混粉電火花加工應(yīng)用技術(shù)探討

陳建麗

（廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院，廣東珠海 519090）

電火花加工中，影響加工表面粗糙度的主要是單個(gè)脈沖能量大小，也就是峰值電流ie與脈沖時(shí)間te乘積。但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在電極面積較大時(shí)，即使使用很小的電規(guī)準(zhǔn)，Ra也難低于0.32 μm[1]，為改善這種狀況，近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了“混粉加工”新工藝，在工作液中加入鋁、硅等導(dǎo)電微粉，以獲得大面積的光亮表面。

1 混粉電火花加工機(jī)理

電火花加工速度較機(jī)械加工要慢，其獲得廣泛應(yīng)用在于其能加工任何導(dǎo)電材料及加工質(zhì)量?jī)?yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械加工。其中表面粗糙度是考查加工質(zhì)量的重要方面，根據(jù)實(shí)驗(yàn)公式，表面粗糙度與脈沖能量之間的關(guān)系表達(dá)如下[1]：

式（1）中：Rmax——表面粗糙度（μm）；

KR——與工件材料和電極材料有關(guān)的常數(shù)，銅對(duì)鋼時(shí)取2.3；

te——脈沖放電時(shí)間（μs）；

從式（1）可看出，影響加工表面粗糙度值的加工工藝因素主要是脈沖放電時(shí)間和峰值電流乘積大小，即單個(gè)脈沖能量大小。采用較短的脈沖放電時(shí)間和較小峰值電流加工，即單個(gè)脈沖能量較小時(shí)，理應(yīng)獲得較低的表面粗糙度值。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，即使單個(gè)脈沖能量很小，當(dāng)電極面積較大時(shí)，Rmax亦很難低于2 μm，并且加工面積越大，所能達(dá)到的表面粗糙度值越高。其原因在于加工時(shí)，在工作液中，加工工件與電極相當(dāng)于電容的兩極，具有“寄生電容”，相當(dāng)于在放電間隙并聯(lián)了一個(gè)電容。采用小的單個(gè)脈沖能量精加工時(shí)，每次脈沖并不能將放電間隙擊穿，而是對(duì)“寄生電容”起了“充電”作用，待進(jìn)行了幾個(gè)周期的“充電”，電壓值足夠擊穿放電間隙時(shí)，才進(jìn)行放電加工，此時(shí)，已積累了較多的脈沖能量，形成較大蝕坑，惡化表面粗糙度。

混粉電火花加工是指在工作液中加入鋁、硅等導(dǎo)電微粉的電火花加工工藝。它能有效降低工作液電阻率，放電間隙可成倍擴(kuò)大，寄生電容成倍減小，不會(huì)發(fā)生上述多個(gè)脈沖能量積累，達(dá)到很大脈沖能量才能擊穿放電間隙，進(jìn)而進(jìn)行放電的情況；混入的導(dǎo)電微粉對(duì)放電火花通道起分割作用，將每次放電火花通道分割成數(shù)個(gè)小通道，同時(shí)對(duì)脈沖能量也進(jìn)行相應(yīng)分解，使落在工件表面的單個(gè)脈沖能量成倍減小，相應(yīng)的放電蝕坑也較小，以獲得大面積光亮表面。

2 混粉電火花加工的實(shí)施要求[2]

2.1 混粉電火花工藝對(duì)加工機(jī)床的要求

混粉加工通常用于加工面積較大的精加工中，因此應(yīng)用混粉電火花加工工藝的機(jī)床應(yīng)具有精加工功能。主要在于機(jī)床加工電路，具有納秒級(jí)脈沖放電時(shí)間和較低脈沖電流，使單個(gè)脈沖能量很小，并能在小脈沖能量下持續(xù)穩(wěn)定放電，以滿足小規(guī)準(zhǔn)精加工要求。鋁、硅等導(dǎo)電微粉密度大于工作液密度，要順利進(jìn)行混粉電火花加工，機(jī)床必須具備防止粉末沉淀功能，應(yīng)用攪拌或循環(huán)噴射技術(shù)，使導(dǎo)電微粉均勻分布在工作液中。

2.2 混粉電火花對(duì)加工工件的要求

混粉電火花加工適合于加工面積大而要求表面粗糙度值低的工件，在加工前應(yīng)對(duì)工件進(jìn)行判斷是否適合用該工藝進(jìn)行加工。對(duì)于微細(xì)型腔和有尖角存在的工件，因容易在窄縫中積留微粉且該工藝放電間隙大，而難以達(dá)到預(yù)定要求。較大面積的型腔如手機(jī)外殼模具則適合用混粉電火花加工工藝。工件在進(jìn)行混粉電火花加工前應(yīng)留適當(dāng)加工余量。加工余量太少，精加工不能將上一次放電痕跡去除，無(wú)法達(dá)到要求表面粗糙度；加工余量太多，則影響加工效率。

2.3 混粉電火花對(duì)加工工藝的要求

混粉電火花加工較常規(guī)電火花加工工藝，較大的電規(guī)準(zhǔn)也能獲得同樣的表面粗糙度值，因此其加工效率較常規(guī)電火花加工高。在文章上述對(duì)加工機(jī)床要求中提過(guò)，混粉電火花加工機(jī)床具有更好的精加工電路，更高的持續(xù)、穩(wěn)定放電性能，因此在混粉加工參數(shù)選擇與常規(guī)加工有所不現(xiàn)，要求更高的放電時(shí)間和更短的抬刀高度，以獲得穩(wěn)定小能量電蝕過(guò)程。目前應(yīng)用于混粉電火花加工機(jī)床都還有成套參數(shù)，操作者可輸入加工面積，要求表面粗糙度等條件，系統(tǒng)自動(dòng)適配加工參數(shù)，當(dāng)然在實(shí)際生產(chǎn)中要獲得最佳加工效果，則需操作者根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化加工參數(shù)。

3 混粉電火花加工對(duì)表面質(zhì)量的影響

3.1 表面力學(xué)性能[3]

電火花加工時(shí)工件表面受到瞬時(shí)高溫并迅速油冷，類似于熱處理中的淬火工藝，因此經(jīng)電火花加工后的工件表面硬度一般比較高，只有某些淬火鋼可能稍低于基體硬度。且硬度隨含碳量增大而升高，耐磨性也相應(yīng)提高。但表面熔化凝固層與基體結(jié)合不牢，容易剝落，有些要求高的模具需把表面熔化凝固層研磨掉再進(jìn)行后續(xù)加工。

混粉電火花加工，與常規(guī)電火花加工相同，工件表面受瞬時(shí)高溫而熔化，又在工作液中迅速冷卻。上海交通大學(xué)高緒寶等人對(duì)混粉電火花加工表面做了能譜分析，發(fā)現(xiàn)鋁、硅等微粉在熔化凝固層占有一定比重[3]。鋁、硅粉的混入對(duì)熔化凝固層起了強(qiáng)化作用，工件表面層硬度較高，耐磨性好?？梢宰鰹樽罱K表面使用?；旆垭娀鸹庸け砻嬗捎谑艿剿矔r(shí)高溫作用并迅速冷卻收縮而產(chǎn)生拉應(yīng)力，易出現(xiàn)顯微裂紋。大連理工大學(xué)對(duì)混粉加工表面微裂紋進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)微裂紋影響最大的是脈沖放電時(shí)間，時(shí)間越長(zhǎng)，微裂紋越大，且分布越密。

3.2 表面粗糙度[4]

混粉電火花加工與常規(guī)電火花加工的最大區(qū)別在于微粉的存在能提高工作液導(dǎo)電性，加工中可用更小的電規(guī)準(zhǔn)，單個(gè)脈沖能量更小；導(dǎo)電性能增加，放電間隙增大，寄生電容減小，減少常規(guī)電火花精加中的單個(gè)能量“累積”現(xiàn)象；微粉的存在能分割火花放電通道，將單個(gè)脈沖能量分割成幾個(gè)小能量，每個(gè)放電通道蝕除凹坑更小，以達(dá)到更好表面粗糙度。

4 小結(jié)

采用混粉電火花加工工藝加工面積大、表面粗糙度要求高的工作是非常有效的。在使用中應(yīng)注意機(jī)床選擇與加工工藝參數(shù)確定。

機(jī)床應(yīng)具有持續(xù)、穩(wěn)定鏡面精加工電路；鋁、硅等微粉密度大于工作液密度，機(jī)床應(yīng)能有效防止微粉沉淀。

混粉電火花加工工藝適合于大面積精加工表面，而對(duì)于微細(xì)型腔及清角，會(huì)由于放電間隙增大及導(dǎo)電微粉積存無(wú)法有效工作，加工余量留取應(yīng)適當(dāng)，達(dá)到較好表面質(zhì)量，較高加工速度。

工藝參數(shù)如峰值電流、脈沖寬度、峰值電壓的選擇對(duì)加工速度與加工質(zhì)量影響較大，目前機(jī)床一般具備多套可供選擇參數(shù)，生產(chǎn)實(shí)踐中需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)合理調(diào)整。

本文通過(guò)對(duì)混粉電火花加工工藝原理分析，解析其使用要求及對(duì)表面質(zhì)量改善狀況，希望對(duì)企業(yè)吸收與利用當(dāng)前先進(jìn)的混粉電火花加工工藝提供一點(diǎn)幫助。

［1］劉晉春，白基成，郭永豐.特種加工［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］張宗才，伍端陽(yáng).混粉電火花加工在型腔模中的應(yīng)用［J］.電加工與模具，2010（5）：69-72.

［3］高緒寶，顧琳，趙萬(wàn)生，等.混粉電火花加工工件表面質(zhì)量影響因素分析［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2009（3）：1-4.

［4］段雷，常云朋.基于混粉加工的電火花成型銑削［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2012（1）：96-98.