劉 文，高聰明，陳 燁，夏 恒，余祖元

（1.大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧大連 116024；2.東京農(nóng)工大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)工程系，日本東京 184-8588）

航空航天、汽車和化工等行業(yè)對(duì)深小孔結(jié)構(gòu)加工需求日益增加，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片氣膜冷凝孔、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴以及化纖噴絲板上的異型孔等[1-2]。微細(xì)電火花加工具有能加工任何導(dǎo)電材料、不受工件材料強(qiáng)度和硬度限制的優(yōu)點(diǎn)[3]。電火花加工至今仍是加工微小深孔的優(yōu)選方法，但在加工大深徑比微小孔時(shí)，其電蝕產(chǎn)物難以有效排出而導(dǎo)致加工效率低下[4]，同時(shí)孔的內(nèi)表面會(huì)在電火花放電的瞬時(shí)高溫和工作液快速冷卻作用下形成一定厚度的重鑄層和微裂紋。電火花加工的零件通常應(yīng)用于高溫、高應(yīng)力和高疲勞載荷的環(huán)境，工作時(shí)工件表面產(chǎn)生交變應(yīng)力，易發(fā)生斷裂、崩射[5-7]。對(duì)此，研究人員提出了高速電火花加工和混粉電火花加工技術(shù)[8-10]，通過(guò)改善放電加工環(huán)境來(lái)提高加工效率和加工質(zhì)量。之后，隨著電火花復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展，高速電火花加工和混粉電火花加工得到復(fù)合應(yīng)用，即在工作液中混入微粒粉末，用一定壓強(qiáng)將混粉工作液通過(guò)管電極送入加工區(qū)。Bai等[11-13]構(gòu)建了混粉近干式電火花加工 （powder mixed near dry electric discharge machine，PMND-EDM），在內(nèi)沖液壓強(qiáng)下通過(guò)管電極將氣-液-粉混合物的三相介質(zhì)輸送到加工區(qū)，研究了主要電參數(shù)以及混粉濃度、內(nèi)沖壓強(qiáng)和流量等非電參數(shù)對(duì)材料去除率（MRR）、電極損耗率（EWR）和表面粗糙度（SR）的影響。Lin等[14-15]采用壓縮氣體將磨料通過(guò)管電極輸送到加工區(qū)，構(gòu)建磨粒射流加工和電火花加工的混合工藝，研究了峰值電流、脈寬、磨料粒徑、磨料材料和內(nèi)沖壓強(qiáng)等參數(shù)對(duì)MRR、SR以及表面完整性等加工特性的影響，并優(yōu)化了加工參數(shù)。Arantes等[16]研究碳化硅（SiC）磨粒在不同電介質(zhì)、內(nèi)沖液壓強(qiáng)時(shí)對(duì)MRR和SR產(chǎn)生的影響，觀察到SiC顆粒嵌入重熔金屬表面以及大量硅元素沉積在加工表面。Wankhade等[17]研究了磨粒射流電火花加工的加工性能，也觀察到部分磨粒嵌入較軟的工件材料，這說(shuō)明放電加工過(guò)程中的磨粒在電蝕的同時(shí)對(duì)工件產(chǎn)生磨蝕作用。

上述學(xué)者均研究了大直徑孔的加工情況，采用的管電極外徑約為4～16 mm、內(nèi)徑約為2～12 mm。為進(jìn)一步探究混粉內(nèi)沖液工藝對(duì)深小孔加工效果的影響，本文采用外徑0.3 mm、內(nèi)徑0.15 mm的微細(xì)管電極進(jìn)行加工；為去除放電加工中在加工面上形成的重鑄層，將混粉溶液在高壓下通過(guò)管電極噴出，使溶液對(duì)工件表面產(chǎn)生磨蝕效果；為便于描述并使概念清晰，文中將粉末稱為磨料、微粒稱為磨粒。首先，本文通過(guò)正交試驗(yàn)確定了以自來(lái)水作為工作液的深小孔加工的最優(yōu)加工參數(shù)；然后在最優(yōu)參數(shù)基礎(chǔ)上，在工作液中分別混入不同導(dǎo)電性及粒徑的磨料并配成不同濃度的混粉工作液來(lái)開展深小孔加工，以及對(duì)比了相同加工參數(shù)下混粉與不混粉的加工效果，旨在確定磨料導(dǎo)電性、混粉濃度和粒徑對(duì)深小孔加工效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)采用自研的微細(xì)電火花加工設(shè)備。加工裝置示意圖見(jiàn)圖1。機(jī)床主體為微細(xì)電火花三軸立式加工機(jī)床；液壓系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)和輸送磨料兩部分組成并通過(guò)閘閥控制兩部分獨(dú)立運(yùn)行；極間的放電狀態(tài)通過(guò)平均電壓檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)。圖1中，R1為保護(hù)電阻（5Ω），R2為采樣電阻；由于采用恒壓電源，通過(guò)調(diào)節(jié)R2阻值來(lái)控制峰值電流，R2的實(shí)際阻值由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的開路電壓值和峰值電流值決定。

圖1 電火花加工裝置示意圖

1.2 內(nèi)沖液壓強(qiáng)及放電參數(shù)的確定

為確定最優(yōu)電火花加工參數(shù)，本文設(shè)計(jì)了四因素五水平的正交試驗(yàn)（表1）。試驗(yàn)條件為：工件是厚度3 mm的GH4169鎳基高溫合金；電極采用外徑0.3 mm、內(nèi)徑0.15 mm、長(zhǎng)度140 mm的黃銅管電極；工作液為自來(lái)水；開路電壓為80 V、電極轉(zhuǎn)速180 r/min；采用正極性加工。開展正交試驗(yàn)時(shí)，關(guān)閉液壓系統(tǒng)Ⅱ（圖1），僅使用自來(lái)水作為工作液。本文基于正交試驗(yàn)結(jié)果對(duì)加工時(shí)間進(jìn)行方差分析，得到的最優(yōu)加工參數(shù)為：內(nèi)沖液壓強(qiáng)6 MPa、峰值電流13.3 A、占空比40%、脈沖頻率80 kHz?；旆酆?，采用此最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行加工。

表1 因素水平表

1.3 混粉方式

實(shí)驗(yàn)采用后混式的混粉結(jié)構(gòu)，即將磨料與高壓水在混粉腔中混合（圖2）。采用柱塞泵輸送磨料溶液，氣動(dòng)增壓泵提供高壓水；在混粉腔的磨料入口安裝單向閥，以防止高壓水倒沖進(jìn)磨料入口；在磨料溶液的容器中放置攪拌器，以保證混粉均勻。

圖2 后混式結(jié)構(gòu)

根據(jù)柱塞泵和氣動(dòng)增壓泵的流量比計(jì)算由柱塞泵輸送的磨料溶液混粉濃度 ρA，以控制從管電極噴射出的磨粒射流實(shí)際混粉濃度ρM。流量比及混粉濃度比的測(cè)算結(jié)果見(jiàn)表2。下文所述混粉濃度均指從管電極噴射出的磨粒射流的實(shí)際混粉濃度。

表2 柱塞泵與氣動(dòng)增壓泵流量比及混粉濃度比

磨料選用粒徑均分別為1、10、20 μm的氧化鋁（Al2O3）和碳化硅（SiC），其部分物理特性見(jiàn)表3。

表3 Al2O3和SiC的部分物理特性

基于每組加工參數(shù)進(jìn)行5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。每加工1個(gè)孔，就用砂紙將管電極端部打磨平整；每次更換混粉工作液時(shí)，用清水將主軸、管道和泵體沖洗干凈，以保證實(shí)驗(yàn)中工作液無(wú)雜質(zhì)；測(cè)量工件前，先將工件放入無(wú)水乙醇并置于超聲波清洗機(jī)振蕩清洗30 min；加工孔出入口直徑及管電極內(nèi)外徑均用超景深顯微鏡拍攝圖片并通過(guò)ImageJ圖像軟件處理測(cè)量得到；實(shí)驗(yàn)結(jié)果均取5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的平均值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 混粉濃度對(duì)加工效果的影響

用粒徑均為1 μm的Al2O3和SiC，分別配置成質(zhì)量濃度為2、4、8 g/L的混粉工作液進(jìn)行加工，研究混粉濃度對(duì)加工效果的影響。

2.1.1 混粉濃度對(duì)加工效率的影響

MRR是判斷EDM加工效率的重要依據(jù)。材料去除率的計(jì)算為：

式中：Vw為工件材料去除體積；hw為工件厚度，hw=3000 μm；t為穿孔加工時(shí)間；DEN為加工孔入口直徑；DEX為加工孔出口直徑。

圖3是MRR與混粉濃度的關(guān)系圖。可見(jiàn)，相較于在自來(lái)水中的加工情況，MRR會(huì)隨著Al2O3磨料的添入明顯降低，并且混粉濃度越大，MRR越??；添加SiC磨料后，MRR隨著混粉濃度的增加而提高。

圖3 MRR與混粉濃度的關(guān)系

不同于傳統(tǒng)的混粉電火花加工和高速電火花加工，在射流中添加磨料后，材料去除過(guò)程分為電加工電蝕和磨料沖蝕兩部分。Wong等[18]提出在電火花工作液中添加可導(dǎo)電的粉末，形成了 “橋接效應(yīng)”，擴(kuò)大了放電間隙，這有利于排出加工屑并減少短路、拉弧等非正常放電現(xiàn)象，從而提高加工效率；若在工作液中添加不導(dǎo)電的粉末，不僅無(wú)法形成“橋接效應(yīng)”來(lái)擴(kuò)大放電間隙，反而會(huì)導(dǎo)致不導(dǎo)電的粉末進(jìn)入加工區(qū)并干擾加工屑的排出，進(jìn)而降低加工效率。因此，添加Al2O3磨料降低了MRR，而添加SiC磨料提高了MRR。

入口處存在因二次放電使入口孔徑 “二次擴(kuò)大”的現(xiàn)象，而出口處無(wú)二次放電，故采用出口直徑及對(duì)應(yīng)所用管電極加工后的直徑計(jì)算對(duì)應(yīng)的放電間隙。放電間隙的計(jì)算式為：

式中：H為放電間隙；DA為加工后電極加工端外徑。

圖4是加工后的電極加工端示意圖。電極加工端近似圓臺(tái)。加工后電極加工端外徑的計(jì)算式為：

圖4 加工后的電極加工端示意圖

式中：DA1為加工后電極加工端大端外徑；DA2為加工后電極加工端小端外徑。

穿孔后的電極一般在穿出工件約1 mm處停止加工，而電極加工端全長(zhǎng)可能大于1 mm，故本文所述加工后電極加工端大端是指電極前1 mm處較大的外徑，其尺寸≤300 μm。由此，加工的出口孔徑可能會(huì)略小于300 μm。不同混粉濃度對(duì)應(yīng)的出口直徑、管電加工端外徑及放電間隙值見(jiàn)表4。

表4 不同混粉濃度對(duì)應(yīng)出口直徑和所用管電極加工端直徑以及放電間隙

由式（4）所示的加工區(qū)域粉末顆粒數(shù)目計(jì)算公式[19]得到加工區(qū)域的磨粒數(shù)目，見(jiàn)表5。

表5 加工區(qū)域粒徑1 μm磨粒的數(shù)目

式中：N為加工區(qū)域磨粒數(shù)目；DEO為加工前管電極加工端外徑，DEO=300 μm；DEI為管電極內(nèi)徑，DEI=150 μm；ρ 為磨粒的密度，Al2O3密度為3.5 g/cm3，SiC密度為3.2 g/cm3；ci為不同混粉濃度時(shí)的粉末質(zhì)量分?jǐn)?shù)，c2=0.2%、c4=0.4%、c8=0.8%；ri為假設(shè)磨粒為球狀時(shí)的不同粒徑磨粒半徑。

圖5是放電間隙與混粉濃度的關(guān)系圖?？梢?jiàn)，當(dāng)混粉濃度逐漸增加，添加Al2O3磨料時(shí)的放電間隙幾乎無(wú)變化，并且其加工區(qū)的Al2O3磨粒數(shù)增加會(huì)進(jìn)一步阻礙加工屑排出，引起短路、拉弧，使非正常放電頻發(fā)，導(dǎo)致加工效率不斷降低；而添加SiC磨料后，隨著混粉濃度的增加，“橋接效應(yīng)”逐漸增強(qiáng)，放電間隙逐漸擴(kuò)大，從而改善了加工屑的流動(dòng)性，使加工效率不斷提高。

圖5 放電間隙與混粉濃度關(guān)系圖

圖6 是側(cè)壁放電間隙示意圖。側(cè)壁放電間隙是考慮了二次放電情況后測(cè)算的放電間隙。把加工孔沿軸向剖開，并將整個(gè)孔壁四等分，分別測(cè)量中間三點(diǎn)處的孔半徑，再減去管電極外半徑（150 μm），得到孔壁中間三點(diǎn)處的側(cè)壁放電間隙，分別為HS1、HS2和HS3，取其平均值即得孔壁側(cè)壁放電間隙HS。

圖6 側(cè)壁放電間隙示意圖

圖7 是側(cè)壁放電間隙與混粉濃度的關(guān)系圖?？梢?jiàn)，相較于正常的放電間隙，側(cè)壁放電間隙因二次放電而擴(kuò)大，并且隨著兩種磨料混粉濃度的增大而增大。這說(shuō)明，隨著磨料混粉濃度增加，加工中的二次放電發(fā)生幾率變大。由于添加SiC磨料后產(chǎn)生“橋接效應(yīng)”，此時(shí)不同混粉濃度時(shí)的側(cè)壁放電間隙均比添加Al2O3磨料的更大。側(cè)壁放電間隙實(shí)際是在正常放電后通過(guò)二次放電“擴(kuò)大”的，所以被擴(kuò)大的側(cè)壁放電間隙并不能在第一時(shí)間起到改善加工屑流動(dòng)性、促進(jìn)排屑的作用。因此，盡管側(cè)壁放電間隙比正常的放電間隙更大，但該間隙對(duì)放電加工效率的影響比正常放電間隙的小，這也解釋了添加Al2O3磨料后的側(cè)壁放電間隙盡管會(huì)隨著混粉濃度的增大而增大，但對(duì)應(yīng)MRR無(wú)提高的現(xiàn)象。隨著加工時(shí)間延長(zhǎng)，側(cè)壁放電間隙擴(kuò)大，更多的工作液能從側(cè)壁間隙流出，還是對(duì)加工屑排出起到積極作用。

圖7 側(cè)壁放電間隙與混粉濃度關(guān)系圖

為研究磨粒對(duì)小孔側(cè)壁的影響，將小孔剖開，通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察到孔壁有刮痕并且有附著或嵌入孔壁的磨粒（圖8）。這說(shuō)明，磨粒有效地且直接地參與了側(cè)壁材料（含重鑄層材料）的去除過(guò)程?？妆诠魏鄢叽邕h(yuǎn)大于磨粒的尺寸，這可能是磨粒在高速?zèng)_液下聚團(tuán)移動(dòng)造成的。

圖8 中部孔壁刮痕及磨粒SEM能譜分析

根據(jù)式（5）所示動(dòng)能定理式，可計(jì)算加工區(qū)域內(nèi)不同混粉濃度的磨料動(dòng)能。因射流攜帶磨料從管電極內(nèi)孔垂直沖擊工件表面，故磨料的動(dòng)能即為磨料的沖蝕能量。

式中：E為磨料的沖蝕能量；Mi為磨料的總質(zhì)量；v為磨粒沖蝕速度，即管電極出口射流速度；N為加工區(qū)磨粒數(shù)。

采用定量計(jì)時(shí)的方法測(cè)算內(nèi)沖壓強(qiáng)6 MPa時(shí)內(nèi)徑0.15 mm管電極的出口射流速度，即用秒表計(jì)時(shí)管電極口噴射出100 ml溶液的時(shí)間，再換算得到射流速度。從表6可見(jiàn)，不同混粉濃度對(duì)應(yīng)的射流速度基本相同。加工時(shí)，管電極出口端距離工件表面僅1 mm，對(duì)此可認(rèn)為無(wú)速度損失?？紤]人工計(jì)時(shí)存在計(jì)時(shí)反應(yīng)慢等誤差，對(duì)射流速度取整數(shù)，即取v=24 m/s。根據(jù)式（5）計(jì)算出加工區(qū)域內(nèi)單個(gè)磨粒的沖蝕能量及不同混粉濃度下總的沖蝕能量 （表6）?？梢?jiàn)，磨料的沖蝕能量隨著混粉濃度逐漸增大，但相較于電加工的能量（微細(xì)電火加工單個(gè)脈沖放電能量一般為10-6～10-7J[20]），磨料的沖蝕能量很小，因此磨料的沖蝕主要起輔助加工作用，工件材料去除情況主要是由極間脈沖放電能量決定。

表6 各混粉濃度對(duì)應(yīng)的射流流量、速度及沖蝕能量

2.1.2 混粉濃度對(duì)電極損耗的影響

采用電極相對(duì)損耗率（REWR）判斷電極損耗情況，即計(jì)算電極損耗體積與去除的工件材料體積的比值[21]。本文根據(jù)電極損耗長(zhǎng)度計(jì)算損耗體積。測(cè)量電極損耗長(zhǎng)度是通過(guò)電接觸方式探測(cè)加工前、后電極在Z坐標(biāo)的差值。電極相對(duì)損耗率表達(dá)式為：

式中：VE為電極損耗體積；lE為電極損耗長(zhǎng)度。

RWER與混粉濃度的關(guān)系見(jiàn)圖9。相比在自來(lái)水中加工的情況，添加Al2O3磨料會(huì)使REWR隨著混粉濃度的增加而降低；添加SiC磨料會(huì)使RWER隨著混粉濃度增加而增大。

圖9 REWR與混粉濃度關(guān)系圖

由圖9可見(jiàn)，Al2O3磨料是絕緣材料，隨著磨粒濃度增加，減弱放電脈沖對(duì)工件材料的有效去除。由于放電脈沖在去除工件材料的同時(shí)也去除電極材料，REWR會(huì)隨著Al2O3磨料濃度增加而降低。采用SiC混粉工作液加工時(shí)，SiC會(huì)在高溫高壓下局部分解再形成石墨及其他碳單質(zhì)[22]，如碳微粒或加工屑等電蝕產(chǎn)物分散至加工區(qū)，引起二次放電等非正常放電，且碳微粒隨著SiC磨料濃度增加而增加，使非正常放電更易發(fā)生，電極損耗隨之增加。

2.1.3 混粉濃度對(duì)孔徑的影響

圖10是加工孔出入口直徑與混粉濃度關(guān)系圖。與自來(lái)水中加工的情況相比較，添加Al2O3磨料后，加工孔入口孔徑隨著Al2O3磨料混粉濃度增加而擴(kuò)大；添加SiC磨料后，加工孔出口孔徑隨著SiC磨料混粉濃度增加而減小。SiC磨料混粉濃度增加使二次放電更易發(fā)生，加工孔入口處也更易發(fā)生二次放電；Al2O3磨料混粉濃度增加會(huì)導(dǎo)致排屑越發(fā)困難，降低加工效率，延長(zhǎng)加工時(shí)間，加工孔入口處發(fā)生二次放電的幾率變大，入口孔徑也逐漸擴(kuò)大。

圖10 加工孔出入口直徑與混粉濃度關(guān)系圖

圖11是在同一倍數(shù)下拍攝的各混粉濃度對(duì)應(yīng)的加工孔剖面圖，可見(jiàn)加工孔入口處均有“擴(kuò)孔”現(xiàn)象，并且隨著Al2O3磨料混粉濃度的增加，其加工孔的錐度越來(lái)越明顯，而SiC磨料的添加提高了穿孔速度，所加工的孔錐度很小。

圖11 加工孔出入口直徑與混粉濃度關(guān)系圖

2.1.4 混粉濃度對(duì)孔壁表面粗糙度的影響

將加工孔沿軸向剖開，用MITAKA非接觸形貌儀測(cè)量孔壁表面粗糙度Ra?？妆诒砻娲植诙扰c混粉濃度的關(guān)系如圖12所示，相比自來(lái)水中加工的情況，添加Al2O3磨料會(huì)惡化孔壁表面粗糙度，而添加SiC磨料會(huì)改善表面粗糙度；隨著兩種磨料混粉濃度的增大，孔壁表面粗糙度值均逐漸增大。

圖12 孔壁表面粗糙度與混粉濃度關(guān)系圖

2.2 粒徑對(duì)加工效果的影響

為研究粒徑大小對(duì)加工性能的影響，將粒徑均為1、10、20 μm的Al2O3和SiC磨料分別配置成濃度2 g/L的混粉工作液進(jìn)行加工，并測(cè)量加工結(jié)果。

2.2.1 粒徑對(duì)加工效率的影響

由式（1）計(jì)算得到的各粒徑對(duì)應(yīng)MRR與磨料粒徑關(guān)系見(jiàn)圖13。可見(jiàn)，隨著Al2O3和SiC磨料粒徑的增大，MRR均降低。

圖13 MRR與磨粒粒徑關(guān)系圖

根據(jù)式（2）和式（3）計(jì)算得到的各粒徑對(duì)應(yīng)管電極加工端直徑和放電間隙見(jiàn)表7。

表7 不同粒徑對(duì)應(yīng)出口直徑和管電極加工端直徑及放電間隙

圖14和圖15分別是放電間隙和側(cè)壁放電間隙與磨料粒徑的關(guān)系圖。可見(jiàn)，隨著磨料粒徑的增大，放電間隙和側(cè)壁放電間隙均增大，但增幅較小，這可能是因?yàn)殡S著極間放電的進(jìn)行，磨粒粒徑越大，越易被擊碎。

圖14 放電間隙與磨料粒徑關(guān)系圖

圖15 側(cè)壁放電間隙與磨料粒徑關(guān)系圖

2.2.2 粒徑對(duì)電極損耗的影響

根據(jù)式（6）計(jì)算各粒徑對(duì)應(yīng)的REWR，得到的REWR與磨料粒徑關(guān)系見(jiàn)圖16?？梢?jiàn)，RWER隨著Al2O3磨粒的粒徑增大呈下降趨勢(shì)，隨著SiC磨粒的粒徑增大而增大。下文將就其原因作分析。

圖16 RWER與磨料粒徑關(guān)系圖

圖17是添加2 g/L混粉濃度的Al2O3磨料后采樣電壓值隨著時(shí)間變化的情況?？梢?jiàn)，粒徑分別為1、10 μm的Al2O3磨料，其加工時(shí)間及短路頻率相近。粒徑為1、10 μm時(shí)，對(duì)應(yīng)電極損耗基本一致；粒徑為20 μm時(shí)，電脈沖無(wú)法擊穿Al2O3顆粒，阻礙了電脈沖對(duì)工件的有效放電，電極損耗隨之減少；磨粒對(duì)加工屑排出及電極進(jìn)給的阻礙效果增強(qiáng)，短路越發(fā)頻繁，使電極頻繁抬刀，延長(zhǎng)放電間隔。

圖17 添加2 g/L濃度Al2O3磨料的采樣電壓值和加工時(shí)間關(guān)系

圖18是添加2 g/L濃度SiC磨料的采樣電壓值隨著時(shí)間變化的情況。可見(jiàn)，隨著SiC磨粒的粒徑增大，短路現(xiàn)象較少。加工區(qū)的SiC磨粒被極間放電擊碎，并被高溫分解析出碳微粒而形成電蝕產(chǎn)物。這些具有導(dǎo)電性的電蝕物與磨粒增加了放電間隙的導(dǎo)電性，使放電間隙極易被擊穿。磨料粒徑的變化對(duì)放電間隙和側(cè)壁放電間隙的影響較小 （圖14和圖15），電蝕產(chǎn)物的流動(dòng)性不能被有效改善，又因磨料粒徑越大越會(huì)阻礙電蝕產(chǎn)物排出，使二次放電等非正常放電發(fā)生幾率變大，電極損耗隨之增加。

圖18 添加2 g/L濃度SiC磨料的采樣電壓值和加工時(shí)間關(guān)系

2.2.3 粒徑對(duì)孔徑的影響

圖19是加工孔出入口直徑與磨料粒徑關(guān)系圖?？梢?jiàn)，磨料粒徑增大擴(kuò)大了入口孔徑；Al2O3磨料粒徑增大逐漸擴(kuò)大了出口孔徑，而SiC磨料粒徑增大卻逐漸減小了出口孔徑。粒徑越大，越會(huì)阻礙加工屑的排出且SiC磨粒在加工過(guò)程中產(chǎn)生碳微粒，加上磨料粒徑增大不能明顯擴(kuò)大放電間隙和側(cè)壁放電間隙，電蝕產(chǎn)物流動(dòng)性得不到有效改善，使入口處的二次放電幾率變大，導(dǎo)致入口直徑擴(kuò)大。

圖19 加工孔出入口直徑與磨料粒徑關(guān)系圖

2.2.4 粒徑對(duì)孔壁表面粗糙度的影響

孔壁表面粗糙度與磨料粒徑的關(guān)系見(jiàn)圖20?？梢?jiàn)，隨著兩種磨料的粒徑增大，孔側(cè)壁表面粗糙度值呈現(xiàn)了先減小后增大的趨勢(shì)。

圖20 孔壁表面粗糙度與磨料粒徑關(guān)系圖

3 結(jié)論

本文采用導(dǎo)電性和粒徑不同的Al2O3和SiC磨料分別與自來(lái)水混合成不同濃度的工作液并使用微小管電極進(jìn)行微小深孔加工，研究了磨料導(dǎo)電性、混粉濃度和粒徑對(duì)加工效率、電極損耗、加工孔徑及孔壁表面粗糙度的影響，得出如下結(jié)論：

（1）添加導(dǎo)電性較好的SiC磨料有利于提高加工效率、減小出入口孔徑、降低孔壁表面粗糙度；添加不導(dǎo)電的Al2O3磨料有利于降低電極損耗。

（2）受射流帶動(dòng)，磨料在電加工蝕除材料的同時(shí)會(huì)在孔壁上留下刮痕甚至嵌入孔壁，有效證明了磨料對(duì)工件有沖蝕作用，可去除側(cè)壁的重鑄層，并在一定程度上提高加工效率。

（3）隨著SiC磨料混粉濃度增大，加工效率提高，電極損耗、出入口直徑差和孔壁表面粗糙度值均增大；隨著SiC磨料粒徑增大，加工效率降低，但電極損耗和出入口直徑差增大，而孔壁表面粗糙度值先減小后增大；SiC磨料粒徑為1 μm、混粉濃度為8 g/L時(shí)，穿孔速度最快，加工效率相比于自來(lái)水中的提高了32%；SiC磨料粒徑為1 μm、混粉濃度為2 g/L時(shí)，出入口直徑差和孔壁表面粗糙度值最小，相比于自來(lái)水加工的分別減小9.4%和28%。

（4）隨著Al2O3磨料混粉濃度增大，加工效率降低和電極損耗均降低，而出入口孔徑擴(kuò)大、孔壁表面粗糙度值增大；隨著Al2O3磨料粒徑增大，加工效率和電極損耗均減小，而出入口孔徑擴(kuò)大、孔壁表面粗糙度先減小后增大；Al2O3磨料粒徑為20 μm、混粉濃度為2 g/L時(shí)，電極損耗最小，相比于自來(lái)水中的減小了43%。

（5）放電能量的大小、二次放電的多寡、孔壁粘著的磨粒多少以及磨粒對(duì)孔壁刮擦產(chǎn)生的刮痕深淺等綜合地影響著孔壁表面粗糙度值的大小。