电火花加工的两个重要效应及其优化措施

1.极性效应

电火花加工时,相同材料两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大,这种现象叫做极性效应。如果两电极材料不同,则极性效应更加复杂。我们一般把阴极蚀是与阳极蚀除量之比叫做极性系数。极性系数小于1称为负极性。极性系数的改变意味着两极能量分布的改变。通常,人们把工件接电源的正极(工具电极接负极)时,称“正极性”加工,反之,称“负极性”加工。

影响极性效应的因素：

(1)脉冲宽度

如图6-7所示,图中ti为脉冲宽度,t0为脉冲间隔,ti＋t0＝tp为脉冲周期。在电场作用下,通道中的电子奔向阳极,正离子奔向阴极。由于电子质量轻,惯性小,在短时间内容易获得较高的运动速度；而正离子质量大,不易加速,故在窄脉冲时,电子动能大,电子传递给阳极的能量大于正离子传递给负极的能量,使阳极蚀除量大于阴极蚀除量,即为负极性。而在宽脉冲时,正离子有足够的时间加速,可获得较高的速度,而且质量大得多,轰击阴极的动能较大,同时除液体介质蒸气的正离子外,阴极和阳极蒸气中的正离子也参与了对阴极的轰击。因此,正离子传递给阴极的能量超过了电子传递给阳极的能量,阴极的蚀除量便大于阳极蚀除量,即为正极性。

在相同的放电电流特征下,不同的材料加工时电蚀量与脉冲宽度是不同的,图6-8为铜与钢两种材料的电蚀量与脉冲宽度的关系。正确地选择极性,既可以获得较高的生产率,又可以获得较低的工具损耗,有利于实现“高效低损耗”的加工。

图6-7　矩形波脉冲电源的电压波形

图6-8　电流峰值与加工速度的关系

(2)脉冲能量

随着放电能量的增加,尤其是极间放电电压的增加,每个正离子传递给阴极的平均动能增加,电子的动能虽然也随之增加,但当放电通道很大时,由于电位分布变化引起阳极区电压降低,阻止了电子奔向阳极,减少了电子传递给阳极的能量,使阴极能量大于阳极能量,即脉冲能量大时阴极的蚀除量大于阳极蚀除量。

2.覆盖效应

在材料放电腐蚀过程中,一个电极的电蚀产物转移到另一电极表面上,形成一定厚度的覆盖层,这种现象叫覆盖效应。在油类介质中加工时,覆盖层主要是石墨化的碳素层,其次是黏附在电极表面的金属微粒结层。(www.xing528.com)

(1)碳素层的生成条件

①要有足够高的温度。电极上被覆盖的表面温度不低于碳素层的生成温度,但低于熔点,以使碳粒子烧结成石墨化的耐蚀层。

②要有足够多的电蚀产物,尤其是介质的热解产物——碳粒子。

③要有足够的时间,以便在表面上形成一定厚度的碳素层。

④采用正极性加工,因为碳素层易在阳极表面生成。

⑤必须在油类介质加工。

(2)影响覆盖效应的主要因素

①脉冲能量与波形。增大放电加工能量有助于覆盖层的生长,但宽脉冲大电流对中、精加工有相当大的局限性,减小脉冲间隔则有利于生成覆盖层。但间隔过小则有转变为电弧放电的危险,采用某些组合脉冲如矩形波派生出来的梳形波及各种叠加脉冲波形也有助于覆盖层的生成。

②电极对。铜打钢时覆盖效应比较明显。因为铜对碳素层的生成起着类似催化剂的作用。但铜打硬质合金却不大容易生成覆盖层。

③工作介质。石油产品的油类介质在放电产生的高温下,生成大量的碳粒子,有助于耐碳素层的生成。而在具有一定离子导电的水介质中采用负极性加工时,会产生另一种覆盖现象——镀覆现象,即在阴极表面上形成一层致密的电镀层。

④工艺条件。工作介质脏,介质处于液上与气相混合状态,间隙过热,电极截面大,电极间隙较小,加工较稳定等,均有助于生成覆盖层。间隙中工作液的流动影响也很大,冲油压力过大会破坏覆盖层的生成。

合理利用覆盖效应,有利于降低电极损耗,甚至可做到“无损耗”加工。但如处理不当,出现过覆盖现象,将会使电极尺寸在加工中超过了加工前的尺寸,反而破坏了加工精度。

所谓“无损耗”加工即指在加工过程中,在某种特定条件下由于覆盖效应的作用,弥补了电极损耗,当弥补作用与电极损耗大致平衡时,可以认为电极无损耗。但加工条件比较苛刻,不易达到。通常电极损耗达到1%以下,即可认为是无损耗加工。