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電火花加工中電極損耗分析與解決措施

文檔作者：張小燕，魏引煥文檔來源：陜西科技大學(xué)機電工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年03月31日
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2010年l】月
第38卷第22期
機床與液壓
MACHINE T0OL ＆ HYDRAULICS
N0v．2010
Vo1．38 No．22
DO／：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．22．044
電火花加工中電極損耗分析與解決措施
張小燕，魏引煥
(陜西科技大學(xué)機電工程學(xué)院，陜西西安710021)
摘要：從加工面積變化、加工件結(jié)構(gòu)尺寸，加工時間以及電極裝夾技巧和電極材料選取等方面分析電火花加工中影響
電極損耗、變形的各種因素，提出了具體有效的措施，對改善加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率以及延長電極使用壽命具有一定的現(xiàn)
實意義。
關(guān)鍵詞：電火花加工；電極損耗；加工質(zhì)量
中圖分類號：V261．6+1 文獻標識碼：B 文章編號：1001—3881 (2010)22—126—2
電火花在整個加工過程中要受到各種干擾因素的
影響，這些于擾因素包括短路、拉弧、放電間隙、電
蝕產(chǎn)物以及面積效應(yīng)和深度效應(yīng)等，它們直接或問接
地影響著加工質(zhì)量。如何控制好這些干擾因素，目前
已有大量的學(xué)者對此進行過詳細的分析研究。在長期
的實踐加工中作者發(fā)現(xiàn)，電極損耗和變形問題直接影
響到加工表面質(zhì)量和加工效率，尤其對加工件加工部
位的仿形精度、尺寸精度影響較大。電極損耗分為絕
對損耗和相對損耗。絕對損耗最常用的是體積損耗和
長度損耗，它們分別表示在單位時間內(nèi)，工具電極被
蝕出的體積和長度。相對損耗是用來衡量工具電極是
否耐損耗的一個相對指標，不僅僅要看電極損耗速
度，還要看同時能達到的加工速度。在電火花成形加
工中，工具電極的不同部位，其損耗速度也不相同，
主要表現(xiàn)在尖角、棱角、端面和側(cè)面等幾個部位。作
者在此通過實際中的一些典型工件的加工和具體的解
決途徑對電極損耗和變形問題作詳細的分析和研究，
并分析影響電極損耗和變形的各種兇素，對降低電極
損耗和減小變形概率以及提高加工質(zhì)量具有一定的現(xiàn)
實意義。
1 電極損耗和變形的主要表現(xiàn)形式及影響因素
電極損耗是電火花加工中一個非常值得研究和討
論的問題，它直接影響到加工表面質(zhì)量和加工效率。
在實際加工中，影響電極損耗的主要因素通常表現(xiàn)在
下面幾個方面。
1．1 小面積精加工對電極損耗的影響
小面積精加工由于放電間隙小，排渣不容易，電
極尖端部位電場強度大而易出現(xiàn)尖端放電現(xiàn)象，使電
極尖角和棱邊損耗較大。有的操作者往往通過追求高
的排屑來保證放電間隙正常放電，常常采取過大的沖
油壓力進行排屑。由于沖油壓力過大，流速過大，引
起電極局部積炭現(xiàn)象減少，即降低了“覆蓋效應(yīng)”
黑膜的生成，反而增大了電極損耗，這是值得注意的
一個問題。對于這種小面積精加工，為了降低電極損
耗，沖油壓力要適當，最好采用弱沖油的原則。也可
采用下沖油方式，盡管采用下沖油方式對電極損耗速
度影響不大，但是要注意此類方式對工具電極端面的
均勻性影響較大，容易使電極下端面形成凹形面，所
以精加工時最好視加工條件而定。為增大排屑，最好
通過減小放電時間、提高抬刀高度、采用高頻窄脈
寬，使電極圓角半徑的損耗相對降低，以確保電火花
精加工時實現(xiàn)低損耗，以利于黑膜的形成。當黑膜厚
度達到一定值(約0．O1 mm)時，由于其保護和補償
作用，使電極損耗進一步降低或無損耗。但是在黑膜
形成的同時，也易形成電弧放電，所以，要求脈沖電
源的控制系統(tǒng)盡量完善，不致破壞黑膜形成，又不會
產(chǎn)生電弧。另外，加工前后一定要清理加工區(qū)域，檢
查是否存在雜物和毛刺，以確保穩(wěn)定的放電加工。
1．2 加工件結(jié)構(gòu)尺寸偏小對電極使用壽命的影響
由于加工件的特殊性和復(fù)雜性，加工件結(jié)構(gòu)尺寸
偏小從而導(dǎo)致在電火花加工中經(jīng)常出現(xiàn)小而薄的電
極。它不僅給定位裝夾帶來一定困難，容易人為誘發(fā)
電極傾斜、折斷，最重要的是當遇到的伺服壓力過大
時，很容易出現(xiàn)彎曲和熱變形，從而影響加工質(zhì)量。
所以，在對電極進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時除保證本身薄小的部
位外，其他加工部位應(yīng)保證有足夠的強度。另外在裝
夾電極時用力要均勻，沖液流量不能過大，要調(diào)節(jié)合
適，伺服壓力不能過大，加工時峰值電流也不能取得
偏大，以達到延長電極壽命和保證工件質(zhì)量的目的。
1．3 加工時間過長對電極損耗的影響
電火花機床在連續(xù)工作了2個班以上尤其在精加
工時，隨著加工的進行，電極變得越來越短，致使被
收稿日期：2009—09—24
作者簡介：張小燕，女，高級工程師，主要從事材料成型專業(yè)實驗教學(xué)工作。電話：13609215481，E—mail：zhangxiaoyan@
sust．edu．en。
第22期 張小燕等：電火花加工中電極損耗分析與解決措施 ·127·
加工表面通常會形成一個從起點到終點的傾斜面。同
時加工中主軸電極頭在“回退、直至完全離開工作
液” 的整個過程中，還要受到工作液對其表面產(chǎn)生
的壓力作用。電極在受到這些外界的客觀因素作用
下，其工作端面或工作棱面由于受到工作液的強力沖
刷，使得電極積炭現(xiàn)象明顯減少，致使工作面受到嚴
重的損傷，直接影響加工件表面質(zhì)量。所以，根據(jù)實
踐加工經(jīng)驗，最好每上完一個班后(當然是在加工
件不更換的情況下)，需對電極進行必要的修磨(用
細砂紙輕輕研磨)，必要時在不影響加工精度的情況
下可更換電極，并適時觀察主軸“伺服進給系統(tǒng)”
的穩(wěn)定性，以確保放電加工的正常進行。
1．4 電極裝夾不當對電極損耗的影響
往往在電火花加工結(jié)束時操作者才發(fā)現(xiàn)工件的加
工位置出現(xiàn)了偏差，待檢查電極后發(fā)現(xiàn)原來是電極把
工件位置打偏了，造成工件報廢。這種現(xiàn)象主要是由
加工前工件裝夾不牢，或電極的裝夾方式不當所致。
當電極裝夾不牢固(螺絲未擰緊或螺絲滑絲)時，
在放電過程中由于受到工作液沖力而產(chǎn)生的反阻力作
用很容易致使電極彎曲或變形，對于一些細長電極則
會出現(xiàn)折斷現(xiàn)象。而工件裝夾不牢固則表現(xiàn)為加工中
工件受力而發(fā)生位置偏移，出現(xiàn)電極工作端面局部某
個點重復(fù)放電燒傷或電極端面放電不均勻等現(xiàn)象。針
對這些現(xiàn)象，操作者在加工前不僅要對所加工電極和
工件及主軸作對中心精度校正，檢查其定位基準有無
毛刺和雜質(zhì)，并仔細觀察工件的加工部位有無位置偏
差，更重要的是要提高安全加工意識，用正確可靠的
裝夾方式裝夾電極和工件， 螺釘緊固時用力要均勻、
適當，以防電極變形。對于細長電極，伸出部分的長
度在滿足加工要求的前提下，盡可能短，以提高其鋼
性。當然，加工前還要對加工件和電極作必要的退磁
處理，并檢查電極端面和工件底部有無雜質(zhì)和氧化
物。加工中還要隨時聆聽加工聲音以及觀察放電火花
顏色的變化，以求得安全穩(wěn)定的加工環(huán)境，延長電極
的使用壽命。
2 降低電極損耗的措施
2．1 有效排除電蝕物
電火花在加工過程中產(chǎn)生的電蝕物(金屬微粒、
炭粒子、氣泡等)，如果來不及排除，擴散出去，就
會改變間隙介質(zhì)的成分，不僅降低絕緣強度，更重要
的是破壞了消電離過程(消電離不充分)，使下一個
脈沖放電通道始終集中在某一部位，使介質(zhì)和金屬表
面局部過熱而破壞消電離過程，這樣脈沖火花放電將
惡性循環(huán)并轉(zhuǎn)變?yōu)橛泻Φ姆€(wěn)定電弧放電。同時工作液
局部高溫分解后很有可能結(jié)炭，并在該處聚成焦粒而
在兩極間搭橋，使加工無法進行下去并燒傷電極和工
件。所以工作液質(zhì)量的優(yōu)劣對電火花加工工藝指標和
電極損耗有著潛在的影響作用，這是一個不可忽視的
影響因素。衡量工作液質(zhì)量優(yōu)劣的主要指標有：黏
度、密度、介電常數(shù)、酸度和氧化穩(wěn)定性等。一般工
作液低黏度有利于放電間隙中的液體流動，而當液體
黏度增大時，則液體流動性變差，排屑差，所以，一
般液體黏度應(yīng)控制在2．2～3．6 mm ／s。而當工作液
密度增大時，則金屬粒懸浮在工作液中時問很長，不
易沉降，造成工作液呈混濁狀態(tài)，引起拉弧、二次放
電和加工穩(wěn)定性降低，為此，應(yīng)將工作液密度控制在
0．65 mL左右放電加工方能正常進行。液體介電常
數(shù)應(yīng)盡量減小，一般控制在2左右，使液體絕緣性
好，以保證放電加工連續(xù)正常進行，否則將引起拉
弧，甚至造成工件和電極燒傷。為此，要定時過濾和
更換工作液，確保其良好的流動性，提高排屑力度，
降低對電極潛在的損耗隱患。尤其在精加工中，若選
取紫銅作電極，由于紫銅具有良好的導(dǎo)電性和加工穩(wěn)
定性，排屑較好，電極損耗較低。在小間隙精加工
中，為避免出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，保證加工質(zhì)量，可采取減
小精加工余量、定期地自動抬起工具電極，或通過改
變定期抬刀比來增大排屑力度以及增大脈沖停歇時
間，以降低加工時的平均電流，限制電蝕產(chǎn)物濃度過
大而充分地改善排屑條件，降低電極損耗速度，從而
提高加工效率。但是若加工面積較大、不通風(fēng)且又是
深型腔的加工，則不宜定時抬刀，因為此時若抬刀，
工具電極抬刀時主軸擠壓工作液時會對電極和工件產(chǎn)
生很大的反作用，從而造成主軸、立柱等部件的局部
變形而引起瞬時短路。此時可采用適時抬刀，即在加
工不正常時抬刀，則可提高生產(chǎn)率。另外，在電火花
工作液中如能加入一些添加劑，如銅、鋁等氧化物粉
未，在放電作用下會產(chǎn)生大量的“負離子” 與“正
離子”復(fù)合，從而減小對陰極的轟擊，保護了電極，
降低了電極損耗速度。
2．2 電極材料和加工參數(shù)的合理選用
選用合適的電極材料是減少工具電極損耗的重要
措施。石墨和純銅電極是電火花加工中最常見的電極
材料，二者通常能達到低損耗加工，但是在加工中加
工參數(shù)一定要選合適。例如，選用純銅電極進行粗加
工時，選取大脈寬、小峰值電流可達到低損耗加工，
加工面粗糙度 o值可達3．2～】．6 m，盡管加工中
生產(chǎn)率較低，但是保證了加工面質(zhì)量。而石墨電極的
加工穩(wěn)定性好，熔點高，并且在大脈寬加工時能吸附
工作液中的游離碳，補償電極的損耗，電極表面質(zhì)量
不被損壞，故廣泛用于粗加工以及大型腔的加工；但
在窄脈寬精加工時電極很容易燒傷，產(chǎn)生燒弧現(xiàn)象。
所以， 石墨電極加工中一般采用沖油方式(有條件
(下轉(zhuǎn)第47頁)
第22期 魏平等：基于四開數(shù)控雕銑機床深孔件的數(shù)控程序設(shè)計 ·47·
X143．3：
M02；(主程序結(jié)束)
：O0100；(子程序)
G00Z2．0：
GO1Z-6．0F350：
( 0Z-4．0：
Z-5．0：
GO 1Z一10．0F250：
G00z2．0：
Z一9．0：
GO 1Z一12．0F200；
GO OZ2．0：
M99；(子程序結(jié)束)
利用SKDX70100仿真軟件進行程序驗證，主要
驗證加工前期的實驗狀況及加工過程控制，可以看出
加工效果及效率，如圖7所示，真實加工效果如圖8
所示。
圖7 仿真加工圖
圖8 產(chǎn)品加工效果圖
4 結(jié)束語
從合路器產(chǎn)品的孔加工工藝實施過程中可看出，
在加工中必須不斷地調(diào)整如切削用量、切削液、刀
具、工裝、加工程序等，使加工效率最高、成本最
低。
(上接第127頁)
的也可采用交替沖油，用來抵消電極端面缺陷從而得
到較平整的端面，但必須是在油孔位置與電極形狀對
稱時才能實現(xiàn))，可降低電極的損耗程度。
2．3 提高加工技能和安全操作意念
由于電火花成形加工的復(fù)雜性，操作人員不僅要
掌握數(shù)控編程技術(shù)、加工規(guī)準選擇、電極補償?shù)葘I(yè)
技術(shù)知識，并且還要掌握相關(guān)的技術(shù)知識和具有高度
的責任心，其中任何一個環(huán)節(jié)的欠缺和不足均將造成
加工過程的缺陷和失敗。由于技術(shù)操作的不當，往往
造成加工過程異?，F(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，通常表現(xiàn)為加工坐
標數(shù)值設(shè)置錯誤(例如深度值設(shè)錯)，拿錯電極，看
錯圖紙以及數(shù)控編程出錯等情況，更嚴重的是加工中
常有人把正負極性接反。而電極方向接錯對電極損耗
影響很大，將造成放電的不穩(wěn)定性，嚴重時造成電極
和工件燒傷。一般粗加工時工件接負極，精加工時接
正極。操作者一定要視加工條件正確使用。
3 結(jié)束語
電火花加工電極損耗和變形是一個復(fù)雜的過程。
為了降低電極損耗程度，減少變形，除了充分利用放
電過程的極性效應(yīng)和吸附效應(yīng)外，同時也要選用適宜
的電極材料，并且在實際的加工過程中要根據(jù)具體的
加工對象實施一定的加工技巧和選擇合適的加工參
數(shù)，因為電火花加工中電極作為工具來使用，它不是
通用的，而是專用的，操作者必須按照工件材料、工
件形狀以及加工要求選擇電極材料、設(shè)計合理的形
狀，這樣才能減小電火花加工中電極的變形概率，降
低損耗程度和加工成本，提高生產(chǎn)率。作者對此作了
詳細的分析和研究，相信對從事電火花加工的同行們
有一定的借鑒作用。
參考文獻：
【1】黃毅宏，李明輝．模具制造工藝[M]．北京：機械工業(yè)出
版社，1999．6．
【2】孟慶國，趙萬生，于云霞．電極運動阻力及其對電火花加
工的影響[J]．電加工與模具，2001(4)：15—17．
【3】高上品．電火花成形加工工作液的物理化學(xué)性質(zhì)[J]．
電加工與模具，2002(5)：38—40．
【4】曹鳳國．電火花加工技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，
2004 8

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