電火花高效小孔加工探索

汪朝陽

摘 要：針對中國空空導彈研究院電火花小孔加工效率低、電極損耗大的難題，通過研究電極轉速和電極形狀對電火花小孔加工效率和質量的影響，獲得電火花小孔加工的適宜電極形狀和旋轉速度組合。

關鍵詞：電火花加工;小孔;電極

中圖分類號：TG661 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）05-0028-02

Abstract： In order to solve the problem of low efficiency and large electrode loss of EDM， the effect of electrode speed and electrode shape on EDM efficiency and quality was studied， and the suitable combination of EDM electrode shape and rotation speed was obtained.

Keywords： EDM;keyhole;electrode

中國空空導彈研究院需要在硬質合金或軸承鋼等材料上加工小孔或微孔，孔徑小于1mm。由于材料硬度高，普通刀具無法切削，需要利用激光加工、水切割或電火花等特種加工方法進行切削。其中，激光加工或水切割需要專用設備，經濟投入較大;電火花設備應用相對廣泛，但存在加工效率低、電極損耗大的不足;電火花微細電極的找正直接影響加工質量，而找正精度完全取決于操作者的個人技能，對人員素質要求較高。小孔加工時，由于電極損耗嚴重，每加工兩三個零件后電極都需要重新進行修整和找正，嚴重影響了加工效率，無法批量生產。查詢相關技術文獻發(fā)現(xiàn)，影響電火花小孔加工效率和電極損耗的主要因素有電極旋轉速度和電極形狀。通過進一步研究這兩種因素，得到電火花小孔加工的適宜電極形狀和旋轉速度組合，最終提高了加工效率。

1 電極轉速

小孔加工過程中，在電極和零件間隙的液流中產生了旋轉向上的分力，使電蝕顆粒被液流帶出。電極轉速越高，電蝕顆粒排出效果越好，且小孔加工的速度也越高。不同電火花設備的電源及控制存在差異，因此結果存在差異，需進行調整。

本實驗在進口電火花加工機床COMPACT1上進行。該設備產于瑞士，專用于小孔加工。實驗材料為3mm的硬質合金塊，加工結構為Φ1mm的通孔，電極選用Φ1mm的實心紫銅電極。電極轉速選擇不旋轉、20rad/min及40rad/min三個水平，觀察不同時間段以及不同旋轉速度下的孔深。

從圖1可以看出，電極旋轉速度影響加工效率，即提高轉速可明顯提高電火花小孔的加工效率。電極不旋轉時，加工過程中產生的電蝕顆粒很難排出加工區(qū)域，易在電極表面出現(xiàn)氧化積碳，使得導電性能逐漸變差，并隨著加工深度的增加持續(xù)惡化，加工效率也越來越低。因此，通過電極旋轉可促進電蝕顆粒的排出，改善積碳現(xiàn)象，提高效率。

小孔加工的前半分鐘，電極轉速越高，加工效率也越高。當孔深不斷增加時，轉速對加工效率的提高效果逐漸變弱。電極旋轉時，如果孔較淺，則可顯著提高電蝕顆粒的排出效果;如果孔深達到了一定界限，電極旋轉對液流的影響將降低，無法持續(xù)改善電蝕顆粒排出效果。

電火花小孔加工過程中，電極旋轉可促進電蝕顆粒的排出，提高小孔加工效率，且轉速越高，效率提升越明顯[1]。

2 電極形狀

小孔加工時，不同形狀的電極對電極和零件之間加工間隙流場的影響不同。依據實際情況，電極形狀可選擇實心圓柱電極、空心圓柱電極、實心削邊電極及空心削邊電極，如圖2所示。實驗多個同時段內不同形狀電極的孔加工深度，并對電極的損耗進行目視觀察。

其中，圓柱電極為Φ1×100紫銅圓棒電極，空心電極為Φ1×400單孔紫銅管電極。圓柱削邊電極為圓棒電極上加工一深度為0.2mm的邊，空心削邊電極為空心電極加工深度0.15mm的邊。利用電極轉速的試驗結果，電極轉速為40rad/min，加工對象為3mm的硬質合金塊。電火花加工小孔時，電極形狀對加工效率的影響較大。前半分鐘內，空心電極加工效率最高。按照加工速度，從高到低依次為空心圓柱電極、空心削邊電極、實心圓柱電極及實心削邊電極。究其原因，在于前半分鐘由于內孔較淺電蝕顆粒易排出，而空心圓柱電極從中心注水，然后從電極與孔壁的間隙排出，比實心圓柱電極液流更易到達加工區(qū)域，同時液流壓力更大，也更易排出電蝕顆粒。加工深度較淺時，電極的放電面積將成為制約加工效率的關鍵因素。顯然，削邊電極的放電面積小于同種非削邊電極，所以削邊電極的加工速度稍低。

孔的加工深度大于0.5mm時，實心圓柱電極的加工效率將隨加工深度的增加逐漸降低，實心削邊電極的加工速度則對孔深不敏感。孔深達到2mm時，削邊電極的加工速度將超過實心圓柱電極的加工速度?？咨钸_到3mm時，空心電極的加工效率較為穩(wěn)定，且高于削邊電極的加工效率。加工效率穩(wěn)定的原因在于加工深度變大時，電蝕顆粒的排出效率對小孔加工速度的影響逐漸增大，空心圓柱電極從中間注水排泄受深度影響不大。另外，削邊電極的放電面積更小，導致其損耗程度明顯大于圓柱電極的損耗程度。

微小孔電火花加工時，如果孔的深徑比不大于5，考慮加工速度和電極損耗，應選擇空心電極和較大的電極旋轉速度。

3 結語

通過試驗發(fā)現(xiàn)，電極旋轉有助于排出電蝕顆粒，提高電火花小孔的加工效率。電極轉速越高，則加工速度越大;電極形狀對小孔加工效率影響較大，一般深徑比的小孔應優(yōu)先選擇空心圓柱電極，不僅加工效率高，電極損耗也較小。

參考文獻：

[1]張雷，王玉魁，耿雪松，等.削邊電極深小孔微細電火花間隙流場仿真研究[J].電加工與模具，2011（3）：33-38.