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    电火花加工中电极材料的选择 及其对加工质量的影响

    发布时间:2016-12-29 点击数:1894

    必须采用亚搏app下载网址作工具电极加工钢件时,则可将冲油压力逐级增大,这样不但可以提高排屑力度,而且电极
    损耗比紫铜电极损耗要低,如图2所示。
    表3 精加工电极材料加工效果对照表
    序号加工电极
    加工参数
    电流
    /A
    脉宽
    /μs
    脉间
    /μs
    UP
    DN
    加工效果
    加工材料(热处理45钢)
    综合加工
    效果比较
    1紫铜3 15 5 1 /2
    加工中可见火星,有少量汽泡,但无白
    烟,表面颗粒细腻, Ra= 3.2μm,加工时
    间5630s。
    良好
    2淬火Cr12钢3 15 5 1 /2加工稳定性差,颗粒较粗,表面有少量积炭,Ra= 3.4μm,加工时间9927s。中
    3亚搏app下载网址3 15 5 1 /2
    加工中可见火花,加工不稳定,表面有
    轻微凸点和拉弧,Ra= 3.5μm,加工时间
    7173s。

    2.3 简单深型孔的加工
    在深度较深的型孔和型腔加工中,由于加工面积小,深度长,电蚀产物积聚,排屑不良,故加工速度和
    稳定性往往随着深度的增加而降低。为了提高排屑力度,往往采用强迫冲油或抽油的方法进行排气排屑,
    虽然强迫冲油或抽油可以提高加工的稳定性,但却增大了电极的损耗,因为强迫冲油或抽油使熔融飞溅的
    电蚀产物颗粒迅速冷凝,并被高速流动的工作液冲到放电间隙之外,减弱了电极上的“覆盖效应”,同时,间
    隙中的工作液由于降温而增大了介电系数,使加工过程中消电离加快,也使电极上的“覆盖效应”减弱,因
    此电极损耗增大,为此在使用紫铜电极加工钢时,冲油压力一般不能超过0.005MPa,否则电极损耗将显
    著增加,甚至影响到电极端面损耗的均匀性,使其电极端面损耗成凹形面,若是抽油则形成凸形面,如图3
    所示。另外,对于细长电极装夹时若伸出部分较长,且电极横截面积小、冲油压力过大,则此时电极还要遭
    图3 冲油方式对电极端部损耗的影响        图4 凹模的电火花加工
    受到较大的阻力,电极夹头、进给丝杠和螺易母易产生变形,而电极在受到较大的冲击力的同时,也对放电
    间隙的伺服调节影响较大,使开路、短路过程增加,造成电火花加工很不稳定。当采用黄铜电极加工时,电
    极损耗受冲油压力的影响则较小,因为黄铜电极钢性强于紫铜,从而也减轻了电极端面呈现出凹形面的可
    能性。所以从“深度效应”和电极装夹角度考虑,为了便于电极的装夹、校正和维修以及维持较长时间的稳
    定加工,减少加工进给系统负担,应选黄铜作为工具电极。同时在相同规准下长时间加工黄铜的稳定性也
    好于紫铜,且能够获得较好的粗糙度,尤其在穿透加工时黄铜电极略胜一筹。虽然黄铜的电极损耗较大,
    它的加工速度低于紫铜的20%~ 30%,但只要选取好电参数和非电参数指标(冲油、抽油、抬刀频率、平动
    方式和平动量大小),就能确保深型细长型腔的加工。
    2.4 冲模加工
    在冷冲模电火花加工中,一般选用铸铁或钢作为工具电极,这样可以方便地采用成型磨削方法制作电
    极,提高生产率。在传统的电火花穿孔加工中,往往采用“钢打钢”,即用钢凸模作为电极直接加工凹模(如
    图4所示),加工时将凹模刃口朝下形成向上的“喇叭口”,加工后将工件翻过来使“喇叭口”(此喇叭口有利
    于冲模落料)向下作为凹模,电极也倒过来将损耗部分切除或用低熔点合金浇固作为凸模;配合间隙靠调
     116 
    魏引焕等:电火花加工中电极材料的选择及其对加工质量的影响
    表2 粗加工电极材料加工效果对照表
    序号加工电极
    加工参数
    电流
    /A
    脉宽
    /μs
    脉间
    /μs
    UP
    DN
    加工效果
    加工材料(热处理45钢)
    综合加工
    效果比较
    1紫铜6 500 3 2 /3
    加工中火花较大,汽泡较多,有白烟,表
    面有拉弧痕迹,Ra= 8.0μm,加工时间
    1248s,电极损耗较大,生产率低。

    2淬火Cr12钢6 500 3 2 /3排屑很多,白烟较大,火花较大,Ra=8.0μm,加工时间641s。良好
    3亚搏app下载网址6 500 3 2 /3
    加工中火花较大,有少量白烟,Ra= 7.
    2μm,加工时间502s,电极损耗小,生产
    率较高。

    从表2的实验结果知:在长脉冲负极加工中,选用亚搏app下载网址工具电极对钢件进行加工时,蚀除速度和电极
    损耗比紫铜好,且生产率也高,这主要取决于亚搏app下载网址电极材料的性能,虽然它的导热性和致密性不如紫铜,但
    是它的耐高温性(熔点和汽化点)远比紫铜好,升华温度高,电流上升率低,从而减小了汽化量,对降低电极
    损耗有利,同时也有助于减少粉末结构热疲劳的不良影响,加上它能够吸附游离的碳来补偿电极的损耗
    (当然负极粗加工中还要注意避免过厚的吸附炭黑膜,否则会造成“负损耗”),所以电极损耗较小,从而实
    现了长脉冲粗加工的“高效低损耗加工”。而“紫铜打钢”和“钢打钢”时,由于紫铜和钢的材料密度都较大,
    加工参数脉间值又较小,蚀除下来的金属粒大部分沉入工作液箱底部,增大了排屑难度,造成工作液密度
    增大,液体混浊,从而使加工表面容易产生“二次放电”,出现拉弧、烧伤现象,粗糙度增大,加工稳定性降
    低,增大了电极的损耗程度。为此,在宽脉冲负极加工时用亚搏app下载网址作工具电极材料加工效果往往较好,且可
    降低电极的损耗。另外要注意,在选用亚搏app下载网址作工具电极时,为了加工出表面光洁的工件,要优先考虑选用
    粒子直径较小的亚搏app下载网址材料,因为亚搏app下载网址电极的相对损耗值会随亚搏app下载网址粒子直径的减小而降低(如图1所示),其
    次还要考虑它的组织结构和抗弯强度,特别是在使用拼块方法制作电极时更应注意,否则将引起电极的不
    均匀损耗。
    图1 亚搏app下载网址粒子直径与电极损耗的关系     图2 冲油压力对电极相对损耗的影响
    2.2 精加工中电极材料的合理选取
    当在窄脉冲正极精加工时,选用紫铜作为工具电极时的加工表面质量往往优于亚搏app下载网址电极和钢电极,尽
    管紫铜电极在精加工中放电间隙较小,电极损耗大于粗加工时的电极损耗,但是可以通过减小精加工余量
    或改变主轴抬刀比、增大冲油压力来控制拉弧产生,从而提高加工质量。
    实验设备:E46PM电火花成型机1台;实验条件:正极精加工,成型0. 1mm型腔;试验材料:经热处
    理45钢,厚度均为35mm;工作液体:电火花机床专用煤油,单向脉冲电源。实验结果见表3。
    从表3实验数据和加工效果的分析得知:精加工中亚搏app下载网址电极和钢电极很难达到加工表面光亮,而它们
    的生产率又很低,所以精加工中选取紫铜作工具电极加工效果较好,只要将冲油压力适当增大即可排除间
    隙电蚀产物,从而改善型腔加工的稳定性,提高生产率,达到满意的加工效果。但是应注意强迫冲油、抽油
    在紫铜作工具电极时不能逐级增大,否则将增大电极的损耗。还过,当受加工条件的限制,在中、精加工中
     115 
    电火花加工中电极材料的选择
    及其对加工质量的影响
    魏引焕,张晓燕
    (陕西科技大学机电工程学院,陕西咸阳 712081)
    摘 要:就电火花加工中电极材料的合理选取及其对加工效果、电极损耗和生产率的影响进行
    了详细的分析,提出了在实际加工中合理选取电极材料的原则,对进一步提高加工质量具有一
    定意义。
    关键词:电火花加工;电极材料;加工质量
    中图分类号:TG661   文献标识码:A
    1 问题的提出
    在电火花加工中,电极材料的物理性能对放电蚀除量、电极损耗、加工速度和加工精度的影响很大,在
    参数选定的条件下,采用不同的电极材料与加工极性将直接影响加工质量。
    2 电火花加工中电极材料性能对加工质量的影响
    2.1 电极材料与加工极性的影响
    首先分析一下常用电极材料的物理常数。
    表1 常用电极材料物理性能对照表
    热学物理常数紫铜亚搏app下载网址钢黄铜
    熔点(Tr)/℃ 1083 3500 1527 1083
    沸点(Tf)/℃ 2360 3700 2735
    热导率(λ)/J (cm s ℃)-1 3.852 0.49 0.335
    体积质量(ρ)/g cm-3 8.9 2.2 7.9 8.4~ 8.85
    热容量(C)/J (g ℃ -1) 0.3936 1.675 0.695
    传温系数α=λCρ1.1 0.133 0.061
    汽化潜热(qq)/J g-1 3592.274 46054.8 6647.012
    熔化潜热(qr)/ J g-1 180.032 209.34
    从表1中可以看出:紫铜的耐蚀性比较高,这是因为它的热导率和传温系数都很大,所以常常用作中
    小型腔模具零件加工时的电极材料,而且它的电极损耗较小;亚搏app下载网址耐蚀性高,这是由于它的熔点、沸点温度
    很高,并且亚搏app下载网址的热容量又很大,在宽脉冲粗加工时能吸附游离的碳来补偿电极的损耗,为此相对损耗较
    低。所以,在电参数选定的条件下,采用不同的电极材料与加工极性,加工速度和加工效果均不同,下面从
    一组实验数据来详细说明电极材料性能对加工效果的影响。
    实验设备:E46PM电火花成型机1台,加工条件:负极粗加工,成型0.5mm型腔,试验材料:经热处理
    45钢,板厚度均为35mm,工作液体:电火花机床专用煤油,单向脉冲电源。实验结果见表2。
    *收稿日期:2005 -04 -03
    作者简介:魏引焕(1964 -),男,陕西省眉县人,副教授,硕士,研究方向:机构学及机械传动
    第5期魏引焕等:电火花加工中电极材料的选择及其对加工质量的影响
    节脉冲参数控制火花放电间隙来保证。这样,电火花加工后的凹模就可以不经任何修正而直接与凸模配
    合,虽然这种方法可以获得均匀的配合间隙,电极在制造过程中也较方便,钳工工作量少,工件可以在淬火
    后加工,避免了热处理变形问题,但是由于工具电极和工件都是磁性材料,电极间容易产生磁性,尽管加工
    中采用的是脉冲电源能够降低电极间磁性,然而电蚀下来的金属屑仍容易被吸附在电极放电间隙的磁场
    中而形成不稳定的二次放电,使加工过程很不稳定。所以在“钢打钢”加工时,要避免选用同一种型号的钢
    材以降低极间的磁性,电极材料的选取最好选用高碳钢,如T8A、T10A,并在使用前进行退磁处理,被加
    工的钢材经热处理后也需进行除锈和退磁,冲油方式最好选择下冲油,以增强工作液循环,减小二次放电
    机率。
    3 电极材料选取的原则
    在电火花加工中,合理选择好电极材料是确保加工质量,提高生产率的一个重要因素,必须予以高度
    重视。同时,由于工具电极在使用过程中加工的型腔各异,工具电极难以实现标准化,无论在尺寸或形状
    上差异都很大,所以,我们在选取工具电极材料时应遵循以下原则:
    (1)在分析工件的特点和技术要求(表面粗糙度、尺寸、公差精度)等工艺技术指标的基础上,要根据
    工件材料和技术要求来选取电极材料。
    (2)首先考虑选择导热性能好、熔点高的材料作电极材料。
    (3)兼顾电极成型制作容易、加工性能好且原料来源丰富、市场价格适中等因素,以获得良好的电火
    花加工效果。
    虽然在电火花加工中所用的电极材料主要是紫铜和亚搏app下载网址,但是由于高性能的电极本身的一些性质如
    纯度、粘度、结构致密性、均匀性以及理化性等,使之在对待不同加工对象、不同加工要求时,所选用的电极
    以及加工参数都是完全不同的,因此,随着模具制造工业的快速发展,在人工合理调节加工参数的基础上,
    目前迫切需要通过实验建立包括加工对象(模具材料)、加工要求(工件精度、粗糙度、生产率)、电极(规格
    及种类)、加工电参数在内的工艺数据库,以满足现代生产的需要。
    4 结束语
    在电火花加工中,电极材料的合理选取是确保加工质量的重要保证。因此,对电火花加工电极材料性
    能的认识和研究,是从事电火花加工的工程技术人员必须高度重视的一个问题。

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