电火花加工中的拉弧现象研究与对策

图 １ 放 电 间隙 、 蚀 除 速 度 和 进 给 速 度
在 火 花 放 电时 ，放 电 区域 瞬 时温 度 可 以达 到一 万摄 氏度以上 ， 从 而使放 电点处工件表面金属融化 汽化 和 爆 炸抛 出 ， 在 工 件 表 面形 成 一个 微 小 的 凹坑 。
当脉 冲放电结束后 ， 经过一段时 间， 使工作液恢复绝 缘后 ， 第 二 个 脉 冲 电压 又 加到 两 极上 ， 在极 间距 离最
间隙。如果进给速度 １ 大于工件 的蚀出速度 １ ， 则 间隙 ｓ 将逐渐变小 ， 当间隙值等于零 （ Ｓ ＝０ １ 时， 则形 成短路 。短路本身既不产生材料蚀 出，也不损伤电 极， 但在短路处形成 了一个热点 ， 在短路数次后 ， 自 动调节系统使工具 电极在回退消除短路时又很容易 引发 “ 拉弧” ， 烧 伤 电极 和工件 。
严 重 时会 造 成 工件 的报 废 。 因此 ， 在 加 工 中应 根 据 加 工 的 实 际情 形 采 取 适 当的 工 艺 措 施 减 小和 抑 制 拉 弧 现 象。 在深入探 讨 了影 响拉 弧 的 各 种 因素 的 基 础 上 。 并 提 出 了防 止 拉 弧 的具 体 工 艺措 施 。
近或 绝 缘强 度 最 弱 处放 电击穿 ， 形成 新 的放 电 凹坑 。 通 过 重 复放 电 ， 工 具 电极不 断 向工件 进 给 ， 工 具 的形 状 最终 复 制到 工件 上 ， 从 而 实现 成 型加 工 。 这 种 方法 特 别 适合 于 复 杂 表 面形 状 和 型 腔 的加
１ 电火 花加 工原理
电火 花 加 工 属 于 “ 不 接触 加 工 ” 。在 正 常 火 花 放
收稿 Ｅ ｌ 期： ２ ０ １ ３ — ０ ８ — ０ ５ 作者简介 ： 兰颜 云（ １ ９ ７ ３ 一） ， 男， 讲师 ， 研究生 ， 研究方 向为材料成型及控制技术。 ６ ３
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． １ １ ， ２ ０ １ ３
模、 塑料膜 、 胶木模等 ； 电火 花穿孔加工主要用 于形 状 复 杂 的型 孔 （ 多边形孔 ， 异 性孔等 ） 、 深细孔 （ 小孑 Ｌ 和微孔 ） 、 曲线孔（ 螺旋孔 、 弯孔 ） 的加工。电火花机床 加工 自动化程度 高 ， 劳动强度低 ， 工作环境较好 ， 目 前， 已经广泛用于机械 、 精密仪器 、 宇航 电子等诸 多 行 业 。 电火 花 加 工技 术 正 朝 着微 细 化 、 高速 化 、 复合 化、 绿 色化 的方 向发展 。 电火 花 成形 加 工 技 术在 制 造 业 领 域 占有重 要 地 位， 是 实现 难 加 工材 料 、 复 杂零 件精 密加 工 的有 效手 段 。随着 先 进 制 造技 术 的快 速 发展 和 制 造业 市场 竞 争的加剧 ，对 电火花成形加工技术提出了更高要求， 相 对 于切 削加 工 技术 而 言 ，电火 花 成 形 加工 技 术 仍 是 一 门较 年 轻 的技术 ， 其 微观 加 工 机 理仍 有 待 探 索 ， 加工工艺需要进一步的完善。因此 ， 必须借鉴切削加 工 技术 发 展 过 程 中取 得 的经 验 与成 果 ，根据 电火 花 成形加工 自身的技术特点 ， 选用适当的加工理论 、 控 制 原 理 和工 艺 方 法 ，并 在 己有成 果 的基 础上 不 断 完 善、 创新。本文对电火花加工 中的拉弧放 电现象作 了 深人 分 析 ， 并提 出了解 决拉 弧 现象 的工 艺 措施 。
关键词 ： 电火花加 工原理 ； 拉弧现 象； 解决措施 中图分类号 ： Ｔ Ｇ６ ６ １ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ － ０ ０ ６ ３ — ０ ３
电火 花 加 工 是基 于工 具 和工 件 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 及 表 面质 量 预 定 的加 工 要 求 ，又称 放 电加 工 、 电蚀加 工 。其 包括 电火 花 型腔 加工 和 穿孔 加 工两 种 。其 中 ， 电 火花 型腔 加 工主要 用 于加 工 各 种 具 有 复杂 形 状 型腔 的模 具 ， 如热锻模 、 压铸模 、 挤 压
《 装备制造技术） ） ２ ｏ １ ３ 年第 １ １ 期
电火 花￣ ｎ － ｒ － 中的拉弧现 象研 究与对 策
兰 颜Hale Waihona Puke Baidu云
（ 桂林理工大学高等职业技术学院， 广西 南宁 ５ ３ ０ ０ ０ １ ）
摘 要： 电火花加工 中的电弧放 电破坏 了加 工过程 的稳 定性 ， 直接 影响到加 工件 的表面质量和表 面机械 性能 ， 电弧烧伤
电加工 时 ， 工 具 和 工件 端 面 间 有 一 放 电间 隙 ５ ， 如 图
１ 所示 。如果 间隙 ｓ 过大 ， 则脉冲电压不能击穿间隙
内的 工 作 液 ， 不 能产 生 火 花 放 电 ， 因此 ， 必 须 使 工 具
电极 向下进给 ，才能击穿和火花放 电。在正常加工
时， 工 件 以 ｌ的 速 度 不 断 被 蚀 出 ， 间 隙 ５将 逐 渐 扩 大， 工 具 电极 以速 度 ｌ 补 偿 进 给 以维 持所 需 的放 电
工， 如 果 加 工 中 的加 工参 数 控 制得 当 ， 或 者 采 取一 些 精度有利 。但是 ， 脉问 ｔ 。 过小 ， 放 电间隙难于充 分完
辅助措施 ， 诸如混粉加工 ， 混气加工等 ， 则能够加工 成 消电离和扩散电蚀产物 ，会造成极 问液体介质绝 出具有很高表面质量的工件。 缘强度降低 ， 容易引起拉弧烧伤。因此 ， 在保证放 电 加 工 过 程稳 定 性 和不 产 生 拉弧 的前 提下 ，合 理 选 择 较小的脉间值 如，可以获得较高的生产率和 良好 的 ２ 拉 弧 现 象 产 生 的 原 因 加 工 质量 。在 加工 初 始 阶段 ， 对 产 品最终 加 工质量 影 响较 小 时 ， 可 以根 据 加 工 问 隙 的大小 ， 选 取 偏 小些 的 ２ ． １ 拉 弧现 象概 述 在 电火 花 加 工 中 ， 加工深度 、 加工面积 、 被 加 工 脉 间 以提 高加工 效 率 。 （ ２ ） 放 电间 隙 工件几何形状复杂程度的改变 ，或者加工参数选取 在 电火 花加 工 中 ，工 具 和工 件 之 间 要 经常 保 持 不 当、 采取的加工工艺措施不到位 ， 都会导致电蚀产 定 的小 的放 电 间 隙 ５ ，这 一 间 隙 值 随加 工条 件 而 物 未 能 及 时排 除 ， 极 间 局部 区域 电蚀 产 物 （ 蚀 出的金 定 ， 约 为几 微 米 至几 百微 米 。在粗 加 工 中 ， 可 以取 较 属微粒 、 热分解形 成的汽泡与炭粒等 ） 浓度过高 ， 从 以利于排屑和提高加工效率。在精加 而改变放间隙介质的成分 ， 降低工作液绝缘强度 。 加 大放 电间隙值 ， 放 电间 隙往 往 取 较 小 的数值 ， 以保 证 获 得较 高 之放电引起温度升高 ，直接影 响到加工过程的稳定 工 中 ， 性， 降低加工速度 ， 造成结炭拉弧 ， 甚至将 工件烧伤。 的成 型 精度 和 表 面粗 糙 度 。放 电间 隙 的大小 与 电参 放电间隙过大 ， 而峰值电压或者单个脉 拉 弧 在 最初 几 秒 内就 表 现 出很 大 的危 害性 ，电极 由 数密切相关 ， 两极间液体难于击穿 ， 脉冲利用率 于拉 弧 引 起结 炭 沉 积后 ，所有 以后 的放 电容 易集 中 冲能量又较小时 ， 放 电不 充 分 ， 金 属蚀 出量 不 足 ， 降低 了放 电加 工 在 积炭 点上 ， 从 而 加 剧 了拉 弧状 态 ， 电极 和 工件 甚 至 低 ， 效 率 。放 电问隙过 小 ， 峰值 电 压或者 单个 脉 冲能 量过 会 烧 出一个 深 坑 ， 产 生 严 重 的热 影 响 区 ， 可 深 达几 毫 大时 ， 放 电 凹坑 较 深 ， 表 面粗 糙 度 较 大 ， 容 易 引起 拉 米， 使工 件 和 电极 报废 。 弧烧伤 。因此 ， 在实际加工 中， 放 电间隙应根据电参 ２ ． ２ 拉 弧现 象原 因探讨 拉弧现象在电火花加工 中经常出现 ，它会直接 数和工件加工 面积和形状复杂程度的变化而做 出调 以获得 稳 定 的加工 过程 。 影 响 电火 花 加工 过 程 的稳 定性 ，直 接影 响 电火 花加 整 ， （ ３ ） Ｔ作液 循 环 ＿ 工表 面质量 ，影 响产品的使用性能和使用 寿命 。因 在放 电间 隙 中 ， 电蚀 产 物通 常 靠 自然扩 散 、 定期 此。 在加 工 中减小 和 抑制 拉弧 现象 具有 重要 意 义 。拉 抬 刀 以及 工具 电极 附加震 动等 方式排 除 。 采用 工作 液 弧现 象 的影 响 因素 有很 多 ，凡 是 能够 影 响 间 隙 电场 工作 强度和极问电蚀产物浓度 的参数 ，都会直接影响到 强 迫循环 以带走 电蚀 产 物也是 一种 常用 的方法 。 拉 弧 现 象 的 出现 ，大致 可 以分 为离 线 参数 和在 线 参 液 强迫循 环有 冲油和 抽油 两种 方式 ，冲油较 易实 现 ， 排屑冲刷能力强，但是电蚀产物通过已加工区域 ， 有 数两 种 。 可能引起二次放电， 降低加工精度。 抽油时， 加工中液 ２ 。 ２ ． １ 离线参 数 的影 响 遇 离线参数包括极性 、 峰值 电压等 ， 这类参数通常 体分解出来的气体容易聚集在抽油回路的死角处 ， 在 加 在加工前设定好 ， 在加工 中基本不再调节。这类参数 到 电火 花容 易引起爆 炸 。无 论是 冲油 还是 抽油 ， 工 中 ， 冲液流 量压力 应 根据 工件 几何 形状 以及 加