汪朝陽(yáng)

摘 要：針對(duì)中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院電火花小孔加工效率低、電極損耗大的難題，通過(guò)研究電極轉(zhuǎn)速和電極形狀對(duì)電火花小孔加工效率和質(zhì)量的影響，獲得電火花小孔加工的適宜電極形狀和旋轉(zhuǎn)速度組合。

關(guān)鍵詞：電火花加工;小孔;電極

中圖分類號(hào)：TG661 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(guó)空空導(dǎo)彈研究院需要在硬質(zhì)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(wú)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(jìn)行切削。其中，激光加工或水切割需要專用設(shè)備，經(jīng)濟(jì)投入較大;電火花設(shè)備應(yīng)用相對(duì)廣泛，但存在加工效率低、電極損耗大的不足;電火花微細(xì)電極的找正直接影響加工質(zhì)量，而找正精度完全取決于操作者的個(gè)人技能，對(duì)人員素質(zhì)要求較高。小孔加工時(shí)，由于電極損耗嚴(yán)重，每加工兩三個(gè)零件后電極都需要重新進(jìn)行修整和找正，嚴(yán)重影響了加工效率，無(wú)法批量生產(chǎn)。查詢相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)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(zhuǎn)速度和電極形狀。通過(guò)進(jìn)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(zhuǎn)速度組合，最終提高了加工效率。

1 電極轉(zhuǎn)速

小孔加工過(guò)程中，在電極和零件間隙的液流中產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)向上的分力，使電蝕顆粒被液流帶出。電極轉(zhuǎn)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(shè)備的電源及控制存在差異，因此結(jié)果存在差異，需進(jìn)行調(diào)整。

本實(shí)驗(yàn)在進(jìn)口電火花加工機(jī)床COMPACT1上進(jìn)行。該設(shè)備產(chǎn)于瑞士，專用于小孔加工。實(shí)驗(yàn)材料為3mm的硬質(zhì)合金塊，加工結(jié)構(gòu)為Φ1mm的通孔，電極選用Φ1mm的實(shí)心紫銅電極。電極轉(zhuǎn)速選擇不旋轉(zhuǎn)、20rad/min及40rad/min三個(gè)水平，觀察不同時(shí)間段以及不同旋轉(zhuǎn)速度下的孔深。

從圖1可以看出，電極旋轉(zhuǎn)速度影響加工效率，即提高轉(zhuǎn)速可明顯提高電火花小孔的加工效率。電極不旋轉(zhuǎn)時(shí)，加工過(guò)程中產(chǎn)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(dǎo)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(lái)越低。因此，通過(guò)電極旋轉(zhuǎn)可促進(jìn)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(zhuǎn)速越高，加工效率也越高。當(dāng)孔深不斷增加時(shí)，轉(zhuǎn)速對(duì)加工效率的提高效果逐漸變?nèi)?。電極旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(dá)到了一定界限，電極旋轉(zhuǎn)對(duì)液流的影響將降低，無(wú)法持續(xù)改善電蝕顆粒排出效果。

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

2 電極形狀

小孔加工時(shí)，不同形狀的電極對(duì)電極和零件之間加工間隙流場(chǎng)的影響不同。依據(jù)實(shí)際情況，電極形狀可選擇實(shí)心圓柱電極、空心圓柱電極、實(shí)心削邊電極及空心削邊電極，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)多個(gè)同時(shí)段內(nèi)不同形狀電極的孔加工深度，并對(duì)電極的損耗進(jìn)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(zhuǎn)速的試驗(yàn)結(jié)果，電極轉(zhuǎn)速為40rad/min，加工對(duì)象為3mm的硬質(zhì)合金塊。電火花加工小孔時(shí)，電極形狀對(duì)加工效率的影響較大。前半分鐘內(nèi)，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(shí)心圓柱電極及實(shí)心削邊電極。究其原因，在于前半分鐘由于內(nèi)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(shí)心圓柱電極液流更易到達(dá)加工區(qū)域，同時(shí)液流壓力更大，也更易排出電蝕顆粒。加工深度較淺時(shí)，電極的放電面積將成為制約加工效率的關(guān)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(shí)，實(shí)心圓柱電極的加工效率將隨加工深度的增加逐漸降低，實(shí)心削邊電極的加工速度則對(duì)孔深不敏感。孔深達(dá)到2mm時(shí)，削邊電極的加工速度將超過(guò)實(shí)心圓柱電極的加工速度。孔深達(dá)到3mm時(shí)，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(shí)，電蝕顆粒的排出效率對(duì)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(dǎo)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(shí)，如果孔的深徑比不大于5，考慮加工速度和電極損耗，應(yīng)選擇空心電極和較大的電極旋轉(zhuǎn)速度。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電極旋轉(zhuǎn)有助于排出電蝕顆粒，提高電火花小孔的加工效率。電極轉(zhuǎn)速越高，則加工速度越大;電極形狀對(duì)小孔加工效率影響較大，一般深徑比的小孔應(yīng)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(xiàn)：

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