提高电火花加工效率的方法研究

提高电火花加工效率的方法研究
[摘要]由于电火花加工有其独特的优点，加上电火花加工工艺技术水平的不断提高，数控电火花机床的普及，其应用领域日益扩大。

利用电火花可以加工各种高熔点、高硬度、高强度、高纯度、高韧性的材料，并在生产中显示出很多优越性，在模具制造中被用于凹模型孔和型腔的加工，改进电火花加工工艺，提高电火花加工生产率成为当前一个重要课题。

[关键词]电火花加工；加工工艺；改进；生产率
中图分类号：tg661 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）13-0195-02
1.前言
电火花加工是在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电时的电腐蚀作用，对工件进行尺寸加工的一种工艺方法[1]。

图1所示是电火花加工的原理图。

由脉冲电源输出的电压加在应用科学介质中的工件和工具电极上。

当电压升高到间隙中介质的击穿电压时，会使介质在绝缘强度最低处被击穿，产生火花放电。

瞬间高温使得工件和剪辑表面都被蚀除掉一小块材料，形成小的凹坑。

利用电火花可以加工各种高熔点、高硬度、高强度、高纯度、高韧性的材料，并在生产中显示出很多优越性：
（1）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料，如淬火钢、硬质合金、耐热合金等。

（2）电极和工件在加工过程中不接触，两者间的宏观作用力很小，
因不受制于电极和
工件刚度的限制，便于加工小孔、深孔、窄缝零件；对于各种型孔、立体曲面、复杂形状
的工件，均可采用成形电极一次加工。

（3）电极材料不必比工件材料硬。

（4）直接利用电、热能进行加工，便于实现加工断开过程的自动控制。

由于电火花加工有其独特的优点，加上电火花加工工艺技术水平的不断提高，数控电火花机床的普及，其应用领域日益扩大。

2.影响电火花加工生产率的主要因素
单位时间内从工件上腐蚀的金属量，称为电火花加工的生产率。

生产率的高低受到诸多因素的影响。

（1）脉冲宽度对于矩形波脉冲电源，在脉冲电流峰值一定时间，脉冲能量与脉冲宽度成正比，即能量越大，加工效率就越高。

（2）脉冲间隙在脉冲宽度一定的条件下，脉冲间隙小，加工效率高。

但脉冲间隙小于某一数值后，随着脉冲间隙的继续减小，加工效率反而降低。

带有脉冲间隙自适应控制系统的脉冲电源，能够根据放电间隙的状态在一定的范围内调节脉冲间隙，既能保持稳定加工，又可获得较大的加工效率。

（3）电流峰值当脉冲宽度和脉冲间隙一定时，随着电流峰值的增加，加工效率也增加。

但电流峰值增大，将增大工件的表面粗糙度值和增加电极损耗。

（4）加工面积的影响加工面积较大时，对加工效率没有多大影响；当加工面积较小时至某一临界值时，加工效率就会显著降低，这种现象叫做面积效应。

（5）排屑条件加工中除较浅型腔可用打排气孔方法排屑外，一般都采用冲油或抽油排屑。

适当增加冲油压力会使加工效率提高，但压力超过某一数值后，随压力的增加加工效率会略有降低。

为了有利于排屑，除采用冲油外还成厂采用抬起电极排屑的方法。

（6）电极材料和加工极性采用石墨电极，在同样的加工电流时正极性比负极性加工效率高，但在粗加工时电极损耗较大。

采用负极性加工时会降低加工效率，但电极损耗将大大减少，加工稳定性将有所提高。

（7）工件材料一般来说，工件材料的熔点、沸点越高，比热容、熔化潜热和汽化潜热就越大，加工效率就越高，即难以加工。

如硬质量合金的加工效率比钢要低40%-60%。

对导热性能好的材料，因热量散失快，所以加工效率也会降低。

（8）工作液不同种类的工作液及工作液的粘度对加工效率均由影响，比如煤油比机油的加工效率高；煤油中加入一半机油，加工效率也会有所提高。

综上所述，从以上几个方面加以控制，均有利于提高电火花加工生产效率，但是提高的幅度较小，同时会由于人为因素使得加工生产率不能稳定的提高。

随着现代工艺的不短发展，找到稳定的提高加
工生产率的方法成为众多模具及机械制造企业最为迫切的需要。

基于以上影响电火花加工生产效率的诸多因素，结合作者从事电火花加工的实际经验，作者从以下几个方面来改进电火花加工生产效率，均取得了显著成效：
（1）具有极高耐腐蚀的电极材料的开发
（2）用气体代替加工液
由tokyo农业大学所进行的研究发现：高压气体可以通过电极上的通油孔进入工具、工件电极接触区；纯度很高的高压气体能起到普通加工液所起不到的绝缘效果；高压气体能够清除由电极加工所产生的碎屑等杂质，并具有较好的冷却作用。

因而能用于小型三维复杂零件的电火花加工，极好地代替普通加工液，可降低生产成本。

（3）在加工液中添加导电粉末
由电火花加工试验表明，在加工液中增添硅粉末，可改善加工后零件表面的粗糙度[2]。

这是因为硅粉末的加入，增大了工具、工件电极间的阻抗，抑制了脉冲放电中的离散电容。

随着离散电容的减少，使工具、工件电极间的电容减小，每次放电脉冲次数减少，因而改善了加工零件的表面粗糙度。

根据同样原理与加工实践证明，使用内含悬浮其他导电粉末的加工液，也能改善加工后零件的表面粗糙度。

这对精密的航空零件和模具的加工尤其重要，它可省去以往的抛光后工序加工，提高了生产效率，降低生产成本。

（4）对非导电材料进行加工
（5）用简单的圆柱形旋转电极对3d复杂零件进行电火花加工
a.分层加工。

采用一个小型的圆柱形旋转电极，在零件上进行往复运动，一层一层加工掉金属材料。

b.采用一个圆柱形或多面体电极加工复杂的3d小型模具内腔（通过cnc系统控制）等。

为了更有效进行以上所述的电火花加工，新研究开发出一种能实现对工件材料的高效切除，并能对电极的损耗进行自动补偿的加工方法。

它是通过cnc系统进行电极损耗的自动监控与程序修改。

这一方法一般用于要求内腔形状尺寸精度高的模具加工。

通过对以上先进技术的合理使用，能进一步增加电火花加工的功能，使其成为一种更先进更具有市场竞争力的加工手段。

参考文献
[1] 秦勇，王霖，张勤俭；数控技术在电火花成形加工中的应用现状和发展趋势[j]；《机械工程师》；2001（03）.
[2] 关佳亮，刘顺周，段慧琴；金属结合剂超硬磨料砂轮动态高效快速电火花电解磨削复合精密修形技术的研究[j]；《金刚石与磨料磨具工程》；2005（03）.
作者简介
蒋军（1983-）工学硕士；主要从事特种材料的制备与性能研究。