電火花成形機教學研究

劉 軍

（福建林業職業技術學院，福建 南平 353000）

我校有一臺漢川機床有限責任公司生產的精密單軸數控電火花成形機HCD300ZK和三臺泰州亞豐數控機床有限公司生產電火花數控線切割機床DK7732。在教學中筆者發現學生對線切割有濃厚興趣，而對電火花卻不感興趣。具體原因線切割有軟件編程，又可以加工各種形狀，學生對此非常喜歡。而我校精密單軸數控電火花成形機由于功能簡單，僅有拷貝功能。學生觀察半個小時失去興趣。本人從事電加工教學多年，深知電火花成形機在實際生產重要性，特別是電火花參數，它影響電火花加工速度和電極損耗以及表面粗糙度三者之間關系。筆者根據電火花參數設置基本參數，讓學生在基本參數基礎改變一個參數加工20min，要求學生觀察電流、電壓變化，用深度尺測量加工深度和電腦顯示屏已加工值比較，算出電極損耗。一開始加工時間不要太長，否則學生容易失去耐心和興趣。

實驗前要求學生用Φ25mm銅電極加工雙面磨過45鋼板。前提條件采用上油加工油面超過45鋼板50mm，波形選擇45（等脈寬無階梯），打開模糊控制開關（設置CTL2=42表示連續檢測到4個非正常脈沖將當前停歇擴大2倍CTL3=42表示連續檢測到4個短路脈沖將當前管數IP減為2）。當然在實驗之前我們必須讓學生了解電火花參數基本規律，用實驗數據加以證明。

根據脈沖寬度選擇原理，在其它工藝條件不變前提下，在一定范圍內，隨著脈沖寬度增大，切割速度呈上升趨勢，表面粗糙度變差，當超過臨界時，加工穩定性變差使切割速度下降。通過實驗可以看出，相同條件下脈寬以80μs增加到230μs，20min內測量深度逐漸變深。說明隨著脈寬增大，切割速度呈上升趨勢。但脈寬超過280μs，發現加工深度不再上升，反而下降。學生認為這同上面理論相違背。如何解釋上述現象？脈寬是指放電時間，脈寬280μs超過臨界點，通俗說230μs放電時間足夠使金屬融化，多余50μs能量過剩，這時多余放電能量會燒傷工件。由于多余放電時間加長，在同樣時間切割速度反而下降。由于會燒傷工件這不難解釋隨著脈沖寬度增大，表面粗糙度變差。可是學生經常為了使表面粗糙度變好就減小脈沖寬度，這樣做雖然避免燒傷工件，但如果放電時間太小沒有足夠能量使金屬融化，反而使表面粗糙度變差。脈沖寬度選擇必須一定實際條件相匹配。

根據脈沖間隔選擇原理，在其它工藝條件不變前提下，減小脈沖間隔，可提高脈沖放電頻率，從而使切割速度上升。通過實驗可以看出，在相同條件下脈沖間隙從110μs到40μs，20分鐘內測量加工深度不斷增加，這點同上面理論相符合。脈沖間隙到20μs反而測量加工深度有下降趨勢，學生認為這同上面理論相違背。這說明脈沖間隔不能無限壓縮，也存在一個臨界值，當脈沖間隔過小時，排屑出現困難，消電離不充分，加工必然不穩定且易出現拉弧燒傷工件，使加速度下降。

脈沖放電能量是峰值電流ip與脈寬ON組合起來就構成，ip取決于IP和V。本電源的主電源回路是用VMOS效率管的開關功能提供的，其動作回路數有IP選擇，回路多ip大。回路電壓由V決定，V大ip也大，脈沖放電能量也大。根據峰值電流選擇原理，隨峰值電流加大，脈沖能量增加，切割速度相應加大，加工表面粗糙度變差，但當峰值電流超過某臨界值時，過大峰值電流將導致工件燒傷，加工穩定性下降進而導致切割速度下降。回路空載電壓選擇原理如同峰值電流選擇原理。通過實驗，可以觀察IP從4到9，加工電流明顯不斷增加，加工深度明顯不斷增加，加工表面粗糙度明顯變差。從實驗數據可以觀察空載電壓為1（90伏）比空載電壓為0（60伏）加工深度明顯增加了。說明隨峰值電流、電壓加大，脈沖能量增加，明顯提高加工速度。學生可以觀察這同上面理論相符合，而且加工深度要比脈寬、間隔明顯多。所以我們認為ON、IP、V用來決定單個脈沖能量，是左右加工表面粗糙度，電極損耗等加工結構的最重要參數，放電能量主要與IP、V成正比例，當放電能量越大，打出來的坑越深，ON時間越長，放電作用的時間越長，融化的面積越大。

從實驗數據可以看出實測量加工深度和電腦輸入的深度值不一樣。實測量加工深度=電腦輸入的加工深度值+放電間隙—電極損耗值+零點定位方法所造成的誤差。加工工件用雙面磨過45鋼板，我們在用百分表校正，所以將在零點定位方法所造成誤差忽略。電容設置為零，電極損耗小于1%。也就是說加工1mm電極損耗值0.01mm。由于20分鐘加工時間太短，幾乎看不出電極損耗，所以將電極損耗值忽略。電火花放電間隙范圍0.01~0.50mm，放電間隙與峰值電流有關，峰值電流越大，放電間隙不斷增加。放電間隙可以用游標卡尺測量出加工圓直徑和電極直徑相減得到，從實驗數據看出放電間隙為0.02。所以實測量加工深度=電腦輸入的加工深度值+放電間隙，實測量加工深度往往大于電腦輸入的加工深度值。

從表實驗數據看出放電間隙發生變化，從可以觀察峰值電流IP從4到9，放電間隙不斷增加，說明隨峰值電流、峰值電壓加大，放電間隙不斷增加。從實驗數據實測量加工深度=電腦輸入的加工深度值+放電間隙。當有了電極損耗是，實驗數據實測量加工深度小于電腦輸入的加工深度值+放電間隙。電極損耗=電腦輸入的加工深度值+放電間隙—實測量加工深度。例如峰值電流IP5電極損耗0.66+0.08-0.7為0.04，峰值電流IP7電極損耗為0.06，峰值電流IP9電極損耗為0.10。我們看出隨峰值電流、電壓加大，電極損耗不斷增加。如果電極損耗大于放電間隙，電腦輸入的加工深度值有可能大于實測量加工深度。

文章并沒有列舉所有參數變化影響電火花加工速度和電極損耗，由于20分鐘加工時間太短和測量誤差影響，文章所有實驗數據并不完全準確。我們目的是通過實驗來增強學生興趣，電火花參數千變萬化，要想真正掌握必須學習書上理論，在實踐去驗證理論。