电火花成型加工质量及其影响因素

4.3.6　电火花成型加工质量及其影响因素

1．放电间隙对加工精度的影响

电火花加工时，电极和工件之间始终存在着一定的放电间隙。放电间隙使加工出的工件型孔（或型腔）尺寸与电极的外形轮廓之间相差一个单边放电间隙。由于放电间隙的大小受到电规准和电极材料、冲油压力等工艺参数的影响，其大小一般在0.01～0.1mm的范围内，而大功率的粗加工，有时可达0.3～0.4mm甚至更大的范围。所以，放电间隙的具体大小要根据实际加工工艺参数来决定。

另外，放电间隙的大小还要考虑到由于二次放电所带来的加工斜度对加工误差的影响。目前，采用较稳定的脉冲电源和高精度的电加工机床，在加工稳定性良好的情况下，可以把放电间隙误差控制在0.02～0.05mm的范围内。

2．二次放电对加工精度的影响

所谓二次放电是指在加工过程中，除了电极与工件之间的正常放电外，在通道间隙中，发生在导电微粒与工件和电极间的火花放电。

工作液中由电腐蚀所产生的导电微粒一旦充斥于电极与工件之间，便会由于该处较小的间隙而导致火花放电，形成加工过程中的二次放电。间隙中的二次放电会导致电腐蚀表面的形状偏离电极的形状，形成电加工误差。

如图4-29和图4-30所示反映了二次放电所带来的加工误差。在深孔加工中，由于孔口的电加工时间长，二次放电对该部分的火花腐蚀影响就大，随着加工孔的深度不断地增加，加工时间最长的孔口的直径会比刚加工的孔底直径大很多，即产生了所谓的喇叭口现象。这种由于二次放电所形成的加工孔壁的倾斜，称为电加工中的加工斜度。

图4-29　电火花穿孔加工中的喇叭口现象

图4-30　二次放电与加工斜度

1—电极　2—电蚀微粒　3—工件

二次放电的次数越多，单个脉冲的能量越大，加工斜度就越大。从工艺上采取措施及时排除电蚀产物是减小加工斜度的重要手段。生产中常采用定时抬刀和振动电极的手段来提高冲油排屑效果，或者采取将工作液从孔的下方抽出的方法，以降低液体上部电蚀产物的浓度。目前的精加工技术，可以把加工斜度有效地控制在10°以下。

3．电极损耗对加工精度的影响

（1）电极损耗影响加工精度　在电火花加工过程中，电极也会受到电腐蚀而损耗，从而破坏了电极原有的几何形状，引起工件几何形状和加工尺寸的误差。在各项误差因素中，电极损耗是影响工件加工精度的一个重要因素。

（2）电极损耗的不均匀性　电极的不同部位的加工损耗是不同的。由于电流的集肤效应，在电极的尖角、棱边等凸起部位，电场强度较强，很容易形成尖端放电，所以这些部位的损耗要快。电极的不均匀损耗必然引起加工误差。

（3）材料性能影响电极的损耗　电极的损耗受电极材料的热学物理常数的影响。例如，钨和石墨材料，熔点、沸点高，热容量大，它们的耐电腐蚀性就高；铜的熔点远比钢低，所以它不如钢那么耐腐蚀。一般常用的电极材料有钢、铸铁、石墨、黄铜、纯铜、铜钨合金、银钨合金等。另外，电极损耗还受脉冲电源的电参数、加工极性和加工截面积等因素的影响。因此在电火花加工中应正确选择脉冲电源的电参数和加工极性；用耐腐蚀性能好的材料来制造电极。

（4）电极损耗的极性效应　在电加工的过程中，虽然工件和电极两者都受到电腐蚀，但正、负两极的蚀除速度是不同的，对应于一定的短脉冲电规准，负极的电蚀除速度远小于正极。这种两电极蚀除速度不同的现象称为电加工的极性效应。

产生极性效应的基本原因是在极其短暂的脉冲电流作用下，小质量的电子在短时间内容易获得很大的高速度，以较大的动能轰击阳极表面。与此相反，冲击负极的正离子由于质量大，惯性大，在相同时间内所获得的速度和冲击能量远小于电子，大部分正离子在尚未到达负极表面时脉冲就已结束，所以负极的蚀除量远小于正极。

如果用较长的脉冲进行加工，正离子有足够的时间进行加速，并有足够的时间到达负极表面，则由于它的质量大，因而正离子对负极的轰击作用远大于电子对正极的轰击，负极的蚀除量就会大于正极。

（5）极性效应的应用　实际生产中，把工件接正极的加工，称为“正极性加工”或“正极性接法”。工件接负极的加工称为“负极性加工”或“负极性接法”。采用短脉冲的精加工，应采用正极性加工；采用长脉冲的粗加工，应选择负极性加工。

对于电源的要求是，在电加工中，应采用单向的直流脉冲电源。为了尽量减少电极的损耗，希望充分利用极性效应，加大工件的蚀除量而尽量保持电极的原形。