電火花電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)對(duì)工具表面質(zhì)量的影響

【摘要】電火花加工技術(shù)作為特種加工領(lǐng)域的重要技術(shù)之一，最早應(yīng)用于二戰(zhàn)時(shí)期折斷絲錐取出時(shí)的加工。隨著人類進(jìn)入信息化時(shí)代，電加工技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，隨著淬火鋼、模具鋼、硬質(zhì)合金、超硬磨料工具等特種、難加工材料的普及，電加工技術(shù)獲得了越來越多的應(yīng)用。電火花加工的原理是基于工具和工件之間脈沖性放電時(shí)的電腐現(xiàn)象來蝕除多余的金屬，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求，本文針對(duì)超硬磨料工具電火花加工，介紹了通過改變電火花工藝規(guī)程以提高工具表面質(zhì)量，以達(dá)到磨削要求的一些方法。

【關(guān)鍵詞】電火花加工；電腐蝕；電極；電火花工藝規(guī)程

1.引言

早在十九世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)了電器開光的觸點(diǎn)開閉時(shí)，會(huì)發(fā)生放電，使接觸部位燒蝕，造成接觸面的損壞。這種放電引起的電蝕現(xiàn)象叫做電腐蝕。起初，電腐蝕被認(rèn)為是有害的，為減少和避免這種有害的電腐蝕，人們一直在研究電腐蝕產(chǎn)生的原因和防止的辦法。1940年前后，前蘇聯(lián)科學(xué)家拉扎連科教授夫婦的研究結(jié)果表明：當(dāng)兩極產(chǎn)生放電的過程中，放電通道瞬時(shí)產(chǎn)生大量的熱，足以使電極材料表面局部熔化或汽化，并在一定條件下，熔化或汽化的部分能拋離電極表面，形成放電腐蝕的坑穴。當(dāng)人們掌握了它的規(guī)律之后，便創(chuàng)造條件，轉(zhuǎn)害為益，把電腐蝕用于生產(chǎn)中。電火花加工主要優(yōu)點(diǎn)是適合于難切削材料，可以加工特殊及復(fù)雜形狀的零件。由于電火花加工具有許多傳統(tǒng)切削加工所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。

2.電火花加工的原理

火花加工稱為放電加工（EDM），是一種直接利用電能和熱能進(jìn)行加工的新工藝：工具和工件之間并不接觸，而是靠不斷的脈沖性火花放電，產(chǎn)生局部、瞬時(shí)的高溫把金屬材料逐步熔化和氣化蝕除掉。電火花加工是利用兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象，對(duì)材料進(jìn)行加工的方法。電火花加工時(shí)，脈沖電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的工作液介質(zhì)（常用煤油或礦物油）中，工具電極由自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時(shí)維持一很小的放電間隙（0.01～0.05mm），同時(shí)保證火花放電為瞬時(shí)的脈沖性放電，并在放電延續(xù)一段時(shí)間后，停歇一段時(shí)間（放電延續(xù)時(shí)間一般為10-7-10-3s），通過大量的試驗(yàn)研究，電火花腐蝕電極表面金屬的過程大致可分為四個(gè)連續(xù)的階段：電極間介質(zhì)的電離、擊穿形成放電通道；由于通道內(nèi)正極和負(fù)極表面分別成為瞬時(shí)熱源，通道的截面積又小，致使能量高度集中（10～107W/mm），放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫除使工作液汽化、熱分解氣化外，也使金屬材料熔化甚至蒸發(fā)，熔化和氣化了的金屬在拋離電極表面時(shí)向四處飛濺，以致形成一個(gè)小凹坑。第一次脈沖放電結(jié)束之后，經(jīng)過很短的間隔時(shí)間，第二個(gè)脈沖又在另一極間最近點(diǎn)擊穿放電，如此周而復(fù)始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，它的形狀最終就復(fù)制在工件上，形成所需要的加工表面。與此同時(shí)，總能量的一小部分也釋放到工具電極上，從而造成工具損耗。

3.電火花加工的表面質(zhì)量

電火花加工的表面質(zhì)量主要包括表面粗糙度、表面變質(zhì)層和表面機(jī)械性能。表面粗糙度：電火花加工表面和機(jī)械加工的表面不同，它是由無方向性的無數(shù)小凹坑和硬凸邊所組成，對(duì)表面粗糙度影響最大的是單個(gè)脈沖能量，一般用實(shí)驗(yàn)公式Rmax=KrTe0.3Le0.4表示。式中Kr是常數(shù)，Te代表單個(gè)脈沖放電時(shí)間，Le代表脈沖峰值電流，所以放電時(shí)間越長（脈沖寬度），脈沖電流越大，加工表面越差，因?yàn)榧庸に俣扰c表面粗糙度之間存在很大矛盾。表面變質(zhì)層：電火花加工過程中，工具表面材料會(huì)因?yàn)楦邷馗邏喊l(fā)生很大變化，被加工表面會(huì)形成熔化凝固層和熱影響層，在表面往往還會(huì)出現(xiàn)顯微裂紋，熔化層的厚度會(huì)隨著脈沖能量的增大增厚，大約為1-2倍的Rmax，一般不超過0.1mm；熱影響層介于熔化層和基體之間，熱影響層是材料受熱后金相組織發(fā)生了變化，它和基體材料之間沒有明顯的界限；脈沖能量較大時(shí)表面的顯微裂紋才會(huì)擴(kuò)展到熱影響層，一般情況下僅在熔化層內(nèi)出現(xiàn)。表面機(jī)械性能：電火花加工后表面的硬度一般均較高，但是熔化層和熱影響層的結(jié)合不牢固，熔化層很容易在受到摩擦力的作用時(shí)剝落和磨損，電火花表面存在著由于瞬時(shí)先熱漲后冷縮而形成的較大拉應(yīng)力和裂紋，其耐疲勞性能比機(jī)械加工表面低很多。為達(dá)到理想的表面質(zhì)量最有效的方法是調(diào)整、改變電脈沖的能量大小。

4.超硬工具電火花加工中電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)選擇

電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)是指電火花加工時(shí)選用的電加工用量、電加工參數(shù)，主要有脈沖寬度、脈沖間隔、峰值電壓、峰值電流，這些參數(shù)在加工前必須事先選定。在實(shí)際工作中不同的電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)的設(shè)定會(huì)取得不同的加工效率和表面粗糙度，在超硬磨具生產(chǎn)制造過程中，為達(dá)到理想的工具表面質(zhì)量，使超硬工具充分發(fā)揮磨削優(yōu)異的特性，我們做了大量的試驗(yàn)，通過不同的粗、中、精電火花加工電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)的選擇實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求：

5.電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)的選擇在產(chǎn)品上的應(yīng)用

發(fā)光二極管（LED）襯底藍(lán)寶石和砷化鎵材料，在制造過程中的切、磨、拋工序會(huì)用到超硬磨料倒角多槽輪，該倒角加工屬于超硬工具里的高精、高速、高質(zhì)領(lǐng)域，國內(nèi)市場的超硬產(chǎn)品主要以韓國、日本和臺(tái)灣的為主。該類產(chǎn)品除具有超硬工具行業(yè)內(nèi)的一般要求外，特別對(duì)磨料層的尺寸、形狀、粗糙度、以及形位公差（位置度、輪廓度、徑向圓跳動(dòng)）提出了更高的要求，在開發(fā)倒角輪的過程中，我們利用PLC電火花設(shè)備進(jìn)行了大量電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)試驗(yàn)，最后確認(rèn)的工具電火花表面熔化層0.035mm，存在微觀裂紋，表面粗糙度Rmax為0.32微米電規(guī)程參數(shù)是：

采用上表所述的電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)加工出的藍(lán)寶石表面質(zhì)量顯微照片顯示與國外磨輪沒有任何差異，形狀、面幅尺寸也完全符合客戶的要：

5.結(jié)論

通過我們的試驗(yàn)研究，電火花加工過程中電極材質(zhì)、電極表面積大小、形狀、介質(zhì)工作液狀態(tài)、加工速度等因素都會(huì)對(duì)工具表面質(zhì)量造成影響，其中主要影響因素還是電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)的選擇，越是表面質(zhì)量要求高的就需要選擇較小的電流和較窄的脈沖寬度，一般情況是通過試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)，產(chǎn)品在客戶處驗(yàn)證取得報(bào)告后，加工的電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)才能得到確認(rèn)。

參考文獻(xiàn)

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