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火花机对石墨电极加工性能的影响
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1.1&主轴性能的影响 & 主轴是火花机的一个关键部件，它控制工件与工具电极之间的放电间隙。主轴的抬刀速度、传动速度和摇动方式直接影响生产率、表面粗糙度和加工稳定性等工艺指标。目前已普遍采用步进电动机、直流电动机或交流伺服电动机驱动主轴。 & 1.1.1&抬头排屑 & 主轴抬刀对于改善深槽（型腔）窄缝等微细加工的排屑，防止积碳和二次放电等现象有明显影响。发展高速抬刀是必然趋势。目前交流伺服电机驱动，抬刀速度一般可达3~5m/min[1]。日本Sadick公司AQ35L主轴采用直线电机控制，传动机构简单，不用滚珠丝杠，没有传动间隙，能实现高速度、高加速度移动，满足了EDM加工高速响应的要求。最大驱动力高达3000N，快进速度可达100m/min，最大加速度达到1g以上，能及时排除电蚀产物消除集中放电、二次放电。间隙不均匀性等得到极大的抑制，特别是对加工深槽窄缝能产生良好的效果[2]。例如：用端面面积为1mm×38mm、斜度1°的石墨片电极加工钢，深度达70mm，免冲液，粗加工用时2h10min，精加工用时1h30min，总共用3h40min，提高了加工速度。瑞士&Charmilles公司的ROBOFORM&35P机床，不但提高了主轴运动速度，还提高了坐标轴的运动速度，使电极交换时间节省35％。用截面20mm×20mm的电极，无冲液加工100mm深的型腔，加工时间仅为5h，表面粗糙度达到Rmax10μm。Makino&EDNC系列抬刀速度在小型机床上是2m/min，在大型机床上是10m/min。 & 1.1.2&主轴摇动 & 主轴的摇动功能可使加工表面均匀，得到高精度和高质量的加工表面。目前已有多种摇动方式，除了圆形和方形摇动外，还有六角、半圆柱、半球、三维射线、三维圆弧等摇动轨迹，遇到其他任意形状，可根据一个完整的轮廓建立所需的摇动方式。日本Mitsubishi&EA系列电火花机床新开发的Orbit&Pro摇动功能，电极以恒定运动进行加工，跟踪目标形状，实现高稳定加工；而常规摇动加工，沿目标形状一点一点连续加工，电极移动不平滑，变速移动，加工不稳定，两者对比如图1所示。 & 1.2&脉冲电源及智能化控制的影响 & 脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工速度、电极损耗等都有很大的影响。模糊控制（FC、FLC）电源是利用CNC系统对间隙量、间隙电压、瞬时放电状况等参数进行检测，通过专家系统进行比较判别，对电参数与伺服系统进行控制的一种脉冲电源。它一般可提高加工速度20％~30％，降低了电极损耗，在深槽、筋、多型腔、大面积的加工中效果尤为明显[3]。FP脉冲电源是为控制加工屑而设计的脉冲电源，可防止短路时加工屑的集中，它通过对加工电流的控制，改善加工表面的质量，并且能够显著地降低电极损耗[4]。Mitsubishi最新型的电火花加工机床采用全新FPⅡ电源，它有PS电路何α-SC电路。PS电路提供一个稳定的超短脉冲讯号，放电脉冲的最佳控制防止了短路现象，实现稳定的无光泽表面精加工，排除了精加工表面的波纹和凹陷现象。α-SC电路大幅度降低了小面积精加工（表面粗糙度为Rmax4~10μm）的电极损耗。 & （a）常规摇动加工&（b）新开发摇动加工 & 摇动加工对比 & Makino&EDNC系列电火花加工机床采用P-脉冲2，加工稳定，尤其适合使用石墨电极加工，可消除不规则放电现象，实现HQSF（High&Quality&Surface&Finishing）（图2）。采用人工智能（IES）自动控制放电过程，通过专家系统实现旋转补偿、检测等多种功能。高灵敏度放电伺服技术可进行无冲液放电，由于在无冲液放电时，电火花间隙变化不大，可实现稳定可靠的精加工。并且可以10m/min（EDGE2型）的速度进行主轴快速跳跃，排除气体和残渣，能在无冲液的状况下加工深窄腔[5]。 & 工件尺寸100mm×100mm，粗加工4h & HQSF精加工2h，表面粗糙度Rmax3μm & 采用石墨电极加工扬声器格栅用模具 & 1.3&工作液的影响 & 根据实际生产经验，使用石墨电极进行电火花加工时，宜采用专用的合成型火花油或混粉工作液。重要品牌有：美国Hirschmann&Engineering公司生产的Ionoplus牌工作液，意大利Common&Weahh&Oil公司生产的EDM244，以及ESSO，FUSHS，BP，CASTROL工作液等。高质量的工作液可降低石墨电极损耗，获得良好的加工表面精度。混粉工作液通过添加硅、铝、钨、铬、钛等导电粉末，可改变工作液性能，提高精加工的稳定性，用于大面积精加工时，可减少抛光工时或无需抛光。日本石油公司生产的ED混粉工作液，适合大面积的塑料模具、大型石墨电极及筋条加工，能实现均匀、稳定的放电。实施镜面电火花成形加工时，可使精加工时间缩短20％~30％。日本Makino采用μSC添加剂的工作液，可过滤，可粗、精加工共用一套工作液系统，在加工时分散放电，可提高表面质量，有利于控制间隙，提高加工速度。如图3所示μSC工作液与普通工作液相比可获得稳定的精度和较低的表面粗糙度值，特别是电极尺寸较大时，效果更明显[5]。 & 加工面积与工件表面粗糙度的对比 & 2&电参数对石墨电极放电加工性能的影响 & 2.1&脉冲宽度的影响 & 脉冲宽度决定脉冲能量。使用不同的工件材料、加工极性、电极材料时脉冲宽度对放电加工特性的影响也不同。如图4、图5所示，脉冲宽度越大，电极损耗越小。采用负极性加工工具钢时，当脉冲宽度为250μs时，电极出现负损耗，采用正极性加工电极损耗较大。加工铜合金时不论采用正极性或负极性加工电极损耗都比较大。随着脉冲宽度的增大，蚀除金属材料就越多，产生的蚀坑越深越宽，加工速度提高，工件的表面粗糙度较大。因此粗加工时，脉冲宽度可以选择大一些，减小电极损耗，提高加工速度。不同的石墨电极牌号脉冲宽度对电极损耗的影响也不同，石墨颗粒越小，相同脉冲宽度条件下电极损耗越小。 & （a）加工极性对电极损耗的影响 & （b）加工极性对&加工速度的影响 & （c）加工极性对表面粗糙度的影响 & 加工极性对铜合金电加工特性的影响 & 2.2&峰值电流的影响 & 电极材料为POCO的EDM-3石墨，工件材料为工具钢，采用正极性加工，脉冲宽度为40μs，峰值电流分别为50A和25A，测得的加工速度、电极损耗和表面粗糙度如表1所示。由表1可看出。峰值电流变小，加工速度下降，而表面粗糙度减小。石墨电极与铜电极相比，因有极好的耐热性，可加大电流值，提高生产效率。粗加工时，可以用较大&电流（几百安培）。但是在一定加工面积条件下，有一个极限，超过这个极限，会造成加工不稳定，电极和工件会产生拉弧烧伤，生产率反而降低。微细电极承受不住过强的电流，容易受损。石墨电极正极性加工时，电流密度通常设为10~12A/cm2；负极性加工时，电流密度通常设为6~8A/cm2[&6~7]。 & （a）加工极性对电极损耗的影响 & （b）加工极性对加工速度的影响 & （c）加工极性对表面粗糙度的影响 & 加工极性对工具钢电加工特性的影响 2.3&电极与工件的边侧间距关系 & 电火花加工时放电间隙在不断变化，间隙的大小影响着加工精度，对复杂形状的加工表面影响尤其严重。如使用东洋炭素ISO-63材料，表面粗糙度达到Rα10μm时，放电面积不同，边侧间距也不同。放电面积越大，相应的边侧间距也应变大；相同的加工面积粗&加工的边侧间距大于精加工的边侧间距。随着加工深度的增加，边侧间距有时也要相应的增加，如图6所示，以保持良好的排屑。 & 1——放电面积80mm2粗加工&2——放电面积20mm2粗加工 & 3——放电面积80mm2精加工&4——放电面积20mm2精加工 & 工件材料：工具钢S55C&峰值电流：25A & 脉冲宽度：50μs&脉冲间隔：50μs & 电极与工件边侧间距的关系 & 2.4&工件材料对加工极性选择的影响 & 对不同的工件材料应选择不同的加工极性，因为加工极性直接影响加工效果（电极损耗、加工速度和表面粗糙度）。以铜合金MS-46（Cu、Ni、Al、Zn的质量分数分别为68％、14％、10％、6％）为例，粗加工时，主要考虑电极损耗和加工速度，采用大脉冲宽度，如图4a、4b所示，正、负极性加工电极损耗相差不大，但正极性加工速度快，因此应选择正极性加工。精加工时，主要考虑电极损耗和加工表面质量，如图4a、4c所示，当缩短脉冲宽度，负极性加工的电极损耗明显比正极性加工小的多，并且表面粗糙度也小，因此精加工时应选择负极性加工。如图5所示，加工工具钢时，粗加工和铜合金一样，要采用正极性加工，而精加工时，采用正、负极性加工电极损耗相差不大，表面粗糙度也基本相同，故精加工时两者皆可。 & 采用石墨电极，在脉冲宽度为100μs，脉冲间隔480μs，峰值电流90A的条件下，改变加工极性，对钛合金进行放电加工实验，结果如表2[8]所示，采用负极性加工时，其各项工艺指标均比正极性加工好，因此对于钛合金应选用负极性加工。同样，对不锈钢、铝合金等的放电加工特性均受加工极性的影响& &
作者：未知 点击：496次
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你如果要镜面，一个电极肯定是不够的如果用铜电极，肯定紫铜最好了具体多大，要看你的放电参数来设定了
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电火花机的一些常见的问题
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&&&&1、电极的损耗对加工精度的问题
在加工的过程中，电极会因为脉冲放点而受电腐蚀发生损耗，这样就可以了解和掌握电极的损耗规律，应当尽量采取多种方法以减少电极的损耗，以保证模具的加工精度会更高。电火花机加工时，电极的不同部位其损耗的情况也是不同的，通常在尖角、凌边等凸起部位的电场强度较高，容易形成尖端放电的现象，所以其损耗也要比平坦部位要快，损耗的不均匀必然会导致加工精度的下降。
同时电极的损耗还受到电极材料的热学物理常数影响。电极材料的熔点、沸点、比热容、熔化与气化潜热越高，导热系数越大，其耐腐蚀性越好，传热能力越强，这样就可以降低电极的损耗。
2、放电间隙对加工精度的影响
在加工时，电极和工件之间发生脉冲放电需要保持一定的放电间隙，沿加工轮廓上要相差一个放电间隙。放电间隙主要控制加工的稳定性，一般增大脉冲放电间隙的时间可以提高加工的稳定性。而提高峰值电流可以使生产率提高，但电极损耗将会加大。
表面变质层的加深，粗糙度也会变大。要使放电间隙保持稳定，必需使脉冲电源的电参数保持稳定，除此之外还应当使机床精度和刚度也要保持稳定，同时要特别注意电蚀产物引起的二次放电对放电间隙的影响。
3、对加工表面粗糙度的影响
电蚀表面的粗糙度的评定参数Ra是随着脉冲宽度和电流峰值的增大而增大。在一定的加工条件时，脉冲宽度和电流峰值的增大会使单个脉冲的能量增大，从而使得电蚀凹坑的断面尺寸增大，因此表面粗糙度主要取决于单个脉冲能量的大小。要减少表面粗糙度Ra的值，就必须减少单个脉冲的能量。
4、表面变化层对模具表面质量的影响　　
&&&&模具在经过加工之后的表面将会产生表面变化层。凝固层是工件的表层材料在脉冲放电的瞬时高温作用下发生熔化而没有被抛出，在脉冲放电结束后迅速冷却、凝固而保留下来的金属层，该金属层的金属晶粒非常细小，都有较强的抗腐蚀能力。
凝固层与工件材料之间有热影响层，由于受到放电点传来的高温影响，使材料的金相组织发生变化。在加工的过程中会因为所选用的电参数，冷却条件及工件材料的热处理状况不同，变化层的硬度变化情况也就会有所不同。表面变化层的厚度和工件材料及脉冲电源的电参数有关，脉冲能量的增大表面变化层的厚度就增厚，凝固层厚度也比较高。因此，电火花加工后的模具表面耐磨性比普通的机械加工的要好。
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