電火花加工中小直徑深孔加工和微孔加工特性分析

朱永迪

（蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

自從電火花成形加工普及應(yīng)用以來，技術(shù)上有了很大發(fā)展。特別是對模具制造業(yè)起到了很大的作用。復(fù)雜型腔的模具制造是機(jī)械加工中的一個技術(shù)難題，電火花加工技術(shù)對特殊形狀的零件、模具型腔等加工具有很大的優(yōu)越性[1]。電火花放電加工是利用兩電極極間脈沖火花放電產(chǎn)生大量的熱能，熔化、蒸發(fā)和拋出電極材料，達(dá)到加工目的[2]。然而，電極在加工中對一些小直徑深孔和微孔，就加工方法與性能又有不同的對策。本文就電火花成形加工中硬質(zhì)合金小直徑深孔加工方法與性能進(jìn)行分析，并以?0.012mm微孔加工為實(shí)例對微孔加工性能進(jìn)行分析。

1 硬質(zhì)合金小直徑深孔加工方法與性能分析

由于硬質(zhì)合金的硬度很高，因此，它是一種機(jī)械加工中難以加工的材料，通常要采用金剛石或氮化硼（CBN）等工具進(jìn)行加工。但是，根據(jù)形狀和加工深度，有很多必須采用電火花成形加工，特別是對于深小孔幾乎都要依靠電火花成形機(jī)來加工。下面介紹電火花成形加工在小直徑深孔加工中的應(yīng)用實(shí)例。

（1）機(jī)械零件的孔加工；

（2）模具的排氣孔；

（3）線切割加工的預(yù)孔；

（4）電火花成形加工的預(yù)孔。

在上述的第（3）項的線切割預(yù)孔加工實(shí)例中，多數(shù)是硬質(zhì)合金的直徑小而深的深孔加工。表1是利用安裝在電火花成形加工機(jī)床上的小孔專用附件（小孔加工導(dǎo)向工具）加工硬質(zhì)合金小直徑深孔的加工性能的一個實(shí)例。

表1 小孔加工性能實(shí)例

電火花穿孔加工方法有利用管子電極的加工方法（圖1）與成形電極的加工方法（圖2）。對于孔徑在 變小。0.25mm以下的深孔加工中，管子電極的直徑為0.2mm以下，表2是管子電極的規(guī)格。采用管子電極的加工方式應(yīng)注意以下事項：

圖1 使用小孔工具的加工方法

（1）因采用長度為200mm以上的長電極，所以需要使用如圖1所示的管子導(dǎo)向器。

（2）加工孔的入口直徑小，出口直徑變大的傾向如圖3b所示。

圖2 使用旋轉(zhuǎn)電極的加工方法

（3）由于加工液量的不同，特別是加工液的噴射或噴流壓力過高，使得電極損耗與加工時間產(chǎn)生改變[3]。

（4）在即將穿透時，一旦加工不穩(wěn)定就會延長加工時間，并使錐狀的出口直徑變大。

（5）利用搖動加工可以調(diào)整加工的尺寸，為提高加工效率，搖動的幅度（Step）最好保持0.02～0.03mm之內(nèi)。

另外，當(dāng)加工深度淺的孔時，應(yīng)采用如圖2所示的電極成形法。圖3a表示產(chǎn)生加工錐度的傾向，即入口側(cè)變大、出口處

表2 管子電極的規(guī)格

圖3 加工孔的趨向

2 ?0.012mm微孔加工對策探析

2.1 微細(xì)電極的成形

電火花加工?0.012mm的微孔時必須制作?0.006～0.007mm的電極。通常，大多用電火花加工來成形?0.1mm以下的微細(xì)加工用的電極。對于?0.05mm以下的電極基本上也可考慮用電火花成形。電極成形有各種方法，因此，電極的成形特性也不盡相同。如圖4所示，在利用反靠塊的成形方法中電極的成形長度L與電極直徑d之比（L/d）存在圖5所示的關(guān)系。電極直徑越小，L/d的比值就越小。而且L/d之比，還與所采用的機(jī)床、電源裝置以及被成形的電極材質(zhì)有關(guān)。

圖4 反靠塊式的電極成形法

圖5表示使用直線電機(jī)驅(qū)動的電火花成形機(jī)床“AQ35L”時，鎢及銀鎢（AgW）兩種材質(zhì)的成形特性。成形直徑在0.05mm以下時，鎢材料明顯有利。因此在孔徑?0.05mm以下的微孔加工中，被成形的電極材料最好采用鎢。從圖中可以看到，電極直徑?0.007mm的成形長度是成形直徑的23倍，即0.16mm。

圖5 電極成形直徑與成形倍率

圖4的成形電極（1次電極）使用銀鎢材料。

2.2 微孔加工特性

在實(shí)心材料上加工孔時，加工深度會受到一定的限制。若采用圖4所示的成形方法成形電極時，其加工深度與加工直徑之比L/d（深徑比）的特性如圖6曲線所示。從該圖中顯示出，孔徑越大，深徑比越大，孔徑越小，深徑比也越小。?0.01mm孔的深徑比為4～5。但孔徑再大，深徑比最大極限也在25左右。

圖6 加工直徑與加工深度

另外，圖中還表示旋轉(zhuǎn)電動機(jī)驅(qū)動的傳統(tǒng)機(jī)床與直線電動機(jī)驅(qū)動的機(jī)床，兩者相比，直線電動機(jī)驅(qū)動的機(jī)床更為有利。

這就是說，孔的加工特性與電極成形特性一樣，因使用的機(jī)床與電源裝置的不同而異，還因電極與工件材質(zhì)等因素的不同而不一樣。尤其是微細(xì)加工，在?0.01mm以下的微小間隙狀態(tài)下，伺服響應(yīng)性要求高。顯而易見，精密微細(xì)加工要求專門設(shè)計的機(jī)械裝置比傳統(tǒng)的要有利。

2.3 加工速度特性

圖7 加工進(jìn)給與加工時間

圖7 表示直線電動機(jī)驅(qū)動的電火花加工機(jī)床在實(shí)心材料上加工孔時加工過程曲線，因電極投影面積大小的不同而異。但是，電極面積若能獲得泵唧效應(yīng)，就會如同圖7曲線①所示那樣與加工深度無關(guān)，并能以穩(wěn)定的速度加工。當(dāng)電極面積變小時，就不能得到充分的泵唧效應(yīng)，如同圖7中的曲線②和③所表示的那樣，隨著加工深度的增加，加工進(jìn)給速度就會變慢，不久便會與加工時間的X軸成平行，使得加工不能進(jìn)行下去。

一旦加工屑被滯留在加工底面，就很容易在電極與加工屑之間產(chǎn)生異常電弧放電。進(jìn)而在碳黑出現(xiàn)增長時，電極就開始后退，不得不停止加工。因此，圖7的Lmax就成為最大加工深度的臨界點(diǎn)。從圖6中可以了解到，孔徑為?0.012mm，在使用直線電動機(jī)驅(qū)動的電火花機(jī)床的情況下，深徑比約為5.3倍。

2.4 加工實(shí)例：?0.012mm微孔加工數(shù)據(jù)

用一根成形電極連續(xù)加工4個微孔的實(shí)例，以下為該孔加工數(shù)據(jù)：

3 結(jié)束語

在電火花成形加工中，對于硬質(zhì)合金小直徑深孔加工方法和性能與普通的銅打鋼（Cu-St）有許多差異。電火花穿孔加工方法可用管子電極的加工方法，也可用成形電極的加工方法，當(dāng)加工深度淺的孔時，應(yīng)采用成形電極的加工方法。

通過對微細(xì)電極的成形分析可知，電極直徑越小L/d的比值就越小，而且L/d之比，還與所采用的機(jī)床、電源裝置以及被成形的電極材質(zhì)有關(guān)。通過對微孔加工特性分析可知，微孔在加工中與使用的機(jī)床和電源裝置的不同而有較大差異，還與電極與工件材質(zhì)等因素的不同而不一樣。通過對微孔加工速度特性分析可知，微孔加工中應(yīng)使電極面積盡量獲得泵唧效應(yīng)。通過用一根成形電極連續(xù)加工4個?0.012mm微孔實(shí)例，對微孔加工方法與性能進(jìn)行驗(yàn)證。