电火花加工中积碳和二次放电的原因与对策

2015-03-18□齐飞

产业与科技论坛 2015年7期

□齐飞

电火花加工属于特种加工，尤其在模具制造行业更是不可替代的一种加工方法。而在电火花加工过程中总会有各种原因的异常发生，这些异常在电火花加工中是难以避免的。在这种种异常之中，积碳和二次放电出现频率最高，并且很难用理论数据进行有效控制。在积碳和二次放电的问题上，现阶段的研究尚未取得突破性进展，所以经验显得尤为重要。

一、认识积碳和二次放电

(一)积碳。积碳是指电极与工件放电间隙中的粉屑、加工液燃烧生成的碳化物、气泡等电蚀产物，在冷却排渣过程中来不及去除而淤积于某一处，使得此处产生集中放电，在工件表面形成烧伤或小坑，导致加工表面产生缺陷的现象。

(二)二次放电。二次放电是指加工粉屑排出状况不良，已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电的现象。

二、积碳和二次放电对产品的影响

积碳和二次放电都会影响工件的表面质量，使表面粗糙度不均匀，产生加工缺陷，影响产品的使用。由于积碳会产生短路现象，使得机床不能完成火花放电，则极大地降低了加工效率。此外二次放电还会使加工深度方向产生斜度和加工棱角、棱边产生圆角等方面问题。

三、积碳和二次放电的原因及对策

由上文可以看出，积碳和二次放电将影响工件的加工精度，特别在精密模具加工将会是致命的。下面来分析一下具体的原因并提出解决问题的对策。

(一)原因分析。

1.放电间隙设计不合理。在电火花加工中，放电间隙是指工具电极和工件之间产生火花放电的一层距离，在不同的地域或不同资料中放电间隙有时被称为加工间隙、电极间隙和过切量。它的大小一般在0.01～0.5mm之间，实际效果反映在加工后工件尺寸的单边扩大量。放电间隙选择的原则是:在该距离范围内，既可满足脉冲电压不断击穿介质，产生火花放电，又可适应在火花通道熄灭后介质消电离及排出电蚀产物的要求。当放电间隙不合理时则会产生积碳和二次放电现象。

2.电极材料选用不当。现阶段电火花加工使用的电极材料一般是紫铜和石墨，两种材料在使用中各有利弊。如在大脉冲宽度的负极加工中使用铜电极时，由于铜的密度大，而脉冲间隔又较小，因电极损耗而蚀除下来的金属颗粒会沉积到底部，使工作液浑浊，增大了排屑难度，从而易产生二次放电。而石墨电极密度低，但在加工中会有细颗粒脱落，导致积碳。

3.工作液浑浊污染严重，过滤芯长时间没有更换。在电火花成形加工中，工作液具有一定的介电能力，它有助于产生脉冲式火花放电，形成放电通道，放电结束后又能恢复极间绝缘状态。现阶段电火花加工的工作液一般为电火花专用煤油，由于油基放电介质粘度比较大、流动性差，所以不利于电蚀产物的迅速排出;同时放电时产生的电蚀产物淤积一处产生积碳，不利于加工进行。随着工作液长时间的使用，工作液逐渐会变得稠密，电蚀的颗粒状产物，如金属颗粒、碳渣会悬浮在工作液中停留很长时间而不易沉降，工作液混浊，放电间隙状态恶化，产生“二次放电”降低加工稳定性，影响加工质量。如果此种情况下还存在工作液过滤系统的滤芯长时间未更换，导致循环过滤系统不能有效工作，则更会加剧加工条件恶化，进一步影响加工质量。

4.放电条件选用不当。放电条件主要是指放电电压、放电电流、放电时间以及放电休止时间等参数。如果在加工过程中放电条件选用不当，如粗加工过程中选择了短的放电时间或是低的放电电流就会产生积碳现象，从而降低加工效率。

5.冲油方式不合理。放电过程中电蚀产物不断被蚀除，若加工的工作液流动性差，则电蚀产物(金属微粒、汽泡、碳渣等)大量增加，会使介质处于气液混合状态，产生二次放电现象。电蚀产物不能及时排除，则加工很难稳定进行。而且会使脉冲利用率及加工速度降低。

6.辅助功能设定不当。合理利用辅助功能里的参数设定，对于提高表面粗糙度、控制电极消耗、尤其是对电蚀产物的排除等都有很大的帮助。而通过本文上述内容可知，电蚀产物是否能顺利排除是影响积碳和二次放电的关键性因素。辅助功能(以MAKION电火花机床为例)主要是控制加工过程中的抬刀，包括抬刀周期、抬刀模式、抬刀的次数、抬刀的方式以及各种开关量的设置。经试验表明抬刀对于改善深槽及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。

(二)解决对策。

1.改变电极的实际间隙。一般情况在粗加工过程中会选择较大的间隙，精加工过程中选择较小的间隙。并根据工位形状、特性、加工条件综合考虑决定间隙的大小。

2.合理选用电极。应根据实际加工情况，根据电极材料的特性，扬长避短，合理选用电极。

3.定期更换工作液及过滤芯。不定期对油槽进行清洁与维护。

4.依据下列内容综合考虑，选择放电条件。加工面积的计算以电极的正投影面积为准。对于尖角电极，开始适当调小电流，随着深度的增加逐渐加大电流。表面粗糙度:根据要求加工表面的粗糙度来选择条件，最终条件要达到表面粗糙度要求。排屑状况:当排屑良好时，选择无消耗的条件。当排屑一般时，选择小消耗条件。当排屑不畅时，选择大消耗条件。电极减寸量:电极减寸量越大，初始条件亦可选的越大。工件材质:在电火花加工中，促使工件融化的速度，决定于工件材料的熔点、热传导和比热。原因是放电的瞬间温度大体一样，而工件吸收热量使温度升高。开始融化则决定于工件的热传道和比热。熔点越高、热传导性越好、比热越大，则放电脉冲时间越短，休止时间加长。除以上选择依据外，必要时可进行试加工，以获取最佳的放电条件。

5.加工中改变冲油方式。一般都采用强迫冲油以提高加工速度，但是对于一定的加工条件下冲油压力会有一个临界值，超过这个临界值会使电极的消耗增大。所以，在高精度加工中，冲油压力调节要适当，以提高加工质量，必要时也可采用吸油方式。

6.合理的设置辅助功能。目前交流伺服电机驱动，抬刀速度一般可达3～5m/min。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3，000N，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。

另外，由于机床生产厂家不同，辅助功能的具体设置方法是各有不同的，不能一概而论。但不论是何种机床，辅助功能设置的原理是相通的。首先想要设好辅助功能就必须先学好相关的辅助功能的理论知识，然后通过实践不断去测试，对加工状况进行记录，去对比，去验证，要综合地去评估和观察加工状况之后，去调整各项参数，要达到灵活运用和合理组合才能够避免产生积碳和二次放电现象，真正体现出加工的技术和效率。