電火花加工參數(shù)影響加工精度簡(jiǎn)析

1、蘭州理工大學(xué)（論文）先進(jìn)制造技術(shù)結(jié)課論文題目：電火花加工參數(shù)影響加工精度簡(jiǎn)析學(xué) 生 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī) 械 工 程 學(xué) 號(hào) 電火花加工參數(shù)影響加工精度簡(jiǎn)析摘要：隨著我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展，電火花加工技術(shù)在民用和國(guó)防工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越多，特別是數(shù)控電火花成形加工機(jī)床和數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床不僅在模具制造業(yè)中廣泛應(yīng)用，而且在一般機(jī)械加工企業(yè)中逐漸普及。本篇要點(diǎn)是電火花加工的精度，通過(guò)對(duì)放電間隙的大小及其一致性、工具電極的損耗及其穩(wěn)定性和“二次放電”去改善，提高電火花加工精度。關(guān)鍵詞：電火花；線切割；二次放電；加工精度引言隨著現(xiàn)代工業(yè)的深入發(fā)展，越來(lái)越精密化的市場(chǎng)需求，對(duì)企業(yè)也提出

2、了更高的加工精度要求，使高精密模具制造能力成為企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。公司原±0.005mm的電火花加工精度，已不能滿足松下、住友、高野精密、技研新陽(yáng)等越來(lái)越多客戶，提出的模具工件電火花加工尺寸±0.002mm、清角加工R0.02mm以下高精度要求。只有滿足客戶的高精度加工要求，公司才可能實(shí)現(xiàn)高精密模具從國(guó)外進(jìn)口到國(guó)內(nèi)制造，降低模具制造成本，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。1 電火花加工原理電火花加工是一種利用電能和熱能進(jìn)行加工的新工藝，俗稱放電加工（EDM）。電火花加工與一般切削加工的區(qū)別在于，電火花加工時(shí)工具與工件并不接觸，而是靠工具與工件間不斷產(chǎn)生的脈沖性火花放電，利用放電時(shí)產(chǎn)生局部、瞬時(shí)

3、的高溫把金屬材料逐步蝕除下來(lái)，由于在放電過(guò)程中有可見(jiàn)火花產(chǎn)生，故稱電火花加工。電火花加工是基于在絕緣的工作液中工具和工件之間脈沖性火花放電局部、瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫，是工件表面的金屬熔化、氣化、拋離工件表面的原理。電火花加工的原理圖如下圖所示，當(dāng)工件與工具兩電極間電壓加到直流100V左右，極間某一間隙最小處或絕緣強(qiáng)度最低處介質(zhì)被擊穿引起電離并產(chǎn)生火花放電，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，使工具與工件表面蝕除掉一小部分金屬，各自形成一個(gè)小凹坑。然后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間間隔，排除電蝕產(chǎn)物和介質(zhì)恢復(fù)絕緣，再在兩級(jí)間加電，如此連續(xù)的重復(fù)放電，工具電極不斷地向工件進(jìn)給就可將工具的形狀復(fù)制在工件上，加工出所需要的零件。電火花加工原理圖其

4、加工的必備條件是：必須采用脈沖電源；工具電極和工件被加工表面之間必須保持一定的間隙；放電必須在一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行。2 電火花加工的特點(diǎn)2.1 電火花加工的表面質(zhì)量和速度電火花機(jī)加工在加工模具的時(shí)候通常會(huì)使用粗、中、精的分檔加工法。粗加工使用大功率、低損耗去完成加工，此外中、精加工的電極損耗相對(duì)較大，通常精加工時(shí)的余量小，所以電極的損耗也變小，它可利用加工尺寸來(lái)控制進(jìn)行補(bǔ)償，也可在不影響精度的情況之下忽略此項(xiàng)。2.2 電火花的碳渣和排渣電火花機(jī)加工要順利進(jìn)行加工的條件之一是要平衡產(chǎn)生碳渣和排除碳渣。若單單犧牲加工速度去排除碳渣，像在中、精加工時(shí)用高電壓，大休止脈波等等。同時(shí)加工面形狀復(fù)

5、雜也會(huì)影響排除碳渣，排屑路徑便會(huì)變得不通暢。只用擁有良好的排除條件以及方法，對(duì)其采取積極處理方式。2.3 電極和電火花工件之間的相互損耗電火花機(jī)放電脈波時(shí)間長(zhǎng)，能夠有效的減小電極的損耗。電火花機(jī)粗加工通常使用長(zhǎng)放電脈波以及大電流放電，加工速度快同時(shí)電極損耗也減小。電火花在精加工之時(shí)，小電流放電一定要減小放電脈波的時(shí)間，這樣的做法加大了電極損耗的同時(shí)還大幅度降低了加工速度。（加工速度即單位時(shí)間中電極絲中心線在加工工件上切過(guò)的面積的總和，快走絲線為4080mm2/min，慢走絲可達(dá)350mm2/min）3 電火花的加工過(guò)程電火花加工是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，其微觀過(guò)程是熱力、流體力、電場(chǎng)力、磁力、電化

6、學(xué)等綜合作用的結(jié)果。這一過(guò)程可分為以下四個(gè)階段： 1）極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道 2）介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹 3）電極材料的拋出 4）極間介質(zhì)的電離消除 4 影響金屬蝕除率的主要因素4.1 極性效應(yīng)的影響在電火花放電加工過(guò)程中，無(wú)論是正極還是負(fù)極，都會(huì)受到不同程度的電蝕。這種單純由于正、負(fù)極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。為了充分地利用極性效應(yīng)，最大限度地降低工具電極的損耗，應(yīng)合理選用工具電極的材料，根據(jù)電極對(duì)材料的物理性能、加工要求選用最佳的電參數(shù)，正確地選用極性，使工件的蝕除速度最高，工具損耗盡可能小。（1）在短脈沖加工時(shí)，負(fù)電子對(duì)正極的轟擊作用大于正離子

7、對(duì)負(fù)極的轟擊，因?yàn)樨?fù)電子質(zhì)量下，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到了很高的速度，所得了很高的能量。因此在窄脈沖（t<10us）精加工時(shí)，采用正極性；（2）在長(zhǎng)脈沖（放電持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)）加工時(shí)，質(zhì)量和慣性大的正離子將有足夠的時(shí)間加速，能量達(dá)到足夠大轟擊負(fù)極表面。因此在采用長(zhǎng)脈沖（ t>100us ）粗加工時(shí)，應(yīng)采用負(fù)極性加工，可以得到較高的蝕除速度和較低的電極損耗。4.2 電參數(shù) 電火花加工脈沖電源的可控參數(shù)有：脈寬、脈間、峰值電流、峰值電壓。對(duì)蝕除量影響的綜合作用規(guī)律可以用脈沖能量的大小和變化率來(lái)描述。無(wú)論正極或負(fù)極，都存在單個(gè)脈沖的蝕除量與單個(gè)脈沖能量在一定范圍內(nèi)成正比的關(guān)系。某一段時(shí)間內(nèi)的總蝕除量約

8、等于這段時(shí)間內(nèi)各單個(gè)有效脈沖蝕除量的總和。4.3 金屬材料熱學(xué)常數(shù) 熱學(xué)常數(shù)是指熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、熱導(dǎo)率、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱等。當(dāng)脈沖放電能量相同時(shí)，金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱愈高，電蝕量將愈小，愈難加工；導(dǎo)熱系數(shù)愈大的金屬，由于較多地把瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)散失到其他部位，降低了本身的蝕除量。總之，電極的蝕除量與電極材料的導(dǎo)熱系數(shù)以及其他熱學(xué)常數(shù)、單個(gè)脈沖能量、脈沖能量變化率有密切關(guān)系。5 電火花加工的加工速度和工具的損耗速度5.1 加工速度單位時(shí)間內(nèi)工件的蝕除量稱之為加工速度，一般采用體積加工速度來(lái)表示，即被加工掉的體積除以加工時(shí)間Vm=V/t提高脈沖頻率，靠縮小脈沖停歇時(shí)

9、間，但脈沖停歇時(shí)間過(guò)短，會(huì)使加工區(qū)工作液來(lái)不及消電離、排除電蝕產(chǎn)物及氣泡來(lái)恢復(fù)其介電性能，以致形成破壞性的穩(wěn)定電弧放電，使電火花加工過(guò)程不能正常運(yùn)行。增加單個(gè)脈沖能量主要靠加大脈沖電流和增加脈沖寬度。單個(gè)脈沖能量的增加可提高加工速度，但同時(shí)會(huì)使表面粗糙度變壞和降低加工精度，一般只用于粗加工和半精加工的場(chǎng)合。提高工藝系數(shù)K的途徑，合理選用電極材料、電參數(shù)和工作液，改善工作液的循環(huán)過(guò)濾方式等，從而提高有效脈沖利用率，達(dá)到提高工藝系數(shù)的目的。5.2 工具電極損耗速度采用相對(duì)損耗或損耗比作為衡量工具電極耐損耗的指標(biāo)。即=(Ve/Vw) × 100%上式中加工速度和損耗速度均以mm3/min為

10、單位計(jì)算，則為體積相對(duì)損耗。如以g/min為單位計(jì)算，則為重量相對(duì)損耗；如以mm/min為單位計(jì)算，則為直線相對(duì)損耗。每種電極材料都有一最佳峰值電流寬度與熔坑的最大體積對(duì)應(yīng)。合理選擇工具電極的材料，以確保工具電極的最佳峰值電流寬度偏離工件電極的最佳峰值電流寬度，以工件電極的最佳峰值電流寬度作為依據(jù)選擇加工脈沖的參數(shù)，可以保證電極的低損耗。 6 影響電火花加工精度和表面質(zhì)量的主要因素影響加工精度的主要因素有放電間隙的大小及其一致性、工具電極的損耗及其穩(wěn)定性和“二次放電”。6.1 加工間隙(側(cè)面間隙)的影響 電火花加工時(shí)，工具電極與工件之間存在著一定的放電間隙，如果加工過(guò)程中放電間隙能保持不變，則

11、可以通過(guò)修正工具電極的尺寸，對(duì)放電間隙進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得較高的加工精度。然而，放電間隙的大小實(shí)際上是變化的，影響著加工精度。除此之外，間隙大小對(duì)加工精度也有影響，尤其對(duì)復(fù)雜形狀的加工表面、棱角部位電場(chǎng)強(qiáng)度分布不均，間隙越大，影響越嚴(yán)重。因此，應(yīng)縮小放電間隙，這樣不但能提高仿形精度，而且放電間隙越小，可能產(chǎn)生的間隙變化量也越?。涣硗膺€必須盡可能使加工過(guò)程穩(wěn)定. 6.2 工具電極的損耗及其穩(wěn)定性和“二次放電”工具電極的損耗對(duì)尺寸精度和形狀精度都有影響?！岸畏烹姟笔侵敢鸭庸け砻嫔嫌捎陔娢g產(chǎn)物等的介入而再次進(jìn)行的非正常放電，集中反映在加工深度方向產(chǎn)生斜度和加工棱角棱邊變鈍方面。6.3 表面粗糙度 電火

12、花加工表面的粗糙度取決于放電蝕坑的深度及其分布的均勻程度，只有在加工表面產(chǎn)生淺而分布均勻的放電蝕坑，才能保證加工表面有較小的粗糙度值。為了控制放電凹坑的均勻性，需要采用等能量放電脈沖控制技術(shù)，即檢測(cè)間隙電壓擊穿下降沿，控制放電脈沖電流寬度相等，用相同的脈沖能量進(jìn)行加工，從而使加工表面粗糙度微觀上均勻一致。影響粗糙度的因素還有：1）脈沖能量越大，加工速度越高，Ra值越大；2）工件材料越硬、熔點(diǎn)越高，Ra值越?。?）工具電極的表面粗糙度越大，工件的Ra值越大。6.4 加工斜度的影響 在加工中，不論型孔還是型腔，側(cè)壁都有斜度，形成斜度的原因，除電極側(cè)壁本身在技術(shù)要求或制造中原有的斜度外，一般都是由電

13、極的損耗不均勻，以及“二次放電”等因素造成的。(1) 工作液臟污程度的影響。工作液越臟，“二次放電”的機(jī)會(huì)就越多，同時(shí)由于間隙狀態(tài)惡劣，電極回升的次數(shù)必然增多。這兩種情況都將使加工斜度增大。(2) 電極損耗的影響。電極由于損耗而形成錐度，這種錐度反映到工件上，就形成了加工斜度。(3) 加工深度的影響。隨著加工深度的增加，加工斜度也隨著增加，但不是成比例關(guān)系。當(dāng)加工深度超過(guò)一定數(shù)值后，被加工件的上口尺寸就不再擴(kuò)大了，即加工斜度不再增加。(4) 沖油或抽油的影響。采用沖油或抽油對(duì)加工斜度的影響是不同的。用沖油加工時(shí)，電蝕產(chǎn)物由已加工面流出，增加了“二次放電”的機(jī)會(huì)，使加工斜度增大。而用抽油加工時(shí)，

14、電蝕產(chǎn)物是由抽吸管排出去，干凈的工作液從電極周邊進(jìn)入，所以在已加工面出現(xiàn)“二次放電”的機(jī)會(huì)較少，加工斜度也就小。不同的加工對(duì)象對(duì)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，則對(duì)加工斜度的要求并不嚴(yán)格。對(duì)于直壁沖模，則要求加工斜度比較嚴(yán)格。只要掌握影響加工斜度的規(guī)律，即可達(dá)到預(yù)定的要求。7 結(jié)束語(yǔ)總之，電火花加工作為一門(mén)新型的加工技術(shù)，在未來(lái)定會(huì)占有一席之地。因其能源為電能，比起以煤炭，天然氣，石油等難以再生資源為能源的生產(chǎn)設(shè)備來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一種優(yōu)勢(shì)！參考文獻(xiàn)1 張立新,程江濤 影響機(jī)械加工精度因素淺析.2008     2 伍端