石墨電極電火花加工性能的影響因素分析

1、石墨電極電火花加工性能的影響因素分析影響石墨電極電火花加工性能的因素很多，各因素的合理配合對(duì)電火花加工特性有重要的影響。分析了主軸性能、脈沖電源及智能控制、工作液、電參數(shù)和加工極性選擇等對(duì)石墨電極加工性能的影響，為生產(chǎn)實(shí)踐提供了理論依據(jù)。在電火花加工中如何正確選用石墨材料，并達(dá)到最佳的使用效果，不僅需考慮石墨電極材料牌號(hào)，同時(shí)要考慮加工參數(shù)及其機(jī)床性能等因素。影響石墨電極電火花加工性能（加工速度、加工表面粗糙度和電極損耗）的因素主要有機(jī)

2、械系統(tǒng)性能、脈沖電源、控制系統(tǒng)、加工面積、放電參數(shù)、工件材料、工作液、電極形狀、沖液方式等。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外的有關(guān)研究著重從電火花機(jī)床、放電加工參數(shù)和加工材料等方面進(jìn)行系統(tǒng)的分析和論述。1機(jī)床特性對(duì)石墨電極加工性能的影響1.1主軸性能的影響主軸是電火花成形機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵部件，它控制工件與工具電極之間的放電間隙。主軸的抬刀速度、傳動(dòng)速度和搖動(dòng)方式直接影響生產(chǎn)率、表面粗糙度和加工穩(wěn)定性等工藝指標(biāo)。目前已普遍采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)或交流伺服電

3、動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸。1.1.1抬頭排屑主軸抬刀對(duì)于改善深槽（型腔）窄縫等微細(xì)加工的排屑，防止積碳和二次放電等現(xiàn)象有明顯影響。發(fā)展高速抬刀是必然趨勢(shì)。目前交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，抬刀速度一般可達(dá)3~5mmin[1]。日本Sadick公司AQ35L主軸采用直線(xiàn)電機(jī)控制，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，不用滾珠絲杠，沒(méi)有傳動(dòng)間隙，能實(shí)現(xiàn)高速度、高加速度移動(dòng)，滿(mǎn)足了EDM加工高速響應(yīng)的要求。最大驅(qū)動(dòng)力高達(dá)3000N，快進(jìn)速度可達(dá)100mmin，最大加速度達(dá)到1g以上，能及時(shí)

4、排除電蝕產(chǎn)物消除集中放電、二次放電。間隙不均勻性等得到極大的抑制，特別是對(duì)加工深槽窄縫能產(chǎn)生良好的效果[2]。例如：用端面面積為1mm38mm、斜度1的石墨片電極加工鋼，深度達(dá)70mm，免沖液，粗加工用時(shí)2h10min，精加工用時(shí)1h30min，總共用3h40min，提高了加工速度。瑞士milles公司的ROBOFM35P機(jī)床，不但提高了主軸運(yùn)動(dòng)速度，還提高了坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)速度，使電極交換時(shí)間節(jié)省35％。用截面20mm20mm的電極，無(wú)沖

5、液加工100mm深的型腔，加工時(shí)間僅為5h，表面粗糙度達(dá)到Rmax10μm。MakinoEDNC系列抬刀速度在小型機(jī)床上是2mmin，在大型機(jī)床上是10mmin。1.1.2主軸搖動(dòng)主軸的搖動(dòng)功能可使加工表面均勻，得到高精度和高質(zhì)量的加工表面。目前已有多種搖動(dòng)方式，除了圓形和方形搖動(dòng)外，還有六角、半圓柱、半球、三維射線(xiàn)、三維圓弧等搖動(dòng)軌跡，遇到其他任意形狀，可根據(jù)一個(gè)完整的輪廓建立所需的搖動(dòng)方式。日本MitsubishiEA系列電火花機(jī)床

6、新開(kāi)發(fā)的bitPro搖動(dòng)功能，電極以恒定運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工，跟蹤目標(biāo)形狀，實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定加工；而常規(guī)搖動(dòng)加工，沿目標(biāo)形狀一點(diǎn)一點(diǎn)連續(xù)加工，電極移動(dòng)不平滑，變速移動(dòng)，加工不穩(wěn)定，兩者對(duì)比如圖1所示。1.2脈沖電源及智能化控制的影響脈沖電源對(duì)電火花加工的生產(chǎn)率、表面質(zhì)量、加工速度、電極損耗等都有很大的影響。由表1可看出。峰值電流變小，加工速度下降，而表面粗糙度減小。石墨電極與銅電極相比，因有極好的耐熱性，可加大電流值，提高生產(chǎn)效率。粗加工時(shí)，可以用較

7、大電流（幾百安培）。但是在一定加工面積條件下，有一個(gè)極限，超過(guò)這個(gè)極限，會(huì)造成加工不穩(wěn)定，電極和工件會(huì)產(chǎn)生拉弧燒傷，生產(chǎn)率反而降低。微細(xì)電極承受不住過(guò)強(qiáng)的電流，容易受損。石墨電極正極性加工時(shí)，電流密度通常設(shè)為10~12Acm2；負(fù)極性加工時(shí)，電流密度通常設(shè)為6~8Acm2[6~7]。2.3電極與工件的邊側(cè)間距關(guān)系電火花加工時(shí)放電間隙在不斷變化，間隙的大小影響著加工精度，對(duì)復(fù)雜形狀的加工表面影響尤其嚴(yán)重。如使用東洋炭素ISO63材料，表面

8、粗糙度達(dá)到Rα10μm時(shí)，放電面積不同，邊側(cè)間距也不同。放電面積越大，相應(yīng)的邊側(cè)間距也應(yīng)變大；相同的加工面積粗加工的邊側(cè)間距大于精加工的邊側(cè)間距。隨著加工深度的增加，邊側(cè)間距有時(shí)也要相應(yīng)的增加，如圖6所示，以保持良好的排屑。2.4工件材料對(duì)加工極性選擇的影響對(duì)不同的工件材料應(yīng)選擇不同的加工極性，因?yàn)榧庸O性直接影響加工效果（電極損耗、加工速度和表面粗糙度）。以銅合金MS46（Cu、Ni、Al、Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為68％、14％、10％、

9、6％）為例，粗加工時(shí)，主要考慮電極損耗和加工速度，采用大脈沖寬度，如圖4a、4b所示，正、負(fù)極性加工電極損耗相差不大，但正極性加工速度快，因此應(yīng)選擇正極性加工。精加工時(shí)，主要考慮電極損耗和加工表面質(zhì)量，如圖4a、4c所示，當(dāng)縮短脈沖寬度，負(fù)極性加工的電極損耗明顯比正極性加工小的多，并且表面粗糙度也小，因此精加工時(shí)應(yīng)選擇負(fù)極性加工。如圖5所示，加工工具鋼時(shí)，粗加工和銅合金一樣，要采用正極性加工，而精加工時(shí)，采用正、負(fù)極性加工電極損耗相差不

10、大，表面粗糙度也基本相同，故精加工時(shí)兩者皆可。表2鈦合金放電加工實(shí)驗(yàn)結(jié)果加工極性加工深度mm電極損耗％加工速度（mm3min）單邊間隙mm正極性3.072.861.4400.10負(fù)極性3.06.5049.1950.19采用石墨電極，在脈沖寬度為100μs，脈沖間隔480μs，峰值電流90A的條件下，改變加工極性，對(duì)鈦合金進(jìn)行放電加工實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2[8]所示，采用負(fù)極性加工時(shí)，其各項(xiàng)工藝指標(biāo)均比正極性加工好，因此對(duì)于鈦合金應(yīng)選用負(fù)極性加