电火花高效小孔加工探索

汪朝阳

摘 要：针对中国空空导弹研究院电火花小孔加工效率低、电极损耗大的难题，通过研究电极转速和电极形状对电火花小孔加工效率和质量的影响，获得电火花小孔加工的适宜电极形状和旋转速度组合。

关键词：电火花加工;小孔;电极

中图分类号：TG661 文献标识码：A 文章编号：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

中国空空导弹研究院需要在硬质合金或轴承钢等材料上加工小孔或微孔，孔径小于1mm。由于材料硬度高，普通刀具无法切削，需要利用激光加工、水切割或电火花等特种加工方法进行切削。其中，激光加工或水切割需要专用设备，经济投入较大;电火花设备应用相对广泛，但存在加工效率低、电极损耗大的不足;电火花微细电极的找正直接影响加工质量，而找正精度完全取决于操作者的个人技能，对人员素质要求较高。小孔加工时，由于电极损耗严重，每加工两三个零件后电极都需要重新进行修整和找正，严重影响了加工效率，无法批量生产。查询相关技术文献发现，影响电火花小孔加工效率和电极损耗的主要因素有电极旋转速度和电极形状。通过进一步研究这两种因素，得到电火花小孔加工的适宜电极形状和旋转速度组合，最终提高了加工效率。

1 电极转速

小孔加工过程中，在电极和零件间隙的液流中产生了旋转向上的分力，使电蚀颗粒被液流带出。电极转速越高，电蚀颗粒排出效果越好，且小孔加工的速度也越高。不同电火花设备的电源及控制存在差异，因此结果存在差异，需进行调整。

本实验在进口电火花加工机床COMPACT1上进行。该设备产于瑞士，专用于小孔加工。实验材料为3mm的硬质合金块，加工结构为Φ1mm的通孔，电极选用Φ1mm的实心紫铜电极。电极转速选择不旋转、20rad/min及40rad/min三个水平，观察不同时间段以及不同旋转速度下的孔深。

从图1可以看出，电极旋转速度影响加工效率，即提高转速可明显提高电火花小孔的加工效率。电极不旋转时，加工过程中产生的电蚀颗粒很难排出加工区域，易在电极表面出现氧化积碳，使得导电性能逐渐变差，并随着加工深度的增加持续恶化，加工效率也越来越低。因此，通过电极旋转可促进电蚀颗粒的排出，改善积碳现象，提高效率。

小孔加工的前半分钟，电极转速越高，加工效率也越高。当孔深不断增加时，转速对加工效率的提高效果逐渐变弱。电极旋转时，如果孔较浅，则可显著提高电蚀颗粒的排出效果;如果孔深达到了一定界限，电极旋转对液流的影响将降低，无法持续改善电蚀颗粒排出效果。

电火花小孔加工过程中，电极旋转可促进电蚀颗粒的排出，提高小孔加工效率，且转速越高，效率提升越明显[1]。

2 电极形状

小孔加工时，不同形状的电极对电极和零件之间加工间隙流场的影响不同。依据实际情况，电极形状可选择实心圆柱电极、空心圆柱电极、实心削边电极及空心削边电极，如图2所示。实验多个同时段内不同形状电极的孔加工深度，并对电极的损耗进行目视观察。

其中，圆柱电极为Φ1×100紫铜圆棒电极，空心电极为Φ1×400单孔紫铜管电极。圆柱削边电极为圆棒电极上加工一深度为0.2mm的边，空心削边电极为空心电极加工深度0.15mm的邊。利用电极转速的试验结果，电极转速为40rad/min，加工对象为3mm的硬质合金块。电火花加工小孔时，电极形状对加工效率的影响较大。前半分钟内，空心电极加工效率最高。按照加工速度，从高到低依次为空心圆柱电极、空心削边电极、实心圆柱电极及实心削边电极。究其原因，在于前半分钟由于内孔较浅电蚀颗粒易排出，而空心圆柱电极从中心注水，然后从电极与孔壁的间隙排出，比实心圆柱电极液流更易到达加工区域，同时液流压力更大，也更易排出电蚀颗粒。加工深度较浅时，电极的放电面积将成为制约加工效率的关键因素。显然，削边电极的放电面积小于同种非削边电极，所以削边电极的加工速度稍低。

孔的加工深度大于0.5mm时，实心圆柱电极的加工效率将随加工深度的增加逐渐降低，实心削边电极的加工速度则对孔深不敏感。孔深达到2mm时，削边电极的加工速度将超过实心圆柱电极的加工速度。孔深达到3mm时，空心电极的加工效率较为稳定，且高于削边电极的加工效率。加工效率稳定的原因在于加工深度变大时，电蚀颗粒的排出效率对小孔加工速度的影响逐渐增大，空心圆柱电极从中间注水排泄受深度影响不大。另外，削边电极的放电面积更小，导致其损耗程度明显大于圆柱电极的损耗程度。

微小孔电火花加工时，如果孔的深径比不大于5，考虑加工速度和电极损耗，应选择空心电极和较大的电极旋转速度。

3 结语

通过试验发现，电极旋转有助于排出电蚀颗粒，提高电火花小孔的加工效率。电极转速越高，则加工速度越大;电极形状对小孔加工效率影响较大，一般深径比的小孔应优先选择空心圆柱电极，不仅加工效率高，电极损耗也较小。

参考文献：

[1]张雷，王玉魁，耿雪松，等.削边电极深小孔微细电火花间隙流场仿真研究[J].电加工与模具，2011（3）：33-38.