濟南電火花機床廠家談電火花電源精修研究（一）
濟南正日電火花機床廠家從事電火花電源研究15年，重點研發(fā)了輪胎模具電火花Tire Mold EDM無阻電源，電火花精修及電火花電源高頻放電。由于從事研究的電火花電源技術(shù)難度大，經(jīng)歷時間長，這幾年完成成了無阻電源的大電流部分，電火花的小電流，精修部分做了前期的的研發(fā)，至今尚未突破關(guān)鍵技術(shù)。中國中小企研發(fā)技術(shù)力量有限，資金投入大，經(jīng)歷時間長。企業(yè)生存是關(guān)鍵，只能暫時停止電火花的研發(fā)。這些年的研發(fā)積累，一旦停下，心有不甘。現(xiàn)將研發(fā)的經(jīng)歷及研發(fā)時的資料發(fā)布，希望對從事電火花電源研究的技術(shù)人員提供有用的參考，也希望從事電火花電源研發(fā)的技術(shù)人員取得優(yōu)秀的成果。使中國的電火花電源無阻技術(shù)趕超世界，屹立于世界前列。

1. 電火花精修研究前言

電火花加工中放電的穩(wěn)定性直接影響加工的質(zhì)量、效率，是衡量整個加工過程效果的重要指標之一。因此它一直是從事電火花加工工程技術(shù)人員關(guān)注的問題，如何實現(xiàn)高穩(wěn)定度的電火花加工也是當前電加工領(lǐng)域研究、探討的熱點。下面就濟南正日多年的電火花加工經(jīng)驗，對加工中放電不穩(wěn)定現(xiàn)象作闡述，分析其產(chǎn)生的原因，并提出一些改善的措施。

2.電火花加工放電過程機理的概述

電火花加工是由許多微觀的單脈沖放電過程組成的。正常的單脈沖放電過程包括兩極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道，放電通道內(nèi)的瞬時高溫使工作液氣化、裂化，金屬材料熔化、氣化，瞬時高壓使加工屑被拋入工作液中，隨著脈沖放電的結(jié)束，兩極間介質(zhì)進行消電離，恢復(fù)絕緣的復(fù)雜過程。電火花加工時放電間隙內(nèi)每一脈沖放電的基本狀態(tài)稱之為放電狀態(tài)。放電狀態(tài)有開路、火花放電、過渡電弧放電、電弧放電、短路五種。各種放電狀態(tài)在實際加工中是交替、概率性地出現(xiàn)的。為了實現(xiàn)穩(wěn)定的電火花加工，必須減少脈沖放電中異常的放電狀態(tài)，使單脈沖放電過程良性循環(huán)。

3.電火花加工穩(wěn)定狀況的評判與其產(chǎn)生的影響。

電火花加工中伴隨有一系列派生現(xiàn)象，通過加工過程中的外在表現(xiàn)，可以了解加工的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)加工的異常放電狀態(tài)。正常加工中，觀察到的火花顏色通常為藍白色夾火紅顏色，火花細小均勻。加工液面冒無煙小氣泡，聽到的火花聲音清脆、連續(xù)。機床的電流、電壓表呈有規(guī)律的擺動，伺服百分表勻速進給。加工中每次放電時間、抬刀動作有規(guī)律的持續(xù)。機床深度檢測值呈穩(wěn)定的遞進。反之，加工中放電集中于一處，火花顏色偏紅亮，液面冒白煙大氣泡，火花爆炸聲音低、沉悶，電流、電壓表指針急劇擺動，伺服機構(gòu)急劇跳動的放電不穩(wěn)定現(xiàn)象可判斷是電弧放電的可能，這種現(xiàn)象常使電極、工件結(jié)炭、燒傷。加工中較正常火花放電狀態(tài)稍差的是過渡電弧放電。其表現(xiàn)為放電聲音不均勻，產(chǎn)生的氣泡較正常放電時大一些，電流、電壓表有明顯波動，加工中短時放電，頻繁抬刀。深度檢測值來回變化較大，呈回退往返。過渡電弧放電常發(fā)生于精加工中，其破壞性相對比較輕，但很容易轉(zhuǎn)變成電弧放電。加工中偶爾出現(xiàn)空載放電（開路）和短路是允許的。空載放電時，火花間隙上有大于50V的電壓，但沒有電流流過，電流表無顯示，短路是放電間隙直接短路相接，間隙短路時電流較大，但間隙兩端的電壓很小，短路很容易損壞電極，頻繁的短路會使工件和電極局部形成缺陷。空載放電和短路都沒有對工件起到蝕除加工作用，影響加工速度。根據(jù)加工中的穩(wěn)定狀況可以判定加工的放電狀態(tài)，由前述可知，放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象破壞了正常的火花放電，易轉(zhuǎn)變成異常放電狀態(tài)。不穩(wěn)定的放電也使加工速度明顯降低，使加工表面粗糙度不均勻，甚至產(chǎn)生嚴重的表面質(zhì)量問題。使電極出現(xiàn)表面缺陷。不穩(wěn)定放電狀態(tài)下無規(guī)律的火花間隙使加工尺寸無法準確控制，影響加工精度。可見保證加工中穩(wěn)定的放電對加工具有重要的意義。

4.產(chǎn)生放電不穩(wěn)定現(xiàn)象的原因及改善措施。

（1）放電性能不好的電火花機床在加工中常發(fā)生放電不穩(wěn)定現(xiàn)象。電火花加工主要是靠機床良好的加工性能來完成加工的。高檔電火花機床配備有多種脈沖輸出電路，主軸具有高速性和高響應(yīng)伺服特性，這些特性能滿足在加工中進行高穩(wěn)定加工實現(xiàn)高品位加工質(zhì)量。如果機床加工性能不好，常在加工中發(fā)生難以控制的放電不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重影響加工質(zhì)量。機床脈沖電源工作性能、機床伺服進給系統(tǒng)的異常是電火花機床本身原因造成在加工中常發(fā)生放電不穩(wěn)定現(xiàn)象的主要原因。如機床脈沖電源波形失常是見的問題，使加工不能穩(wěn)定進行。要實現(xiàn)穩(wěn)定的放電加工，必須要求機床的脈沖電源能輸出一系列良性的脈沖，工作穩(wěn)定可靠，不受外界干擾。機床的伺服進給系統(tǒng)應(yīng)具有高度的靈敏性，能夠準確對放電狀態(tài)中火花間隙進行檢測，自動對異常放電作出調(diào)節(jié)，調(diào)整、滯后盡量要小，抗力強。由于機床性能異常方面的問題比較復(fù)雜，使用人員在經(jīng)過確認是機床問題后，應(yīng)及時與機床維修服務(wù)部聯(lián)系，請專業(yè)人員維修，排除故障。

（2）電參數(shù)調(diào)節(jié)不正確對放電穩(wěn)定產(chǎn)生不良影響。電參數(shù)使用不正確是產(chǎn)生放電不穩(wěn)定現(xiàn)象的主要原因。電規(guī)準主要由電流、脈沖寬度、脈沖間隙三大電參數(shù)組成。使用過大的電流，過大的脈沖寬度，過小的脈沖間隙是電參數(shù)調(diào)節(jié)不合理產(chǎn)生放電不穩(wěn)定現(xiàn)象的主要原因。三者應(yīng)根據(jù)加工中的穩(wěn)定性和加工的工藝指標要求來具體設(shè)定選擇。在放電不穩(wěn)定的情況下，首先考慮增大脈沖間隙，可以使加工保證消電離，改善排屑狀況，對工藝指標影響也不大。其次考慮減小脈沖寬度，過大的脈沖寬度使加工中短時內(nèi)放電次數(shù)過多，加工中來不及消電離，易產(chǎn)生燒弧。加工中其它參數(shù)也很重要。像直接影響排屑效果的抬刀速度、放電時間、抬刀高度等參數(shù)。放電不穩(wěn)定的情況下應(yīng)加快抬刀速度，減少放電時間，增大抬刀高度。處理電參數(shù)時應(yīng)特別注意粗加工與精加工中放電穩(wěn)定性的差別。粗加工中由于放電能量大，火花間隙大，排屑效果好，往往能實現(xiàn)較穩(wěn)定的加工，精加工則恰恰相反，容易出現(xiàn)放電不穩(wěn)定現(xiàn)象。所以對精加工應(yīng)特別加以監(jiān)控。加工的極性應(yīng)正確，如果在通常加工中誤使用負極性（電極為負極）加工，也會發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，根本無法加工下去，應(yīng)將加工極性改過來。

（3）加工中液處理方式不當及加工液質(zhì)量問題造成放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象。電火花加工是在工作液介質(zhì)中進行的。工作液的絕緣性能在脈沖放電的過程中起到消電離的作用，在加工中對電極和工件起到加速冷卻，使電蝕產(chǎn)物從放電間隙中懸浮、排泄出去的作用。在電火花加工中常使用沖、抽液的方法進行排屑，避免電弧放電，使加工穩(wěn)定進行。但是不適當?shù)囊禾幚矸绞揭矔绊懛烹姷姆€(wěn)定狀況。沖、抽油壓力過大，會使放電通道不易形成，產(chǎn)生不穩(wěn)定的局部放電，尤其在精加工中很明顯。可將沖、抽油壓力控制在接近穩(wěn)定加工的臨界壓力范圍內(nèi)。沖油方向不正確會使加工屑堆積而形成放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，而且容易形成積炭。一般采用朝開口部位沖油，盲底部位采用朝下淋油的方法。沖抽油加工雖然能將加工屑很好排出，改善了放電的穩(wěn)定性，但不均勻的流場，會引起集中放電和二次放電，對工件平面度、粗糙度影響很大，產(chǎn)生放電間隙不均勻的現(xiàn)象。而且強烈的沖刷會引起電極邊角異常損耗。所以在精密加工中通常采用無沖液、浸油加工的液處理方式，依靠抬刀的動作來排屑實現(xiàn)穩(wěn)定加工。這就對機床配置提出了更高的要求。像機床主軸采用很高加速度進給加工時，產(chǎn)生的抽吸作用，使存在于電極與工件之間的加工屑、焦油以及廢氣等能有效地排出。長時間的加工會使油溫過高，加工部位表面如果不能很好得到冷卻很容易產(chǎn)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象。油溫應(yīng)不高于35℃，必要時在加工液循環(huán)系統(tǒng)上油處安裝冷卻裝置來控制。加工中工作液的質(zhì)量對加工放電穩(wěn)定也很重要。含加工屑過多的臟污加工液在加工中因不能及時緩解放電間隙內(nèi)的污染狀況，導(dǎo)致放電點不分散而形成有害的電弧放電。劣質(zhì)的加工液因其性能差的原因也會使加工中出現(xiàn)放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象。采用的電火花加工液要求具有低粘度，高絕緣性、能疏通放電通道，流動性、滲透性好等特點。目前有很多類型的電火花加工專用工作液，而且研究出在工作液中加入相關(guān)添加劑的一些成果，能改善放電的性能，提高放電穩(wěn)定性，可以被采用。

（4）選用電極材料的種類、材料的質(zhì)量、不同電極材料加工電參數(shù)配對的因素對放電穩(wěn)定性的影響。電極材料必須導(dǎo)電性良好，具有放電穩(wěn)定等特點。純銅電極加工性能很好，尤其是加工穩(wěn)定性，不易發(fā)生電弧放電或過渡電弧放電，在大多數(shù)加工中能穩(wěn)定放電，被廣泛采用。石墨電極加工穩(wěn)定性較好，的特點是在很大電流的粗加工中能保持穩(wěn)定的放電，并且保證電極的低損耗，但在精加工中，易發(fā)生放電不穩(wěn)定現(xiàn)象，易產(chǎn)生拉弧燒傷。銅鎢合金和銀鎢合金是很少采用的電極材料，因為材料的價格昂貴。它們在加工微細部位、深槽等難加工部位仍能很穩(wěn)定的放電，電極損耗極小，在精密加工中被考慮使用。選用的電極材料必須保證質(zhì)量才能在加工中放電穩(wěn)定。純銅必須是無雜質(zhì)的電解銅，經(jīng)過鍛打。石墨電極材料有好幾種分類，如埃米級、特細級、超細級、精細級等，可根據(jù)加工的精度、效率要求選擇。石墨材料的質(zhì)量應(yīng)組織均勻，強度較好，在加工中不易產(chǎn)生剝落。使用不同的電極材料進行加工應(yīng)靈活處理好電參數(shù)的配對，才能達到加工中放電穩(wěn)定，加工效果良好，發(fā)揮所選材料價值的目的。現(xiàn)在很多電加工機床都能根據(jù)不同的加工材料組合自動配對電參數(shù)。電參數(shù)配對主要是處理電流、脈沖寬度、脈沖間隙的大小。根據(jù)電極材料的性能，選用合適的電參數(shù)發(fā)揮材料的加工優(yōu)勢，處理好其加工中的缺陷問題。因使用機床的不同，這里提供一組主要電參數(shù)選用關(guān)系的數(shù)據(jù)表供參考，如表1所示（參數(shù)數(shù)值為具體值）。 

未完待續(xù)