硬质合金小孔电火花加工的实验研究
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由于工具电极尺寸微小，相对损耗严重，需选择一种损耗低、易于制备的电极材料．紫铜和黄铜都是常 用电极材料，但由于黄铜具有相对较高的硬度、强度和刚性，故选用黄铜离线制备工具电极，并对其进行以 下工艺处理：首先选择直径为中Ｏ．２５ ｍｍ的实心黄铜，在加热后缓慢均衡用力把其拉直，再根据加工的需 要剪切成一定的长度，安装到工具电极夹具上即可进行放电加工．
１实验条件及方法
１．１工具电极的制备
在微ｄ、孑ＬＪＪｇ工过程中，微细工具电极的制备十分重要，工具电极的制作主要分为在线制作和离线制 作［５］：在线制作是一种采用了逆加工原理的在线制作微细电极的方法，避免了安装过程中产生的同轴误 差，精度相对较高，但是加工困难，］Ｊｎ－ｒ效率很低；离线制作多采用冷拔细金属丝的方式，１Ｊｎ－ｒ＿效率高．
关键词： 电火花加工；小孔加工；硬质合金；电参数；加工性能
中图分类号：ＴＧ６６１
文献标识码：Ａ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ＥＤＭ ｏｆ Ｃａｒｂｉｄｅｓ ｉｎ Ｓｍａｌｌ Ｈｏｌｅｓ
ＳＯＮＧ Ｗｅｎ－ｌｏｎｇ，ＤＥＮＧ Ｊｉａｎ－ｘｉｎ，ＹＡＮ Ｐｅｉ
（Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５００６１，Ｃｈｉｎａ）
肌一吉ｃ却．
一
Ｆ
＋
目：：＝三图
Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｔ ＲＣ ｉｍｐｕｌｓｅ ｐｏｗｅｒ （２）
（３）
万方数据
５３８
中北大学学报（自然科学版）
２００９年第６期
‘ｔｐ＝Ｒ，Ｃｌｎ［去】．
㈤
式中：五。为空载电压（Ｖ）；Ｒ。为电容器充电限流电阻（Ｑ）；Ｒ。为电容器放电电流限幅电阻（Ｑ）；Ｖ。为间 隙放电维持电压（Ｖ）；Ｃ为电容器电容量（弘Ｆ）Ｉ Ｕ。，Ｕ。为电容器充放电阀值电压（Ｖ）．
２wenku.baidu.com验结果及分析
２．１ 电容对工艺指标的影响
２．１．１ 电容对孔径扩大率的影响 表１～３为加工过程中电容对硬质合金ＹＧ８、ＹＴ５的小孔加工工艺指标影响实验结果（空载电压为
１２５ Ｖ）．电容对孔径扩大率的影响实验结果（表Ｉ所示）表明，随电容值的增加，加工孔径总体呈增大的趋 势：当电容小于０．４５肛Ｆ时，电容对孔径的影响不是很大，孔径扩大率变化较小，此时ＹＧ８小孔形貌如图２ （ａ）所示（ＹＴ５与之相似）；当电容超过０．４５ ｔＬＦ后，孔径变化率显著增加，加工孔边缘形成翻边，其形貌如 图２（ｂ）所示．这是因为，孔径扩大是由电极侧面放电形成的，主要受放电时间的长短和放电能量大小影 响．电容值增加，脉冲放电能量相应增大，当脉冲能量超过一定值以后，由于温度梯度等因素的影响，工件 材料蚀除物的粒度明显增大，使孔径扩大率快速增加，加工质量变差．另外，从表１可以看出ＹＧ８的孔径扩 大率明显比ＹＴ５大．
０．４５ ０．０３６ ０．０２６
１ ０．０３ ０．０２８
１０ ０．０４ ０．０３３
在硬质合金的电火花加工过程中，工件材料的加工速度主要取决于放电能量和放电过程爆炸力的大
小，而放电能量则主要取决于峰值电流和脉冲宽度．由实验结果可知，当峰值电流一定时，通过改变电容
增加脉宽，使脉冲放电能量增大，但材料的加工速度反而减小．前苏联学者津格尔曼推导的放电压力公式
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
Ｏ引 目
随着航空、航天、机械、仪表等领域的科学技术不断发展，小孔应用日趋广泛．通常的小孔，其直径在
收稿日期： ２００９．．０１－－２０ 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（５０６７５１２０）；教育部博士点基金资助课题（２００７０４２２０１２）；山东省自然科学杰出青年基金资
助项目（１Ｑ２００９１７）Ｉ泰山学者专项基金资助项目 作者简介： 宋文龙（１９８１一），男，博士生．主要从事电火花加工及其在刀具表面改性技术中的应用以及高效加工刀具技术研究．
万方数据
（总第１２８期）
硬质合金小孔电火花加工的实验研究（宋文龙等）
５３７
中ｏ．０５～Ｃｂ２ ｍｍ范围内，由于其孔径极小，常规的钻、冲、磨等机械加工方式较难实现，而电火花加工 （Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ，简称ＥＤＭ）在小孔加工方面具有一定的优势：可加工任何导电材料，且不 受工件材料硬度限制；力Ⅱ工过程中作用力很小，对工具的强度和刚度要求较低．因此，像硬质合金等高强度 高硬度的难加工金属材料，通常采用电火花加工．
５３９
２．１．２电容对小孔加工速度的影响
表２为小孔加工速度随电容变化的实验结果．ＹＧ８、ＹＴ５硬质合金的加工速度整体变化趋势都是随着 电容的增加，先增大后减小，在电容值为１０ ｎＦ时加工速度同时达到最大值，此时，ＹＧ８、ＹＴ５的加工速度 分别为０．０９ ｍｍ／ｍｉｎ，０．０９２ ｍｍ／ｍｉｎ，比最低速度０．０２６～０．０３ ｍｍ／ｍｉｎ高出两倍多．可见，电容对硬质 合金小孔的加工速度影响很大．
【ａ）电容为１０ｎＦ
（ｂ）电容为１０ ｕＦ
圈２ ＹＧ８在不同电参数条件下的小孔形貌（电压为１２５Ｖ） Ｆｉｇ．２ Ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ＹＧ８ ｈｏｌｅｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
电容／ｎＦ ＹＧ８孔径扩大率／％ ＹＴ５孔径扩大率／％
Ｔａｂ．１
裹１ 电容对孔径扩大率的影响 Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｏｎ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ
０．４ ４０．０ ２０．０
４４．０ ２３．３
４２．０ ２３．１
４６．０ ２３．６
４７．０ ２４．２
６０．０ ２９．７
６８．０ ４０．０
万方数据
（总第１２８期）
硬质合金小孔电火花加工的实验研究（宋文龙等）
由上述公式（１）～（４）可知［１’６］，电容器容量Ｃ对影响加工质量的脉冲参数影响很大．在其它电参数不 变的情况下，脉冲周期ｔ，，脉冲宽度ｔｉ以及脉冲间隔￡。都与电容Ｃ值成正比，即Ｃ值增加，ｔ，，ｔ。，ｔｏ变大；反 之，Ｃ值减小，ｔ，，ｔｔ，ｔｏ降低．另外，脉冲能量彤。与电容Ｃ值和空载电压五ｉ值的变化趋势相同，即Ｃ值、五。值 越大，脉冲能量越强．故电压和电容是本实验条件下电火花加工中最关键的两个因素．
Ｔａｂ．２
裹２电容对加工速度的影响 Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ
电容／ｎＦ
０．４
ＹＧ８加工速度／（ｍｍ·ｍｉｎ一１）０．０５３
ＹＴ５加工速度／（ｒａｍ·ｍｉｎ－１）０．０４１
０．６ ０．０４８ ０．０４９
４．４５ ０．０７５ ０．０７１
１０ ０．０９ ０．０９２
电火花小孔加工实验在ＤＺＷ一１０微细电火花加工实验机上进行，加工试样为１６ ｍｍ×１６ ｍｍ× ４．５ ｍｍ的ＹＴ５和ＹＧ８硬质合金，加工过程采用正极性加工（即工件接电源正极），蒸馏水冷却．考虑到小 孔加工环境的特殊性和实际的加工需要，采用孔径扩大率（加工小孔的孔径与加工电极直径之比的百分 数）、加工速度（单位时间加工小孔的深度，ｍｍ／ｍｉｎ）和电极损耗率（电极损耗长度与４ｑＬ深度之比的百分 数）作为考察的主要工艺指标，并结合小孑Ｌ表面形貌为工艺选择提供参考．实验时，保持电压（１２５ Ｖ）或电 容（ｏ．４５ ｐＦ）不变，分别改变电容或电压值，考察不同的电参数对小孔工艺指标的影响．
硬质合金小孔电火花加工的实验研究
宋文龙，邓建新，颜 培
（山东大学机械工程学院，山东济南２５００６１）
摘 要： 在ＤＺＷ一１０微细电火花加工实验机上进行了硬质合金ＹＧ８、ＹＴ５等难加工材料的小孔加工实验，研 究了电容及电压等电参数对加工速度、电极损耗率、小孔孔径扩大率等加工工艺指标的影响，分析了电参数对 加工性能的影响机理，并在所设实验条件下得到了具有最佳加工性能的电参数．结果表明：合理配置加工电 参数，尤其是电容值，可以显著改善硬质合金难加工材料的加工工艺性能．研究可以为其它难加工材料的电 火花加工提供具体工艺参考及理论指导．
２００９年第３０卷第６期
中北大学学报（自然科学版）
Ｖ０１．３０ Ｎｏ．６ ２００９
（总第１２８期）
ＪＯＵＲＮＡＬ ｏＦ ＮＯＲＴＨ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ｏＦ ＣＨＩＮＡ（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＥＤＩＴＩＯＮ）（Ｓｕｍ Ｎｏ．１２８）
文章编号：１６７３—３１９３（２００９）０６一０５３６一０６
电火花加工是基于工件和工具（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和表面质量预定的加工要求．在难加工金属材料的电火花小孔加工中，金属并未 完全熔化或气化就被抛出和凝固，加工屑的抛出过程也不是很理想，容易在电极上反粘并在加工孔边缘形 成翻边ｎ］，因此对脉冲电源的参数合理配置提出了较高的要求，国内外很多学者在这方面做了大量的工 作．Ｈｕｎｇ—Ｓｕｎｇ Ｌｉｕ等［２］研究了镍基合金的微细电火花加工，通过优化加工电参数，显著提高了ｔｂ：ｆＬ加工 的精度和质量．贾振元、周明等［３１研究了铝工件的电火花小孔加工在多工艺指标要求下的优化问题，并得 到了优化的参数组合方案．朱钰铧等［４］研究了钛合金ｄｑ：Ｌ电火花加工工艺，通过优选电火花加工放电参数 等工艺手段，提高了加工速度和加工质量．目前国内外对硬质合金的电火花加工研究主要集中在平面加工 性能方面，硬质合金小孔加工的研究很少．硬质合金小孔加工具有其特殊性，故本文探讨了具体加工工艺 参数对电火花小孔加工性能和质量的影响．通过对硬质合金ＹＧ８、ＹＴ５的电火花ｔＪｑ：Ｌ］Ｊｎ工实验，研究在不 同电参数条件下小孔加工工艺指标的变化规律及其作用机理，以期对硬质合金的小孔加工提供工艺参考．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｍａｌｌ—ｈｏｌｅｓ ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ—ＹＧ８，ＹＴ５ ｗｉｔｈ ＤＺＷ一１０ ＥＤＭ ｔｅｓｔｅｒ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｖａｌｕｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ，ｏｎ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｒａｔｅ，ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｖａｌｕｅｓ ｗｉｔｈ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｐｒｏｐｅｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｖａｌｕｅｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｖａｌｕｅ，ｃａｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ＥＤＭ ｏｆ ｃａｒｂｉｄｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃａｎ ｓｕｐｐｌｙ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｔｈｅｒ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ＥＤＭ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ｓｍａｌｌ ｈｏｌｅｓ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅｓ；ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
１．２实验用脉冲电源参数
电火花加工电源采用弛张式ＲＣ脉冲电源，其组成如图１所
示‘¨．这种电源结构简单、成本低、易于调整单脉冲放电能量以及易
于实现很高的充放电频率，适合微小孔等的电火花微细加工．
描述脉冲放电参数的公式主要有
…讪褂． １）脉冲宽度
㈤
２）脉冲间隔 ３）电容器储存能量 ４）脉冲周期
铲尺：油等专．
中，放电爆炸力的最大值Ｐ可近似表示为［７１
ｒ— ｒ
Ｐ—ｐ√ｐＷ。／√ｔ，ｔ。．
（５）
式中：ｐ为定压比热与定容比热的复杂积分函数，对于同一种材料，卢为常数；ｌＤ为工作液密度；ｔ，为放电
１实验条件及方法
１．１工具电极的制备
在微ｄ、孑ＬＪＪｇ工过程中，微细工具电极的制备十分重要，工具电极的制作主要分为在线制作和离线制 作［５］：在线制作是一种采用了逆加工原理的在线制作微细电极的方法，避免了安装过程中产生的同轴误 差，精度相对较高，但是加工困难，］Ｊｎ－ｒ效率很低；离线制作多采用冷拔细金属丝的方式，１Ｊｎ－ｒ＿效率高．
关键词： 电火花加工；小孔加工；硬质合金；电参数；加工性能
中图分类号：ＴＧ６６１
文献标识码：Ａ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ＥＤＭ ｏｆ Ｃａｒｂｉｄｅｓ ｉｎ Ｓｍａｌｌ Ｈｏｌｅｓ
ＳＯＮＧ Ｗｅｎ－ｌｏｎｇ，ＤＥＮＧ Ｊｉａｎ－ｘｉｎ，ＹＡＮ Ｐｅｉ
（Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５００６１，Ｃｈｉｎａ）
肌一吉ｃ却．
一
Ｆ
＋
目：：＝三图
Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｔ ＲＣ ｉｍｐｕｌｓｅ ｐｏｗｅｒ （２）
（３）
万方数据
５３８
中北大学学报（自然科学版）
２００９年第６期
‘ｔｐ＝Ｒ，Ｃｌｎ［去】．
㈤
式中：五。为空载电压（Ｖ）；Ｒ。为电容器充电限流电阻（Ｑ）；Ｒ。为电容器放电电流限幅电阻（Ｑ）；Ｖ。为间 隙放电维持电压（Ｖ）；Ｃ为电容器电容量（弘Ｆ）Ｉ Ｕ。，Ｕ。为电容器充放电阀值电压（Ｖ）．
２wenku.baidu.com验结果及分析
２．１ 电容对工艺指标的影响
２．１．１ 电容对孔径扩大率的影响 表１～３为加工过程中电容对硬质合金ＹＧ８、ＹＴ５的小孔加工工艺指标影响实验结果（空载电压为
１２５ Ｖ）．电容对孔径扩大率的影响实验结果（表Ｉ所示）表明，随电容值的增加，加工孔径总体呈增大的趋 势：当电容小于０．４５肛Ｆ时，电容对孔径的影响不是很大，孔径扩大率变化较小，此时ＹＧ８小孔形貌如图２ （ａ）所示（ＹＴ５与之相似）；当电容超过０．４５ ｔＬＦ后，孔径变化率显著增加，加工孔边缘形成翻边，其形貌如 图２（ｂ）所示．这是因为，孔径扩大是由电极侧面放电形成的，主要受放电时间的长短和放电能量大小影 响．电容值增加，脉冲放电能量相应增大，当脉冲能量超过一定值以后，由于温度梯度等因素的影响，工件 材料蚀除物的粒度明显增大，使孔径扩大率快速增加，加工质量变差．另外，从表１可以看出ＹＧ８的孔径扩 大率明显比ＹＴ５大．
０．４５ ０．０３６ ０．０２６
１ ０．０３ ０．０２８
１０ ０．０４ ０．０３３
在硬质合金的电火花加工过程中，工件材料的加工速度主要取决于放电能量和放电过程爆炸力的大
小，而放电能量则主要取决于峰值电流和脉冲宽度．由实验结果可知，当峰值电流一定时，通过改变电容
增加脉宽，使脉冲放电能量增大，但材料的加工速度反而减小．前苏联学者津格尔曼推导的放电压力公式
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
Ｏ引 目
随着航空、航天、机械、仪表等领域的科学技术不断发展，小孔应用日趋广泛．通常的小孔，其直径在
收稿日期： ２００９．．０１－－２０ 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（５０６７５１２０）；教育部博士点基金资助课题（２００７０４２２０１２）；山东省自然科学杰出青年基金资
助项目（１Ｑ２００９１７）Ｉ泰山学者专项基金资助项目 作者简介： 宋文龙（１９８１一），男，博士生．主要从事电火花加工及其在刀具表面改性技术中的应用以及高效加工刀具技术研究．
万方数据
（总第１２８期）
硬质合金小孔电火花加工的实验研究（宋文龙等）
５３７
中ｏ．０５～Ｃｂ２ ｍｍ范围内，由于其孔径极小，常规的钻、冲、磨等机械加工方式较难实现，而电火花加工 （Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ，简称ＥＤＭ）在小孔加工方面具有一定的优势：可加工任何导电材料，且不 受工件材料硬度限制；力Ⅱ工过程中作用力很小，对工具的强度和刚度要求较低．因此，像硬质合金等高强度 高硬度的难加工金属材料，通常采用电火花加工．
５３９
２．１．２电容对小孔加工速度的影响
表２为小孔加工速度随电容变化的实验结果．ＹＧ８、ＹＴ５硬质合金的加工速度整体变化趋势都是随着 电容的增加，先增大后减小，在电容值为１０ ｎＦ时加工速度同时达到最大值，此时，ＹＧ８、ＹＴ５的加工速度 分别为０．０９ ｍｍ／ｍｉｎ，０．０９２ ｍｍ／ｍｉｎ，比最低速度０．０２６～０．０３ ｍｍ／ｍｉｎ高出两倍多．可见，电容对硬质 合金小孔的加工速度影响很大．
【ａ）电容为１０ｎＦ
（ｂ）电容为１０ ｕＦ
圈２ ＹＧ８在不同电参数条件下的小孔形貌（电压为１２５Ｖ） Ｆｉｇ．２ Ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ＹＧ８ ｈｏｌｅｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
电容／ｎＦ ＹＧ８孔径扩大率／％ ＹＴ５孔径扩大率／％
Ｔａｂ．１
裹１ 电容对孔径扩大率的影响 Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｏｎ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ
０．４ ４０．０ ２０．０
４４．０ ２３．３
４２．０ ２３．１
４６．０ ２３．６
４７．０ ２４．２
６０．０ ２９．７
６８．０ ４０．０
万方数据
（总第１２８期）
硬质合金小孔电火花加工的实验研究（宋文龙等）
由上述公式（１）～（４）可知［１’６］，电容器容量Ｃ对影响加工质量的脉冲参数影响很大．在其它电参数不 变的情况下，脉冲周期ｔ，，脉冲宽度ｔｉ以及脉冲间隔￡。都与电容Ｃ值成正比，即Ｃ值增加，ｔ，，ｔ。，ｔｏ变大；反 之，Ｃ值减小，ｔ，，ｔｔ，ｔｏ降低．另外，脉冲能量彤。与电容Ｃ值和空载电压五ｉ值的变化趋势相同，即Ｃ值、五。值 越大，脉冲能量越强．故电压和电容是本实验条件下电火花加工中最关键的两个因素．
Ｔａｂ．２
裹２电容对加工速度的影响 Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ
电容／ｎＦ
０．４
ＹＧ８加工速度／（ｍｍ·ｍｉｎ一１）０．０５３
ＹＴ５加工速度／（ｒａｍ·ｍｉｎ－１）０．０４１
０．６ ０．０４８ ０．０４９
４．４５ ０．０７５ ０．０７１
１０ ０．０９ ０．０９２
电火花小孔加工实验在ＤＺＷ一１０微细电火花加工实验机上进行，加工试样为１６ ｍｍ×１６ ｍｍ× ４．５ ｍｍ的ＹＴ５和ＹＧ８硬质合金，加工过程采用正极性加工（即工件接电源正极），蒸馏水冷却．考虑到小 孔加工环境的特殊性和实际的加工需要，采用孔径扩大率（加工小孔的孔径与加工电极直径之比的百分 数）、加工速度（单位时间加工小孔的深度，ｍｍ／ｍｉｎ）和电极损耗率（电极损耗长度与４ｑＬ深度之比的百分 数）作为考察的主要工艺指标，并结合小孑Ｌ表面形貌为工艺选择提供参考．实验时，保持电压（１２５ Ｖ）或电 容（ｏ．４５ ｐＦ）不变，分别改变电容或电压值，考察不同的电参数对小孔工艺指标的影响．
硬质合金小孔电火花加工的实验研究
宋文龙，邓建新，颜 培
（山东大学机械工程学院，山东济南２５００６１）
摘 要： 在ＤＺＷ一１０微细电火花加工实验机上进行了硬质合金ＹＧ８、ＹＴ５等难加工材料的小孔加工实验，研 究了电容及电压等电参数对加工速度、电极损耗率、小孔孔径扩大率等加工工艺指标的影响，分析了电参数对 加工性能的影响机理，并在所设实验条件下得到了具有最佳加工性能的电参数．结果表明：合理配置加工电 参数，尤其是电容值，可以显著改善硬质合金难加工材料的加工工艺性能．研究可以为其它难加工材料的电 火花加工提供具体工艺参考及理论指导．
２００９年第３０卷第６期
中北大学学报（自然科学版）
Ｖ０１．３０ Ｎｏ．６ ２００９
（总第１２８期）
ＪＯＵＲＮＡＬ ｏＦ ＮＯＲＴＨ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ｏＦ ＣＨＩＮＡ（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＥＤＩＴＩＯＮ）（Ｓｕｍ Ｎｏ．１２８）
文章编号：１６７３—３１９３（２００９）０６一０５３６一０６
电火花加工是基于工件和工具（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和表面质量预定的加工要求．在难加工金属材料的电火花小孔加工中，金属并未 完全熔化或气化就被抛出和凝固，加工屑的抛出过程也不是很理想，容易在电极上反粘并在加工孔边缘形 成翻边ｎ］，因此对脉冲电源的参数合理配置提出了较高的要求，国内外很多学者在这方面做了大量的工 作．Ｈｕｎｇ—Ｓｕｎｇ Ｌｉｕ等［２］研究了镍基合金的微细电火花加工，通过优化加工电参数，显著提高了ｔｂ：ｆＬ加工 的精度和质量．贾振元、周明等［３１研究了铝工件的电火花小孔加工在多工艺指标要求下的优化问题，并得 到了优化的参数组合方案．朱钰铧等［４］研究了钛合金ｄｑ：Ｌ电火花加工工艺，通过优选电火花加工放电参数 等工艺手段，提高了加工速度和加工质量．目前国内外对硬质合金的电火花加工研究主要集中在平面加工 性能方面，硬质合金小孔加工的研究很少．硬质合金小孔加工具有其特殊性，故本文探讨了具体加工工艺 参数对电火花小孔加工性能和质量的影响．通过对硬质合金ＹＧ８、ＹＴ５的电火花ｔＪｑ：Ｌ］Ｊｎ工实验，研究在不 同电参数条件下小孔加工工艺指标的变化规律及其作用机理，以期对硬质合金的小孔加工提供工艺参考．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｍａｌｌ—ｈｏｌｅｓ ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ—ＹＧ８，ＹＴ５ ｗｉｔｈ ＤＺＷ一１０ ＥＤＭ ｔｅｓｔｅｒ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｖａｌｕｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ，ｏｎ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｒａｔｅ，ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｖａｌｕｅｓ ｗｉｔｈ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｐｒｏｐｅｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｖａｌｕｅｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｖａｌｕｅ，ｃａｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ＥＤＭ ｏｆ ｃａｒｂｉｄｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃａｎ ｓｕｐｐｌｙ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｔｈｅｒ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ＥＤＭ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ｓｍａｌｌ ｈｏｌｅｓ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅｓ；ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
１．２实验用脉冲电源参数
电火花加工电源采用弛张式ＲＣ脉冲电源，其组成如图１所
示‘¨．这种电源结构简单、成本低、易于调整单脉冲放电能量以及易
于实现很高的充放电频率，适合微小孔等的电火花微细加工．
描述脉冲放电参数的公式主要有
…讪褂． １）脉冲宽度
㈤
２）脉冲间隔 ３）电容器储存能量 ４）脉冲周期
铲尺：油等专．
中，放电爆炸力的最大值Ｐ可近似表示为［７１
ｒ— ｒ
Ｐ—ｐ√ｐＷ。／√ｔ，ｔ。．
（５）
式中：ｐ为定压比热与定容比热的复杂积分函数，对于同一种材料，卢为常数；ｌＤ为工作液密度；ｔ，为放电