需物理接觸，利用電火花從導電工件上去除材料。 EDM 常用於加工堅硬或精緻的材料。

傳統加工和電火花加工有什麼差別？

CNC 加工等傳統加工工藝使用旋轉切削刀具，連續進給工件以使其成形。另一方面，在放電加工過程中，工具和工件之間沒有物理接觸。

EDM中的間隙是什麼意思？

EDM 中的間隙是指工件表面與浸沒在工件中的電極尖端之間的距離。然而，有時電極只能浸入一半。 

電火花加工可以處理硬鋼、鈦、鉻鎳鐵合金和其他硬材料嗎？

是的！ EDM 可以加工任何導電和硬質材料，包括收入、鈦和鋼.

EDM可以鑽直徑0.1毫米的孔嗎？

是的！線切割可以鑽出直徑0.1毫米甚至更小的孔。