電火花加工工藝規(guī)律

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1、第三章 電火花加工工藝規(guī)律3.1 電火花加工的常用術語3.2 影響材料放電腐蝕的因素3.3 電火花加工工藝規(guī)律習題 3.1 電火花加工的常用術語電火花加工中常用的主要名詞術語和符號如下：1工具電極電火花加工用的工具是電火花放電時的電極之一，故稱為工具電極，有時簡稱電極。由于電極的材料常常是銅，因此又稱為銅公(如圖3-1所示)。 圖3-1 電火花加工示意圖4 1231工具電極；2工件；3脈沖電源；4伺服進給系統(tǒng) 2放電間隙放電間隙是放電時工具電極和工件間的距離，它的大小一般在0.010.5 mm之間，粗加工時間隙較大，精加工時則較小。3脈沖寬度ti(s) 脈沖寬度簡稱脈寬(也常用ON、TON等符

2、號表示)，是加到電極和工件上放電間隙兩端的電壓脈沖的持續(xù)時間(如圖3-2所示)。為了防止電弧燒傷，電火花加工只能用斷斷續(xù)續(xù)的脈沖電壓波。一般來說，粗加工時可用較大的脈寬，精加工時只能用較小的脈寬。 圖3-2 脈沖參數(shù)與脈沖電壓、電流波形空載 火花 電弧 過渡電弧 短路i s 時間 / s電流 / A i e u i 時間 / sti to td tetp ti to電壓 / V 4脈沖間隔to(s)脈沖間隔簡稱脈間或間隔(也常用OFF、TOFF表示)，它是兩個電壓脈沖之間的間隔時間(如圖3-2所示)。間隔時間過短，放電間隙來不及消電離和恢復絕緣，容易產(chǎn)生電弧放電，燒傷電極和工件；脈間選得過長，

3、將降低加工生產(chǎn)率。加工面積、加工深度較大時，脈間也應稍大。5放電時間(電流脈寬)te(s)放電時間是工作液介質擊穿后放電間隙中流過放電電流的時間，即電流脈寬，它比電壓脈寬稍小，二者相差一個擊穿延時td。ti和te對電火花加工的生產(chǎn)率、表面粗糙度和電極損耗有很大影響，但實際起作用的是電流脈寬te。 6擊穿延時td(s)從間隙兩端加上脈沖電壓后，一般均要經(jīng)過一小段延續(xù)時間td，工作液介質才能被擊穿放電，這一小段時間td稱為擊穿延時(見圖3-2)。擊穿延時td與平均放電間隙的大小有關，工具欠進給時，平均放電間隙變大，平均擊穿延時td就大；反之，工具過進給時，放電間隙變小，td也就小。7脈沖周期tP(

4、s)一個電壓脈沖開始到下一個電壓脈沖開始之間的時間稱為脈沖周期，顯然t P=ti+to(見圖3-2)。 8脈沖頻率fP(Hz)脈沖頻率是指單位時間內電源發(fā)出的脈沖個數(shù)。顯然，它與脈沖周期tP互為倒數(shù)，即 9有效脈沖頻率fe(HZ)有效脈沖頻率是單位時間內在放電間隙上發(fā)生有效放電的次數(shù)，又稱工作脈沖頻率。10脈沖利用率脈沖利用率是有效脈沖頻率f e與脈沖頻率fp之比，又稱頻率比，即pp 1tf peff 亦即單位時間內有效火花脈沖個數(shù)與該單位時間內的總脈沖個數(shù)之比。11脈寬系數(shù)脈寬系數(shù)是脈沖寬度ti與脈沖周期tp之比，其計算公式為 oi ipi tt ttt 12占空比占空比是脈沖寬度ti與脈沖

5、間隔to之比，=ti/to。粗加工時占空比一般較大，精加工時占空比應較小， 否則放電間隙來不及消電離恢復絕緣，容易引起電弧放電。13開路電壓或峰值電壓(V)開路電壓是間隙開路和間隙擊穿之前td時間內電極間的最高電壓(見圖3-2)。一般晶體管方波脈沖電源的峰值電壓=6080 V，高低壓復合脈沖電源的高壓峰值電壓為175300 V。峰值電壓高時，放電間隙大，生產(chǎn)率高，但成形復制精度較差。 14火花維持電壓火花維持電壓是每次火花擊穿后，在放電間隙上火花放電時的維持電壓，一般在25 V左右，但它實際是一個高頻振蕩的電壓(見圖3-2)。15加工電壓或間隙平均電壓U(V)加工電壓或間隙平均電壓是指加工時電

6、壓表上指示的放電間隙兩端的平均電壓，它是多個開路電壓、火花放電維持電壓、短路和脈沖間隔等電壓的平均值。16加工電流I(A)加工電流是加工時電流表上指示的流過放電間隙的平均電流。精加工時小，粗加工時大，間隙偏開路時小，間隙合理或偏短路時則大。 17短路電流Is(A)短路電流是放電間隙短路時電流表上指示的平均電流。它比正常加工時的平均電流要大20%40%。18峰值電流(A)峰值電流是間隙火花放電時脈沖電流的最大值(瞬時)，在日本、英國、美國常用Ip表示(見圖3-2)。雖然峰值電流不易測量，但它是影響加工速度、表面質量等的重要參數(shù)。在設計制造脈沖電源時，每一功率放大管的峰值電流時預先計算好的，選擇峰

7、值電流實際是選擇幾個功率管進行加工。 19短路峰值電流(A)短路峰值電流是間隙短路時脈沖電流的最大值(見圖3-2)，它比峰值電流要大2040，與短路電流Is相差一個脈寬系數(shù)的倍數(shù)，即3) 短路(短路脈沖)放電間隙直接短路，這是由于伺服進給系統(tǒng)瞬時進給過多或放電間隙中有電蝕產(chǎn)物搭接所致。間隙短路時電流較大，但間隙兩端的電壓很小，沒有蝕除加工作用。ss iI 4) 電弧放電(穩(wěn)定電弧放電)由于排屑不良，放電點集中在某一局部而不分散，導致局部熱量積累，溫度升高，如此惡性循環(huán)，此時火花放電就成為電弧放電。由于放電點固定在某一點或某一局部，因此稱為穩(wěn)定電弧，常使電極表面積炭、燒傷。電弧放電的波形特點是t

8、d和高頻振蕩的小鋸齒基本消失。5) 過渡電弧放電(不穩(wěn)定電弧放電，或稱不穩(wěn)定火花放電)過渡電弧放電是正?；鸹ǚ烹娕c穩(wěn)定電弧放電的過渡狀態(tài)，是穩(wěn)定電弧放電的前兆。波形特點是擊穿延時很小或接近于零，僅成為一尖刺，電壓電流表上的高頻分量變低或成為稀疏的鋸齒形。 3.2 影響材料放電腐蝕的因素1極性效應對電蝕量的影響在電火花加工時，相同材料(如用鋼電極加工鋼)兩電極的被腐蝕量是不同的。其中一個電極比另一個電極的蝕除量大，這種現(xiàn)象叫做極性效應。如果兩電極材料不同，則極性效應更加明顯。在生產(chǎn)中，將工件接脈沖電源正極(工具電極接脈沖電源負極)的加工稱為正極性加工(如圖3-3所示)，反之稱為負極性加工(如圖3

9、-4所示)。 在實際加工中，極性效應受到電極及電極材料、加工介質、電源種類、單個脈沖能量等多種因素的影響，其中主要原因是脈沖寬度。 圖3-3 “正極性”接線法圖 脈沖電 源 工具電極工件電極 3-4 “負極性”接線法脈沖電源 工具電極工件電極 在實際加工中，極性效應受到電極及電極材料、加工介質、電源種類、單個脈沖能量等多種因素的影響，其中主要原因是脈沖寬度。 在電場的作用下，放電通道中的電子奔向正極，正離子奔向負極。在窄脈寬度加工時，由于電子慣性小，運動靈活，大量的電子奔向正極，并轟擊正極表面，使正極表面迅速熔化和氣化；而正離子慣性大，運動緩慢，只有一小部分能夠到達負極表面，而大量的正離子不能

10、到達，因此電子的轟擊作用大于正離子的轟擊作用，正極的電蝕量大于負極的電蝕量，這時應采用正極性加工。 在寬脈沖寬度加工時，因為質量和慣性都大的正離子將有足夠的時間到達負極表面，由于正離子的質量大，它對負極表面的轟擊破壞作用要比電子強，同時到達負極的正離子又會牽制電子的運動，故負極的電蝕量將大于正極，這時應采用負極性加工。在實際加工中，要充分利用極性效應，正確選擇極性，最大限度地提高工件的蝕除量，降低工具電極的損耗。 2覆蓋效應對電蝕量的影響在材料放電腐蝕過程中，一個電極的電蝕產(chǎn)物轉移到另一個電極表面上，形成一定厚度的覆蓋層，這種現(xiàn)象叫做覆蓋效應。合理利用覆蓋效應，有利于降低電極損耗。在油類介質中

11、加工時，覆蓋層主要是石墨化的碳素層，其次是粘附在電極表面的金屬微粒粘結層。碳素層的生成條件主要有以下幾點：(1) 要有足夠高的溫度。電極上待覆蓋部分的表面溫度不低于碳素層生成溫度，但要低于熔點，以使碳粒子燒結成石墨化的耐蝕層。 (2) 要有足夠多的電蝕產(chǎn)物，尤其是介質的熱解產(chǎn)物碳粒子。(3) 要有足夠的時間，以便在這一表面上形成一定厚度的碳素層。 (4) 一般采用負極性加工，因為碳素層易在陽極表面生成。(5) 必須在油類介質中加工。影響覆蓋效應的主要因素有如下：(1) 脈沖參數(shù)與波形的影響。增大脈沖放電能量有助于覆蓋層的生長，但對中、精加工有相當大的局限性；減小脈沖間隔有利于在各種電規(guī)準下生成

12、覆蓋層，但若脈沖間隔過小，正常的火花放電有轉變?yōu)槠茐男噪娀》烹姷奈ｋU。 此外，采用某些組合脈沖波加工，有助于覆蓋層的生成，其作用類似于減小脈沖間隔，并且可大大減少轉變?yōu)槠茐男噪娀》烹姷奈ｋU。 (2) 電極對材料的影響。銅加工鋼時覆蓋效應較明顯，但銅電極加工硬質合金工件則不大容易生成覆蓋層。(3) 工作液的影響。油類工作液在放電產(chǎn)生的高溫作用下，生成大量的碳粒子，有助于碳素層的生成。如果用水做工作液，則不會產(chǎn)生碳素層。 (4) 工藝條件的影響。覆蓋層的形成還與間隙狀態(tài)有關。如工作液臟、電極截面面積較大、電極間隙較小、加工狀態(tài)較穩(wěn)定等情況均有助于生成覆蓋層。但若加工中沖油壓力太大，則覆蓋層較難生成

13、。這是因為沖油會使趨向電極表面的微粒運動加劇，而微粒無法粘附到電極表面上去。 在電火花加工中，覆蓋層不斷形成，又不斷被破壞。為了實現(xiàn)電極低損耗，達到提高加工精度的目的，最好使覆蓋層形成與破壞的程度達到動態(tài)平衡。 3電參數(shù)對電蝕量的影響電火花加工過程中腐蝕金屬的量(即電蝕量)與單個脈沖能量、脈沖效率等電參數(shù)密切相關。單個脈沖能量與平均放電電壓、平均放電電流和脈沖寬度成正比。在實際加工中，其中擊穿后的放電電壓與電極材料及工作液種類有關，而且在放電過程中變化很小，所以對單個脈沖能量的大小主要取決于平均放電電流和脈沖寬度的大小。 由上可見，要提高電蝕量，應增加平均放電電流、脈沖寬度及提高脈沖頻率。 但

14、在實際生產(chǎn)中，這些因素往往是相互制約的，并影響到其它工藝指標，應根據(jù)具體情況綜合考慮。例如，增加平均放電電流，加工表面粗糙度值也隨之增大。 4金屬材料對電蝕量的影響正負電極表面電蝕量分配不均除了與電極極性有關外，還與電極的材料有很大關系。當脈沖放電能量相同時，金屬工件的熔點、沸點、比熱容、熔化熱、氣化熱等愈高，電蝕量將愈少，愈難加工；導熱系數(shù)愈大的金屬，因能把較多的熱量傳導、散失到其它部位，故降低了本身的蝕除量。因此，電極的蝕除量與電極材料的導熱系數(shù)及其它熱學常數(shù)等有密切的關系。 5工作液對電蝕量的影響電火花加工一般在液體介質中進行。液體介質通常叫做工作液，其作用主要是：(1) 壓縮放電通道，

15、并限制其擴展，使放電能量高度集中在極小的區(qū)域內，既加強了蝕除的效果，又提高了放電仿型的精確性。(2) 加速電極間隙的冷卻和消電離過程，有助于防止出現(xiàn)破壞性電弧放電。(3) 加速電蝕產(chǎn)物的排除。(4) 加劇放電的流體動力過程，有助于金屬的拋出。 目前，電火花成形加工多采用油類做工作液。機油粘度大、燃點高，用它做工作液有利于壓縮放電通道，提高放電的能量密度，強化電蝕產(chǎn)物的拋出效果，但粘度大，不利于電蝕產(chǎn)物的排出，影響正常放電；煤油粘度低，流動性好，但排屑條件較好。在粗加工時，要求速度快，放電能量大，放電間隙大，故常選用機油等粘度大的工作液；在中、精加工時，放電間隙小，往往采用煤油等粘度小的工作液。

16、 采用水做工作液是值得注意的一個方向。用各種油類以及其它碳氫化合物做工作液時，在放電過程中不可避免地產(chǎn)生大量碳黑，嚴重影響電蝕產(chǎn)物的排除及加工速度，這種影響在精密加工中尤為明顯。若采用酒精做工作液時，因為碳黑生成量減少，上述情況會有好轉。所以，最好采用不含碳的介質，水是最方便的一種。此外，水還具有流動性好、散熱性好、不易起弧、不燃、無味、價廉等特點。但普通水是弱導電液，會產(chǎn)生離子導電的電解過程，這是很不利的，目前還只在某些大能量粗加工中采用。在精密加工中，可采用比較純的蒸餾水、去離子水或乙醇水溶液來做工作液，其絕緣強度比普通水高。 3.3 電火花加工工藝規(guī)律3.3.1 影響加工速度的主要因素電

17、火花成形加工的加工速度，是指在一定電規(guī)準下，單位時間內工件被蝕除的體積V或質量m。一般常用體積加工速度vw=V/T(單位為mm3/mm)來表示，有時為了測量方便，也用質量加工速度vm=m/t(單位為g/mm)表示。在規(guī)定的表面粗糙度、規(guī)定的相對電極損耗下的最大加工速度是電火花機床的重要工藝性能指標。一般電火花機床說明書上所指的最高加工速度是該機床在最佳狀態(tài)下所達到的，在實際生產(chǎn)中的正常加工速度大大低于機床的最大加工速度。 影響加工速度的因素分電參數(shù)和非電參數(shù)兩大類。電參數(shù)主要是脈沖電源輸出波形與參數(shù)；非電參數(shù)包括加工面積、深度、工作液種類、沖油方式、排屑條件及電極對的材料、形狀等。1. 電規(guī)準

18、的影響所謂電規(guī)準，是指電火花加工時選用的電加工參數(shù)，主要有脈沖寬度ti(s)、脈沖間隙to(s)及峰值電流Ip等參數(shù)。 1 脈沖寬度對加工速度的影響單個脈沖能量的大小是影響加工速度的重要因素。對于矩形波脈沖電源，當峰值電流一定時，脈沖能量與脈沖寬度成正比。脈沖寬度增加，加工速度隨之增加，因為隨著脈沖寬度的增加，單個脈沖能量增大，使加工速度提高。但若脈沖寬度過大，加工速度反而下降(如圖3-5)。這是因為單個脈沖能量雖然增大，但轉換的熱能有較大部分散失在電極與工件之中，不起蝕除作用。同時，在其它加工條件相同時，隨著脈沖能量過分增大，蝕除產(chǎn)物增多，排氣排屑條件惡化，間隙消電離時間不足導致拉弧，加工穩(wěn)

19、定性變差等。因此加工速度反而降低。 0 1 10 100 1000 ti / s101001000 ie30 A ie40 Aie80 Aie150 A 電極純銅工件鋼加工極性正 vw / (mm3 / min)圖3-5 脈沖寬度與加工速度的關系曲線 2脈沖間隔對加工速度的影響在脈沖寬度一定的條件下，若脈沖間隔減小，則加工速度提高(如圖3-6)。這是因為脈沖間隔減小導致單位時間內工作脈沖數(shù)目增多、加工電流增大，故加工速度提高；但若脈沖間隔過小，會因放電間隙來不及消電離引起加工穩(wěn)定性變差，導致加工速度降低。在脈沖寬度一定的條件下，為了最大限度地提高加工速度，應在保證穩(wěn)定加工的同時，盡量縮短脈沖間

20、隔時間。帶有脈沖間隔自適應控制的脈沖電源，能夠根據(jù)放電間隙的狀態(tài)，在一定范圍內調節(jié)脈沖間隔的大小，這樣既能保證穩(wěn)定加工，又可以獲得較大的加工速度。 to / s電極純銅工件鋼加工極性正vw / (mm 3 / min) 0 100 200 300 400 500 600100200300 ti1200 s圖3-6 脈沖間隔與加工速度的關系曲線 3峰值電流的影響當脈沖寬度和脈沖間隔一定時，隨著峰值電流的增加，加工速度也增加(如圖3-7)。因為加大峰值電流，等于加大單個脈沖能量，所以加工速度也就提高了。但若峰值電流過大(即單個脈沖放電能量很大)，加工速度反而下降。此外，峰值電流增大將降低工件表面粗

21、糙度和增加電極損耗。在生產(chǎn)中，應根據(jù)不同的要求，選擇合適的峰值電流。 0 10 20 30 40 50 60100200300 400 t i50 s vw / (mm3 / min) t i200 sti1000 s ie / A圖3-7 峰值電流與加工速度的關系曲線 3.3.1.2 非電參數(shù)的影響1加工面積的影響圖3-8是加工面積和加工速度的關系曲線。由圖可知，加工面積較大時，它對加工速度沒有多大影響。但若加工面積小到某一臨界面積時，加工速度會顯著降低，這種現(xiàn)象叫做“面積效應”。因為加工面積小，在單位面積上脈沖放電過分集中，致使放電間隙的電蝕產(chǎn)物排除不暢，同時會產(chǎn)生氣體排除液體的現(xiàn)象，造成

22、放電加工在氣體介質中進行，因而大大降低加工速度。從圖3-8可看出，峰值電流不同，最小臨界加工面積也不同。因此，確定一個具體加工對象的電參數(shù)時，首先必須根據(jù)加工面積確定工作電流，并估算所需的峰值電流。 2排屑條件的影響在電火花加工過程中會不斷產(chǎn)生氣體、金屬屑末和碳黑等，如不及時排除，則加工很難穩(wěn)定地進行。加工穩(wěn)定性不好，會使脈沖利用率降低，加工速度降低。為便于排屑，一般都采用沖油(或抽油)和電極抬起的辦法。1) 沖(抽)油壓力的影響 度的關系曲線在加工中對于工件型腔較淺或易于排屑的型腔，可以不采取任何輔助排屑措施。但對于較難排屑的加工，不沖(抽)油或沖(抽)油壓力過小，則因排屑不良產(chǎn)生的二次放電

23、的機會明顯增多，從而導致加工速度下降；但若沖油壓力過大，加工速度同樣會降低。 這是因為沖油壓力過大，產(chǎn)生干擾，使加工穩(wěn)定性變差，故加工速度反而會降低。圖39是沖油壓力和加工速度關系曲線。沖(抽)油的方式與沖油壓力大小應根據(jù)實際加工情況來定。若型腔較深或加工面積較大，沖(抽)油壓力要相應增大。 圖3-8 加工面積與加工速度的關系曲線 ti1200 svw / (mm3 / min) ie30 Aie48 A0 1000 20003000 4000 5000 A / mm3100200300 工件CrWMn電極Cu加工極性負 圖3-9 沖油壓力和加工速度的關系曲線0 0.01 0.03 0.05

24、0.07 0.09100200300 ti1200 s to400 svw / (mm3 / min) P / (kg / cm3)電極Cu工件T10A加工極性負 2)“抬刀”對加工速度的影響 為使放電間隙中的電蝕產(chǎn)物迅速排除，除采用沖(抽)油外，還需經(jīng)常抬起電極以利于排屑。在定時“拾刀”狀態(tài)，會發(fā)生放電間隙狀況良好無需“拾刀”而電極卻照樣抬起的情況，也會出現(xiàn)當放電間隙的電蝕產(chǎn)物積聚較多急需“拾刀”時而“抬刀”時間未到卻不“抬刀”的情況。這種多余的“拾刀”運動和未及時“抬刀”都直接降低了加工速度。為克服定時“抬刀”的缺點，目前較先進的電火花機床都采用了自適應“抬刀”功能。自適應“拾刀”是根據(jù)放

25、電間隙的狀態(tài)，決定是否“拾刀”。放電間隙狀態(tài)不好，電蝕產(chǎn)物堆積多，“抬刀”頻率自動加快；當放電間隙狀態(tài)好，電極就少抬起或不抬。這使電蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生與排除基本保持平衡，避免了不必要的電極抬起運動，提高了加工速度。 圖3-10為抬刀方式對加工速度的影響。由圖可知，同樣加工深度時，采用自適應“抬刀”比定時“抬刀”需要的加工的時間短，即加工速度高。同時，采用自適應“拾刀”，加工工件質量好，不易出現(xiàn)拉弧燒傷。3電極材料和加工極性的影響在電參數(shù)選定的條件下，采用不同的電極材料與加工極性，加工速度也大不相同。由圖3-11可知，采用石墨電極，在同樣加工電流時，正極性比負極性加工速度高。 在加工中對于工件型腔較淺

26、或易于排屑的型腔，可以不采取任何輔助排屑措施。但對于較難排屑的加工，不沖(抽)油或沖(抽)油壓力過小，則因排屑不良產(chǎn)生的二次放電的機會明顯增多，從而導致加工速度下降；但若沖油壓力過大，加工速度同樣會降低。這是因為沖油壓力過大，產(chǎn)生干擾，使加工穩(wěn)定性變差，故加工速度反而會降低。圖39是沖油壓力和加工速度關系曲線。沖(抽)油的方式與沖油壓力大小應根據(jù)實際加工情況來定。若型腔較深或加工面積較大，沖(抽)油壓力要相應增大。 2)“抬刀”對加工速度的影響 為使放電間隙中的電蝕產(chǎn)物迅速排除，除采用沖(抽)油外，還需經(jīng)常抬起電極以利于排屑。在定時“拾刀”狀態(tài)，會發(fā)生放電間隙狀況良好無需“拾刀”而電極卻照樣抬

27、起的情況，也會出現(xiàn)當放電間隙的電蝕產(chǎn)物積聚較多急需“拾刀”時而“抬刀”時間未到卻不“抬刀”的情況。這種多余的“拾刀”運動和未及時“抬刀”都直接降低了加工速度。為克服定時“抬刀”的缺點，目前較先進的電火花機床都采用了自適應“抬刀”功能。自適應“拾刀”是根據(jù)放電間隙的狀態(tài)，決定是否“拾刀”。放電間隙狀態(tài)不好，電蝕產(chǎn)物堆積多，“抬刀”頻率自動加快；當放電間隙狀態(tài)好，電極就少抬起或不抬。這使電蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生與排除基本保持平衡，避免了不必要的電極抬起運動，提高了加工速度。 圖3-10為抬刀方式對加工速度的影響。由圖可知，同樣加工深度時，采用自適應“抬刀”比定時“抬刀”需要的加工的時間短，即加工速度高。同時

28、，采用自適應“拾刀”，加工工件質量好，不易出現(xiàn)拉弧燒傷。3)電極材料和加工極性的影響在電參數(shù)選定的條件下，采用不同的電極材料與加工極性，加工速度也大不相同。由圖3-11可知，采用石墨電極，在同樣加工電流時，正極性比負極性加工速度高。 圖3-10 抬刀方式對加工速度的影響 0 60 120 180 24030051015202530 t / minH / mm 12 H加工深度t 加工時間1自適應抬刀2定時抬刀 圖3-11 電極材料和加工極性對加工速度的影響0 10 100 1000 ti / s2050100200500 Cu3Gr3Cu1Gr1Gr1工件材料鋼vw / (mm3 / min)

29、 Gr1石墨 正極性 ie42 AGr1石墨 負極性 ie42 ACu1紫銅 負極性 ie42 AGr3石墨 負極性 ie14 ACu3紫銅 負極性 ie14 A 在加工中選擇極性，不能只考慮加工速度，還必須考慮電極損耗。如用石墨做電極時，正極性加工比負極性加工速度高，但在粗加工中，電極損耗會很大。故在不計電極損耗的通孔加工、取折斷工具等情況，用正極性加工；而在用石墨電極加工型腔的過程中，常采用負極性加工。從圖3-11還可看出，在同樣加工條件和加工極性情況下，采用不同的電極材料，加工速度也不相同。例如，中等脈沖寬度、負極件加工時，石墨電極的加工速度高于銅電極的加工速度。在脈沖寬度較窄或很寬時，

30、銅電極加工速度高于石墨電極。此外，采用石墨電極加工的最大加工速度，比用銅電極加工的最大加工速度的脈沖寬度要窄。由上所述，電極材料對電火花加工非常重要，正確選擇電極材料是電火花加工首要考慮的問題。 4)工件材料的影響在同樣加工條件下，選用不同工件材料，加工速度也不同。這主要取決于工件材料的物理性能(熔點、沸點、比熱、導熱系數(shù)、熔化熱和汽化熱等)。一般說來，工件材料的熔點、沸點越高，比熱、熔化潛熱和氣化潛熱越大，加工速度越低，即越難加工。如加工硬質合金鋼比加工碳素鋼的速度要低4060。對于導熱系數(shù)很高的工件，雖然熔點、沸點、熔化熱和氣化熱不高，但因熱傳導性好，熱量散失快，加工速度也會降低。 5)工

31、作液的影響在電火花加工中，工作液的種類、粘度、清潔度對加工速度有影響。就工作液的種類來說，大致順序是：高壓水(煤油機油)煤油酒精水溶液。在電火花成形加工中，應用最多的工作液是煤油。 3.3.2 影響電極損耗的主要因素電極損耗是電火花成型加工中的重要工藝指標。在生產(chǎn)中，衡量某種工具電極是否耐損耗，不只是看工具電極損耗速度vE的絕對值大小，還要看同時達到的加工速度vw，即每蝕除單位重量金屬工件時，工具相對損耗多少。因此，常用相對損耗或損耗比作為衡量工具電極耐損耗的指標，即 圖3-12 電極損耗長度說明圖hj hc hd hj角部損耗長度hc側面損耗長度hd端面損耗長度 式中的加工速度和損耗速度若以

32、mm3/min為單位計算，則為體積相對損耗；若以g/min為單位計算，則為重量相對損耗E；若以工具電極損耗長度與工件加工深度之比來表示，則為長度相對損耗L。在加工中采用長度相對損耗比較直觀，測量較為方便(如圖3-12所示)，但由于電極部位不同，損耗不同，因此長度相對損耗還分為端面損耗、邊損耗、角損耗。在加工中，同一電極的長度相對損耗大小順序為：角損耗邊損耗端面損耗。 電火花加工中，電極的相對損耗小于1%，稱為低損耗電火花加工。低損耗電火花加工能最大限度地保持加工精度，所需電極的數(shù)目也可減至最小，因而簡化了電極的制造，加工工件的表面粗糙度Ra可達3.2 m以下。除了充分利用電火花加工的極性效應、

33、覆蓋效應及選擇合適的工具電極材料外，還可從改善工作液方面著手，實現(xiàn)電火花的低損耗加工。若采用加入各種添加劑的水基工作液，還可實現(xiàn)對紫銅或鑄鐵電極小于1%的低損耗電火花加工。 圖3-13 脈沖寬度與電極相對損耗的關系0 200 400 600 800 1000 ti / s5101520 / % 電極純銅工件鋼加工極性負 1. 電參數(shù)對電極損耗的影響1) 脈沖寬度的影響在峰值電流一定的情況下，隨著脈沖寬度的減小，電極損耗增大。脈沖寬度越窄，電極損耗上升的趨勢越明顯(如圖3-13所示)。所以精加工時的電極損耗比粗加工時的電極損耗大。 脈沖寬度增大，電極相對損耗降低的原因總結如下：(1) 脈沖寬度增

34、大，單位時間內脈沖放電次數(shù)減少，使放電擊穿引起電極損耗的影響減少。同時，負極(工件)承受正離子轟擊的機會增多，正離子加速的時間也長，極性效應比較明顯。 (2) 脈沖寬度增大，電極“覆蓋效應”增加，也減少了電極損耗。在加工中電蝕產(chǎn)物(包括被熔化的金屬和工作液受熱分解的產(chǎn)物)不斷沉積在電極表面，對電極的損耗起補償作用。但如這種飛濺沉積的量大于電極本身損耗，就會破壞電極的形狀和尺寸，影響加工效果；如飛濺沉積的量恰好等于電極的損耗，兩者達到動態(tài)平衡，則可得到無損耗加工。由于電極端面、角部、側面損耗的不均勻性，因此無損耗加工是難以實現(xiàn)的。 2) 峰值電流的影響對于一定的脈沖寬度，加工時的峰值電流不同，電

35、極損耗也不同。用紫銅電極加工鋼時，隨著峰值電流的增加，電極損耗也增加。圖3-14是峰值電流對電極相對損耗的影響。由圖可知，要降低電極損耗，應減小峰值電流。因此，對一些不適宜用長脈沖寬度粗加工而又要求損耗小的工件，應使用窄脈沖寬度、低峰值電流的方法。由上可見，脈沖寬度和峰值電流對電極損耗的影響效果是綜合性的。只有脈沖寬度和峰值電流保持一定關系，才能實現(xiàn)低損耗加工。 圖3-14 峰值電流與電極相對損耗的關系 0 10 20 30 40 50 60246810 / % 電極純銅工件鋼加工極性負A/eiti1000 sti200 sti50 s 3) 脈沖間隔的影響在脈沖寬度不變時，隨著脈沖間隔的增加

36、，電極損耗增大(如圖3-15所示)。因為脈沖間隔加大，引起放電間隙中介質消電離狀態(tài)的變化，使電極上的“覆蓋效應”減少。隨著脈沖間隔的減小，電極損耗也隨之減少，但超過一定限度，放電間隙將來不及消電離而造成拉弧燒傷，反而影響正常加工的進行。尤其是粗規(guī)準、大電流加工時，更應注意。 圖3-15 脈沖間隔對電極相對損耗的影響0 100 200 300 400 500 6000.20.40.60.8 to / s / % 電極銅工件T10A加工極性負ti1200 s 4) 加工極性的影響 在其他加工條件相同的情況下，加工極性不同對電極損耗影響很大(如圖3-16所示)。當脈沖寬度ti小于某一數(shù)值時，正極性損

37、耗小于負極性損耗；反之，當脈沖寬度ti大于某一數(shù)值時，負極性損耗小于正極性損耗。一般情況下，采用石墨電極和銅電極加工鋼時，粗加工用負極性，精加工用正極性。但在鋼電極加工鋼時，無論粗加工或精加工都要用負極性，否則電極損耗將大大增加。 圖3-16 加工極性對電極相對損耗的影響1 5 10 20 50 2005001000 ti / s0.11.03.05.0103050100 負極性正極性電極Cu工件T10A / % A 48 ei0 2. 非電參數(shù)對電極損耗的影響1) 加工面積的影響在脈沖寬度和峰值電流一定的條件下，加工面積對電極損耗影響不大，是非線性的(如圖3-17所示)。當電極相對損耗小于l

38、%，并隨著加工面積的繼續(xù)增大，電極損耗減小的趨勢越來越慢。當加工面積過小時，則隨著加工面積的減小而電極損耗急劇增加。 圖3-17 加工面積對電極相對損耗的影響 0 1000 2000 3000 4000 A / mm2 / %123 電極Cu工件CrWMnti1200 s 48 Aei 2) 沖油或抽油的影響(如圖3-18所示)由前面所述，對形狀復雜、深度較大的型孔或型腔進行加工時，若采用適當?shù)臎_油或抽油的方法進行排屑，有助于提高加工速度。但另一方面，沖油或抽油壓力過大反而會加大電極的損耗。因為強迫沖油或抽油會使加工間隙的排屑和消電離速度加快，這樣減弱了電極上的“覆蓋效應”。當然，不同的工具電

39、極材料對沖油、抽油的敏感性不同。如用石墨電極加工時，電極損耗受沖油壓力的影響較?。欢香~電極損耗受沖油壓力的影響較大。 由上可知，在電火花成型加工中，應謹慎使用沖、抽油。加工本身較易進行且穩(wěn)定的電火花加工，不宜采用沖、抽油；若非采用沖、抽油不可的電火花加工，也應注意沖、抽油壓力維持在較小的范圍內。 圖3-18 沖油壓力對電極相對損耗的影響0 0.05 0.112 / % 紫銅 石墨 P / (kg / cm2) 沖、抽油方式對電極損耗無明顯影響，但對電極端面損耗的均勻性有較大區(qū)別。沖油時電極損耗呈凹形端面，抽油時則形成凸形端面(如圖3-19所示)。這主要是因為沖油進口處所含各種雜質較少，溫度比

40、較低，流速較快，使進口處“覆蓋效應”減弱的緣故。實踐證明，當油孔的位置與電極的形狀對稱時用交替沖油和抽油的方法，可使沖油或抽油所造成的電極端面形狀的缺陷互相抵消，得到較平整的端面。另外，采用脈動沖油(沖油不連續(xù))或抽油比連續(xù)的沖油或抽油的效果好。 圖3-19 沖油方式對電極端部損耗的影響沖油 抽油 3) 電極的形狀和尺寸的影響在電極材料、電參數(shù)和其他工藝條件完全相同的情況下，電極的形狀和尺寸對電極損耗影響也很大(如電極的尖角、棱邊、薄片等)。如圖3-20(a)所示的型腔，用整體電極加工較困難。在實際中首先加工主型腔(如圖3-20(b)所示)，再用小電極加工副型腔(如圖3-20(c)所示)。 圖

41、3-20 分解電極圖(a) 型腔 (b) 加工主型腔 (c) 加工副型腔 4) 工具電極材料的影響工具電極損耗與其材料有關，損耗的大致順序如下：銀鎢合金 銅鎢合金 石墨(粗規(guī)準) 紫銅 鋼 鑄鐵 黃銅 銅合金(包括黃銅) 石墨 鑄鐵 不相同的鋼 相同的鋼；淬火鋼比不淬火鋼工件加工時穩(wěn)定性好；硬質合金、鑄鐵、鐵合金、磁鋼等工件的加工穩(wěn)定性差。 5極性不合適的極性可能導致加工極不穩(wěn)定。6加工形狀形狀復雜(具有內外尖角、窄縫、深孔等)的工件加工不易穩(wěn)定，其他如電極或工件松動、燒弧痕跡未清除、工件或電極帶磁性等均會引起加工不穩(wěn)定。另外，隨著加工深度的增加，加工變得不穩(wěn)定。工作液中混入易燃微粒也會使加工

42、難以進行。 3.3.7 合理選擇電火花加工工藝前面我們詳細闡述了電火花加工的工藝規(guī)律，不難看到，加工速度、電極損耗、表面粗糙度、加工精度往往相互矛盾。表3-2簡單列舉了一些參數(shù)對工藝的影響。 表3-2 常用參數(shù)對工藝的影響注：表示影響較小，表示降低或減小，表示增大。 加工速度 電極損耗 表面粗糙度值 備 注 峰值電流? 加工間隙，型腔加工錐度 脈沖寬度? 加工間隙，加工穩(wěn)定性 脈沖間歇? 加工穩(wěn)定性 介質清潔度 中粗加工精加工 穩(wěn)定性 在電火花加工中，如何合理地制定電火花加工工藝呢？如何用最快的速度加工出最佳質量的產(chǎn)品呢？一般來說，主要采用兩種方法來處理：第一，先主后次，如在用電火花加工去除斷

43、在工件中的鉆頭、絲錐時，應優(yōu)先保證速度，因為此時工件的表面粗糙度、電極損耗已經(jīng)不重要了；第二，采用各種手段，兼顧各方面。其中主要常見的方法有：(1) 粗、中、精逐擋過渡式加工方法。粗加工用以蝕除大部分加工余量，使型腔按預留量接近尺寸要求；中加工用以提高工件表面粗糙度等級，并使型腔基本達到要求，一般加工量不大；精加工主要保證最后加工出的工件達到要求的尺寸與粗糙度。 在加工時，首先通過粗加工，高速去除大量金屬，這是通過大功率、低損耗的粗加工規(guī)準解決的；其次，通過中、精加工保證加工的精度和表面質量。中、精加工雖然工具電極相對損耗大，但在一般情況下，中、精加工余量僅占全部加工量的極小部分，故工具電極的絕對損耗極小。在粗、中、精加工中，注意轉換加工規(guī)準。 (2) 先用機械加工去除大量的材料，再用電火花加工保證加工精度和加工質量。電火花成型加工的材料去除率還不能與機械加工相比。因此，在工件型腔電火花加工中，有必要先用機械加工方法去除大部分加工量，使各部分余量均勻，從而大幅度提高工件的加工效率。(3) 采用多電極。在加工中及時更換電極，當電極絕對損耗量達到一定程度時，及時更換，以保證良好的加工質量。 習題1什么是極性效應？在電火花加工中如何充分利用極性效應？ 2什么是覆蓋效應？請舉例說明覆蓋效應的用途。3在實際加工中如何處理加工速度、電極損耗、表面粗糙度之間的矛盾關系？