電火花細(xì)微孔加工方法研究

李存震+葉錦華

摘 要：相對于其他電火花加工操作而言，細(xì)微孔的特殊性對加工方法提出了較高的要求。為了保證細(xì)微孔的加工質(zhì)量，在實(shí)際加工處理過程中，應(yīng)該嚴(yán)格控制各項(xiàng)參數(shù)，避免細(xì)微孔出現(xiàn)質(zhì)量問題。本文從電火花細(xì)微孔加工的特點(diǎn)入手，對電火花細(xì)微孔加工方法進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：電火花；細(xì)微孔；加工方法

前言：隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，電火花細(xì)微孔加工技術(shù)的出現(xiàn)為機(jī)械鉆削加工帶來了新的生機(jī)。就我國目前情況來看，雖然電火花細(xì)微孔加工的應(yīng)用范疇較為廣泛，但其加工過程很容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。對于生產(chǎn)加工廠家而言，這種現(xiàn)象會從一定程度上增加加工過程所需的成本，進(jìn)而影響最終獲利情況。為了避免出現(xiàn)上述狀況，生產(chǎn)廠家應(yīng)該嚴(yán)格要求加工人員，保證電火花細(xì)微孔加工方法、加工操作的準(zhǔn)確性。

一、電火花細(xì)微孔加工的特點(diǎn)

與常規(guī)的電火花加工方式相比，電火花細(xì)微孔加工的特點(diǎn)主要包含以下幾種：

（一）工具電極細(xì)微性特點(diǎn)

電火花細(xì)微孔加工屬于一種成型加工模式。在實(shí)際加工過程中，工具電極的細(xì)微性特點(diǎn)增加了深徑孔加工的難度。如果加工對象孔的深徑參數(shù)較大時，異常放電現(xiàn)象的出現(xiàn)可能會引發(fā)工具電極被燒毀，干擾電火花細(xì)微孔加工的順利進(jìn)行。

（二）被孔徑細(xì)微性特點(diǎn)

通常情況下，電火花細(xì)微孔的孔徑參數(shù)處于0.1mm以下。這種具有細(xì)微性特點(diǎn)的孔徑參數(shù)要求電火花加工過程中每個脈沖的放電能量參數(shù)相對較小。結(jié)合我國電火花細(xì)微孔的加工經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)每個脈沖的放電能量處于10-6-10-7J范圍內(nèi)時，其所產(chǎn)生的電蝕量能夠滿足電火花細(xì)微孔的深度及電蝕坑直徑要求（分別為小于0.1μm和小于1μm）[1]。

（三）被加工孔徑細(xì)微性特點(diǎn)

在電火花細(xì)微孔加工中，被加工孔徑也具有明顯的細(xì)微性特點(diǎn)。為了滿足這一加工要求，電極端面的放電間隙參數(shù)應(yīng)該為1μm[2]。隨著加工孔深度參數(shù)的不斷增加，加工放電區(qū)域工作也的循環(huán)難度也會發(fā)生相應(yīng)增加。在這種情況下，能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)的放電間隙范圍相對較小，所得細(xì)微孔加工成果很容易受到相關(guān)因素的影響。

此外，電火花細(xì)微孔加工過程還具有檢驗(yàn)操作難度高、工作液性能特殊等特點(diǎn)。對于生產(chǎn)加工企業(yè)而言，這些特點(diǎn)的存在不利于細(xì)微孔加工成本的控制。為了從電火花細(xì)微孔加工中獲得更多的經(jīng)濟(jì)利潤，應(yīng)該加強(qiáng)高效性、高質(zhì)量加工方法的研發(fā)，更好地滿足客戶對細(xì)微孔的使用要求。

二、電火花細(xì)微孔加工方法

這里主要從以下幾方面入手，對電火花細(xì)微孔加工方法進(jìn)行分析和研究：

（一）微能脈沖電源方面

這種加工方法的原理在于：在對原材料進(jìn)行加工的過程中，脈沖通過放電作用使得原材料產(chǎn)生脈沖電蝕量。脈沖電蝕量參數(shù)的大小與電火花細(xì)微孔的加工質(zhì)量有關(guān)（二者呈正相關(guān)關(guān)系）。微能脈沖電源基于這一原理，為待加工的原材料提供了較小的脈沖電蝕量參數(shù)，有效保證了電火花細(xì)微孔的加工質(zhì)量。

相對于傳統(tǒng)電源而言，微能脈沖電源的應(yīng)用優(yōu)勢主要包含以下幾種：第一，開關(guān)特性優(yōu)勢。微能脈沖電源將大功率場效應(yīng)管作為自身的高速開關(guān)器件。在實(shí)際應(yīng)用過程中，微能脈沖電源通過多數(shù)載流子導(dǎo)電。因此，其電火花細(xì)微孔加工過程基本不會出現(xiàn)少數(shù)載流子的積累效應(yīng)[3]。相對于存在積累效應(yīng)的電源而言，微能脈沖電源的開關(guān)特性相關(guān)較高。第二，開關(guān)時間優(yōu)勢。從本質(zhì)角度來講，可以將微能脈沖電源內(nèi)部的大功率場效應(yīng)管看成一種電壓控制元件。在電火花細(xì)微孔加工過程中，這種元件前級部分的驅(qū)動電路所需的輸入功率參數(shù)相對較小。從這個角度來講，由于大功率場效應(yīng)管內(nèi)部的能量傳輸時間相對較短，因此，微能脈沖電源開關(guān)的時間參數(shù)相對較短。

（二）電致伸縮器件方面

電致伸縮器件的應(yīng)用優(yōu)勢主要在于：當(dāng)加工環(huán)境的直流電壓參數(shù)低于300V時，這種器件能夠保持自身位移始終具有良好的線性[4]。這種加工方法的加工原理為：在電火花細(xì)微孔加工過程中，脈沖電壓可以對電致伸縮器件產(chǎn)生一定的激勵作用，使得器件內(nèi)部及表面產(chǎn)生應(yīng)力波、機(jī)械振動波。當(dāng)壓電換能器與細(xì)微孔加工工件之間處于剛性連接狀態(tài)時，壓電換能器的機(jī)械振動特性將會通過遷移作用，使得細(xì)微孔加工工件同樣產(chǎn)生這種特性。此時，加工材料工件在激振作用下，電火花細(xì)微孔加工的工具電機(jī)端面包鉻工作液、其他相關(guān)工件的表面也會出現(xiàn)壓力波傳播。這個傳播過程可以對電火花細(xì)微孔加工過程中的放電條件及工作液循環(huán)起到良好的改善作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升加工過程放電脈沖利用率參數(shù)的目的。

（三）自適應(yīng)控制系統(tǒng)方面

從本質(zhì)角度來講，電火花細(xì)微孔加工難度主要是由其加工過程中較小的放電間隙引發(fā)的。這種加工特點(diǎn)對電極的放電效率提出了較高的要求（靈敏度及放電效率方面）[5]。為了實(shí)現(xiàn)加工目的，利用將自適應(yīng)系統(tǒng)與伺服控制環(huán)結(jié)合起來，構(gòu)成一個完善的控制系統(tǒng)。在電火花細(xì)微孔加工過程中，自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以對加工對象進(jìn)行精確跟蹤。當(dāng)伺服控制環(huán)開展電火花細(xì)微孔加工過程中出現(xiàn)短路狀態(tài)時，自適應(yīng)控制系統(tǒng)能夠迅速判斷將短路這種異常狀態(tài)判斷出來，并切斷脈沖電源，通過回退電極的方式將加工過程中的異常放電現(xiàn)象消除。

結(jié)論：與常規(guī)電火花加工相比，電火花細(xì)微孔加工具有明顯的工具電極細(xì)微性、加工孔徑細(xì)微性、被加工孔徑細(xì)微性等特點(diǎn)。為了降低加工過程中質(zhì)量問題的發(fā)生概率，促進(jìn)電火花細(xì)微孔加工的順利完成，可以將自適應(yīng)控制系統(tǒng)、電致伸縮器件、微能脈沖電源等加工方法應(yīng)用在細(xì)微孔加工過程中。這些加工方法的應(yīng)用可以對電蝕量產(chǎn)生良好的控制作用，提升放電脈沖的利用率。因此，生產(chǎn)廠家可以應(yīng)用這些方式，提高從電火花細(xì)微孔加工中獲得的經(jīng)濟(jì)利潤。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭新毅. 深微孔電火花加工關(guān)鍵技術(shù)研究[D].大連理工大學(xué)，2010.

[2]何小龍. 精密微孔電火花電化學(xué)組合加工技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

[3]殷國強(qiáng). 電火花加工微孔的深徑比理論模型研究[D].大連理工大學(xué)，2010.

[4]李偉. 電火花微孔加工中工具電極振動研究[D].大連理工大學(xué)，2015.

[5]郭學(xué)杰. 微細(xì)電火花加工微孔的深徑比預(yù)測模型研究[D].大連理工大學(xué)，2013.