电火花成型加工工艺规律探究

1.电火花加工的异常放电

在电火花加工过程中正常的火花放电过程一般是击穿—介质游离—放电—放电结束—恢复绝缘。但在这一过程中有时会产生一些异常放电现象，对加工造成一定的影响。

（1）异常放电形式

异常放电主要有电弧烧伤、桥接和短路等几种形式。

1）电弧烧伤。

电弧烧伤也叫烧弧，是电火花加工中最常见、破坏性最大的异常放电形式。轻者影响加工精度、表面粗糙度，重者将使工件报废。一旦发生电弧烧伤，一般措施很难恢复正常放电，需要抬起电极，对电极和工件进行人工清理才能继续加工。

电弧烧伤主要发生在大电流的粗、中阶段，主要特征有：放电集中一处，火花呈橘红色，爆炸声低而沉闷并产生浓烟，电流变化剧烈并趋向短路电流值。观察电极和工件，电极上会有凹坑，工件上相对应的部位黏附炭黑层。去除炭黑层后，金属呈熔融状。

2）桥接。

桥接是烧弧的前奏，常发生于精加工，其破坏性相对来说比较轻。桥接现象与正常放电常牵涉在一起，只需稍微改变加工条件就能恢复正常放电。

桥接的主要特征有：烟发白，气泡较大，放电声音不均匀，电流有明显波动。

3）短路。

放电加工过程中短路现象是瞬时的，但也会对加工造成不利影响。加工中短路现象经常发生，即使正常加工也可能出现，精加工时更加频繁。正常加工时偶尔出现短路现象是允许的，一般不会造成破坏性后果，但频繁的短路会使工件和电极局部形成缺陷，而且它常常是烧弧等异常放电的前奏。

（2）异常放电的产生原因及预防措施

1）电蚀物的影响。电蚀物中的金属微粒、炭黑以及气体都是异常放电的“媒介”，不利于加工的稳定性，必要时应采用油杯冲油或抽油，强迫工作液循环，及时将电蚀物排出间隙之外。

2）进给速度的影响。进给速度太快也是造成异常放电的主要原因。在正常加工中，电极应该有一个适当的进给速度。为保持加工状态而不产生异常放电，进给速度应该略低于蚀除速度。

3）电规准的影响。放电规准的强弱、电规准的选择不当容易对异常放电造成影响。一般来说，电规准较强，放电间隙大，不易产生异常放电；而电规准较弱的精加工，放电间隙小且电蚀产物不易排除，容易产生异常放电。此外，放电脉冲间隙小，峰值电流过大，加工面积小而使加工电流密度超过规定值，以及加工极性选择不当都可能引起异常放电。

2.电火花加工工艺参数

电火花加工工艺参数对加工精度、加工速度、表面粗糙度等都有十分重要的影响。电火花加工参数种类很多，可分为非电参数和电规准参数两大类。如电极和工件的材料、加工面积，工作液种类、压力、流量，以及加工时的抬刀高度、抬刀频率等都是非电参数。而电规准参数主要有以下几个：

1）脉冲宽度Ton，又称电压脉冲持续时间。

2）脉冲间隔Toff，又称电压脉冲停歇时间。

3）脉冲峰值电流Ip，正常放电时的脉冲电流幅值。

4）脉冲峰值电压V，间隙开路时电极间的最高电压。

5）脉宽峰值比，即Ton/Ip。

电规准参数对加工的影响更大，其中脉冲宽度Ton、脉冲间隔Toff和脉冲峰值电流Ip 对加工影响最大，电火花加工的工艺效果主要取决于这三个电规准参数。

一般情况下，其他参数不变，增大脉冲宽度Ton将减少电极损耗，生产率提高，稳定性会好一些，但表面粗糙度变差，加工间隙增大，表面变质层增厚。

脉冲间隔Toff对加工稳定性影响最大，Toff越大稳定性越好。一般情况下它对其他工艺指标影响不明显，但当Toff过小时会影响电极损耗。

增大峰值电流Ip 可提高生产率，改善结构稳定性，但表面粗糙度变差，加工间隙增大，电极损耗增加，表面变质层增厚。

脉宽峰值比Ton/Ip 是衡量电极损耗的重要依据，电极损耗小的加工要使Ton/Ip 大于一定的值，能作低损耗加工的脉冲电源必须输出较大的脉冲宽度Ton。

下面简单介绍电火花加工中的表面粗糙度、加工精度、加工速度及影响因素。

（1）表面粗糙度

表面粗糙度是指被加工表面上的微观几何误差。表面粗糙度与加工参数之间的关系如下：(www.xing528.com)

1）脉冲宽度Ton。表面粗糙度随脉冲宽度Ton增大而增大。

2）脉冲峰值电流Ip。表面粗糙度随峰值电流Ip 增大而增大。

为了改善表面粗糙度，必须减小脉冲宽度Ton和峰值电流Ip。脉宽Ton较大时，峰值电流Ip 对表面粗糙度影响较大；脉宽Ton较小时，脉宽Ton对表面粗糙度影响较大。因此在粗加工时，提高生产率以增大脉宽Ton和减小脉冲间隔Toff为主；精加工时一般通过减小脉宽Ton来降低表面粗糙度。

3）工作液的影响。清洁的工作液有利于获得理想的加工表面，如果工作液中杂质过多，则容易发生积炭等不利状况，影响表面粗糙度等。利用冲、抽油等措施加强工作液的循环过滤，改善间隙状况，有利于改善电火花成型加工的表面粗糙度。

4）加工速度对表面粗糙度的影响。加工速度和表面粗糙度二者互为矛盾，要获得表面粗糙度值低的工件，必须降低单个脉冲的蚀除量，这样加工速度会大大降低。例如，加工表面粗糙度Ra 达到1.0 μm 的表面要比达到2.0 μm 的表面，加工时间多10 倍左右。

此外，表面粗糙度还受工件材料、电极材料及电极本身的表面粗糙度等因素的影响。

（2）加工精度

影响电火花加工精度的因素主要有以下几点。

1）放电间隙的大小及其一致性。放电间隙越大，电场强度分布越不均匀，加工精度越差，粗加工时一般为0.5 mm，精加工时可达0.01 mm。另外，如果放电间隙能保持不变，则可以通过修正电极的尺寸对放电间隙进行补偿，以获得较高的加工精度。

2）电极损耗。电极存在损耗会影响工件的尺寸精度和形状精度。电极损耗越大，精度越差，精度要求高时一般采用多个电极加工。电极本身的加工精度也很重要。

3）二次放电。加工屑末在通过放电间隙时形成“桥”，造成二次放电使间隙扩大。加工型腔或穿孔时上下口的间隙差异主要是二次放电造成的。

4）热影响。在加工过程中，机床、工件、电极受工作液升温影响引起热变形，而机床各部件以及工件、电极的热膨胀系数不同，因此会影响到加工精度。

此外，装夹定位、电极夹持部分刚性、平动刚性和精度、冲油压力、电极运动精度等都会直接影响到加工精度。

（3）加工速度

单位时间内工件的电蚀量称为加工速度，可用重量或体积表示。

以蚀除重量来表示，计算公式为

式中　N——以蚀除重量表示的生产率，g/min；

G——工件蚀除总重量，g；

t——加工时间，min。

以体积来表示，计算公式为

式中　v——以体积表示的生产率，mm3/min；

V——工件蚀除总体积，mm3；

t——加工时间，min。

影响加工速度的因素有以下几个。

1）脉冲宽度Ton。增大脉冲宽度可提高加工速度。

2）脉冲峰值电流Ip。加大脉冲电流可提高加工速度。

增大脉冲宽度和脉冲电流主要是从增大单个脉冲的能量来影响加工速度的，但一味地加大单个脉冲能量，会使蚀除增多，排气、排屑条件恶化，间隙介质消电离时间不足，加工稳定性变差，反而使加工速度降低。

3）脉冲间隔Toff。提高脉冲频率即缩小脉冲间隔从而提高加工速度。

4）电极材料。电极材料的电腐蚀性能、熔点的高低也对加工速度有很大影响。实际加工中，电极和工件理想的配对有石墨—钢、纯铜—钢、纯铜—硬质合金等。

5）工作液。工作液的性质也会影响加工速度。例如，油类工作液在加工过程中会产生大量炭黑，降低了加工稳定性，从而影响加工速度。而采用去离子水或蒸馏水作工作液时，不起弧，加工稳定，加上部分电解作用，电火花成型加工速度比较高。改善工作液循环过滤方法，加强工作液流动也可以提高加工速度。