第2章_电火花加工工艺规律

2．电参数对电蚀量的影响 电火花加工过程中腐蚀金属的量(即电蚀量)与单个脉冲能量、 脉冲效率等电参数密切相关。 单个脉冲能量与平均放电电压、平均放电电流和脉冲宽度成 正比。在实际加工中，其中击穿后的放电电压与电极材料及工作 液种类有关，而且在放电过程中变化很小，所以对单个脉冲能量 的大小主要取决于平均放电电流和脉冲宽度的大小。 由上可见，要提高电蚀量，应增加平均放电电流、脉冲宽度 及提高脉冲频率。
但在实际生产中，这些因素往往是相互制约的，并影响到其它 工艺指标，应根据具体情况综合考虑。例如，增加平均放电电流， 加工表面粗糙度值也随之增大。
3．金属材料对电蚀量的影响
正负电极表面电蚀量分配不均除了与电极极性有关外，还与电 极的材料有很大关系。当脉冲放电能量相同时，金属工件的熔点、 沸点、比热容、熔化热、气化热等愈高，电蚀量将愈少，愈难加工； 导热系数愈大的金属，因能把较多的热量传导、散失到其它部位， 故降低了本身的蚀除量。因此，电极的蚀除量与电极材料的导热系 数及其它热学常数等有密切的关系。
3 vw / (mm/ min)
400 300 200 100 0 10 20
t＝ i
1
s 00 0
s 00 2
t i＝
ti＝50s 30 40 50 60 ie / A
^
图3-7 峰值电流与加工速度的关系曲线
2 非电参数的影响
1)．加工面积的影响
图3-8是加工面积和加工速度的关系曲线。由图可知，加工面积较大时，它 对加工速度没有多大影响。但若加工面积小到某一临界面积时，加工速度会 显著降低，这种现象叫做“面积效应”。因为加工面积小，在单位面积上脉 冲放电过分集中，致使放电间隙的电蚀产物排除不畅，同时会产生气体排除 液体的现象，造成放电加工在气体介质中进行，因而大大降低加工速度。 从图3-8可看出，峰值电流不同，最小临界加工面积也不同。因此，确定一 个具体加工对象的电参数时，首先必须根据加工面积确定工作电流，并估算 所需的峰值电流。
二 影响材料放电腐蚀的因素
1．极性效应对电蚀量的影响 在电火花加工时，相同材料(如用钢电极加工 钢)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，则极性效应更加明显。 在生产中，将工件接脉冲电源正极(工具电极接 脉冲电源负极)的加工称为正极性加工(如图3-3 所示)，反之称为负极性加工(如图3-4所示)。
ti ＝ 120 0s
电极—纯铜 工件—钢 加工极性—正
图3-6 脉冲间隔与加工速度的关系曲线
3)．峰值电流的影响 当脉冲宽度和脉冲间隔一定时，随着峰值电流的增加，加工速度也增加(如 图3-7)。因为加大峰值电流，等于加大单个脉冲能量，所以加工速度也就 提高了。但若峰值电流过大(即单个脉冲放电能量很大)，加工速度反而下 降。 此外，峰值电流增大将降低工件表面粗糙度和增加电极损耗。在生产中， 应根据不同的要求，选择合适的峰值电流。
11．短路电流Is(A) 短路电流是放电间隙短路时电流表上指示的平 均电流。它比正常加工时的平均电流要大20%～40%。 12．峰值电流(A) 峰值电流是间隙火花放电时脉冲电流的最大 值(瞬时)，在日本、英国、美国常用Ip表示(见图 3-2)。虽然峰值电流不易测量，但它是影响加工速 度、表面质量等的重要参数。在设计制造脉冲电源 时，每一功率放大管的峰值电流时预先计算好的， 选择峰值电流实际是选择几个功率管进行加工。
目前，电火花成形加工多采用油类做工 作液。机油粘度大、燃点高，用它做工作液 有利于压缩放电通道，提高放电的能量密度， 强化电蚀产物的抛出效果，但粘度大，不利 于电蚀产物的排出，影响正常放电；煤油粘 度低，流动性好，但排屑条件较好。 在粗加工时，要求速度快，放电能量大， 放电间隙大，故常选用机油等粘度大的工作 液；在中、精加工时，放电间隙小，往往采 用煤油等粘度小的工作液。

4．工作液对电蚀量的影响 电火花加工一般在液体介质中进行。液体介质通常叫做工作液，其作用 主要是： (1) 压缩放电通道，并限制其扩展，使放电能量高度集中在极小的区域 内，既加强了蚀除的效果，又提高了放电仿型的精确性。 (2) 加速电极间隙的冷却和消电离过程，有助于防止出现破坏性电弧放 电。 (3) 加速电蚀产物的排除。 (4) 加剧放电的流体动力过程，有助于金属的抛出。
－ 脉 冲 电 源 ＋
工 具 电 极
工件电极
图3-3 “正极性”接线法图
＋ 脉 冲 电 源 －
工 具 电 极
工件电极
3-4 “负极性”接线法
在实际加工中，极性效应受到电极及电极 材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等 多种因素的影响，其中主要原因是脉冲宽度。 在电场的作用下，放电通道中的电子奔向 正极，正离子奔向负极。在窄脉宽度加工时， 由于电子惯性小，运动灵活，大量的电子奔向 正极，并轰击正极表面，使正极表面迅速熔化 和气化；而正离子惯性大，运动缓慢，只有一 小部分能够到达负极表面，而大量的正离子不 能到达，因此电子的轰击作用大于正离子的轰 击作用，正极的电蚀量大于负极的电蚀量，这 时应采用正极性加工。
3 vw / (mm/ min)
1000
100
0A 15 ^ 80 A ^ ＝ ie＝ ie ^ ie＝40 A ^ i ＝30 A
e
电极—纯铜 工件—钢 加工极性—正
10 0 1 10 100 1000 ti / s
图3-5 脉冲宽度与加工速度的关系曲线
2)．脉冲间隔对加工速度的影响 在脉冲宽度一定的条件下，若脉冲间隔减小，则加工速度提高(如图3-6)。 这是因为脉冲间隔减小导致单位时间内工作脉冲数目增多、加工电流增大， 故加工速度提高；但若脉冲间隔过小，会因放电间隙来不及消电离引起加 工稳定性变差，导致加工速度降低。
采用水做工作液是值得注意的一个方向。用各种油类以及其它 碳氢化合物做工作液时，在放电过程中不可避免地产生大量碳黑， 严重影响电蚀产物的排除及加工速度，这种影响在精密加工中尤为 明显。若采用酒精做工作液时，因为碳黑生成量减少，上述情况会 有好转。所以，最好采用不含碳的介质，水是最方便的一种。此外， 水还具有流动性好、散热性好、不易起弧、不燃、无味、价廉等特 点。但普通水是弱导电液，会产生离子导电的电解过程，这是很不 利的，目前还只在某些大能量粗加工中采用。 在精密加工中，可采用比较纯的蒸馏水、去离子水或乙醇水溶液来 做工作液，其绝缘强度比普通水高。
课题四 认识电火花成型加工的工艺规律
一 电火花加工的工 艺指标
二 影响材料放电腐 蚀的因素 三 电火花加工工艺 指标的变化规律 习题
复习 电火花加工的常用术语 1．放电间隙 放电间隙是放电时工具电极和工件间的距 离，它的大小一般在0.01～0.5 mm之间， 粗加工时间隙较大，精加工时则较小。 2．脉冲宽度ti(μs) 脉冲宽度简称脉宽(也常用ON、TON等符 号表示)，是加到电极和工件上放电间隙两 端的电压脉冲的持续时间(如图3-2所示)。 为了防止电弧烧伤，电火花加工只能用断断 续续的脉冲电压波。一般来说，粗加工时可 用较大的脉宽，精加工时只能用较小的脉宽。
5．击穿延时td(μs) 从间隙两端加上脉冲电压后，一般均要经过一小段延 续时间td ，工作液介质才能被击穿放电，这一小段时间td 称为击穿延时(见图3-2)。击穿延时td 与平均放电间隙的 大小有关，工具欠进给时，平均放电间隙变大，平均击穿 延时td 就大；反之，工具过进给时，放电间隙变小，td 也 就小。 6．脉冲周期tP(μs) 一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时间称为 脉冲周期，显然tP=ti+to(见图3-2)。
7．脉冲频率fP(Hz) 脉冲频率是指单位时间内电源发出的脉冲个 数。显然，它与脉冲周期tP互为倒数，即
fp 1 tp
8．开路电压或峰值电压(V) 开路电压是间隙开路和间隙击穿之前td时 间内电极间的最高电压(见图3-2)。一般晶体 管方波脉冲电源的峰值电压=60～80 V，高 低压复合脉冲电源的高压峰值电压为175～ 300 V。峰值电压高时，放电Байду номын сангаас隙大，生产 率高，但成形复制精度较差。
在宽脉冲宽度加工时，因为质量和惯性 都大的正离子将有足够的时间到达负极表面， 由于正离子的质量大，它对负极表面的轰击 破坏作用要比电子强，同时到达负极的正离 子又会牵制电子的运动，故负极的电蚀量将 大于正极，这时应采用负极性加工。 在实际加工中，要充分利用极性效应， 正确选择极性，最大限度地提高工件的蚀除 量，降低工具电极的损耗。
在脉冲宽度一定的条件下，为了最大限度地提高加工速度，应在保证 稳定加工的同时，尽量缩短脉冲间隔时间。带有脉冲间隔自适应控制的脉 冲电源，能够根据放电间隙的状态，在一定范围内调节脉冲间隔的大小， 这样既能保证稳定加工，又可以获得较大的加工速度。
3 vw / (mm/ min)
300 200 100 0 100 200 300 400 500 600 to / s
选用的电加工参数，主要有脉冲宽
度ti(μs)、脉冲间隙to(μs)及峰 值电流Ip等参数。
1)． 脉冲宽度对加工速度的影响 单个脉冲能量的大小是影响加工速度的重要因素。对于矩形波脉 冲电源，当峰值电流一定时，脉冲能量与脉冲宽度成正比。脉冲宽度 增加，加工速度随之增加，因为随着脉冲宽度的增加，单个脉冲能量 增大，使加工速度提高。但若脉冲宽度过大，加工速度反而下降(如 图3-5)。这是因为单个脉冲能量虽然增大，但转换的热能有较大部分 散失在电极与工件之中，不起蚀除作用。同时，在其它加工条件相同 时，随着脉冲能量过分增大，蚀除产物增多，排气排屑条件恶化，间 隙消电离时间不足导致拉弧，加工稳定性变差等。因此加工速度反而 降低。
13．短路峰值电流(A) 短路峰值电流是间隙短路时脉冲电流的最 大 值 ( 见 图 3-2) ， 它 比 峰 值 电 流 要 大 20 ％～40％，与短路电流Is相差一个脉宽系 数的倍数，即