火花機(jī)放電加工不穩(wěn)定現(xiàn)象簡(jiǎn)析
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(gè)加工過(guò)程效果的重要指標(biāo)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(wèn)題，如何實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定度的電火花加工也是當(dāng)前電加工領(lǐng)域研究、探討的熱點(diǎn)。下面就自己多年的電火花加工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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。
1.電火花加工放電過(guò)程機(jī)理的概述
電火花加工是由許多微觀的單脈沖放電過(guò)程組成的。正常的單脈沖放電過(guò)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(shí)高溫使工作液氣化、裂化，金屬材料熔化、氣化，瞬時(shí)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(jìn)行消電離，恢復(fù)絕緣的復(fù)雜過(guò)程。電火花加工時(shí)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(kāi)路、火花放電、過(guò)渡電弧放電、電弧放電、短路五種。各種放電狀態(tài)在實(shí)際加工中是交替、概率性地出現(xiàn)的。為了實(shí)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(guò)程良性循環(huán)。
2.電火花加工穩(wěn)定狀況的評(píng)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(guò)加工過(guò)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(lán)白色夾火紅顏色，火花細(xì)小均勻。加工液面冒無(wú)煙小氣泡，聽(tīng)到的火花聲音清脆、連續(xù)。機(jī)床的電流、電壓表呈有規(guī)律的擺動(dòng)，伺服百分表勻速進(jìn)給。加工中每次放電時(shí)間、抬刀動(dòng)作有規(guī)律的持續(xù)。機(jī)床深度檢測(cè)值呈穩(wěn)定的遞進(jìn)。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(dòng)，伺服機(jī)構(gòu)急劇跳動(dòng)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(guò)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(shí)大一些，電流、電壓表有明顯波動(dòng)，加工中短時(shí)放電，頻繁抬刀。深度檢測(cè)值來(lái)回變化較大，呈回退往返。過(guò)渡電弧放電常發(fā)生于精加工中，其破壞性相對(duì)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(kāi)路）和短路是允許的?？蛰d放電時(shí)，火花間隙上有大于50v的電壓，但沒(méi)有電流流過(guò)，電流表無(wú)顯示，短路是放電間隙直接短路相接，間隙短路時(shí)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(huì)使工件和電極局部形成缺陷?？蛰d放電和短路都沒(méi)有對(duì)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(yán)重的表面質(zhì)量問(wèn)題。使電極出現(xiàn)表面缺陷。不穩(wěn)定放電狀態(tài)下無(wú)規(guī)律的火花間隙使加工尺寸無(wú)法準(zhǔn)確控制，影響加工精度?？梢?jiàn)保證加工中穩(wěn)定的放電對(duì)加工具有重要的意義。
3.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(jī)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(jī)床良好的加工性能來(lái)完成加工的。電火花機(jī)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(jìn)行高穩(wěn)定加工實(shí)現(xiàn)高品位加工質(zhì)量。如果機(jī)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(yán)重影響加工質(zhì)量。機(jī)床脈沖電源工作性能、機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的異常是電火花機(jī)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(jī)床脈沖電源波形失常是zui常見(jiàn)的問(wèn)題，使加工不能穩(wěn)定進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的放電加工，必須要求機(jī)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(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)具有高度的靈敏性，能夠準(zhǔn)確對(duì)放電狀態(tài)中火花間隙進(jìn)行檢測(cè)，自動(dòng)對(duì)異常放電作出調(diào)節(jié)，調(diào)整、滯后盡量要小，抗干擾能力強(qiáng)。由于機(jī)床性能異常方面的問(wèn)題比較復(fù)雜，使用人員在經(jīng)過(guò)確認(rèn)是機(jī)床問(wèn)題后，應(yīng)及時(shí)與機(jī)床維修服務(wù)部，請(qǐng)專業(yè)人員維修，排除故障。
（2）電參數(shù)調(diào)節(jié)不正確對(duì)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(zhǔn)主要由電流、脈沖寬度、脈沖間隙三大電參數(shù)組成。使用過(guò)大的電流，過(guò)大的脈沖寬度，過(guò)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(biāo)要求來(lái)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(duì)工藝指標(biāo)影響也不大。其次考慮減小脈沖寬度，過(guò)大的脈沖寬度使加工中短時(shí)內(nèi)放電次數(shù)過(guò)多，加工中來(lái)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(shí)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(shí)間，增大抬刀高度。處理電參數(shù)時(shí)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(shí)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(duì)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(fù)極性（電極為負(fù)極）加工，也會(huì)發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，根本無(wú)法加工下去，應(yīng)將加工極性改過(guò)來(lái)。
（3）加工中液處理方式不當(dāng)及加工液質(zhì)量問(wèn)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(jìn)行的。工作液的絕緣性能在脈沖放電的過(guò)程中起到消電離的作用，在加工中對(duì)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(jìn)行排屑，避免電弧放電，使加工穩(wěn)定進(jìn)行。但是不適當(dāng)?shù)囊禾幚矸绞揭矔?huì)影響放電的穩(wěn)定狀況。沖、抽油壓力過(guò)大，會(huì)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?？蓪_、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(huì)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(kāi)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(chǎng)，會(huì)引起集中放電和二次放電，對(duì)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(qiáng)烈的沖刷會(huì)引起電極邊角異常損耗。所以在精密加工中通常采用無(wú)沖液、浸油加工的液處理方式，依靠抬刀的動(dòng)作來(lái)排屑實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工。這就對(duì)機(jī)床配置提出了更高的要求。像機(jī)床主軸采用很高加速度進(jìn)給加工時(shí)，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(zhǎng)時(shí)間的加工會(huì)使油溫過(guò)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(shí)在加工液循環(huán)系統(tǒng)上油處安裝冷卻裝置來(lái)控制。加工中工作液的質(zhì)量對(duì)加工放電穩(wěn)定也很重要。含加工屑過(guò)多的臟污加工液在加工中因不能及時(shí)緩解放電間隙內(nèi)的污染狀況，導(dǎo)致放電點(diǎn)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(huì)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(dòng)性、滲透性好等特點(diǎn)。目前有很多類(lèi)型的電火花加工工作液，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(lèi)、材料的質(zhì)量、不同電極材料加工電參數(shù)配對(duì)的因素對(duì)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(diǎn)。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(guò)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，zui突出的特點(diǎn)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?yàn)椴牧系膬r(jià)格昂貴。它們?cè)诩庸の⒓?xì)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(wú)雜質(zhì)的電解銅，經(jīng)過(guò)鍛打。石墨電極材料有好幾種分類(lèi)，如埃米級(jí)、特細(xì)級(jí)、超細(xì)級(jí)、精細(xì)級(jí)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(qiáng)度較好，在加工中不易產(chǎn)生剝落。使用不同的電極材料進(jìn)行加工應(yīng)靈活處理好電參數(shù)的配對(duì)，才能達(dá)到加工中放電穩(wěn)定，加工效果良好，發(fā)揮所選材料價(jià)值的目的?，F(xiàn)在很多電加工機(jī)床都能根據(jù)不同的加工材料組合自動(dòng)配對(duì)電參數(shù)。電參數(shù)配對(duì)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(shì)，處理好其加工中的缺陷問(wèn)題。因使用機(jī)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）。
表1 不同電極材料主要電參數(shù)的配對(duì)關(guān)系
（5）選用的工藝方法不合理使加工中出現(xiàn)放電不穩(wěn)定現(xiàn)象。電火花加工的工藝方法是否合理可行也是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工的重點(diǎn)。大多加工是：采用粗加工電極蝕除大量金屬完成粗加工，然后再換半精或精加工電極完成過(guò)渡加工或精加工。這種工藝方法的關(guān)鍵是加工中應(yīng)采用電極搖動(dòng)的方法來(lái)改善排屑狀況，達(dá)到穩(wěn)定的加工。采用多段加工條件用自由平動(dòng)的方法，隨著加工深度的進(jìn)給，另外兩軸同時(shí)作擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)。加工中采用搖動(dòng)的方法可使放電更穩(wěn)定，減少了二次放電現(xiàn)象，可獲得側(cè)面與底面更均勻的表面粗糙度，被廣泛采用。搖動(dòng)量的大小視加工部位形狀、精度要求而決定，一般在精加工中取0.03mm左右。因搖動(dòng)量小，對(duì)加工的仿形精度也不會(huì)有影響。如果在加工中不采用搖動(dòng)的方法，則很難實(shí)現(xiàn)小間隙放電條件下的穩(wěn)定加工。在精加工中很容易發(fā)現(xiàn)因這個(gè)原因造成的不穩(wěn)定加工現(xiàn)象。不穩(wěn)定放電形成的二次放電可能會(huì)使加工尺寸偏大，在排屑條件好的情況下也可能因?qū)嶋H產(chǎn)生火花間隙小于電極縮放量而使加工尺寸偏小，使尺寸不能準(zhǔn)確地得到控制。采用搖動(dòng)的加工方法能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的加工，能很好解決這些問(wèn)題。
（6）難以加工部位不利于加工的穩(wěn)定進(jìn)行。有些加工部位因其加工局限性導(dǎo)致在加工中容易發(fā)生放電不穩(wěn)定現(xiàn)象。像在表面部位剛開(kāi)始加工時(shí)，加工清角部位，加工尖細(xì)的部位時(shí)，由于實(shí)際放電面積偏小，電流密度偏大，局部電蝕產(chǎn)物濃度過(guò)高，放電點(diǎn)不能分散轉(zhuǎn)移，放電后的余熱來(lái)不及擴(kuò)散而累積起來(lái)，造成過(guò)熱，破壞加工的穩(wěn)定性。必須暫時(shí)減小電流，待實(shí)際加工面積逐步擴(kuò)大，加工逐步穩(wěn)定后，再逐步增大電規(guī)準(zhǔn)。加工深孔、有斜度的部位、深腔部位時(shí)，由于排屑困難，在加工中也會(huì)發(fā)生放電不穩(wěn)定現(xiàn)象。要求采取適當(dāng)?shù)拇胧└纳婆判夹阅?。斜度?lèi)電極加工一定要有很高的排渣高度。深孔、深腔類(lèi)部位可以對(duì)電極選用較大的尺寸縮放量，通過(guò)平動(dòng)來(lái)改善排屑。加工深的圓孔，在裝有c軸，使用erowa夾具并且同心的情況下，加工時(shí)使c軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可達(dá)到非常穩(wěn)定的加工。清角部位在加工可行的情況下采用3軸聯(lián)動(dòng)的方法，即斜向加工，避免了因加工部位面積小而發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象。還有在有些難加工部位采用橫向伺服加工也可以改善放電穩(wěn)定性。對(duì)電極采用避空、開(kāi)排氣排屑孔等也可以改善一些難加工情況下的放電不穩(wěn)定現(xiàn)象。
（7）加工操作環(huán)節(jié)中的處理問(wèn)題造成的放電不穩(wěn)定現(xiàn)象。加工操作中一些細(xì)小環(huán)節(jié)處理不好也會(huì)發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象。小件或難以裝夾的工件、電極因沒(méi)有采取可靠的裝夾方法，導(dǎo)致加工中發(fā)生松動(dòng)，出現(xiàn)放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象。工件經(jīng)磨床加工后會(huì)產(chǎn)生磁性，尤其是小工件，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)退磁處理直接用來(lái)電火花加工，會(huì)使加工屑因被吸附難以排出而導(dǎo)致加工中放電不穩(wěn)定，因此加工前必須對(duì)工件退磁。加工部位存在雜物、銹跡、毛刺，導(dǎo)致開(kāi)始加工時(shí)放電非常不穩(wěn)定。有通孔類(lèi)部位的加工在裝夾中沒(méi)有考慮利用孔來(lái)排屑而變成盲底加工，大大降低了加工穩(wěn)定性。加工中產(chǎn)生“放炮”現(xiàn)象有可能會(huì)使工件松動(dòng)，氣體引燃的過(guò)程也影響了加工的穩(wěn)定性。電極校正有偏差使其變成傾斜加工也會(huì)稍微影響放電的穩(wěn)定。在深腔類(lèi)部位的加工中，沒(méi)有及時(shí)用毛刷清除加工屑積存物，會(huì)在加工中出現(xiàn)放電不穩(wěn)定現(xiàn)象，使加工難以順利進(jìn)行。根據(jù)以上在操作中導(dǎo)致放電不穩(wěn)定現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，分別采取相對(duì)應(yīng)的措施可改善加工的穩(wěn)定性。
綜合上文對(duì)電火花加工中放電不穩(wěn)定現(xiàn)象產(chǎn)生原因的分析，可見(jiàn)加工屑的排出對(duì)電火花加工穩(wěn)定性有舉足輕重的作用，大多措施基本上都是通過(guò)直接或間接改善加工的排屑狀況，在排屑順暢的條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工的。對(duì)電火花加工中多種干擾因素的認(rèn)識(shí)和排除，是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定放電加工的重要保證。通過(guò)改善電火花加工中放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，可以避免異常放電產(chǎn)生的加工異常問(wèn)題，保證加工質(zhì)量，提高加工效果.
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