电火花加工工艺规律

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1、第三章第三章 电火花加工工艺规律电火花加工工艺规律3.1 电火花加工的常用术语电火花加工的常用术语3.2 影响材料放电腐蚀的因素影响材料放电腐蚀的因素3.3 电火花加工工艺规律电火花加工工艺规律习题习题3.1 电火花加工的常用术语电火花加工的常用术语电火花加工中常用的主要名词术语和符号如下：1工具电极电火花加工用的工具是电火花放电时的电极之一，故称为工具电极，有时简称电极。由于电极的材料常常是铜，因此又称为铜公(如图3-1所示)。图3-1 电火花加工示意图41231工具电极；2工件；3脉冲电源；4伺服进给系统2放电间隙放电间隙是放电时工具电极和工件间的距离，它的大小一般在0.010.5 mm之

2、间，粗加工时间隙较大，精加工时那么较小。3脉冲宽度ti(s)脉冲宽度简称脉宽(也常用ON、TON等符号表示)，是加到电极和工件上放电间隙两端的电压脉冲的持续时间(如图3-2所示)。为了防止电弧烧伤，电火花加工只能用断断续续的脉冲电压波。一般来说，粗加工时可用较大的脉宽，精加工时只能用较小的脉宽。图3-2 脉冲参数与脉冲电压、电流波形空载火花电弧过渡电弧短路is时间/s电流/Aieui时间/stitotdtetptito电压/V4脉冲间隔to(s)脉冲间隔简称脉间或间隔(也常用OFF、TOFF表示)，它是两个电压脉冲之间的间隔时间(如图3-2所示)。间隔时间过短，放电间隙来不及消电离和恢复绝缘，

3、容易产生电弧放电，烧伤电极和工件；脉间选得过长，将降低加工生产率。加工面积、加工深度较大时，脉间也应稍大。5放电时间(电流脉宽)te(s)放电时间是工作液介质击穿后放电间隙中流过放电电流的时间，即电流脉宽，它比电压脉宽稍小，二者相差一个击穿延时td。ti和te对电火花加工的生产率、外表粗糙度和电极损耗有很大影响，但实际起作用的是电流脉宽te。6击穿延时td(s)从间隙两端加上脉冲电压后，一般均要经过一小段延续时间td，工作液介质才能被击穿放电，这一小段时间td称为击穿延时(见图3-2)。击穿延时td与平均放电间隙的大小有关，工具欠进给时，平均放电间隙变大，平均击穿延时td就大；反之，工具过进给

4、时，放电间隙变小，td也就小。7脉冲周期tP(s)一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时间称为脉冲周期，显然tP=ti+to(见图3-2)。8脉冲频率fP(Hz)脉冲频率是指单位时间内电源发出的脉冲个数。显然，它与脉冲周期tP互为倒数，即 9有效脉冲频率fe(HZ)有效脉冲频率是单位时间内在放电间隙上发生有效放电的次数，又称工作脉冲频率。10脉冲利用率脉冲利用率是有效脉冲频率fe与脉冲频率fp之比，又称频率比，即pp1tfpeff亦即单位时间内有效火花脉冲个数与该单位时间内的总脉冲个数之比。11脉宽系数脉宽系数是脉冲宽度ti与脉冲周期tp之比，其计算公式为oiipittttt12占空比占

5、空比是脉冲宽度ti与脉冲间隔to之比，=ti/to。粗加工时占空比一般较大，精加工时占空比应较小，否那么放电间隙来不及消电离恢复绝缘，容易引起电弧放电。13开路电压或峰值电压(V)开路电压是间隙开路和间隙击穿之前td时间内电极间的最高电压(见图3-2)。一般晶体管方波脉冲电源的峰值电压=6080 V，上下压复合脉冲电源的高压峰值电压为175300 V。峰值电压高时，放电间隙大，生产率高，但成形复制精度较差。14火花维持电压火花维持电压是每次火花击穿后，在放电间隙上火花放电时的维持电压，一般在25 V左右，但它实际是一个高频振荡的电压(见图3-2)。15加工电压或间隙平均电压U(V)加工电压或间

6、隙平均电压是指加工时电压表上指示的放电间隙两端的平均电压，它是多个开路电压、火花放电维持电压、短路和脉冲间隔等电压的平均值。16加工电流I(A)加工电流是加工时电流表上指示的流过放电间隙的平均电流。精加工时小，粗加工时大，间隙偏开路时小，间隙合理或偏短路时那么大。17短路电流Is(A)短路电流是放电间隙短路时电流表上指示的平均电流。它比正常加工时的平均电流要大20%40%。18峰值电流(A)峰值电流是间隙火花放电时脉冲电流的最大值(瞬时)，在日本、英国、美国常用Ip表示(见图3-2)。虽然峰值电流不易测量，但它是影响加工速度、外表质量等的重要参数。在设计制造脉冲电源时，每一功率放大管的峰值电流

7、时预先计算好的，选择峰值电流实际是选择几个功率管进行加工。19短路峰值电流(A)短路峰值电流是间隙短路时脉冲电流的最大值(见图3-2)，它比峰值电流要大2040，与短路电流Is相差一个脉宽系数的倍数，即3)短路(短路脉冲)放电间隙直接短路，这是由于伺服进给系统瞬时进给过多或放电间隙中有电蚀产物搭接所致。间隙短路时电流较大，但间隙两端的电压很小，没有蚀除加工作用。ssiI4)电弧放电(稳定电弧放电)由于排屑不良，放电点集中在某一局部而不分散，导致局部热量积累，温度升高，如此恶性循环，此时火花放电就成为电弧放电。由于放电点固定在某一点或某一局部，因此称为稳定电弧，常使电极外表积炭、烧伤。电弧放电的

8、波形特点是td和高频振荡的小锯齿根本消失。5)过渡电弧放电(不稳定电弧放电，或称不稳定火花放电)过渡电弧放电是正常火花放电与稳定电弧放电的过渡状态，是稳定电弧放电的前兆。波形特点是击穿延时很小或接近于零，仅成为一尖刺，电压电流表上的高频分量变低或成为稀疏的锯齿形。3.2 影响材料放电腐蚀的因素影响材料放电腐蚀的因素1极性效应对电蚀量的影响在电火花加工时，相同材料(如用钢电极加工钢)两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做极性效应。如果两电极材料不同，那么极性效应更加明显。在生产中，将工件接脉冲电源正极(工具电极接脉冲电源负极)的加工称为正极性加工(如图3-3所

9、示)，反之称为负极性加工(如图3-4所示)。在实际加工中，极性效应受到电极及电极材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等多种因素的影响，其中主要原因是脉冲宽度。图3-3“正极性接线法图 脉冲电源工具电极工件电极 3-4 “负极性接线法脉冲电源工具电极工件电极在实际加工中，极性效应受到电极及电极材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等多种因素的影响，其中主要原因是脉冲宽度。在电场的作用下，放电通道中的电子奔向正极，正离子奔向负极。在窄脉宽度加工时，由于电子惯性小，运动灵活，大量的电子奔向正极，并轰击正极外表，使正极外表迅速熔化和气化；而正离子惯性大，运动缓慢，只有一小局部能够到达负极外表，而大量

10、的正离子不能到达，因此电子的轰击作用大于正离子的轰击作用，正极的电蚀量大于负极的电蚀量，这时应采用正极性加工。在宽脉冲宽度加工时，因为质量和惯性都大的正离子将有足够的时间到达负极外表，由于正离子的质量大，它对负极外表的轰击破坏作用要比电子强，同时到达负极的正离子又会牵制电子的运动，故负极的电蚀量将大于正极，这时应采用负极性加工。在实际加工中，要充分利用极性效应，正确选择极性，最大限度地提高工件的蚀除量，降低工具电极的损耗。2覆盖效应对电蚀量的影响在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极外表上，形成一定厚度的覆盖层，这种现象叫做覆盖效应。合理利用覆盖效应，有利于降低电极损耗。在油

11、类介质中加工时，覆盖层主要是石墨化的碳素层，其次是粘附在电极外表的金属微粒粘结层。碳素层的生成条件主要有以下几点：(1)要有足够高的温度。电极上待覆盖局部的外表温度不低于碳素层生成温度，但要低于熔点，以使碳粒子烧结成石墨化的耐蚀层。(2)要有足够多的电蚀产物，尤其是介质的热解产物碳粒子。(3)要有足够的时间，以便在这一外表上形成一定厚度的碳素层。(4)一般采用负极性加工，因为碳素层易在阳极外表生成。(5)必须在油类介质中加工。影响覆盖效应的主要因素有如下：(1)脉冲参数与波形的影响。增大脉冲放电能量有助于覆盖层的生长，但对中、精加工有相当大的局限性；减小脉冲间隔有利于在各种电规准下生成覆盖层，

12、但假设脉冲间隔过小，正常的火花放电有转变为破坏性电弧放电的危险。此外，采用某些组合脉冲波加工，有助于覆盖层的生成，其作用类似于减小脉冲间隔，并且可大大减少转变为破坏性电弧放电的危险。(2)电极对材料的影响。铜加工钢时覆盖效应较明显，但铜电极加工硬质合金工件那么不大容易生成覆盖层。(3)工作液的影响。油类工作液在放电产生的高温作用下，生成大量的碳粒子，有助于碳素层的生成。如果用水做工作液，那么不会产生碳素层。(4)工艺条件的影响。覆盖层的形成还与间隙状态有关。如工作液脏、电极截面面积较大、电极间隙较小、加工状态较稳定等情况均有助于生成覆盖层。但假设加工中冲油压力太大，那么覆盖层较难生成。这是因为

13、冲油会使趋向电极外表的微粒运动加剧，而微粒无法粘附到电极外表上去。在电火花加工中，覆盖层不断形成，又不断被破坏。为了实现电极低损耗，到达提高加工精度的目的，最好使覆盖层形成与破坏的程度到达动态平衡。3电参数对电蚀量的影响电火花加工过程中腐蚀金属的量(即电蚀量)与单个脉冲能量、脉冲效率等电参数密切相关。单个脉冲能量与平均放电电压、平均放电电流和脉冲宽度成正比。在实际加工中，其中击穿后的放电电压与电极材料及工作液种类有关，而且在放电过程中变化很小，所以对单个脉冲能量的大小主要取决于平均放电电流和脉冲宽度的大小。由上可见，要提高电蚀量，应增加平均放电电流、脉冲宽度及提高脉冲频率。但在实际生产中，这些

14、因素往往是相互制约的，并影响到其它工艺指标，应根据具体情况综合考虑。例如，增加平均放电电流，加工外表粗糙度值也随之增大。4金属材料对电蚀量的影响正负电极外表电蚀量分配不均除了与电极极性有关外，还与电极的材料有很大关系。当脉冲放电能量相同时，金属工件的熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热等愈高，电蚀量将愈少，愈难加工；导热系数愈大的金属，因能把较多的热量传导、散失到其它部位，故降低了本身的蚀除量。因此，电极的蚀除量与电极材料的导热系数及其它热学常数等有密切的关系。5工作液对电蚀量的影响电火花加工一般在液体介质中进行。液体介质通常叫做工作液，其作用主要是：(1)压缩放电通道，并限制其扩展，使放电能量

15、高度集中在极小的区域内，既加强了蚀除的效果，又提高了放电仿型的精确性。(2)加速电极间隙的冷却和消电离过程，有助于防止出现破坏性电弧放电。(3)加速电蚀产物的排除。(4)加剧放电的流体动力过程，有助于金属的抛出。目前，电火花成形加工多采用油类做工作液。机油粘度大、燃点高，用它做工作液有利于压缩放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效果，但粘度大，不利于电蚀产物的排出，影响正常放电；煤油粘度低，流动性好，但排屑条件较好。在粗加工时，要求速度快，放电能量大，放电间隙大，故常选用机油等粘度大的工作液；在中、精加工时，放电间隙小，往往采用煤油等粘度小的工作液。采用水做工作液是值得注意的一个方

16、向。用各种油类以及其它碳氢化合物做工作液时，在放电过程中不可防止地产生大量碳黑，严重影响电蚀产物的排除及加工速度，这种影响在精密加工中尤为明显。假设采用酒精做工作液时，因为碳黑生成量减少，上述情况会有好转。所以，最好采用不含碳的介质，水是最方便的一种。此外，水还具有流动性好、散热性好、不易起弧、不燃、无味、价廉等特点。但普通水是弱导电液，会产生离子导电的电解过程，这是很不利的，目前还只在某些大能量粗加工中采用。在精密加工中，可采用比较纯的蒸馏水、去离子水或乙醇水溶液来做工作液，其绝缘强度比普通水高。3.3 电火花加工工艺规律电火花加工工艺规律3.3.1 影响加工速度的主要因素电火花成形加工的加

17、工速度，是指在一定电规准下，单位时间内工件被蚀除的体积V或质量m。一般常用体积加工速度vw=V/T(单位为mm3/mm)来表示，有时为了测量方便，也用质量加工速度vm=m/t(单位为g/mm)表示。在规定的外表粗糙度、规定的相对电极损耗下的最大加工速度是电火花机床的重要工艺性能指标。一般电火花机床说明书上所指的最高加工速度是该机床在最正确状态下所到达的，在实际生产中的正常加工速度大大低于机床的最大加工速度。影响加工速度的因素分电参数和非电参数两大类。电参数主要是脉冲电源输出波形与参数；非电参数包括加工面积、深度、工作液种类、冲油方式、排屑条件及电极对的材料、形状等。1.电规准的影响所谓电规准，

18、是指电火花加工时选用的电加工参数，主要有脉冲宽度ti(s)、脉冲间隙to(s)及峰值电流Ip等参数。1 脉冲宽度对加工速度的影响单个脉冲能量的大小是影响加工速度的重要因素。对于矩形波脉冲电源，当峰值电流一定时，脉冲能量与脉冲宽度成正比。脉冲宽度增加，加工速度随之增加，因为随着脉冲宽度的增加，单个脉冲能量增大，使加工速度提高。但假设脉冲宽度过大，加工速度反而下降(如图3-5)。这是因为单个脉冲能量虽然增大，但转换的热能有较大局部散失在电极与工件之中，不起蚀除作用。同时，在其它加工条件相同时，随着脉冲能量过分增大，蚀除产物增多，排气排屑条件恶化，间隙消电离时间缺乏导致拉弧，加工稳定性变差等。因此加

19、工速度反而降低。0 1101001000ti/s101001000ie30 Aie40 Aie80 Aie150 A电极纯铜工件钢加工极性正vw/(mm3/min)图3-5 脉冲宽度与加工速度的关系曲线2脉冲间隔对加工速度的影响在脉冲宽度一定的条件下，假设脉冲间隔减小，那么加工速度提高(如图3-6)。这是因为脉冲间隔减小导致单位时间内工作脉冲数目增多、加工电流增大，故加工速度提高；但假设脉冲间隔过小，会因放电间隙来不及消电离引起加工稳定性变差，导致加工速度降低。在脉冲宽度一定的条件下，为了最大限度地提高加工速度，应在保证稳定加工的同时，尽量缩短脉冲间隔时间。带有脉冲间隔自适应控制的脉冲电源，能

20、够根据放电间隙的状态，在一定范围内调节脉冲间隔的大小，这样既能保证稳定加工，又可以获得较大的加工速度。to/s电极纯铜工件钢加工极性正vw/(mm3/min)0100200300400500600100200300ti1200 s图3-6 脉冲间隔与加工速度的关系曲线 3峰值电流的影响当脉冲宽度和脉冲间隔一定时，随着峰值电流的增加，加工速度也增加(如图3-7)。因为加大峰值电流，等于加大单个脉冲能量，所以加工速度也就提高了。但假设峰值电流过大(即单个脉冲放电能量很大)，加工速度反而下降。此外，峰值电流增大将降低工件外表粗糙度和增加电极损耗。在生产中，应根据不同的要求，选择适宜的峰值电流。010

21、2030405060100200300400ti50 svw/(mm3/min)ti200 sti1000 sie/A图3-7 峰值电流与加工速度的关系曲线 3.3.1.2 非电参数的影响1加工面积的影响图3-8是加工面积和加工速度的关系曲线。由图可知，加工面积较大时，它对加工速度没有多大影响。但假设加工面积小到某一临界面积时，加工速度会显著降低，这种现象叫做“面积效应。因为加工面积小，在单位面积上脉冲放电过分集中，致使放电间隙的电蚀产物排除不畅，同时会产生气体排除液体的现象，造成放电加工在气体介质中进行，因而大大降低加工速度。从图3-8可看出，峰值电流不同，最小临界加工面积也不同。因此，确定

22、一个具体加工对象的电参数时，首先必须根据加工面积确定工作电流，并估算所需的峰值电流。2排屑条件的影响在电火花加工过程中会不断产生气体、金属屑末和碳黑等，如不及时排除，那么加工很难稳定地进行。加工稳定性不好，会使脉冲利用率降低，加工速度降低。为便于排屑，一般都采用冲油(或抽油)和电极抬起的方法。1)冲(抽)油压力的影响 度的关系曲线在加工中对于工件型腔较浅或易于排屑的型腔，可以不采取任何辅助排屑措施。但对于较难排屑的加工，不冲(抽)油或冲(抽)油压力过小，那么因排屑不良产生的二次放电的时机明显增多，从而导致加工速度下降；但假设冲油压力过大，加工速度同样会降低。这是因为冲油压力过大，产生干扰，使加

23、工稳定性变差，故加工速度反而会降低。图39是冲油压力和加工速度关系曲线。冲(抽)油的方式与冲油压力大小应根据实际加工情况来定。假设型腔较深或加工面积较大，冲(抽)油压力要相应增大。图3-8 加工面积与加工速度的关系曲线 ti1200 svw/(mm3/min)ie30 Aie48 A01000 20003000 4000 5000A/mm3100200300工件CrWMn电极Cu加工极性负 图3-9 冲油压力和加工速度的关系曲线0 0.010.030.050.070.09100200300ti1200 sto400 svw/(mm3/min)P/(kg/cm3)电极Cu工件T10A加工极性负2

24、)“抬刀对加工速度的影响 为使放电间隙中的电蚀产物迅速排除，除采用冲(抽)油外，还需经常抬起电极以利于排屑。在定时“拾刀状态，会发生放电间隙状况良好无需“拾刀而电极却照样抬起的情况，也会出现当放电间隙的电蚀产物积聚较多急需“拾刀时而“抬刀时间未到却不“抬刀的情况。这种多余的“拾刀运动和未及时“抬刀都直接降低了加工速度。为克服定时“抬刀的缺点，目前较先进的电火花机床都采用了自适应“抬刀功能。自适应“拾刀是根据放电间隙的状态，决定是否“拾刀。放电间隙状态不好，电蚀产物堆积多，“抬刀频率自动加快；当放电间隙状态好，电极就少抬起或不抬。这使电蚀产物的产生与排除根本保持平衡，防止了不必要的电极抬起运动，

25、提高了加工速度。图3-10为抬刀方式对加工速度的影响。由图可知，同样加工深度时，采用自适应“抬刀比定时“抬刀需要的加工的时间短，即加工速度高。同时，采用自适应“拾刀，加工工件质量好，不易出现拉弧烧伤。3电极材料和加工极性的影响在电参数选定的条件下，采用不同的电极材料与加工极性，加工速度也大不相同。由图3-11可知，采用石墨电极，在同样加工电流时，正极性比负极性加工速度高。在加工中对于工件型腔较浅或易于排屑的型腔，可以不采取任何辅助排屑措施。但对于较难排屑的加工，不冲(抽)油或冲(抽)油压力过小，那么因排屑不良产生的二次放电的时机明显增多，从而导致加工速度下降；但假设冲油压力过大，加工速度同样会

26、降低。这是因为冲油压力过大，产生干扰，使加工稳定性变差，故加工速度反而会降低。图39是冲油压力和加工速度关系曲线。冲(抽)油的方式与冲油压力大小应根据实际加工情况来定。假设型腔较深或加工面积较大，冲(抽)油压力要相应增大。2)“抬刀对加工速度的影响 为使放电间隙中的电蚀产物迅速排除，除采用冲(抽)油外，还需经常抬起电极以利于排屑。在定时“拾刀状态，会发生放电间隙状况良好无需“拾刀而电极却照样抬起的情况，也会出现当放电间隙的电蚀产物积聚较多急需“拾刀时而“抬刀时间未到却不“抬刀的情况。这种多余的“拾刀运动和未及时“抬刀都直接降低了加工速度。为克服定时“抬刀的缺点，目前较先进的电火花机床都采用了自

27、适应“抬刀功能。自适应“拾刀是根据放电间隙的状态，决定是否“拾刀。放电间隙状态不好，电蚀产物堆积多，“抬刀频率自动加快；当放电间隙状态好，电极就少抬起或不抬。这使电蚀产物的产生与排除根本保持平衡，防止了不必要的电极抬起运动，提高了加工速度。图3-10为抬刀方式对加工速度的影响。由图可知，同样加工深度时，采用自适应“抬刀比定时“抬刀需要的加工的时间短，即加工速度高。同时，采用自适应“拾刀，加工工件质量好，不易出现拉弧烧伤。3)电极材料和加工极性的影响在电参数选定的条件下，采用不同的电极材料与加工极性，加工速度也大不相同。由图3-11可知，采用石墨电极，在同样加工电流时，正极性比负极性加工速度高。

28、图3-10 抬刀方式对加工速度的影响 060120 180 24030051015202530t/minH/mm12H加工深度t 加工时间1自适应抬刀2定时抬刀图3-11 电极材料和加工极性对加工速度的影响0101001000ti/s2050100200500Cu3Gr3Cu1Gr1Gr1工件材料钢vw/(mm3/min)Gr1石墨 正极性 ie42 AGr1石墨 负极性 ie42 ACu1紫铜 负极性 ie42 AGr3石墨 负极性 ie14 ACu3紫铜 负极性 ie14 A在加工中选择极性，不能只考虑加工速度，还必须考虑电极损耗。如用石墨做电极时，正极性加工比负极性加工速度高，但在粗加工

29、中，电极损耗会很大。故在不计电极损耗的通孔加工、取折断工具等情况，用正极性加工；而在用石墨电极加工型腔的过程中，常采用负极性加工。从图3-11还可看出，在同样加工条件和加工极性情况下，采用不同的电极材料，加工速度也不相同。例如，中等脉冲宽度、负极件加工时，石墨电极的加工速度高于铜电极的加工速度。在脉冲宽度较窄或很宽时，铜电极加工速度高于石墨电极。此外，采用石墨电极加工的最大加工速度，比用铜电极加工的最大加工速度的脉冲宽度要窄。由上所述，电极材料对电火花加工非常重要，正确选择电极材料是电火花加工首要考虑的问题。4)工件材料的影响在同样加工条件下，选用不同工件材料，加工速度也不同。这主要取决于工件

30、材料的物理性能(熔点、沸点、比热、导热系数、熔化热和汽化热等)。一般说来，工件材料的熔点、沸点越高，比热、熔化潜热和气化潜热越大，加工速度越低，即越难加工。如加工硬质合金钢比加工碳素钢的速度要低4060。对于导热系数很高的工件，虽然熔点、沸点、熔化热和气化热不高，但因热传导性好，热量散失快，加工速度也会降低。5)工作液的影响在电火花加工中，工作液的种类、粘度、清洁度对加工速度有影响。就工作液的种类来说，大致顺序是：高压水(煤油机油)煤油酒精水溶液。在电火花成形加工中，应用最多的工作液是煤油。3.3.2 影响电极损耗的主要因素电极损耗是电火花成型加工中的重要工艺指标。在生产中，衡量某种工具电极是

31、否耐损耗，不只是看工具电极损耗速度vE的绝对值大小，还要看同时到达的加工速度vw，即每蚀除单位重量金属工件时，工具相对损耗多少。因此，常用相对损耗或损耗比作为衡量工具电极耐损耗的指标，即图3-12 电极损耗长度说明图hjhchdhj角部损耗长度hc侧面损耗长度hd端面损耗长度式中的加工速度和损耗速度假设以mm3/min为单位计算，那么为体积相对损耗；假设以g/min为单位计算，那么为重量相对损耗E；假设以工具电极损耗长度与工件加工深度之比来表示，那么为长度相对损耗L。在加工中采用长度相对损耗比较直观，测量较为方便(如图3-12所示)，但由于电极部位不同，损耗不同，因此长度相对损耗还分为端面损耗

32、、边损耗、角损耗。在加工中，同一电极的长度相对损耗大小顺序为：角损耗边损耗端面损耗。电火花加工中，电极的相对损耗小于1%，称为低损耗电火花加工。低损耗电火花加工能最大限度地保持加工精度，所需电极的数目也可减至最小，因而简化了电极的制造，加工工件的外表粗糙度Ra可达3.2 m以下。除了充分利用电火花加工的极性效应、覆盖效应及选择适宜的工具电极材料外，还可从改善工作液方面着手，实现电火花的低损耗加工。假设采用参加各种添加剂的水基工作液，还可实现对紫铜或铸铁电极小于1%的低损耗电火花加工。图3-13 脉冲宽度与电极相对损耗的关系02004006008001000ti/s5101520/%电极纯铜工件

33、钢加工极性负1.电参数对电极损耗的影响1)脉冲宽度的影响在峰值电流一定的情况下，随着脉冲宽度的减小，电极损耗增大。脉冲宽度越窄，电极损耗上升的趋势越明显(如图3-13所示)。所以精加工时的电极损耗比粗加工时的电极损耗大。脉冲宽度增大，电极相对损耗降低的原因总结如下：(1)脉冲宽度增大，单位时间内脉冲放电次数减少，使放电击穿引起电极损耗的影响减少。同时，负极(工件)承受正离子轰击的时机增多，正离子加速的时间也长，极性效应比较明显。(2)脉冲宽度增大，电极“覆盖效应增加，也减少了电极损耗。在加工中电蚀产物(包括被熔化的金属和工作液受热分解的产物)不断沉积在电极外表，对电极的损耗起补偿作用。但如这种

34、飞溅沉积的量大于电极本身损耗，就会破坏电极的形状和尺寸，影响加工效果；如飞溅沉积的量恰好等于电极的损耗，两者到达动态平衡，那么可得到无损耗加工。由于电极端面、角部、侧面损耗的不均匀性，因此无损耗加工是难以实现的。2)峰值电流的影响对于一定的脉冲宽度，加工时的峰值电流不同，电极损耗也不同。用紫铜电极加工钢时，随着峰值电流的增加，电极损耗也增加。图3-14是峰值电流对电极相对损耗的影响。由图可知，要降低电极损耗，应减小峰值电流。因此，对一些不适宜用长脉冲宽度粗加工而又要求损耗小的工件，应使用窄脉冲宽度、低峰值电流的方法。由上可见，脉冲宽度和峰值电流对电极损耗的影响效果是综合性的。只有脉冲宽度和峰值

35、电流保持一定关系，才能实现低损耗加工。图3-14 峰值电流与电极相对损耗的关系 0102030405060246810/%电极纯铜工件钢加工极性负A/eiti1000 sti200 sti50 s3)脉冲间隔的影响在脉冲宽度不变时，随着脉冲间隔的增加，电极损耗增大(如图3-15所示)。因为脉冲间隔加大，引起放电间隙中介质消电离状态的变化，使电极上的“覆盖效应减少。随着脉冲间隔的减小，电极损耗也随之减少，但超过一定限度，放电间隙将来不及消电离而造成拉弧烧伤，反而影响正常加工的进行。尤其是粗规准、大电流加工时，更应注意。图3-15 脉冲间隔对电极相对损耗的影响0100 200 300 400 50

36、0 6000.20.40.60.8to/s/%电极铜工件T10A加工极性负ti1200 s4)加工极性的影响 在其他加工条件相同的情况下，加工极性不同对电极损耗影响很大(如图3-16所示)。当脉冲宽度ti小于某一数值时，正极性损耗小于负极性损耗；反之，当脉冲宽度ti大于某一数值时，负极性损耗小于正极性损耗。一般情况下，采用石墨电极和铜电极加工钢时，粗加工用负极性，精加工用正极性。但在钢电极加工钢时，无论粗加工或精加工都要用负极性，否那么电极损耗将大大增加。图3-16 加工极性对电极相对损耗的影响1 5102050 2005001000ti/s0.11.03.05.0103050100负极性正极

37、性电极Cu工件T10A/%A 48 ei02.非电参数对电极损耗的影响1)加工面积的影响在脉冲宽度和峰值电流一定的条件下，加工面积对电极损耗影响不大，是非线性的(如图3-17所示)。当电极相对损耗小于l%，并随着加工面积的继续增大，电极损耗减小的趋势越来越慢。当加工面积过小时，那么随着加工面积的减小而电极损耗急剧增加。图3-17 加工面积对电极相对损耗的影响 01000 2000 3000 4000A/mm2/%123电极Cu工件CrWMnti1200 s 48 Aei2)冲油或抽油的影响(如图3-18所示)由前面所述，对形状复杂、深度较大的型孔或型腔进行加工时，假设采用适当的冲油或抽油的方法

38、进行排屑，有助于提高加工速度。但另一方面，冲油或抽油压力过大反而会加大电极的损耗。因为强迫冲油或抽油会使加工间隙的排屑和消电离速度加快，这样减弱了电极上的“覆盖效应。当然，不同的工具电极材料对冲油、抽油的敏感性不同。如用石墨电极加工时，电极损耗受冲油压力的影响较小；而紫铜电极损耗受冲油压力的影响较大。由上可知，在电火花成型加工中，应谨慎使用冲、抽油。加工本身较易进行且稳定的电火花加工，不宜采用冲、抽油；假设非采用冲、抽油不可的电火花加工，也应注意冲、抽油压力维持在较小的范围内。图3-18 冲油压力对电极相对损耗的影响00.050.112/%紫铜石墨P/(kg/cm2)冲、抽油方式对电极损耗无明

39、显影响，但对电极端面损耗的均匀性有较大区别。冲油时电极损耗呈凹形端面，抽油时那么形成凸形端面(如图3-19所示)。这主要是因为冲油进口处所含各种杂质较少，温度比较低，流速较快，使进口处“覆盖效应减弱的缘故。实践证明，当油孔的位置与电极的形状对称时用交替冲油和抽油的方法，可使冲油或抽油所造成的电极端面形状的缺陷互相抵消，得到较平整的端面。另外，采用脉动冲油(冲油不连续)或抽油比连续的冲油或抽油的效果好。图3-19 冲油方式对电极端部损耗的影响冲油抽油3)电极的形状和尺寸的影响在电极材料、电参数和其他工艺条件完全相同的情况下，电极的形状和尺寸对电极损耗影响也很大(如电极的尖角、棱边、薄片等)。如图

40、3-20(a)所示的型腔，用整体电极加工较困难。在实际中首先加工主型腔(如图3-20(b)所示)，再用小电极加工副型腔(如图3-20(c)所示)。图3-20 分解电极图(a)型腔(b)加工主型腔(c)加工副型腔4)工具电极材料的影响工具电极损耗与其材料有关，损耗的大致顺序如下：银钨合金 铜钨合金 石墨(粗规准)紫铜 钢 铸铁 黄铜 铜合金(包括黄铜)石墨 铸铁 不相同的钢 相同的钢；淬火钢比不淬火钢工件加工时稳定性好；硬质合金、铸铁、铁合金、磁钢等工件的加工稳定性差。5极性不适宜的极性可能导致加工极不稳定。6加工形状形状复杂(具有内外尖角、窄缝、深孔等)的工件加工不易稳定，其他如电极或工件松动

41、、烧弧痕迹未去除、工件或电极带磁性等均会引起加工不稳定。另外，随着加工深度的增加，加工变得不稳定。工作液中混入易燃微粒也会使加工难以进行。3.3.7 合理选择电火花加工工艺前面我们详细阐述了电火花加工的工艺规律，不难看到，加工速度、电极损耗、外表粗糙度、加工精度往往相互矛盾。表3-2简单列举了一些参数对工艺的影响。表3-2 常用参数对工艺的影响注：表示影响较小，表示降低或减小，表示增大。加工速度 电极损耗 表面粗糙度值 备 注 峰值电流?加工间隙，型腔加工锥度 脉冲宽度?加工间隙，加工稳定性 脉冲间歇?加工稳定性 介质清洁度 中粗加工精加工 稳定性 在电火花加工中，如何合理地制定电火花加工工艺

42、呢？如何用最快的速度加工出最正确质量的产品呢？一般来说，主要采用两种方法来处理：第一，先主后次，如在用电火花加工去除断在工件中的钻头、丝锥时，应优先保证速度，因为此时工件的外表粗糙度、电极损耗已经不重要了；第二，采用各种手段，兼顾各方面。其中主要常见的方法有：(1)粗、中、精逐挡过渡式加工方法。粗加工用以蚀除大局部加工余量，使型腔按预留量接近尺寸要求；中加工用以提高工件外表粗糙度等级，并使型腔根本到达要求，一般加工量不大；精加工主要保证最后加工出的工件到达要求的尺寸与粗糙度。在加工时，首先通过粗加工，高速去除大量金属，这是通过大功率、低损耗的粗加工规准解决的；其次，通过中、精加工保证加工的精度

43、和外表质量。中、精加工虽然工具电极相对损耗大，但在一般情况下，中、精加工余量仅占全部加工量的极小局部，故工具电极的绝对损耗极小。在粗、中、精加工中，注意转换加工规准。(2)先用机械加工去除大量的材料，再用电火花加工保证加工精度和加工质量。电火花成型加工的材料去除率还不能与机械加工相比。因此，在工件型腔电火花加工中，有必要先用机械加工方法去除大局部加工量，使各局部余量均匀，从而大幅度提高工件的加工效率。(3)采用多电极。在加工中及时更换电极，当电极绝对损耗量到达一定程度时，及时更换，以保证良好的加工质量。习题习题1什么是极性效应？在电火花加工中如何充分利用极性效应？2什么是覆盖效应？请举例说明覆盖效应的用途。3在实际加工中如何处理加工速度、电极损耗、外表粗糙度之间的矛盾关系？