電火花加工電極形狀變化規律研究發展概述

王文建　常皓　劉鵬軍

摘 要 隨著特殊加工工藝需求的難加工材料工件日益增多，目前所研究的傳統機械加工方法很難滿足加工要求的加工精度和加工效率。電火花加工具備非接觸加工，與加工材料機械性能無關、加工過程中無宏觀切削力，不受材料性能影響等特點，因此廣泛應用于精密加工中，但是加工過程中存在電極損耗和形狀變化，因此分析電火花加工中電極損耗和形狀變化規律發展現狀，可為電火花微小曲面加工、精密加工研究狀態提供一定的參考。

關鍵詞 電火花加工 電極形狀變化規律

中圖分類號：TG661文獻標識碼：A

0引言

在微電子、醫療、汽車、通訊等行業，微細微小產品的全球市場需求越來越大，在2005年產值已達到380億美元，2012年預計可達1000億美元。電火花加工是利用正負電極間火花放電的電熱效應去除材料而實現加工的一種特種加工技術。由于具有非接觸加工、加工過程幾乎無切削力，不受材料的強度、硬度限制等特點，電火花加工方法被認為是微細加工和硬脆難加工材料的最優方法之一，所以了解電火花加工電極損耗形狀變化規律的研究現狀是非常必要的。

1電火花加工電極損耗研究發展現狀

1.1電極放電概率

Morimoto等人通過電火花加工仿真的方法，以指數分布計算放電概率，確定加工放電位置，模擬電火花加工重復連續放電過程，通過進行試驗研究可知，對不同工作區域進行模擬，得到的電極形狀和間隙寬度分布與試驗結果一致。Kitamura等人使用SiC單晶作為電極材料，加工開始數百次脈沖放電后，超過70%的工作表面被放電產生的氣泡所占據，放電不僅發生在液體中，而且發生在氣泡和液體之間的邊界處。通過最終研究可知，放電概率發生在液體和氣泡之間的邊界處最高，最后一次放電概率發生位于邊界處的碎屑顆粒處最高。Abbas等人研究了電火花加工中電容和電感對諧振頻率的影響，檢查了不同頻率下的放電連續性概率。表明在諧振頻率下進行加工時，可以實現在預定脈沖持續時間內較高的放電連續性概率，從而大大提升了材料去除率（MRR）。

1.2電火花加工計算機仿真

計算機仿真技術在很多領域獲得的成功，都表明它在電火花加工研究中的重要性。Kao等人研究用計算機人工神經網絡的方法來識別電火花加工過程，識別的成功率能夠達到98.5%。Y Zhao等人基于Z-map方法，介紹了配備直線電機的電火花成形過程幾何模型的開發。該模型已被用來計算火花發生的最小間隙距離，并分析工件和電極表面之間產生火花的可能性。計算出一個火花放電形成的火山口形狀，預測最終加工的表面形貌。進行了相關實驗驗證所開發的幾何模型的有效性。許多學者利用考慮刀具磨損影響的表面輪廓生成理論模型，運用這個簡化的仿真算法，進行微觀和宏觀EDM生成的表面輪廓仿真，最終預測工具電極加工后的損耗形狀。高德東使用ANSYS對電火花加工中單次放電狀態的溫度場進行仿真，最終預測了凹坑形貌。許佩霞對電火花加工理論建立了物理模型，利用計算機仿真獲得了電極工件間的電場分布，找到了提高擊穿放電通道的有效途徑。陳日等人修正了電火花加工中球缺計算模型，并進行溫度場分布的電火花加工過程仿真，預測出了電蝕凹坑的形貌。

1.3研究電極形狀變化

Yeong等人根據刀具磨損造成的顯著降低加工精度的問題。提出了一種圓柱形電火花加工工藝的幾何仿真模型，用來預測工具和鉆孔的幾何形狀。將仿真結果與實際的實驗結果進行比較，表明幾何預測形狀變化誤差在13%以內。劉宇等人由于微細電火花小孔加工過程中不同電極材料的損耗，進行多材質電極仿真并制備多材質電極進行試驗，仿真與試驗結果都表明多材質電極能夠降低電極損耗和提高加工精度。L Zhang等人在TF-WEDG中，利用高的去除分辨率，通過在線測量的直徑反饋后，可以實現微電極的精確直徑和形狀變化仿真。傅宇蕾等人提出了基于MATLAB的電極磨損幾何仿真模型，用于預測鉆具和鉆孔的幾何外形。通過設置放電間隙影響因素等參數，模擬電極幾何形狀變化的過程。

2結論

在電火花加工中，電極是必不可少的，電極的損耗及形狀變化規律研究是一個重要問題，本文采用多種研究方法對電火花加工電極進行了研究，結果有了一定的基礎，從長遠角度來看想要實現一次成型加工方法，深度研究電極材料的損耗和形狀變化規律是未來加工復雜曲面的一個必然趨勢。

作者簡介：王文建，男，1991年生，內蒙古赤峰，碩士，助教。研究方向：微細電火花加工、特種加工及盾構施工技術。

參考文獻

[1]Morimoto，K.&M.Kunieda.Sinking EDM simulation by determining discharge locations based on discharge delay time[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology，2009，58（01）：221-224.

[2] 高德東.基于熱學仿真的微細電火花加工表面形貌預測[J].制造技術與機床，2008（11）：49-53.

[3] 許佩霞.電火花加工極間電場數值的模擬與試驗[J].機械制造與自動化，2008，37（06）：155-158.

[4] 陳日，郭鐘寧，劉江文等.電火花加工過程的溫度場仿真與研究[J].計算機仿真，2015，32（02）：219-222.