2.8其他电火花加工

2.8　其他电火花加工

随着生产的发展，电火花加工领域不断扩大，除了电火花穿孔成型加工、电火花线切割加工外，还出现了许多其他方式的电火花加工方法，如表2.8所示。

表2.8　其他电火花加工方法类型

续表

2.8.1　电火花小孔镗磨加工

在生产实践中，有些要求加工较高的精度和表面粗糙度的小深孔，但工件材料(如磁钢、硬质合金、耐热合金等)的机械加工性能很差。采用传统研磨方法加工时，生产率太低，采用内圆磨床磨削也很困难，因为内圆磨削小孔时砂轮轴较细，刚度很差，磨床的孔呈喇叭形，砂轮速度也很难达到要求，因而磨削效率下降，表面粗糙度值变大。采用不用很高转速的电火花磨削与镗磨加工是最有效的加工工艺。

电火花镗磨是工件做旋转运动、电极工具只做往复运动和进给运动而无旋转运动。如图2.60所示为加工示意图，工件5装夹在三爪自定心卡盘6上，由电动机7带动旋转，电极丝2由螺钉3拉紧，并保证与孔的旋转中心线相平行，固定在弓形架8上。为了保证被加工孔的直线度和表面粗糙度，工件(或电极丝)还作往复运动，这是由工作台9作往复运动来实现的。加工用的工作液由工作液管1浇注供给。

图2.60　电火花镗磨示意图

1—工作液管；2—电极丝(工具电极)；3—螺钉；4—脉冲电源；5—工件；6—三爪自定心卡盘；7—电动机；8—弓形架；9—工作台

电火花镗磨虽然生产率较低，但比较容易实现，而且加工精度高，表面粗糙度小，小孔的圆度可达0.003～0.005 mm，表面粗糙度R_a小于0.32 μm，故生产中应有较多。目前已经用来加工小孔径的弹簧夹头，可先淬火，后开缝，再磨孔，以避免已磨圆的孔在开缝后又再变形。特别适用于镶有硬质合金的小型弹簧夹头(见图2.61)和内径1 mm以下、圆度在0.01 mm以内的钻套及偏心钻套，还用来加工粉末冶金用压模，这类压模多为硬质合金。如图2.62所示的硬质合金压模，其圆度小于0.003 mm。另外，如微型轴承的内环、冷挤压模的深孔、液压件深孔等，采用电火花镗磨，均取得了较好的效果。

图2.61　硬质合金弹簧夹头图

图2.62　硬质合金压模

2.8.2　电火花外表面磨削加工

电火花磨削是指工具电极和工件电极之间附加传统磨削相对运动的电火花加工。电火花磨削可在穿孔、成型机床上附加一套磨头来实现，使工具电极做旋转运动。如工件也附加一旋转运动，则可提高磨孔的圆度。也有设计成专用电火花磨床或电火花坐标磨孔机床的，也可用磨床、铣床、钻床改装，工具电极做往复运动，同时还自转。在坐标磨孔机床中，工具电极作往复运动，工件的孔距靠坐标系统来保证。这种办法操作比较方便，但机床结构复杂、制造精度要求高。

电火花磨削实质上是应用机械磨削的运动形式进行电火花加工。作为磨削，一般工具电极和工件都应各自做回转运动，或工具电极和工件有相对的回转运动。电火花磨削加工时，工件电极与工件并不接触，且放电爆炸力很小，不易引起工件及工具电极的变形。因此，适用于各类低刚度零件，诸如细长杆、薄壁环形工件、蜂窝结构件以及高硬度、高黏度的高温合金等常规机械磨削难以加工的平面、窄槽、型孔等加工。

电火花磨削还可分为电火花平面磨削、电火花内外圆磨削以及电火花成型磨削(如电火花成型镗磨和铲磨等)。

为了进行电火花磨削，工具电极与工件应有相对旋转运动，其加工示意图如图2.63所示。由图可知，电火花磨削与机械磨削相似，只是将机械磨削用的砂轮改用石墨或铜等导电、耐火花腐蚀材料制成工具电极即可实现电火花磨削加工。常见的典型电火花磨削方式如表2.9所示。

电火花磨削的工艺特点:

①机械作用力很小，特别适合于薄壁弱刚性的磨削加工。

②通过控制脉冲电源的电参数，能获得较高的加工尺寸精度及良好的表面粗糙度。

③加工范围广，如内、外圆，平面，螺纹，花键，齿轮等成型面，各类成型刀具等。

图2.63　电火花磨削加工示意图

1—脉冲电源；2—工件；3—工具电极；4—工作液喷头

④对小批量试制工作，可由毛坯直接磨削成型。

⑤工件及工具电极的转速较机械磨削成型低。

⑥工具电极与工件间放电面积在多数情况下比较小(尤其是采用周边磨削方式时)，故电火花磨削加工效率低于常规电火花加工效率。

在实用中采用什么磨削方式，要根据工件加工部位的形状及结构、刚性等因素综合考虑确定。

表2.9　常见的电火花磨削方式

续表

2.8.3　电火花共轭回转加工

所谓电火花共轭回转加工，是在加工过程中工具电极和工件电极之间附加满足被加工面要求的共轭回转运动的电火花加工工艺。目前主要运用在各类螺纹环规及塞规，特别适合于硬质合金材料及内螺纹的加工，两电极之间附加了同方向、同转速的旋转运动；精密的内、外齿轮加工，特别适用于非标准内齿轮加工，两电极附加了齿轮之间的啮合运动，如图2.64所示；精密的内外锥螺纹、内锥面油槽等的加工如图2.65(a)、(b)、(c)所示；静压轴承油腔，回转泵体的高精度成型加工，如图2.66(a)、(b)、(c)所示；疏刀、精密斜齿条的加工等，如图2.67所示。

图2.64　电火花共轭回转加工精密内齿轮和变模数非标齿轮

(a)两轴平行、同向同步共轭回转，用外齿轮电极加工内齿轮

(b)两轴平行，反向倍角共轭回转，用变模数小齿轮加工齿数加倍的变模数大齿轮

2.8.4　电火花表面强化和刻字

电火花表面改性技术是利用工件和电极之间的电火花放电，在工件表面形成一层所要求性能的处理膜，来实现对工件表面进行强化、改性的技术。主要有气体中电火花表面强化(传统的电火花表面强化)，液体中电火花放电沉积表面改性处理，钛合金电火花放电着色，气体中放电沉积造型等。

图2.65　用圆柱螺纹工具电极电火花同步回转共轭式加工内、外锥螺纹或油槽

(a)内锥螺纹加工　(b)外锥螺纹加工　(c)内锥面油槽加工1—工件；2—电极

图2.66　静压轴承和电火花共轭倍角同步回转加工原理

(a)静压轴承　(b)倍角同步回转电火花加工(c)两轴斜交，同向倍角共轭回转，加工静压轴承的内锥油腔

图2.67　电火花加工精密斜齿条或梳刀

电火花表面强化一般以空气为极间介质，如图2.68所示为金属电火花表面强化器加工原理图，工具电极相对工件做小振幅的振动，二者时而短接时而离开，在这一过程中产生脉冲式火花放电，使空气中的氮或工具材料渗透到工件表面层内部，以改善工件表面的力学性能。

图2.68　金属电火花表面强化器加工原理图

电火花强化过程原理如图2.69所示，当工具电极与工件之间距离较大时(见图2.69(a))，电源经过电阻R对电容器C充电，同时工具电极在振动器的带动下向工件运动。当间隙接近于某一距离时，间隙中的空气被击穿，产生火花放电，如图2.69(b)所示。使工具电极和工件材料表面局部熔化，甚至汽化。当电极继续接近工件并与工件接触时(见图2.69(c))，在接触点流过短路电流，使该处继续加热，并以适当压力压向工件，使工具电极和工件表面熔化了的材料相互黏结、扩散形成熔渗层。如图2.69(d)所示为工具电极在振动作用下离开工件，由于工件的体积和吸收、传导的热熔比电极大，使靠近工件的熔化层首先散热急剧冷凝，从而使工具电极表面熔融的材料黏结，覆盖在工件上。

图2.69　电火花表面强化过程原理示意图

1—工具电极；2—工件

电火花表面强化层的特性:

①当采用硬质合金作电极材料时，硬度可达110～1 400HV(70HRC)或更高。

②当使用铬锰、钨铬钴合金、硬质合金作工具电极强化45钢时，其耐磨性比原表层提高2～2.5倍。

③用石墨作电极材料强化45钢表面后，用食盐水作腐蚀性试验时，其耐腐蚀性提高90%。用WC，CrMn作电极强化不锈钢时，耐蚀性提高3～5倍。

④耐热性好可提高使用寿命。

⑤疲劳强度提高2倍左右。

⑥硬化层厚为0.01～0.08 mm。

电火花强化工艺方法简单、经济、效果好，因此广泛应用于模具、刃具、量具、凸轮、导轨、水轮机及涡轮机叶片的表面强化，也可用于动平衡改变微变量质量，用于轴、孔尺寸配合的微量修复。

电火花表面强化的原理也可用于在产品上刻字、打印记。过去有些产品上的规格、商标等印记都是涂蜡及仿形铣刻字，然后用硫酸等酸洗腐蚀，有的靠用钢印打字。工序多，生产率低，劳动条件差。国内外在刃具、量具、轴承等产品上用电火花刻字、打印记取得很好的效果。一般有两种办法:一种是把产品商标、图案、规格、型号、出厂年月日等用铜片或铁片做成字头图形，作为工具电极(见图2.70)，工具一边振动，一边与工件间火花放电，电蚀产物镀覆在工件表面形成印记，每打一个印记为0.5～1 s；另一种不用现成字头而用钼丝或钨丝电极，按缩放尺或靠模仿形刻字，每件时间稍长，为2～5 s。如果不需要字形美观，可不用缩放尺而成为手刻字的电笔。图中用钨丝接负极，工件接正极，可刻出黑色字迹，若工件是镀黑或表面发蓝处理过的，则可把工件接负极，钨丝接正极，可刻出银白色的字迹。

图2.70　电火花刻字打印装置线路

L—振动器线圈，矱0.5 mm漆包线350匝，铁芯截面约0.5 cm²；C—纸介电容；0.1 μ F，200 V