电火花加工

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电火花加工范文第1篇

关键词:TC11钛合金;正交试验;材料去除率

钛合金因其高强度、耐热耐腐蚀等优点，在航空航天及国防工业领域应用广泛［1－2］。但由于钛合金具有导热系数差、高温下易与刀具材料起反应等特点，切削过程中极易出现排屑不畅、粘接磨损、崩刃等现象，属于典型的难切削材料［3］。电火花加工作为加工难切削材料的一种常用手段，加工不受材料硬度及强度影响，在钛合金加工应用领域得到了广泛关注［4］。电极材料及放电参数对电火花加工效果有着决定性的影响。本文针对TC11钛合金电火花加工中放电状态不稳定、加工效率不高等问题，从工艺试验角度探讨电源参数、电极材料等参数对电火花加工的效率、电极损耗等方面的影响规律，在此基础上优选电加工工艺参数，提高加工效率、降低损耗。

1钛合金电火花加工难点分析

钛合金的物理特性决定了其电火花加工的难度:钛合金的导热系数较低，电火花加工过程中产生的热量难以迅速释放，导致加工区域温度迅速升高［5］。钛合金在高温条件下的化学性质比较活泼，可以与许多非金属元素(如碳、氧、氮等)化合，生成诸如TiC等非常难溶的化合物［6］，影响加工过程。在加工过程中，电参数、电极材料以及排屑状况等工艺条件均会对放电过程产生较大影响。如果匹配不当，势必会导致放电条件持续恶劣，甚至导致拉弧、短路等不稳定放电现象，影响加工效率与质量。

2电极材料选择

工艺参数优选前应先确定电极材料，目前钛合金电火花加工中常用的电极材料为紫铜与石墨［7－10］。前文分析提到，钛合金电火花加工过程中易产生TiC，对加工效率影响较大。故进行工艺试验，对比了紫铜、石墨2种不同电极加工时，工件表面覆盖层TiC的含量情况。

2．1试验条件

机床:μEDM－50电火花加工机工件:TC11钛合金电极:20mm紫铜、石墨圆柱电极工作液:专用煤油试验中所用的电加工参数如表1所示。用两种电极各加工10min，之后对不同试验条件下所加工出工件表面进行理化分析，对比TiC含量。

2．2试验结果对比

Ti元素和C元素在高温下只能以TiC这种物相存在，工件表面TiC含量应与化学成分的C元素含量的变化趋势一致。采用KYKY－EM3200型扫描电子显微镜进行能谱分析试验，结果如图1、图2。由图1分析结果可以看出，相同电参数条件下，紫铜加工的钛合金工件表面的TiC含量明显高于石墨材料，说明石墨材料更有利于钛合金的加工。在工件积碳方面(见图2)，紫铜电极加工钛合金时，工件表面的积碳现象十分明显，紫铜电极的加工效率也明显低于石墨电极。

3正交工艺试验

正交试验设计是用来科学设计多因素试验的一种方法。其利用一套规格化的正交表安排试验，得到的试验结果再用数理统计方法进行处理，使之得出科学结论。主要优点是能在多试验条件中选出代表性强的少数试验方案，通过对这些少数试验方案结果的分析，从中找出最优方案或最佳生产工艺条件［11］。试验基于Form20电火花成型机床，电极采用20mm圆柱石墨电极，工件为60mm×20mm×20mm的TC11钛合金样，工作液为电火花成型机床专用煤油，加工深度设置为2mm，其因素水平表如表2所示.由于From20机床电源系统对电流、脉宽2参数的匹配关系进行了严格限制，因素水平表中所选的电流的脉宽均为56μs。使用统计软件SPSS进行了正交试验设计，正交试验表及结果如表3所示。方差分析法是正交试验常用的分析方法之一。能把因素水平的变化所引起的试验结果间的差异与误差的波动所引起的试验结果间的差异区分开，并能给出可靠的数量估计。使用SPSS软件进行正交试验方差分析，结果如图3、图4。从图3可以看出，统计量P值(Sig列)为(0．000＜0．016＜0．058＜0．531)，故加工参数对加工效率的影响程度依次为:加工极性＞占空比＞电压＞电流，优选参数组为12:加工极性负极，脉冲宽度56μs、脉冲间隔224μs(占空比1:4)，加工电压100V，峰值电流39A。电极损耗率方面，从图4分析结果可以看出，加工参数对电极损耗效率的影响程度依次为:占空比＞电流＞加工极性＞电压，考虑到正极性条件下，加工效率极慢，电极几乎也不损耗，故优选参数组为9:脉冲宽度56μs、脉冲间隔168μs(占空比1:3)，峰值电流39A，加工极性负极，加工电压80V。由以上试验结果可知加工效率和电极损耗对应的优选参数组并不相同。因此，在实际加工过程中应根据具体要求匹配参数。

4改善工艺条件的辅助措施

4．1冲液方式的选择

电蚀产物排出是否顺畅，对钛合金电加工加工效果影响十分明显。在排屑条件不好的情况下，极易在工件表面形成瘤状积碳颗粒(如图5)，不但难以消除，还会导致电极表面形成凹坑，改变电极形状，甚至无法获得预期的工艺结构。冲液方向也会对积碳部位的形成位置产生影响(如图6所示)。在加工过程中除了要保证冲液量足够外，也要保证冲液各个方向的均匀程度，才能抑制积碳部位的形成.由于电火花成型加工中，工件埋在工作液中，工件表面工作液的流动速率有限。在工艺结构允许的情况下，应当尽量使工作液液面接近加工部位表面，并使冲液头在工作液面以上，增加加工部位附件的工作液流动速率，使冷却、以及消电离过程更加充分，进而改善加工效率。

4．2机床辅助功能的利用

Form20机床提供了1项“在建立时产生震动”的加工辅助功能，可以在加工过程中给电极端加入一个轴向的往复运动，保证加工过程中电极可以周期性地远离工件，改善电加工产物的排屑情况，使加工状态更加稳定(如图7所示)。

5结论

电火花加工范文第2篇

[关键词] 质量 电参数 非电参数

电加工又称电火花加工，也有称为电脉冲加工的，它是一种直接利用热能和电能进行加工的工艺。电火花加工与金属切削加工的原理完全不同，在加工过程中，工具和工件不接触，而是靠工具和工件之间的脉冲性火花放电，产生局部、瞬时的高温把金属材料逐步蚀除掉。由于放电过程可见到火花，所以称为电火花加工。在加工过程中影响工件加工质量的因素有很多，其中加工参数是影响加工质量的主要因素，下面我主要从电参数和非电参数两个主要方面为大家进行分析：

一、电参数

电参数主要包括：脉冲宽度、脉冲间隔、开路电压、短路峰值电流、放电波形、加工极性 、进给速度 。 1、脉冲宽度Ti的影响，增加脉冲宽度，切割速度提高，表面粗糙度变差。（增加脉冲宽度，则单脉冲放电能量增加，当Ti>40μs，加工速度增加不多，而电极丝损耗却增大）。[通常Ti为1～60μs，脉冲频率为10～100KHz]

2、脉冲间隔To的影响，减小脉冲间隔，切割速度提高，表面粗糙度稍有增大，但太小，放电产物来不及排除，间隙间不能充分消除电离，未回复绝缘状态，易造成烧伤工件或断丝。 [一般To=4～8Ti，工件增厚，to增加] 脉间为脉宽的5～9倍，短路电流随脉宽量大小的变化而变化，切割越厚，脉间倍频越大，300mm以上达9倍； 3、开路电压Ui的影响，开路电压峰值提高，加工电流增大，切割速度提高，表面粗糙度差（高电压使加工间隙变大，有利于放电产物排除，提高加工稳定性和脉冲利用率，但造成电极丝振动，降低加工精度，加大电极丝损耗），电压：一般金属为1H，只有半导体材料或多次切割小电流时可为2H；

4、短路峰值电流Is的影响，增加短路峰值电流，切割速度提高，表面粗糙度会变差，（短路峰值电流大，相应的加工电流大，脉冲能量大，放电痕变大，且电极丝损耗大，从而使加工精度降低。

（一般情况下，Is

5、放电波形的影响，电压波形前沿上升较缓，电极丝损耗较小，但不利于脉冲宽度变窄，波形不易形成，降低切割速度。

6、加工极性的影响，线切割加工因脉冲宽度较窄，所以用正极加工，即工件接正极，电极丝接负极，（选用正脉冲波），反接会降低切割速度甚至不能进行切割，并且电极丝损耗大。

二、非电参数

非电参数主要包括：机械传动精度 、电极丝及其走丝速度 、工件厚度的影响 、工件材料的影响 、工作液的影响 、导轮参数及位置对锥度加工精度 ；

1、机械传动精度的影响，传动精度高，加工效果好；

坐标工作台传动精度的影响，坐标工作台传动精度很大程度上决定线切割的尺寸加工精度，其主要取决于四个因素：

（1）传动机构部件的精度（丝杆、螺母、齿轮、蜗杆、导轨等）；

（2）配合间隙（丝杆副、齿轮副、蜗轮副及键等的配合间隙）；

装配精度（主要是丝杆与螺母的三线对中，齿轮的均匀配合涡轮蜗杆的吻合相切，纵横向两拖板的丝杆与导轨的平行度两拖板导轨间的垂直度）；

（3）机床工作环境（温度、湿度、防尘、震动等）。坐标工作台传动精度差，移动的浮动量就大，导致放电间隙经常发生短路或开路现象，使加工不稳定，常在加工表面留下放电痕迹，甚至出现锯齿状条痕，加工精度和表面粗糙度差。同时脉冲利用率低，降低加工速度，严重时造成断丝。

2、 走丝机构传动精度的影响，电极丝在放电加工区域移动的平稳程度，取决于走丝机构的传动精度，走丝不平稳、速度不均匀，影响加工效果和丝的使用寿命，走丝速度越快，对加工的影响越大。

电极丝运动位置由导轮决定，主要由三方面造成：

（1）导轮有径向跳动或轴向窜动，导致电极丝振动，振幅与导轮跳动或窜动正相关。实际上，上下导轮的跳动（窜动）可能同时存在的，运动相对复杂，但可以从工件的上下锥度来判断导轮是否有跳动，是哪一个导轮或什么方向上跳动大（在电极丝切割方向里侧的工件对应尺寸较小一端的导轮在跳动或跳动幅度更大，同理，在电极丝切割方向外侧对应尺寸（较小）一端的导轮在跳动或跳动幅度（更大），导轮有轴向窜动时也有类似的后果。

（2）导轮的V形槽的圆角半径因磨损超过电极丝时，将不能保证电极丝精确位置，通常磨损是不对称的，磨损越深，抖动越大；两导轮轴线不平行，或V形槽的不在同一平面内，电极丝运动时不是靠在同一侧面上，使电极丝正反方向不是靠在同一侧面上，加工平面上产生反向条纹。V形槽磨损主要原因有：电极丝高速正反方向运动；导轮轴承安装不灵活，密封不好，运动阻力大；反向时，导轮不能立即跟随反向；放电产物硬度高；

（3）储丝筒振动，引起电极丝振动，要保证储丝筒同心度。

3、电极丝及其走丝速度的影响

（1）电极丝材料的影响，常用电极丝材料有钼丝、钨丝、钨钼丝，常用规格为Ф0.10～0.30mm.

（2）电极丝直径的影响，电极丝直径小，则承受电流小，切缝窄，不利于排屑和稳定加工，切割速度低；电极丝直径过大，切缝大，熔蚀量大，切割阻力相应加大，不利于提高速度，因此，电极丝直径要适中。最常用为Ф0.12～0.18mm。

（3）电极丝上丝，紧丝的影响，电极丝上丝，紧丝的好坏直接影响电极丝的张力。电极丝过松，抖动大；过紧，张力大，振动小，放电效率相对高，可提高速度，但易断丝。

（4）走丝速度的影响，走丝速度高，则电极丝热应力小，减少断丝和短路的几率，可相应提高切割速度，但电极丝抖动大，对导轮的V形槽磨损大，影响切割精度，电极丝寿命减短。

4、工件厚度的影响，工件的切割厚度薄，有利于排屑和消电离，加工稳定性好，但工件太薄，放电脉冲利用率低，效率低，且电极丝易产生抖动，影响精度；工件厚，工作液，难于进入和充满放电间隙，排屑差，易发生短路，影响精度，加工稳定性差，降低切割速度；但电极丝抖动小，又有利于提高加工速度和精度。因此注意根据工件厚度选择脉冲间隔和脉冲宽度。

5、工件材料的影响，工件材料不同，其熔点， 汽化点，热导率不同，切割速度不同。

6、工作液的影响，增大工作液压力和流速，排除蚀除物容易；过高，会引起电极丝的振动；过低不利于排屑，易短路，不能及时带走熔蚀热，烧伤工件，发生断丝等。维持层流（直线流动）为限。

7、导轮参数及位置对锥度加工精度的影响

电火花加工范文第3篇

【关键词】：射流泵；电火花；电极损耗；热耦合

前言

射流泵是一种依靠一定压力的工作流体通过喷嘴高速喷出带走被输送流体的泵，其关键工作元件为喷嘴、喉管、扩散管。这几个部件每一个细节的设计都有严格的要求。为了保证射流器具有良好的水力性能，防止出现折冲水流和漏水现象，必须保证喷嘴、喉管、扩散管三者在组装或加工时必须同心，同轴（心）度应达到精度等级的9～10级，或控制在0.05～0.40mm之内，射流器越小，精度要求越高，射流器越大，精度可适当降低，但也必须满足基本的设计准则。对于喷嘴和喉管这两个主要部件，为了减少摩擦阻力损失，提高射流器效率，内壁加工光洁度应达到Ra3.2～1.6以上。其中，扩散管段加工两股流体汇合后整流作用很大。在气体和流体中分别进行过大量实验，其结果均表明当扩散角为4～10°时，阻力系数最小，因此扩散管的扩散角θ在4～10°之间比较好。为了进一步减小扩散损失，当面积比m

电火花是通过自激放电，放电的两个电极间在放电前具较高的电压，当两电极接近时，其间介质被击穿后，随即发生火花放电。伴随击穿过程，两电极间的电阻急剧变小，两极之间的电压也随之急剧变低。火花通道必须在维持短暂的时间后及时熄灭，才可保持火花放电的“冷极”特性（即通道能量转换的热能来不及传至电极纵深），使通道能量作用于极小范围。这些通道能量的作用，可使电极局部被腐蚀。这是利用火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行尺寸加工来达到需要的尺寸。

1.首次加工扩散管状况

本次加工扩散管所使用电极为黄铜电极，在车床上加工成型，使用电火花放电加工机进行加工，采用煤油作为加工介质。

为减少加工难度，节约加工时间，再电火花加工之前，使用钻床对扩散管初始棒料进行多层递进钻孔，加工到圆锥形状。再使用电火花机床进行深度加工。射流泵用于流体流动，对流场所过表面有要求较高，为保证表面精度，对扩散管段加工分为以去除多余材料为主的粗加工和以保证表面精度为主的精加工。经过了钻孔过程，在粗加工后，扩散管段加工情况良好，但电极尖端出现大量斑状脱落，如图1所示，脱落情况与常规经验情况完全不同。导致扩散管初始段加工情况与原计划相差甚远，加工已经无法按照原计划进行，因此，对电极尖端脱落情况进行深度调研分析。2.电极损耗分析

影响电火花加工中电机损耗的主要因素为：电极对材料、加工过程的各种效应（如极性效应、吸附效应、电化学效应等）、脉冲放电波形、电参数、工作介质性质、被加工对象的形状尺寸和供给方式等[1]其中影响较大的是电极材料、极性、电脉冲参数与波形的影响及极间介质及其对供给方式。

根据常识，电极材料被熔化和气化主要考虑导热率和熔点，两者直接影响到其熔化气化所需最低能量密度。

电脉冲参数和波形对电极材料的影响主要是电流峰值会蚀除过多正极材料，尤其是初始阶段电流对正极冲击作用较强，为减少电极腐蚀应采取初始阶段控制电流上升速度。

3.电火花加工中电极材料蚀除过程仿真

3.1.材料属性设定

由于本次分析只针对温度场，不涉及力学性能，30CrMo钢在温度属性上和45钢相似，因此各项系统参数按照45钢设定。

3.2.温度条件设定

电火花放电加工的过程中由于放电时间短暂，放电点面积小，工作液吸收传导热量等原因，只有放电点附近区域受到热力影响。所以可设置为放电点高温（约10000℃），其他部分设置为加工期间平均温度状态（20℃）。

3.3.仿真求解

电极前端一直处于高温状态，其他部分温度正常，因此，在长时间加工的过程中，电极前端损耗会很大。由于电极前端本身加工工艺和材料的微小差异等因素，其腐蚀脱落也显得不均匀。

3.4.解决方案

射流泵属于流场要求极高设备，如果电极前端腐蚀情况不能得到有效改善，所加工出扩散管流道也不能满足射流需求。但电极前端加工没有更好的办法来保证腐蚀脱落情况满足要求，因此采用一个尺寸与原电极尺寸一致的电极进行补偿加工，之前电极脱落过多导致未加工到的残余加工量较小，可通过二次补偿加工实现完成，因为时间短暂，不会形成过多破损。

于是采用此种方法加工，第二次经过一小时加工时间，加工成型，无需再次精细电火花加工。所加工产品粗糙度达到Ra1.6，能满足射流泵扩散管的需求。

4.结论与展望

4.1.电火花加工中，电极端长期处于高温状态，只要有一点物质不均匀的情况，就容易发生电极腐蚀脱落不均匀，影响加工工件成型。电极材料在使用前，应加大检验力度，杜绝材料元素分布不均及加工不均等情况。（2）加工过程可采用多次加工成型法，使加工工件达到较高表面要求。（3）对于如何克服电极在加工中出现缺陷的情况，有待于进一步研

【参考文献】：

[1]王长法，微细电火花加工中的电极损耗补偿研究[D]，上海交通大学，2009

[2]张天鹏，微细电火花加工工艺的基础性研究[D]，南京航空航天大学，2006

[3]顾丰，电火花微小孔加工工艺参数优化及建模的研究[D]，大连理工大学，2006

[4]王星海，电火花加工液性能改进技术研究[D]，烟台大学，2008

电火花加工范文第4篇

Abstract： The working principle and characteristics of numerical control EDM micropore machining and the influence of the main parameters such as pulse width， machining current， capacitance， servo control and vibration frequency on the quality of perforation are analyzed.

关键词：数控电火花；加工参数；孔片质量

Key words： numerical control EDM；processing parameters；hole quality

中图分类号：TG665 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）23-0142-02

0 引言

随着数控技术的发展，数控电火花微孔加工技术在生产制造业领域获得广泛的应用，电火花微孔加工主要运用在机械，航空，航天，化学纤维，军工等行业，是一种比较实用的特种加工技术，具有设备操作简单，实施性强等特点。在现有的电火花微孔加工技术的基础上，以及传统工艺上进行改革和创新，使得电火花微孔加工可以发挥出效好的优势，在微孔加工过程中，掌握好系统参数的一些规律，就可以根据不同的孔片要求来调整参数，通过控制微孔加工的参数来获得更好的孔片质量，来确保孔片质量的可靠性和稳定性。

1 数控电火花微孔加工的工作原理和性能特点

1.1 数控电火花微孔加工的原理

电火花微孔加工是利用二个金属导体之间放电产生的电蚀现象来进行加工的方法。二个金属导体在介质中相互接近时，由于电场效应，在最近的距离处击穿介质，产生一个导电的电离通道，高密度的电子流通过这个通道，打在金属导体的一个点上，产生高热，将这个点的金属熔化或气化，这些熔化或气化的蚀除物由介质（加工夜）带出的火花间隙（即排渣）后，在金属表面形成一个凹穴。无数次这样的放电在金属表面形成无数个凹穴，就达到了对金属导体加工的目的。这些凹穴的大小，深浅决定了被加工工件的表面光洁度，凹穴越大越深，表面越粗糙。反之，表面光洁度越高。

在火花放电时，每次放电产生的凹穴越大越深，则被蚀除物生成越多，即生产率越高，而放电凹穴的大小，深浅以及电离通道的长短，（即放电间隙的大小）决定于每次脉冲的能量大小，能量越大，凹穴就越大越深，放电间隙也越大，所加工孔的直径在一定范围内越大。参考加工原理图，如图1。

1.2 数控电火花微孔加工的性能特点

可采用圆形细长丝电极或细长扁丝电极，亦可用异性整体电极加工圆形或各种异性截面微孔，用细长扁丝电极任意组合穿孔的独特工艺，加工出纺制各种复杂形状，多种截面纤维的异性纺丝板，各种复杂孔型均可通过计算机编程输入，扁丝电极加工成本低，质量好，机床带细长丝电极再进给机构，实现加工中电极的伺服进给及损耗补偿，为了实现微孔的稳定加工，加工中电极丝可作高频振动，以更好的导入加工液和排屑。

2 影响孔片质量的微孔加工参数

2.1 脉冲宽度

在脉冲的峰值电压电流一定时，脉冲宽度越宽脉冲能量越大，加工生产率越高，但是当脉冲宽度达到一定值时，虽然单个脉冲能量增大，但由于热能过于集中以及被蚀除物生成越多，将使排渣，排气等条件变得恶劣，产生电弧（集中在一点放电），加工不稳定，生产率反而会大大下降，放电加工用高频脉冲电源参数，根据加工材料的性质，深度和电极的直径来定，一般来说，电极越粗，选择值越大，加工工作的深度越深，选择值也越大，特殊材质的工作要根据实际加工情况来选择。如图2。

2.2 加工电流

根据电极直径和加工表面粗糙度确定，一般情况下电极直径越大所需加工电流也越大，表面粗糙度要求越小，所需的加工电流也越小，但同时加工速度也越慢。

2.3 电容

间隙两端的电容，一般电容越大，能量越大，加工效率越高，但孔的表面质量越差，电容选取根据孔径，加工材料及加工深度决定，孔径越大，加工深度越深，选择电容越大，材质的硬度和密度越大，选择电容越大。

2.4 伺服控制

伺服控制的选取是根据加工过程的稳定性来的，就是在同样的加工电源下，控制单元的伺服进给百分比，伺服百分比设定越大，加工速度越快，设定越小，加工速度越慢，甚至不加工，伺服控制设定是否合理，通过加工实际电压大小来判定，实际加工时，以电压表指针在50V左右晃动为理想状态，电压表指针越高，表示伺服控制偏高，实际加工效率慢，电压表指针过低，则容易造成加工短路现象。

2.5 振动频率

振动的频率大小选取没有一个定值，需要根据每台机床的实际振动量来选取，一般先找到主振头的谐振点，然后加200，之后再对这个数值进行微调，使加工达到最快最稳定。

2.6 影响孔片表面光洁度的因素

孔片表面光洁度主要决定于单个放电脉冲的能量，能量越大，光洁度越差，能量越小，光洁度越好，而单个放电脉冲的能量决定于脉冲的宽度和加工电流，因此主要依靠选取脉冲的宽度和加工电流的大小来获得最终所需的光洁度。

2.7 影响孔片的流量大小的因素

孔片流量的大小取决于孔片的整体流量趋向，整体趋向下差且不合格的是小于下偏差的，那么就将电容加大，相反则把电容调小，孔片参数附表，如表1。

3 结论

数控电火花微孔加工的参数，如脉宽，加工电流，电容，伺服控制和振动频率对孔片质量的影响，脉宽的最佳参数的选择，根据加工材料的性质，深度和电极的直径来定，电极越粗，选择值越大，加工工作的深度越深选择值越大，特殊材质的工作需要根据实际加工情况来选择，加工电流对孔片的表面粗糙度有影响，加工电流越大，表面粗糙度要求越小，加工电流越小，加工速度越慢，电容选取根据孔径，加工材料及加工深度决定，孔径越大，加工深度越深，材质的硬度和密度越大，选择电容越大。孔片表面光洁度越差，能量越大，反之光洁度好，能量越小，依靠选取脉冲的宽度和加工电流的大小来获得最终所需的光洁度。

参考文献：

[1]李立青，郭艳玲，白基成，等.电火花加工技术研究的发展趋势预测，机床于液压，2009（2）：174-177.

[2]卢万欣，电火花打孔加工系统[J]，长春.光学精密机械学院学报，1998，9，21（3）.

[3]杨大勇.电火花加工技术的发展历程[J].模具工程，2009（7）.

电火花加工范文第5篇

（华东交通大学 机电学院，江西 南昌 330013）

摘 要：数控电火花成型加工技术不断发展，但是在实际应用中仍然存在一些问题，在这其中，表面质量以及加工精度是常见的难点问题，本文对这些常见问题进行了深入研究，在大量实验数据基础上，从电极设置、放电参数选择、成型工艺和工作循环方式等方面对影响数控电火花成型加工质量的问题进行详细研究，并提出了有效的解决措施.

关键词 ：数控电火花；成型加工；加工质量

中图分类号：TG661文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）04-0042-03

电火花成型加工技术已经逐渐被普及，并在不断发展.特别是数控电火花成型加工，已经成为模具型腔加工中的主要技术之一.这门技术能够针对复杂的高精型腔、型孔、窄缝、超薄工件等进行加工.其中电极设计是保证零件加工质量的核心要素.在加工中分为粗、中、精三种情况，在不同模式下的放电间隙有所不同，这就要求制作不同的电极满足不同的加工精度.型腔加工是模具加工中经常遇到的，在型腔面积较大时，必须采用分割电极法，逐一对型腔每个部分进行加工.本文对影响电火花成型加工精度和质量的因素进行分析，提出了一些有效的措施.

1 电火花成型加工技术概述

早在20世纪40年代，电火花成型加工技术就已经被开发出来，并且成为数控加工制造领域中极其重要的一部分.在新技术不断开发涌现的当今时代，电火花成型加工技术也面向高层次、高水准不断开拓发展.即便很多传统加工技术都在结合新的加工需求不断发展，或者与新技术进行融合，并且在某些加工领域具有较高优势，但是这些技术也无法完全取代电火花成型加工技术在加工难度大材料、复杂型面以及模具制造等方面的优势.

2 电火花成型加工技术现状与发展趋势

2.1 发展现状.对于电火花成型的基本理论研究方面，放电过程本身是一个复杂的，随机性较强的过程，时至今日，在研究手段的局限下，仍未曾取得突破性的进展，但是在关于电火花成型和加工工艺以及控制理论的研究方面，很多研究成果已经应用到生产实践中，例如高效加工技术、高精密加工技术、低损耗加工技术、微细加工技术、非导电材料加工技术、电火花表面处理技术、智能控制技术等.电火花同样能够应用在工艺设备生产方面，新型电火花成型加工机床技术有着更高的加工功能，获得了更高的加工精度和自动化程度，其可靠性也得到了全面提升.

2.2 发展趋势.从电火花成型加工的研究对象考虑，其中精密加工、精细加工、深腔加工和窄槽加工将成为核心发展方向.与此同时，应注重与其他相关技术的融合和借鉴，取得彼此增值的成效，如与传统切削加工技术的复合作用方面.在电火花成型加工技术自身成果优势的基础上，还应不断更新加工工艺，让该项技术能够更好的为数控加工产业服务.

3 表面加工质量问题分析及采取的措施

经过对电火花成型加工技术在数控加工中的应用实践分析，我们发现其中存在的常见加工质量问题主要有以下几个方面：1.加工的表面不光滑甚至很粗糙；2加工的孔壁有瑕疵，如裂纹、烧伤等；3.加工存在偏差和劣质残留，最常见的是分割电机加工型腔内流线的电极拼缝痕迹.通过对问题产生根源的合理分析，做好有效的预防准备工作，通过科学可行的控制措施，数控电火花加工质量是能够得到保证的.

3.1 加工表面粗糙问题解决方案

通过对电火花成型加工过程中的加工表面粗糙问题进行总结分析，发现产生这个问题的原因可以分为几个方面：其一，受到电极表面粗糙的影响，造成微观放电间隙不够匀称；其二，在废屑无法畅通排除的情况下，导致积碳；其三，没有选择合适的放电参数.加工间隙的大小对加工质量有着直接的影响，精加工过程需要使用小间隙，如果在加大加工间隙下进行精加工，同样能够改善表面的粗糙度，但是会出现型腔清晰度和平面度恶化的结果.若要在综合考量下保证加工的稳定性，选择在小间隙下进行加工，并不需要很高的加速度和速度，需要较小的伺服系统，平稳的低速以及严格的间隙检测.在小间隙限制下，加工往往会出现短路、空载、间隙污染等问题.这些问题可以通过对放电参数的及时调整来解决，例如降低脉冲电流以及脉冲频率，如果通过对放电参数的调节仍然不能解决问题，就需要重新抛光电极，提高电极表面的粗糙度，获得最佳的工作液冲刷状态.在CNC640火花机上，采用紫铜电极（+），间隙电压是50V，高压是200V，加工材料是S45C钢（-），加工直径是16mm，加工深度是10mm，工作液选用EDM110火花机油时的实验数据如表1所示.

3.2 消除复杂零件型腔内的拼接痕

应用数控电火花加工复杂零件型腔时，出于降低加工工艺难度，控制加工成本的目的，可改变复杂形状电极为简单、易于加工的电极，最后重新进行拼接，实现放电加工，还可以进行单个电极的放电加工，拼合与分割电极.

但是电极拼合或者电极逐个放电加工之后，型腔表面往往会留下拼接加工痕迹.产生拼接痕迹是非常容易出现的问题，归根结底，是由于电极损耗造成的.加工放电过程中，在电极端部前沿尖角位置，电流密度过大，放电集中度较高，导致尖端烧损.如果电极损耗非常严重，可能会造成电极拼缝位置形状的改变，从而导致放电间隙增加，对应位置的金属得不到加工，于是拼缝位置加工表面会残生不规则的凸起瘢痕，为了避免这种情况，设计以及加工电极时，要将电极重合部分重合1-2mm进行拼接.

3.3 型腔内壁烧伤和裂纹

数控电火花加工是在加工面上通过放电产生瞬间高温，融化、蒸发、气化、溶蚀金属，并使用工作液冲刷，是金属从融化状态到极冷凝固的循环，在这个循环过程中，无论是直流电压调节过高，还是有杂质混入放电间隙，或者废屑不能及时消除导致的二次放电，都会引起工件温度过高，从而导致工件烧伤.除此之外，工件温度过高会导致工件晶粒粗大，降低工件韧性，同时还会产生较高的热应力，增加了加工表面的裂纹倾向.为了防止工件过热烧伤以及产生裂纹，可对问题成因综合考虑，进行适当调整：1.可适当降低直流电压，改善工作液冲刷，及时清理放电间隙中的杂质和废屑；2.更换工作液；3.如果电极较大，可改变电极制作工艺孔，改善冲刷条件，保证废渣能够及时得到清理.

4 加工精度问题分析及采取的措施

想要实现对数控电火花成型加工精度的有效提高，需要从机床、电极、夹具、放电参数和环境等方面入手，这些方面可能出现如下影响加工精度的问题：加工另加型腔尺寸偏差较大、清角半径增加、平面度偏差较大、型腔孔壁产生台阶等，控制加工精度需要对影响加工精度的各种因素进行全面控制.

4.1 型腔的尺寸偏差

型腔尺寸与电极之间息息相关，电极的精度直接影响着型腔的尺寸精度，其中电极的精度分为本身的尺寸精度和针对型腔而言的位置精度，并且在设计加工时需要对这两种精度要求同时考虑.因此，设计加工电极时，还要考虑电极放电时的位置尺寸，以及确定电极在X、Y、Z三个轴向的校正基准.如图5所示.

4.2 型腔清角圆角半径太大

清角圆角半径过大也是在型腔加工中极为常见的现象.究其产生的原因大致分为以下几个方面：1.电极棱角严重损耗；2.放电参数设置不合理；3.精加工时间不够.对应措施如下：1.进一步缩小清角处放电间隙；2.分多次放电加工.进行第二次加工处理时，可适当增加电极外形尺寸，降低电流，控制电极棱角损耗，维持电极交角状或者直角状.同时放电参数需要按照加工要求合理确定，通过降低电流电压规格，清角时使用工作液直冲循环等措施，提高清角位置形状满足精度要求.

4.3 形状误差

造成数控电火花加工中出现形状误差的主要原因是：没有准确定位工件和电极装卡环节，或者在加工时受到技术水平和环境因素影响产生移动、偏离.下面给出相对简单有效的解决办法：1.确保准确的装卡定位；2.在不影响电极精度的条件下，在电极相对并不重要的位置钻孔，或安置吸流排渣功能，提高流动性能和废渣清除性能.小间隙加工过程中会存在一定的真空，所以要注意防止真空产生的冲击作用对电极和工件造成影响，防止电极在工件加工中产生移动和偏斜，防止出现极小锥体，控制加工表面可能出现的形状精度误差.

4.4 型腔孔壁出现台阶状

在对型腔孔进行数控电火花加工的过程中，可能会发生型腔孔壁出现台阶状的意外状况.依据实践经验总结得知，主要原因为：1.电极表面不符合平直的要求；2.机床主轴在垂直进击过程中不够平稳；3.电极发生二次改变位置；4.电机的上下部位磨损程度不相符.

针对上述原因可以运用如下解决办法：1.结合实际情况，在对电火花机床设备进行选择时，注意机床刚度和主轴强度要符合自身生产标准；2.加强电极精度；3.利用不同的加工强度多次反复的进行放电加工，以防止型腔孔壁出现台阶状问题.

结束语：

综上所述，虽然数控电火花加工技术经历了较长时期的研究与应用，并且工艺已经比较成熟，在相关行业占据极其重要的地位.但是，基于电火花加工技术的特殊性，加工过程中的质量控制依旧存在一些难以避免的问题.文中对数控电火花成型技术进行了充分的理论分析并指出了经常发生的问题，然后从多个要点相应切入进行剖析解决，希望能够为处理放电加工技术的相关问题供参考.

参考文献：

（1）秦勇，王霖.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，2011（3）：41-43.

（2）卢存伟.电火花加工工艺学[M].北京：国防工业出版社，2012（5）.

（3）王先逵.精密加工技术实用手册[M].北京：机械工业出版社，2011（9）.

（4）沈洪.电火花成型技术新发展[J].模具工业，2012（4）：4-6.

（5）许发根.模具制造工艺与装配[M].北京：机械工业出版社，2013（5）.