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石墨電極加工性能的影響，為生產(chǎn)實踐提供了理論依據(jù)。在電火花加工中如何正確選用石墨材料，并達到最佳的使用效果，不僅需考慮石墨電極材料牌號，同時要考慮加工參數(shù)及其機床性能等因素。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

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)國內(nèi)外的有關(guān)研究著重從電火花機床、放電加工參數(shù)和加工材料等方面進行系統(tǒng)的分析和論述。1機床特性對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的一個關(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、傳動速度和搖動方式直接影響生產(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電動機、直流電動機或交流伺服電

3、動機驅(qū)動主軸。1.1.1抬頭排屑主軸抬刀對于改善深槽（型腔）窄縫等微細加工的排屑，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。目前交流伺服電機驅(qū)動，抬刀速度一般可達3~5mmin[1]。日本Sadick公司AQ35L主軸采用直線電機控制，傳動機構(gòu)簡單，不用滾珠絲杠，沒有傳動間隙，能實現(xiàn)高速度、高加速度移動，滿足了EDM加工高速響應(yīng)的要求。最大驅(qū)動力高達3000N，快進速度可達100mmin，最大加速度達到1g以上，能及時

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70mm，免沖液，粗加工用時2h10min，精加工用時1h30min，總共用3h40min，提高了加工速度。瑞士milles公司的ROBOFM35P機床，不但提高了主軸運動速度，還提高了坐標(biāo)軸的運動速度，使電極交換時間節(jié)省35％。用截面20mm20mm的電極，無沖

5、液加工100mm深的型腔，加工時間僅為5h，表面粗糙度達到Rmax10μm。MakinoEDNC系列抬刀速度在小型機床上是2mmin，在大型機床上是10mmin。1.1.2主軸搖動主軸的搖動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。目前已有多種搖動方式，除了圓形和方形搖動外，還有六角、半圓柱、半球、三維射線、三維圓弧等搖動軌跡，遇到其他任意形狀，可根據(jù)一個完整的輪廓建立所需的搖動方式。日本MitsubishiEA系列電火花機床

6、新開發(fā)的bitPro搖動功能，電極以恒定運動進行加工，跟蹤目標(biāo)形狀，實現(xiàn)高穩(wěn)定加工；而常規(guī)搖動加工，沿目標(biāo)形狀一點一點連續(xù)加工，電極移動不平滑，變速移動，加工不穩(wěn)定，兩者對比如圖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，可以用較

7、大電流（幾百安培）。但是在一定加工面積條件下，有一個極限，超過這個極限，會造成加工不穩(wěn)定，電極和工件會產(chǎn)生拉弧燒傷，生產(chǎn)率反而降低。微細電極承受不住過強的電流，容易受損。石墨電極正極性加工時，電流密度通常設(shè)為10~12Acm2；負極性加工時，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)系電火花加工時放電間隙在不斷變化，間隙的大小影響著加工精度，對復(fù)雜形狀的加工表面影響尤其嚴重。如使用東洋炭素ISO63材料，表面

8、粗糙度達到Rα10μm時，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工件材料對加工極性選擇的影響對不同的工件材料應(yīng)選擇不同的加工極性，因為加工極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)量分數(shù)分別為68％、14％、10％、

9、6％）為例，粗加工時，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，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，因此精加工時應(yīng)選擇負極性加工。如圖5所示，加工工具鋼時，粗加工和銅合金一樣，要采用正極性加工，而精加工時，采用正、負極性加工電極損耗相差不

10、大，表面粗糙度也基本相同，故精加工時兩者皆可。表2鈦合金放電加工實驗結(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，對鈦合金進行放電加工實驗，結(jié)果如表2[8]所示，采用負極性加工時，其各項工藝指標(biāo)均比正極性加工好，因此對于鈦合金應(yīng)選用負極性加