【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，最早應用于二戰(zhàn)時期折斷絲錐取出時的加工。隨著人類進入信息化時代，電加工技術(shù)取得了突飛猛進的發(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的電腐現(xiàn)象來蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預定的加工要求，本文針對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，人們就發(fā)現(xiàn)了電器開光的觸點開閉時，會發(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)科學家拉扎連科教授夫婦的研究結(jié)果表明：當兩極產(chǎn)生放電的過程中，放電通道瞬時產(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)點是適合于難切削材料，可以加工特殊及復雜形狀的零件。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，因此其應用領(lǐng)域日益擴大。

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產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象，對材料進行加工的方法。電火花加工時，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，工具電極由自動進給調(diào)節(jié)裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時維持一很小的放電間隙（0.01～0.05mm），同時保證火花放電為瞬時的脈沖性放電，并在放電延續(xù)一段時間后，停歇一段時間（放電延續(xù)時間一般為10-7-10-3s），通過大量的試驗研究，電火花腐蝕電極表面金屬的過程大致可分為四個連續(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)正極和負極表面分別成為瞬時熱源，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向四處飛濺，以致形成一個小凹坑。第一次脈沖放電結(jié)束之后，經(jīng)過很短的間隔時間，第二個脈沖又在另一極間最近點擊穿放電，如此周而復始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進給，它的形狀最終就復制在工件上，形成所需要的加工表面。與此同時，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)層和表面機械性能。表面粗糙度：電火花加工表面和機械加工的表面不同，它是由無方向性的無數(shù)小凹坑和硬凸邊所組成，對表面粗糙度影響最大的是單個脈沖能量，一般用實驗公式Rmax=KrTe0.3Le0.4表示。式中Kr是常數(shù)，Te代表單個脈沖放電時間，Le代表脈沖峰值電流，所以放電時間越長（脈沖寬度），脈沖電流越大，加工表面越差，因為加工速度與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，工具表面材料會因為高溫高壓發(fā)生很大變化，被加工表面會形成熔化凝固層和熱影響層，在表面往往還會出現(xiàn)顯微裂紋，熔化層的厚度會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；脈沖能量較大時表面的顯微裂紋才會擴展到熱影響層，一般情況下僅在熔化層內(nèi)出現(xiàn)。表面機械性能：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剝落和磨損，電火花表面存在著由于瞬時先熱漲后冷縮而形成的較大拉應力和裂紋，其耐疲勞性能比機械加工表面低很多。為達到理想的表面質(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)準參數(shù)選擇

電規(guī)準參數(shù)是指電火花加工時選用的電加工用量、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。在實際工作中不同的電規(guī)準參數(shù)的設定會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，通過不同的粗、中、精電火花加工電規(guī)準參數(shù)的選擇實現(xiàn)設計要求：

5.電規(guī)準參數(shù)的選擇在產(chǎn)品上的應用

發(fā)光二極管（LED）襯底藍寶石和砷化鎵材料，在制造過程中的切、磨、拋工序會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）提出了更高的要求，在開發(fā)倒角輪的過程中，我們利用PLC電火花設備進行了大量電規(guī)準參數(shù)試驗，最后確認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)準參數(shù)加工出的藍寶石表面質(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對工具表面質(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取得數(shù)據(jù)，產(chǎn)品在客戶處驗證取得報告后，加工的電規(guī)準參數(shù)才能得到確認。

參考文獻

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[2]郭永豐、白基成、劉晉春 ；《電火花加工技術(shù)》

[3]李耕；《金剛石磨輪的電火花成形磨削加工》