镜面电火花加工技术

机电工程技术!""#年第$$卷第%期

&镜面电火花加工技术的产生与实现手段

镜面电火花加工技术的研究起步于!"世纪’"年代!所谓镜面电火花加工一般是指加工表面粗糙度值在

()"*!!+以下的电火花加工"此时的加工表面具有镜面反

光效果!研究表明"具有镜面加工效果的电火花加工表面"其表面变质层厚度均匀#极少有微裂纹"并且有较高的耐磨性和耐蚀性"无需抛光即可用作零件的最终表面!

由于电火花加工的表面粗糙度主要取决于单个脉冲的放电能量"因此早期的镜面电火花加工技术的研究均基于这样的思想"即降低单个脉冲的火花放电能量"使每次火花放电产生小的放电蚀坑"从而产生表面粗糙度值低的加工表面!如日本的,-./01公司在!"世纪’"年代初推出了窄脉宽#低峰值电流的2345电源"使加工表面粗糙度值达到小于()"*&!+的水平$瑞士675(8399:,公司开发出纳秒级脉冲电源,2,"最佳加工表面粗糙度可达

()"*%!+!但这时的镜面加工仅限于小面积加工!随着加

工面积的增大"电极和工件间的寄生电容相应增大"寄生电容对放电脉冲的储能作用增强"当单个小能量放电脉冲作用于电极和工件间时"并不能引起电极和工件间的火花放电"此时的间隙电压升高很慢"脉冲能量被储存于寄生电容中"只有当多个放电脉冲到来"寄生电容中储存了足够多的能量后"间隙电压逐渐升高到击穿电压"才引起火花放电"但此时的放电能量相当于多个放电脉冲能量的叠加"产生的放电蚀坑深度将大大增加"加工表面粗糙度值变大"加工表面便失去镜面效果!

由于电火花加工主要应用于模具加工领域"其加工面

积往往较大"因此研究大面积下的镜面电火花加工技术更具实际意义!为实现大面积下的镜面电火花加工"国内外许多学者进行了研究!如日本学者针对极间寄生电容对加工表面粗糙度的影响"提出了%分割电极法&"即将较大面积的电极分割成许多个相互绝缘的小电极"每个小电极都有独立的脉冲电源供电"这样每个小电极的寄生电容都很小"在小能量脉冲电源的作用下"能够实现小面积的镜面加工"相邻小电极间绝缘部分的加工"通过电极的平动加工完成!该加工方法的实验室效果是好的"但实际应用中存在着分割电极制造#电极连线及加工控制等诸多困难"很难在实际生产中推广应用!

!"世纪’"年代末日本学者毛利尚武等人在研究中发

现"在工作液中添加一定数量的硅#铝等微细粉末"会显著地改善电火花加工后的表面粗糙度"达到类似镜面的效果"从而提出了混粉电火花镜面加工技术!该方法只需改进加工工作液"而对机床#电极等并无特殊要求"因此混粉电火花镜面加工技术具有良好的实用性!

!混粉电火花镜面加工在模具加工中的应用

通过前面的分析可知"小面积镜面加工的关键在于精规准电源!精规准电源提供足够小的电流和足够窄的脉宽"使单个脉冲的放电能量足够小"从而在加工表面产生小的放电蚀坑"得到表面粗糙度值小的加工表面"实现小面积镜面加工!而大面积混粉电火花镜面加工则是在电火花加工工作液中混入一定成分#粒度和浓度的粉末颗粒"显著改善被加工表面的表面质量"使加工表面达到类似于镜面的效果!混粉电火花镜面加工技术是模具在终加工中

镜面电火花加工技术

编者按!在计算机技术!微电子技术!控制技术飞速发展的推动下"电火花加工技术已经可以对工艺过程实施更加精确的控制"因而促进了加工工艺水平的飞速提高#特别是近几年来"这种提高更是呈加速趋势$不仅如此"许多新的电火花加工方法和控制方法也不断涌现"如%镜面电火花加工技术&微细电火花加工技术&电火花放电沉积表面改性技术&分层式电火花铣削加工技术&气体中放电电火花加工技术&电火花加工过程模糊控制技术等"它们极大地丰富了电火花加工技术的内涵$哈尔滨工业大学赵万生教授的最新著作’先进电火花加工技术("结合了作者多年来从事先进电火花加工的研究实践"总结了近年来的最新研究成果"并介绍了国内外研究人员对于各项技术发展的主要贡献#由于篇幅所限"我们在此仅摘登该书一小部分章节"但该书内容之丰富应可窥一斑#同时"论著摘登栏目为了更好地服务读者"欢迎广大读者将自己渴望了解的技术)工艺*领域告诉我们"以便我们在选稿时有所侧重$

论著摘登

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取代手工抛光的有效手段!

经混粉电火花镜面加工的表面"其表面光亮#均匀"且具有良好的耐磨性和耐腐蚀性"因此目前该技术已经逐渐开始走向实用化!

图&是日本’()*+,公司和三菱电机公司推出的具有混粉电火花镜面加工功能的机床!该机床具有两个储液箱"一个用于储存普通工作液"另一个用于储存混粉工作液"通过手动或电动换向阀"实现工作液间的交换"分别满足混粉电火花加工和普通电火花加工的要求!在混粉工作液储液箱中"设计有冲液搅拌机构"用于对沉淀粉末的搅拌"使混粉工作液保持均匀的混合浓度!为保持混粉工作液的纯度"延长混粉工作液使用寿命"同时也防止普通工作液储液箱中的纸质滤芯过早失效"在进行工作液转换时"要求对机床工作槽进行充分清洗"既要保证普通电火花加工后的电蚀产物不能进入混粉工作液"又要保证混粉电火花加工后的沉淀粉末不能进入普通工作液储液箱!

图!是利用上面混粉电火花加工机床加工的几种型腔表面"加工结果表明"混粉电火花加工表面光亮#光滑"达到了镜面加工效果!

尽管上述混粉电火花镜面加工机床实现了镜面加工"但实际使用结果表明"该类机床存在着操作复杂#工作环境要求高#工作液使用寿命短#使用成本高等缺点!哈尔滨工业大学针对该类机床存在的上述问题"对混粉工作液储液箱进行了改进设计"通过改变储液箱结构和冲液搅拌机构的布局"使储液箱具有了离心分离功能"能够对工作液中的粗大粉末或杂质颗粒进行有效离心分离"增大了混粉工作液对电蚀产物等杂质的冗余度"从而降低了混粉电火花加工对工作环境的要求"降低了对混粉工作液中所添加粉末纯度的要求"在利用国产粉末和国产工作液的条件下"利用国产设备同样实现了混粉电火花镜面加工"为混粉电火花镜面加工技术的推广应用打下良好基础!

混粉电火花镜面加工的实用化"除应优化和选择合理的工艺参数外"由于该工序为表面的终加工工序"因此还应注意其前道工序所预留的加工余量!同时由于工作液中混有粉末"一方面粉末容易沉淀积聚"另一方面也使得极间间隙状态变得复杂!因此工作液的充分搅拌和极间工作液的流场分布情况对加工效果的影响极大!

对模具型腔的混粉电火花镜面加工过程可按下列步骤进行$

&%在粗加工用电火花机床上对模具型腔进行粗加工"并为后序精加工和混粉电火花加工留"-#."-%//的加工余量!

!%在普通工作液中对模具型腔进行精加工"加工过程中应注意加工规准的合理转换!为保证混粉电火花镜面加工效果"精加工后的工件表面应具有较低的表面粗糙度值"一般应小于01&-2!/"同时为混粉电火花镜面加工留约&"!/的加工余量!

$%转换工作液"对模具型腔进行混粉电火花镜面加工!为提高加工效率"混粉电火花镜面加工过程可采用粗#精两种规准!

$电火花加工工艺方法分类

按工具电极和工作相对运动的方式和用途的不同"可将电火花加工大致分为电火花穿孔成形加工#电火花线切割#电火花磨削和镗磨#电火花同步共轭回转加工#电火花高速小孔加工#电火花铣削加工#电火花表面强化与刻记3大类!前2类属电火花成形#尺寸加工"是用于改变零件形状或尺寸的加工方法&后者则属表面加工方法"用于改善或改变零件表面性质!以上方法中"以电火花穿孔成形加工和电火花线切割加工应用最为广泛!表&所列为总的分类情况及各类加工方法的主要特点和用途!

图&具有混粉电火花加工功能的机床图!混粉电火花镜面加工样件论著摘

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