电火花加工参数影响加工精度简析

先进制造技术结课论文题目：电火花加工参数影响加工精度简析
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学院机电工程学院
专业机械工程
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电火花加工参数影响加工精度简析
摘要：随着我国机械制造业的快速发展，电火花加工技术在民用和国防工业中的应用越来越多，特别是数控电火花成形加工机床和数控电火花线切割加工机床不仅在模具制造业中广泛应用，而且在一般机械加工企业中逐渐普及。

本篇要点是电火花加工的精度，通过对放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定性和“二次放电”去改善，提高电火花加工精度。

关键词：电火花；线切割；二次放电；加工精度
引言
随着现代工业的深入发展，越来越精密化的市场需求，对企业也提出了更高的加工精度要求，使高精密模具制造能力成为企业的核心竞争力。

公司原±0.005mm的电火花加工精度，已不能满足松下、住友、高野精密、技研新阳等越来越多客户，提出的模具工件电火花加工尺寸±0.002mm、清角加工R0.02mm以下高精度要求。

只有满足客户的高精度加工要求，公司才可能实现高精密模具从国外进口到国内制造，降低模具制造成本，提升企业竞争力。

1 电火花加工原理
电火花加工是一种利用电能和热能进行加工的新工艺，俗称放电加工（EDM）。

电火花加工与一般切削加工的区别在于，电火花加工时工具与工件并不接触，而是靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电，利用放电时产生局部、瞬时的高温把金属材料逐步蚀除下来，由于在放电过程中有可见火花产生，故称电火花加工。

电火花加工是基于在绝缘的工作液中工具和工件之间脉冲性火花放电局部、瞬时产生的高温，是工件表面的金属熔化、气化、抛离工件表面的原理。

电火花加工的原理图如下图所示，当工件与工具两电极间电压加到直流
100V左右，极间某一间隙最小处或绝缘强度最低处介质被击穿引起电离并产生火花放电，产生瞬时高温，使工具与工件表面蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑。

然后经过一段时间间隔，排除电蚀产物和介质恢复绝缘，再在两级间加电…，如此连续的重复放电，工具电极不断地向工件进给就可将工具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件。

电火花加工原理图
其加工的必备条件是：必须采用脉冲电源；工具电极和工件被加工表面之间必须保持一定的间隙；放电必须在一定绝缘性能的液体介质中进行。

2 电火花加工的特点
2.1 电火花加工的表面质量和速度
电火花机加工在加工模具的时候通常会使用粗、中、精的分档加工法。

粗加工使用大功率、低损耗去完成加工，此外中、精加工的电极损耗相对较大，通常精加工时的余量小，所以电极的损耗也变小，它可利用加工尺寸来控制进行补偿，也可在不影响精度的情况之下忽略此项。

2.2 电火花的碳渣和排渣
电火花机加工要顺利进行加工的条件之一是要平衡产生碳渣和排除碳渣。

若单单牺牲加工速度去排除碳渣，像在中、精加工时用高电压，大休止脉波等等。

同时加工面形状复杂也会影响排除碳渣，排屑路径便会变得不通畅。

只用拥有良好的排除条件以及方法，对其采取积极处理方式。

2.3 电极和电火花工件之间的相互损耗
电火花机放电脉波时间长，能够有效的减小电极的损耗。

电火花机粗加工通常使用长放电脉波以及大电流放电，加工速度快同时电极损耗也减小。

电火花在精加工之时，小电流放电一定要减小放电脉波的时间，这样的做法加大了电极损耗的同时还大幅度降低了加工速度。

（加工速度即单位时间中电极丝中心线在加工工件上切过的面积的总和，快走丝线为40~80mm2/min，慢走丝可达350mm2/min）3 电火花的加工过程
电火花加工是一个非常复杂的过程，其微观过程是热力、流体力、电场力、磁力、电化学等综合作用的结果。

这一过程可分为以下四个阶段：
1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道
2）介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀
3）电极材料的抛出
4）极间介质的电离消除
4 影响金属蚀除率的主要因素
4.1 极性效应的影响
在电火花放电加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。

这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。

为了充分地利用极性效应，最大限度地降低工具电极的损耗，应合理选用工具电极的材料，根据电极对材料的物理性能、加工要求选用最佳的电参数，正确地选用极性，使工件的蚀除速度最高，工具损耗尽可能小。

（1）在短脉冲加工时，负电子对正极的轰击作用大于正离子对负极的轰击，因为负电子质量下，在短时间内达到了很高的速度，所得了很高的能量。

因此在窄脉冲（t<10us）精加工时，采用正极性；
（2）在长脉冲（放电持续时间较长）加工时，质量和惯性大的正离子将有足够的时间加速，能量达到足够大轰击负极表面。

因此在采用长脉冲（t>100us ）粗加工时，应采用负极性加工，可以得到较高的蚀除速度和较低的电极损耗。

4.2 电参数
电火花加工脉冲电源的可控参数有：脉宽、脉间、峰值电流、峰值电压。

对蚀除量影响的综合作用规律可以用脉冲能量的大小和变化率来描述。

无论正极或负极，都存在单个脉冲的蚀除量与单个脉冲能量在一定范围内成正比的关系。

某一段时间内的总蚀除量约等于这段时间内各单个有效脉冲蚀除量的总和。

4.3 金属材料热学常数
热学常数是指熔点、沸点、热导率、比热容、熔化潜热、气化潜热等。

当脉
冲放电能量相同时，金属的熔点、沸点、比热容、熔化潜热、气化潜热愈高，电蚀量将愈小，愈难加工；导热系数愈大的金属，由于较多地把瞬时产生的热量传导散失到其他部位，降低了本身的蚀除量。

总之，电极的蚀除量与电极材料的导热系数以及其他热学常数、单个脉冲能量、脉冲能量变化率有密切关系。

5 电火花加工的加工速度和工具的损耗速度
5.1 加工速度
单位时间内工件的蚀除量称之为加工速度，一般采用体积加工速度来表示，即被加工掉的体积除以加工时间
Vm=V/t
提高脉冲频率，靠缩小脉冲停歇时间，但脉冲停歇时间过短，会使加工区工作液来不及消电离、排除电蚀产物及气泡来恢复其介电性能，以致形成破坏性的稳定电弧放电，使电火花加工过程不能正常运行。

增加单个脉冲能量主要靠加大脉冲电流和增加脉冲宽度。

单个脉冲能量的增加可提高加工速度，但同时会使表面粗糙度变坏和降低加工精度，一般只用于粗加工和半精加工的场合。

提高工艺系数K的途径，合理选用电极材料、电参数和工作液，改善工作液的循环过滤方式等，从而提高有效脉冲利用率，达到提高工艺系数的目的。

5.2 工具电极损耗速度
采用相对损耗或损耗比θ作为衡量工具电极耐损耗的指标。

即
θ=(Ve/Vw) × 100%
上式中加工速度和损耗速度均以mm3/min为单位计算，则θ为体积相对损耗。

如以g/min为单位计算，则θ为重量相对损耗；如以mm/min为单位计算，则θ为直线相对损耗。

每种电极材料都有一最佳峰值电流宽度与熔坑的最大体积对应。

合理选择工具电极的材料，以确保工具电极的最佳峰值电流宽度偏离工件电极的最佳峰值电流宽度，以工件电极的最佳峰值电流宽度作为依据选择加工脉冲的参数，可以保证电极的低损耗。

6 影响电火花加工精度和表面质量的主要因素
影响加工精度的主要因素有放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定性和“二次放电”。

6.1 加工间隙(侧面间隙)的影响
电火花加工时，工具电极与工件之间存在着一定的放电间隙，如果加工过程中放电间隙能保持不变，则可以通过修正工具电极的尺寸，对放电间隙进行补偿，以获得较高的加工精度。

然而，放电间隙的大小实际上是变化的，影响着加工精度。

除此之外，间隙大小对加工精度也有影响，尤其对复杂形状的加工表面、棱角部位电场强度分布不均，间隙越大，影响越严重。

因此，应缩小放电间隙，这样不但能提高仿形精度，而且放电间隙越小，可能产生的间隙变化量也越小；另外还必须尽可能使加工过程稳定.
6.2 工具电极的损耗及其稳定性和“二次放电”
工具电极的损耗对尺寸精度和形状精度都有影响。

“二次放电”是指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电，集中反映在加工深度方向产生斜度和加工棱角棱边变钝方面。

6.3 表面粗糙度
电火花加工表面的粗糙度取决于放电蚀坑的深度及其分布的均匀程度，只有在加工表面产生浅而分布均匀的放电蚀坑，才能保证加工表面有较小的粗糙度
值。

为了控制放电凹坑的均匀性，需要采用等能量放电脉冲控制技术，即检测间隙电压击穿下降沿，控制放电脉冲电流宽度相等，用相同的脉冲能量进行加工，从而使加工表面粗糙度微观上均匀一致。

影响粗糙度的因素还有：1）脉冲能量越大，加工速度越高，Ra值越大；2）工件材料越硬、熔点越高，Ra值越小；3）工具电极的表面粗糙度越大，工件的Ra值越大。

6.4 加工斜度的影响
在加工中，不论型孔还是型腔，侧壁都有斜度，形成斜度的原因，除电极侧壁本身在技术要求或制造中原有的斜度外，一般都是由电极的损耗不均匀，以及“二次放电”等因素造成的。

(1)工作液脏污程度的影响。

工作液越脏，“二次放电”的机会就越多，同时由于间隙状态恶劣，电极回升的次数必然增多。

这两种情况都将使加工斜度增大。

(2)电极损耗的影响。

电极由于损耗而形成锥度，这种锥度反映到工件上，就形成了加工斜度。

(3)加工深度的影响。

随着加工深度的增加，加工斜度也随着增加，但不是成比例关系。

当加工深度超过一定数值后，被加工件的上口尺寸就不再扩大了，即加工斜度不再增加。

(4)冲油或抽油的影响。

采用冲油或抽油对加工斜度的影响是不同的。

用冲油加工时，电蚀产物由已加工面流出，增加了“二次放电”的机会，使加工斜度增大。

而用抽油加工时，电蚀产物是由抽吸管排出去，干净的工作液从电极周边进入，所以在已加工面出现“二次放电”的机会较少，加工斜度也就小。

不同的加工对象对加工斜度的要求也不同。

在型腔加工中，由于本身要求有一定的拔模斜度，则对加工斜度的要求并不严格。

对于直壁冲模，则要求加工斜度比较严格。

只要掌握影响加工斜度的规律，即可达到预定的要求。

7 结束语
总之，电火花加工作为一门新型的加工技术，在未来定会占有一席之地。

因其能源为电能，比起以煤炭，天然气，石油等难以再生资源为能源的生产设备来说无疑是一种优势！
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