混粉电火花加工应用技术探讨

与开发　

ＤＯｈ　１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１３．０９．０３１　

混粉电火花加工应用技术探讨　

陈建丽　

（广东科学技术职业学院，广东珠海　５１９０９０）　

摘要：混粉电火花加Ｔ　是在加工面积较大时为提高工件表面质量而在工作液中　昆人微粉的先进工艺方法，近几年混粉电火花在　型腔模加Ｔ中发挥着越来越重要的作用。通过对该工艺的探讨，解析其使用要求及对表面质量改善状况，对企业吸收与利用当　前；Ｉ己进的混粉电火花加Ｔ　Ｔ：艺提供一点帮助　．　关键词：混粉电火花加一　Ｔ　艺参数；表面质量　中图分类号：ＴＧ６６１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９４９２（２０１３）０９—０ｌｌ８一Ｏ２　

Ｔｈｅ　Ｅｘｐｌｏｒｅ　ｏｆ　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｍｉｘｅｄ　ＥＤＭ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ＣＨＥＮ　Ｊｉａｎ—ｌｉ　（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｕｈａｉ５１９０９０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｗｄｅｒ　ｍｉｘｅｄ　ＥＤＭ　ｉｓ　ａｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　ｗｈｉｃｈ　ｍｉｃｒｏ　ｐｏｗｄｅｒ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｍｉｘｅｄ　ｉｎｔｏ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｌｉｑｕｉｄ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｑｕａｌｉｔｙ．Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ　ｉｔ　ｈａｓ　ｐｌａｙ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｃａｖｉｔｙ　ｄｉｅ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　『】ｌｏｅｅｓｓ　ｐａｒａｎｌｅｔｅｒｓ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｕｓｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｍｉｘｅｄ　ＥＤＭ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｂｙ　ｕｓｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｍｉｘｅｄ　ＥＤＭ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ａ　ｌｉｔｔｌｅ　ｈｅｌ　ｐ）　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｄｅｒ　ｍｉｘｅｄ　ＥＤＭ；ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｓｕｒｆａｃｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　

电火花加工中，影响加工表面粗糙度的主要　

是单个脉冲能量大小，也就是峰值电流　与脉冲时　

间　乘积。但实践中发现，在电极面积较大时，即　

使使用很小的电规准，Ｒ　也难低于０．３２　ｍＩ”，为改　

善这种状况，近几年来国内外出现了“混粉加　

工”新Ｔ艺，在工作液中加入铝、硅等导电微　

粉，以获得大面积的光亮表面。　

１混粉电火花／ｊｎ－ｒ机理　

电火花加Ｔ速度较机械加工要慢，其获得广　

泛应用在于其能加工任何导电材料及加工质量优　

于传统机械加工。其中表面粗糙度是考查加工质　

量的重要方面，根据实验公式，表面粗糙度与脉　

冲能量之问的关系表达如下　Ｉ：　

Ｒ　＝Ｋ　ｔ　ｏ　（１）　

式（１）中：尺　——表面粗糙度（Ｉｘｍ）；　

——与工件材料和电极材料有关的常数，　

铜对钢时取２．３；　

ｔ　——脉冲放电时间（　ｓ）；　ｉ　——峰值电流（Ａ）。　

从式（１）可看出，影响加工表面粗糙度值的　

加工工艺因素主要是脉冲放电时间和峰值电流乘　

积大小，即单个脉冲能量大小。采用较短的脉冲　

放电时间和较小峰值电流加工，即单个脉冲能量　

较小时，理应获得较低的表面粗糙度值。但在实　

践中发现，即使单个脉冲能量很小，当电极面积　

较大时，尺　亦很难低于２　ｍ，并且加工面积越　

大，所能达到的表面粗糙度值越高。其原因在于　

加工时，在工作液中，加工工件与电极相当于电　容的两极，具有“寄生电容”，相当于在放电间隙　

并联了一个电容。采用小的单个脉冲能量精加工　时，每次脉冲并不能将放电间隙击穿，而是对　

“寄生电容”起了“充电”作用，待进行了几个周　

期的“充电”，电压值足够击穿放电间隙时，才进　

行放电加工，此时，已积累了较多的脉冲能量，　形成较大蚀坑，恶化表面粗糙度。　

混粉电火花加工是指在工作液中加入铝、硅　

收稿日期：２０１３—０ｌ一２３　

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＿＿Ｊ　陈建丽：混粉电火花加工应用技术探讨　研究与　

等导电微粉的电火花加工工艺。它能有效降低工　

作液电阻率，放电间隙可成倍扩大，寄生电容成　

倍减小，不会发生上述多个脉冲能量积累，达到　

很大脉冲能量才能击穿放电间隙，进而进行放电　

的情况；混人的导电微粉对放电火花通道起分割　

作用，将每次放电火花通道分割成数个小通道，　

同时对脉冲能量也进行相应分解，使落在工件表　

面的单个脉冲能量成倍减小，相应的放电蚀坑也　

较小，以获得大面积光亮表面。　

２混粉电火花加工的实施要求担　

２．１混粉电火花工艺对加工机床的要求　

混粉加工通常用于加工面积较大的精加工　

中，因此应用混粉电火花加工工艺的机床应具　

有精加工功能。主要在于机床加工电路，具有　

纳秒级脉冲放电时间和较低脉冲电流，使单个　

脉冲能量很小，并能在小脉冲能量下持续稳定　

放电，以满足小规准精加工要求。铝、硅等导　

电微粉密度大于工作液密度，要顺利进行混粉　

电火花加工，机床必须具备防止粉末沉淀功　

能，应用搅拌或循环喷射技术，使导电微粉均　

匀分布在工作液中。　

２．２混粉电火花对加工工件的要求　

混粉电火花加工适合于加工面积大而要求表　

面粗糙度值低的工件，在加工前应对工件进行判　

断是否适合用该工艺进行加工。对于微细型腔和　

有尖角存在的工件，因容易在窄缝中积留微粉且　

该工艺放电间隙大，而难以达到预定要求。较大　

面积的型腔如手机外壳模具则适合用混粉电火花　

加工工艺。工件在进行混粉电火花加工前应留适　

当加工余量。加工余量太少，精加工不能将上一　

次放电痕迹去除，无法达到要求表面粗糙度；加　

工余量太多，则影响加工效率。　２．３混粉电火花对加工工艺的要求　混粉电火花加工较常规电火花加工工艺，　

较大的电规准也能获得同样的表面粗糙度值，　

因此其加工效率较常规电火花加工高。在文章　

上述对加工机床要求中提过，混粉电火花加工　

机床具有更好的精加工电路，更高的持续、稳　定放电性能，因此在混粉加工参数选择与常规　

加工有所不现，要求更高的放电时间和更短的　

抬刀高度，以获得稳定小能量电蚀过程。目前　应用于混粉电火花加工机床都还有成套参数，　

操作者可输人加工面积，要求表面粗糙度等条　

件，系统自动适配加工参数，当然在实际生产　

中要获得最佳加工效果，则需操作者根据实际　

经验优化加工参数。　

３混粉电火花加工对表面质量的影响　

３．１表面力学性能　

电火花加工时工件表面受到瞬时高温并迅　

速油冷，类似于热处理中的淬火工艺，因此经　

电火花加工后的工件表面硬度一般比较高，只　

有某些淬火钢可能稍低于基体硬度。且硬度随　

含碳量增大而升高，耐磨性也相应提高。但表　

面熔化凝固层与基体结合不牢，容易剥落，有　

些要求高的模具需把表面熔化凝固层研磨掉再　

进行后续加工。　混粉电火花加工，与常规电火花加工相同，　

工件表面受瞬时高温而熔化，又在工作液中迅速　

冷却。上海交通大学高绪宝等人对混粉电火花加　

工表面做了能谱分析，发现铝、硅等微粉在熔化　

凝固层占有一定比重　。铝、硅粉的混入对熔化凝　

固层起了强化作用，工件表面层硬度较高，耐磨　性好。可以做为最终表面使用。混粉电火花加丁　

表面由于受到瞬时高温作用并迅速冷却收缩而产　

生拉应力，易出现显微裂纹。大连理工大学对混　粉加工表面微裂纹进行了研究，发现对微裂纹影　

响最大的是脉冲放电时问，时间越长，微裂纹越　大，且分布越密。　

３．２表面粗糙度　

混粉电火花加工与常规电火花加工的最大区　

别在于微粉的存在能提高工作液导电性，加工中　

可用更小的电规准，单个脉冲能量更小；导电性　

能增加，放电间隙增大，寄生电容减小，减少常　

规电火花精加中的单个能量“累积”现象；微粉　

的存在能分割火花放电通道，将单个脉冲能量分　

割成几个小能量，每个放电通道蚀除凹坑更小，　

以达到更好表面粗糙度。　

４小结　

采用混粉电火花加工工艺加工面积大、表面　

粗糙度要求高的工作是非常有效的。在使用中应　

注意机床选择与加工工艺参数确定。　

机床应具有持续、稳定镜面精加工电路；　

ｒ——　—■■－７＿・１———————Ｔ—’————’●　］　／｜。　囊　／１　１９／≯　／　１．．．．．．．．．．．．．．　．．．．．．．．．．．．．．．．　．。．：．．．．．】．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ｉ．．．．．．．．．．．．　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　＿＿ｊ　（下转第１２９页）

　程院莲：指针式万用表测试二极管档位选择探讨　经验　

样，如果阻值偏差较大，大于正常管５～１０　ｎ，则　

此管ＰＮ结也有问题，一般不能使用，此时如果　用尺×１０、Ｒｘ１００、Ｒｘｌｋ、Ｒ×１０ｋ档测量，其读　

数都为０　Ｑ，无法判断其正向导通性能的优　

劣。　

２．２　ＰＮ结的反向漏电测量　

若在ＰＮ结上加反向电压，即电源的负极接Ｐ　

区，正极接Ｎ区，也称为反向偏置。此时外加电　压在ＰＮ结中产生的外电场和内电场方向一致，内　

电场被加强，结果阻止了多数载流子的扩散，无　

法形成扩散电流，ＰＮ结处于截止状态。在一定范　围内，外电场愈强，阻挡电流流过的能力越强。　

反向偏置时，呈截止状态，ＰＮ结呈现的电阻极高　

或为无穷大，一般常用的普通硅二极管的反向电　

阻为：无穷大，指针不能有偏转指示，如果指针　

有偏转指示，表示有阻值，此管漏电，根据阻值　的大小，可判断漏电的程度，也不可再用，如果　

指针指示为零，则此管击穿，完全损坏。　

ＰＮ结反向特性的测量需要有在提供较高反向　

电压的情况下，测量其漏电流，测量其反向截止　电阻为无穷大。这样选用万用表欧姆档Ｒｘ１０ｋ档　

合适，因为Ｒｘ１０ｋ档内部是１．５　Ｖ和９　Ｖ电池串联　应用，表笔间开路电压是ｌ０．５　ｖ，比其他档位的　

１．５　Ｖ电压高，加到ＰＮ结上，只要反向有一点轻　微的漏电都可以检测出来。　

３结论　

万用表判断二极管、三极管等半导体器件，　

只能用万用表的Ｒｘ１和Ｒｘ１０ｋ档，其它档位都是　

不精确的，对于一些轻微漏电、正向特性变差的　

元器件尤为重要。用尺×１测量正向导通电阻；用　

Ｒ×１０ｋ测量反向是否有漏电。用Ｒｘ１０、Ｒｘ１００、　

Ｒｘｌｋ、这三档测量不出轻微的正向阻值变大和反　

向轻微漏电的，只能判断短路和开路的晶体管器　

件，对于轻微的正向阻值变大和反向轻微漏电的　

ＰＮ结，就无法作出正确判断。　参考文献：　［１］郭旺．万用表欧姆档的内部结构［Ｊ］．物理教学探　讨，２００９，２７（３４３）：３５—３６．　［２］韩雪涛．电子仪表应用技术与技能实训教程［Ｍ］．北　京：电子工业出版社，２００６．　

作者简介：程院莲，女，１９７８年生，安徽安庆人，硕士，　讲师。研究领域：检测技术与自动化装置。　（编辑：王智圣）　

（上接第１１９页）　

铝、硅等微粉密度大于工作液密度，机床应能有　

效防止微粉沉淀。　

混粉电火花加工工艺适合于大面积精加工　表面，而对于微细型腔及清角，会由于放电间　

隙增大及导电微粉积存无法有效工作，加工余　

量留取应适当，达到较好表面质量，较高加工　

速度。　工艺参数如峰值电流、脉冲宽度、峰值电压