电火花加工中电腐蚀的攻关难题解决方式

刘刚

摘  要：在使用电火花加工技术时，可能会遇到一些高熔点、难加工的材料，如果没有对加工细节进行处理，那么会对工件材料的整体质量产生负面影响。因此，针对电火花加工技术应用期间出现的一些常见问题进行探讨，使加工工作可以高效开展。该文在明确电火花加工技术的优势和其中存在的问题后，基于工程数据构建出相应的预测模型，通过实际工程运用，对加工中的参数进行预测性计算，从侧面验证该模型的真实性和有效性，以供参考。

关键词：电火花;深盲孔;加工能力;深度预测

中图分类号：TG661          文献标志码：A

0 引言

电火花加工技术自从出现后，在工业加工领域中就得到了广泛的发展和运用，这种直接使用电能进行加工的技术，在一些难以加工的导电材料上效果较优。目前，电火花加工在波导类深孔、盲孔、台阶类产品上效果较优，但在一些细节参数的计算上存在一定问题，这也是行业内的一大难题，现有的一些测量方式，过程复杂、难度较大，准确性较低，要想提高加工效率和加工质量，就要对加工参数进行全面的预测计算。

1 电火花加工技术的发展现状

电火花加工技术在数控程序的控制下，对轮廓进行加工，全面节省了加工的费用，在实际发展过程中，不需要对工具电极进行设计和制造，生产周期也可以得到控制，使经济最大化。在实际加工过程中，电极和各个工件之间不具备切削力，在一些细小和刚度较低的工件加工中应用。除此之外，电火花加工也不受工件硬度影响，材料的应用效率较高，整体损耗量较小，加工精确度较高。

总的来看，电火花加工技术是一种绿色制造技术在实际应用过程中，得到的加工表面粗糙度较小、直线精确度较高、放电间隙窄、加工表面没有电解腐蚀，因此在精加工中得到了广泛应用。虽然在电火花加工技术不断创新的过程中，加工精度、稳定性都在不断提高，传统加工技术中存在的问题得到解决，但是其中也存在一定的问题，例如接刀和电腐蚀等。在此基础上，通过建立数学计算模型，对各项参数进行分析和研究，为加工提供理论依据和数据参考，使加工机理更加完善，加工质量也会得到提高[1]。

2 电火花加工技术存在的问题

电火花加工技术应用初期，因其克服了传统加工技术中局限性，在各个领域中广泛应用，如航空航天领域、工业模具领域以及医疗器械领域等。随着使用时间的推移，其暴露出来的问题也逐渐增加。想要让电火花加工技术朝着自动化、精密化、高效化、智能化、细微化、安全化、环保化的方向综合发展，就必须要对电火花加工中电腐蚀的公关难题解决方式进行深入的仿真分析研究，得到具体数据模型，提高实际生产中的加工精度和加工效率。

作为目前机械加工中一项极其重要的技术，目前，50%的制造行业都对电火花加工技术和装备有直接的需求，但是电腐蚀等公关难题对工艺范围、加工效率的扩大和提高产生了严重的负面影响，电火花加工本身稳定较差，尤其是在面对熔点较高的材料进行深孔加工时，这一问题被进一步突出。电腐蚀问题就是因为随着加工屑不断增加，电介质绝缘强度随之下降，拉弧脉冲出现的概率逐渐增加，最终导致有害脉冲逐渐占据加工间隙，造成表面烧伤[2]。因此，想要解决电火花加工波导类深孔、盲孔、台阶类产品时产生的接刀和电腐蚀的公关难题，就要确定电火花加工的稳定性。目前，国内在这方面已经有了大量的研究，但产生的效果非常有限，这是因为电火花加工过程本身较为复杂，而且缺少量化分析，需要对其进行实时性的调整，才能够真正稳定加工过程，实现自动化。

3 电火花加工技术的实验分析

通过前文分析对电火花加工技術有了基本的了解，也明确了在加工过程中可能出现的问题。通过实验获取得到电火花的相应参数，构建形成相应的模型，以此保证加工精确度，有效规避因为稳定性较弱而产生的问题。实验中采用的是NC-EDM ES540电火花机，M0252电火花油，采用浸液式加工方式进行加工，图1为电火花加工示意图，表1为电火花加工参数。

采用正交实验法，一共设计了25组正交试验，严格控制变量，每组加工时间都控制在30 min内。根据实际的参数信息进一步分析，电火花加工技术表面粗糙度是反映加工技术最基本的因素，表面粗糙度直接影响到了使用寿命、润滑、使用、疲劳强度和疲劳强度等方面。从实验参数结果数据来看，不同电参数下工件表面粗糙度值不同，残余高度值和表面粗糙度呈现出正相关。在电参数相同的情况下，如果出现不同的偏移量，则会导致放电间隙出现差异，进而影响到加工屑排出等问题。虽然偏移量不会影响到工件表面粗糙度和工件质量，但是如果偏移量较小，放电间隙较小，工作介质很难进入到极间，电蚀产物无法抛出，放电点无法顺利转移，整体粗糙度变大。偏移量过大，也会导致表面粗糙度较大[3]。总的来看，电腐蚀问题受到电极丝、工作介质、脉冲电源和工件材料等相关因素的影响，因此，在加工过程中，偏移量虽然不是直接影响因素，但也要重视。

经过上述分析，在采用浸液式加工方式时，表面产生的凹坑小但是深，而气中单脉冲放电加工时，产生的凹坑大但是浅，总的来看，气中单脉冲放电加工技术效果更优。

在快走丝线切割加工过程中，采用钼丝，电极丝的直径一般为φ0.18mm，在加工过程中，电极丝会沿着中心线做高速运动，放电通道在击穿位置附近做高频运动，按照差动规律在极间移动。根据电极丝走丝速度和放电时间得到移动距离，具体的公式为：d=0.5Ton·v。在此基础上，还需要明确气中加工移动热源作用下单个电蚀坑的组成，进而针对单脉冲放电蚀除体积进行计算，包括单个电蚀坑熔融、凸起部分、蚀除等方面的体积计算。根据数据进行建模，分别计算单个电蚀加工的数据，最终完成连续脉冲蚀除量计算。根据上述数据进行建模，利用求解得到的脉冲有效利用率、电蚀坑叠加、表面粗糙度和蚀除层厚度等参数数据，完成整体计算。进而选择不同的电参数条件，确定蚀除层厚度以及中心距离参数等内容，得到最终的模型结果。

4 电火花加工技术的结果分析

为了解决电火花加工波导类深孔、盲孔、台阶类产品时出现的接刀和电腐蚀的难题，深入分析其加工规律，结合具体实验配合有限元仿真分析技术展开研究，最终得到了以下结论。1）在进行电火花加工时，采用气中单脉冲放电加工技术效果更佳，移动热源下的单脉冲中心点温度低于固定热源下的温度。随着移动的距离变大，在受热面积变大的情况下，受热温度会逐渐减小。2）移动热源下形成的电腐蚀坑呈现椭圆形，通过数学模型的计算分析，对单个电蚀坑有了深刻的认识和了解，借助抛出层、白层和热影响层等参数内容，确定了体积和厚度参数，确定了产生电腐蚀的原因。将理论数据额和实际数据相比较，误差控制在10%以内，使模型的合理性得到保证。在使用电火花加工技术前，需要对加工过程进行预测和参考，使加工效率得到提高，保证准确进度。

结合上述内容，利用NH7125ZNC电火花机床、16 mm的紫铜电极，分别对深孔加工模具钢和钼钛锆合金钢进行加工，二者的设定深度分别为125 mm和93 mm。采用双变量自适应控制系统进行加工，在这种控制系统下接刀和电腐蚀的公关难题都得到了一定的解决。在实际加工过程中通过上述的参数模型进行分析，在加工开始时，加工屑很容易被排出，拉弧率较低，过程稳定，当加工到一定深度后，拉弧率突然升高，加工状态开始下降，此时，抬刀周期快速下降，减少输入能量，使加工更加稳定。由于钼钛锆合金钢加工难度较大，在实际生产过程中，应该对抬刀周期进行快速调整，在输入足够加工能量的同时保证加工的稳定性，使加工速率最快。这种双变量自适应控制系统主要是针对抬刀周期和间隙伺服电压为控制变量，不仅可以发挥出自适应调整作用，也可以平衡金属屑量，使加工过程更加稳定，切实提高了电火花加工技术难题。不仅在这种用于核工业钼钛锆合金钢加工中具有加强的效果，在常规如航天航空材料加工中也具有极高的加工能力，值得在航空航天等工业制造领域中推广。最为主要的是，从实际实验结果来看，在双变量自适应控制下的电火花加工不仅可以面对熔点为2 640℃的特制材料，在面对传统待加工材料时，加工效果进一步提高，深度是原来的3.7倍。在面对加工核工业特制的钼钛锆合金时，深度也能够达到93 mm[4]。

而且在这个过程中，加工速度没有发生改变。最为主要的是，随着电火花加工技术的不断开发和应用，这种双变量自适应控制系统的优势将会进一步凸显出来，会在电火花加工波导类深孔、盲孔和台阶类产品中得到广泛应用。

5 结语

综上所述，电火花加工技术存在稳定性较差的问题，对其本身加工能力的发展带来了极大的阻碍。尤其是电火花加工在应用波导类深孔、盲孔、台阶类产品时，几乎难以加工，需要面对接刀和电腐蚀的公关难题。通过该文研究的计算模型，能够保证各项参数的准确性，在稳定加工技术的同时，提高加工效率，平均误差只有4.48%，真正满足技术发展需求。同时也在一定程度上，降低了对工人技术提出的要求，得到相应的盲孔深度。

参考文献

[1]程美.工作介质对电火花加工中材料去除的影响研究[J].模具技术，2019（4）：40-45.

[2]王迪.电火花加工工艺对金属材料表面的影响研究[J].科技风，2018，365（33）：163.

[3]朱永迪.电火花加工中小直径深孔加工和微孔加工特性分析[J].锻压装备与制造技术，2018（4）：100-103.

[4]郭刚.标准球在数控电火花成形加工精密定位中的應用探讨[J].深圳职业技术学院学报，2018（3）：15-17.