电火花高效小孔加工探索

中国空空导弹研究院  汪朝阳

摘要：针对单位目前对电火花加工小孔时效率低，电极损耗大的难题，研究电极转速与电火花小孔加工速度的关系及不同形状电极对小孔加工效率和质量的影响，得出了电火花小孔加工时的适宜的电极形状和旋转速度组合，提高了加工效率。

关键词：电火花加工；小孔；电极； 

1引言

我院经常需要在硬质合金或轴承钢等难切削材料加工小孔或微孔，这些孔一般孔径小于1mm，由于材料硬度高，普通刀具切削无法实现，电火花是加工这类微小孔的唯一方法。但在加工小孔时需要对预拉伸的电极进行找正，不仅费时费力，对操作者的要求也很高，人为影响因素很大，且由于在加工过程中电极损耗大，加工两三个零件后就必须截掉已使用部分，需要重新找正电机，无法适应零件批量生产。本文旨在通过研究影响电火花小孔加工效率的要素，寻找出电火花微小孔高效加工的方法，突破该类零件对生产进度的制约。

通过查询相关技术文献，影响电火花小孔加工效率和电极损耗的主要有电极旋转速度和电极形状，文中对这两个因素不同参数分别进行了试验，得到了较优的参数组合。

2电极转速与电火花小孔加工速度的关系研究

张雷等人[1]通过仿真手段，分析处电极旋转能够在电火花间隙流场中产生向上分量，有助于电蚀颗粒排除，提高电极转速能有效提高电火花小孔加工速度的结论。但由于电火花加工对于机床和加工环境特异性，因此不同设备可能结果会稍有差异。

本实验在瑞士阿奇电火花加工机床F0350上开展，加工对象为3mm厚的白钢刀片，加工电极为小孔加工常用φ1实心圆柱电极，观察并记录电极不旋转、20转/分和40转/分时，电火花打孔深度情况。试验数据如表1：

表1  不同转速用实心圆柱电极加工小孔试验数据记录表 （单位：mm）

图1 不同转速用实心圆柱电极加工小孔试验时间关系图

实验结果显示，电极转动能够明显提高电火花的打孔效率，在电极不旋转的情况下，由于电蚀颗粒无法抛出，电极表面更容易出现氧化积碳，随着加工深度的增加持续恶化，加工效率越来越低，而旋转电极能够明显改善这个情况。

在小孔加工过程中，提高主轴转速能够较为明显的提高零件加工速度，在前半分钟内，转速为40转/分比转速为20转/分加工速度快42.6%。但随着孔深度的不断增加，这种效果会逐步变弱。主要原因是在电极转动过程中，加工间隙流场发生了较大变化，增强了电蚀抛出物的流动，而在深度达到一定程度后，电蚀抛出物的排出效果无法进一步改善，因而降低了加速效果。

因此，在电火花加工小孔过程中，可以通过增加电极转速提高打孔速度，且在电火花打孔过程中，通过降低增加抬刀次数，减少单次打孔时间，增加抬刀频率也是提高效率的一种途径。

3 电极形状与电火花小孔加工速度的关系研究

多个文献表明[2-4]，不同的电极形状对电火花加工间隙流场的影响极大，但目前的研究大多集中于削边电极对加工速度的影响研究，结合单位实际加工，我们对圆柱电极、圆柱削边电极、空心电极、空心削边电极这四种电极进行了试验分析，并对其加工速度进行了记录分析，并对电极的损耗进行了目视观察。

图2 不同形状电极形状示意图

试验选择了直径1mm的上述四种电极，圆柱电极为黄铜棒通过车削加工所得，空心电极为专用电火花型材。通过上节试验结果，试验时四种电极旋转速度均为40转/分，对厚度为3mm的白钢刀片进行加工，其试验数据记录见表2：

表2  不同形状电极加工小孔试验数据记录表

图3 不同形状电极加工小孔试验时间关系图

由图3各曲线分布情况可看出，在加工小孔时，不同形状电极对加工速度有较大的影响。前半分钟内，空心电极加工速度最快，空心削边电极次之，实心削边电极最慢，分析其原有为在前半分钟内，由于加工深度不大，电蚀物排出比较顺畅，但空心电极比实心电极有更大的容屑空间，其放电效果也更加明显，所以空心电极比实心电极速度快。在深度不大的情况下，放电面积成为了影响加工速度的重要因素之一，所以削边电极普遍比同类型不削边电极加工速度慢。随着加工深度增大，排屑对零件加工速度的影响逐渐强化，实心圆柱电极的加工速度随着加工深度的增加逐渐变慢，实心削边电极的加工速度手深度影响较小，在加工到2mm深度时，加工速度超过了实心电极，而在加工深度为3mm孔时，空心电极的排屑效果一直较为稳定，且高于削边电极。在电极磨损方面，削边电极的损耗程度明显大于圆柱电极。

综合加工速度和电极损耗两个方面考虑，在现有条件下，加工3mm深φ1小孔时，采用空心电极是最优选择。

4结论

通过对电极不同旋转速度和电极不同形状对小孔加工效率的试验，得到了如下几点结论：

1、通过旋转电极可以改善电火花小孔加工环境，提高加工效率。小孔加工速度随着电极转速的增加而提高；

2、电极形状对小孔加工效率有较大的影响。对于加工φ1mm深3mm的小孔，空心圆柱电极最佳，实心圆柱电极次之，削边电极由于加工损耗太大，不利于孔的稳定加工；

参考文献

［1］张雷,王玉魁,耿雪松,王振龙.削边电极深小孔微细电火花间隙流场仿真研究[J].电加工与模具,2011(3):33-38

［2］张雷，王玉魁，耿雪松.削边电极深小孔微细电火花间隙流场仿真研究［J］.电加工与模具，2011（3）:33-37.

［3］张晶晶，曹明让．削边电极电火花小孔加工仿真及试验研究［J］．机械设计与制造，2013，(10):139－141;144．

［4］曹一龙，曹明让，郝岳峰，袁玉成．螺旋电极电火花小孔加工排屑仿真和试验究［J］．机械设计与研究，2015，(01): 89-92.

作者简介：汪朝阳，1975.05 ,男，本科学历，高级工程师，主要从事零件的加工和焊接工艺研究工作。

1工作单位：中国空空导弹研究院，