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如何解決電火花機床在加工中放電不穩定現象
點擊次數：20506 發布時間：2022-5-7
如何解決電火花機床在加工中放電不穩定現象
電火花機床在加工中放電的穩定性直接影響加工的質量、效率，是衡量整個加工過程效果的重要指標之一。因此它一直是從事電火花加工工程技術人員關注的問題，如何實現高穩定度的電火花加工也是當前電加工領域研究、探討的熱點。下面就自己多年的電火花加工經驗，對加工中放電不穩定現象作闡述，分析其產生的原因，并提出一些改善的措施。
1.電火花機床在加工中放電過程機理的概述。
電火花加工是由許多微觀的單脈沖放電過程組成的。正常的單脈沖放電過程包括兩極間介質的電離、擊穿，形成放電通道，放電通道內的瞬時高溫使工作液氣化、裂化，金屬材料熔化、氣化，瞬時高壓使加工屑被拋入工作液中，隨著脈沖放電的結束，兩極間介質進行消電離，恢復絕緣的復雜過程。電火花加工時放電間隙內每一脈沖放電的基本狀態稱之為放電狀態。放電狀態有開路、火花放電、過渡電弧放電、電弧放電、短路五種。各種放電狀態在實際加工中是交替、概率性地出現的。為了實現穩定的電火花加工，必須減少脈沖放電中異常的放電狀態，使單脈沖放電過程良性循環。
2.電火花加工穩定狀況的評判與其產生的影響。
電火花加工中伴隨有一系列派生現象，通過加工過程中的外在表現，可以了解加工的穩定性，發現加工的異常放電狀態。正常加工中，觀察到的火花顏色通常為藍白色夾火紅顏色，火花細小均勻。加工液面冒無煙小氣泡，聽到的火花聲音清脆、連續。機床的電流、電壓表呈有規律的擺動，伺服百分表勻速進給。加工中每次放電時間、抬刀動作有規律的持續。機床深度檢測值呈穩定的遞進。反之，加工中放電集中于一處，火花顏色偏紅亮，液面冒白煙大氣泡，火花爆炸聲音低、沉悶，電流、電壓表指針急劇擺動，伺服機構急劇跳動的放電不穩定現象可判斷是電弧放電的可能，這種現象常使電極、工件結炭、燒傷。加工中較正常火花放電狀態稍差的是過渡電弧放電。其表現為放電聲音不均勻，產生的氣泡較正常放電時大一些，電流、電壓表有明顯波動，加工中短時放電，頻繁抬刀。深度檢測值來回變化較大，呈回退往返。過渡電弧放電常發生于精加工中，其破壞性相對比較輕，但很容易轉變成電弧放電。加工中偶爾出現空載放電(開路)和短路是允許的。空載放電時，火花間隙上有大于50V的電壓，但沒有電流流過，電流表無顯示，短路是放電間隙直接短路相接，間隙短路時電流較大，但間隙兩端的電壓很小，短路很容易損壞電極，頻繁的短路會使工件和電極局部形成缺陷。空載放電和短路都沒有對工件起到蝕除加工作用，影響加工速度。根據加工中的穩定狀況可以判定加工的放電狀態，由前述可知，放電不穩定的現象破壞了正常的火花放電，易轉變成異常放電狀態。不穩定的放電也使加工速度明顯降低，使加工表面粗糙度不均勻，甚至產生嚴重的表面質量問題。使電極出現表面缺陷。不穩定放電狀態下無規律的火花間隙使加工尺寸無法準確控制，影響加工精度。可見保證加工中穩定的放電對加工具有重要的意義。
3.產生放電不穩定現象的原因及改善措施。
(1)放電性能不好的電火花機床在加工中常發生放電不穩定現象。電火花加工主要是靠機床良好的加工性能來完成加工的。高檔電火花機床配備有多種脈沖輸出電路，主軸具有高速性和高響應伺服特性，這些特性能滿足在加工中進行高穩定加工實現高品位加工質量。如果機床加工性能不好，常在加工中發生難以控制的放電不穩定現象，嚴重影響加工質量。機床脈沖電源工作性能、機床伺服進給系統的異常是電火花機床本身原因造成在加工中常發生放電不穩定現象的主要原因。如機床脈沖電源波形失常的問題，使加工不能穩定進行。要實現穩定的放電加工，必須要求機床的脈沖電源能輸出一系列良性的脈沖，工作穩定可靠，不受外界干擾。機床的伺服進給系統應具有高度的靈敏性，能夠準確對放電狀態中火花間隙進行檢測，自動對異常放電作出調節，調整、滯后盡量要小。由于機床性能異常方面的問題比較復雜，使用人員在經過確認是機床問題后，應及時與機床維修服務部聯系，請專業人員維修，排除故障。
(2)電參數調節不正確對放電穩定產生不良影響。電參數使用不正確是產生放電不穩定現象的主要原因。電規準主要由電流、脈沖寬度、脈沖間隙三大電參數組成。使用過大的電流，過大的脈沖寬度，過小的脈沖間隙是電參數調節不合理產生放電不穩定現象的主要原因。三者應根據加工中的穩定性和加工的工藝指標要求來具體設定選擇。在放電不穩定的情況下，首先考慮增大脈沖間隙，可以使加工保證消電離，改善排屑狀況，對工藝指標影響也不大。其次考慮減小脈沖寬度，過大的脈沖寬度使加工中短時內放電次數過多，加工中來不及消電離，易產生燒弧。加工中其它參數也很重要。像直接影響排屑效果的抬刀速度、放電時間、抬刀高度等參數。放電不穩定的情況下應加快抬刀速度，減少放電時間，增大抬刀高度。處理電參數時應特別注意粗加工與精加工中放電穩定性的差別。粗加工中由于放電能量大，火花間隙大，排屑效果好，往往能實現較穩定的加工，精加工則恰恰相反，容易出現放電不穩定現象。所以對精加工應特別加以監控。加工的極性應正確，如果在通常加工中誤使用負極性(電極為負極)加工，也會發生放電不穩定的現象，根本無法加工下去，應將加工極性改過來。
(3)加工中液處理方式不當及加工液質量問題造成放電不穩定的現象。電火花加工是在工作液介質中進行的。工作液的絕緣性能在脈沖放電的過程中起到消電離的作用，在加工中對電極和工件起到加速冷卻，使電蝕產物從放電間隙中懸浮、排泄出去的作用。在電火花加工中常使用沖、抽液的方法進行排屑，避免電弧放電，使加工穩定進行。但是不適當的液處理方式也會影響放電的穩定狀況。沖、抽油壓力過大，會使放電通道不易形成，產生不穩定的局部放電，尤其在精加工中很明顯。可將沖、抽油壓力控制在接近穩定加工的臨界壓力范圍內。沖油方向不正確會使加工屑堆積而形成放電不穩定的現象，而且容易形成積炭。一般采用朝開口部位沖油，盲底部位采用朝下淋油的方法。沖抽油加工雖然能將加工屑很好排出，改善了放電的穩定性，但不均勻的流場，會引起集中放電和二次放電，對工件平面度、粗糙度影響很大，產生放電間隙不均勻的現象。而且強烈的沖刷會引起電極邊角異常損耗。所以在精密加工中通常采用無沖液、浸油加工的液處理方式，依靠抬刀的動作來排屑實現穩定加工。這就對機床配置提出了更高的要求。像機床主軸采用很高加速度進給加工時，產生的抽吸作用，使存在于電極與工件之間的加工屑、焦油以及廢氣等能有效地排出。長時間的加工會使油溫過高，加工部位表面如果不能很好得到冷卻很容易產生放電不穩定的現象。油溫應不高于35℃，必要時在加工液循環系統上油處安裝冷卻裝置來控制。加工中工作液的質量對加工放電穩定也很重要。含加工屑過多的臟污加工液在加工中因不能及時緩解放電間隙內的污染狀況，導致放電點不分散而形成有害的電弧放電。劣質的加工液因其性能差的原因也會使加工中出現放電不穩定的現象。采用的電火花加工液要求具有低粘度，高絕緣性、能疏通放電通道，流動性、滲透性好等特點。目前有很多類型的電火花加工專用工作液，而且研究出在工作液中加入相關添加劑的一些成果，能改善放電的性能，提高放電穩定性，可以被采用。
(4)選用電極材料的種類、材料的質量、不同電極材料加工電參數配對的因素對放電穩定性的影響。電極材料必須導電性良好，具有放電穩定等特點。純銅電極加工性能很好，尤其是加工穩定性，不易發生電弧放電或過渡電弧放電，在大多數加工中能穩定放電，被廣泛采用。石墨電極加工穩定性較好，其特點是在很大電流的粗加工中能保持穩定的放電，并且保證電極的低損耗，但在精加工中，易發生放電不穩定現象，易產生拉弧燒傷。銅鎢合金和銀鎢合金是很少采用的電極材料，因為材料的價格昂貴。它們在加工微細部位、深槽等難加工部位仍能很穩定的放電，電極損耗極小，在精密加工中被考慮使用。選用的電極材料必須保證質量才能在加工中放電穩定。純銅必須是無雜質的電解銅，經過鍛打。石墨電極材料有好幾種分類，如埃米級、特細級、超細級、精細級等，可根據加工的精度、效率要求選擇。石墨材料的質量應組織均勻，強度較好，在加工中不易產生剝落。使用不同的電極材料進行加工應靈活處理好電參數的配對，才能達到加工中放電穩定，加工效果良好，發揮所選材料價值的目的。現在很多電加工機床都能根據不同的加工材料組合自動配對電參數。電參數配對主要是處理電流、脈沖寬度、脈沖間隙的大小。根據電極材料的性能，選用合適的電參數發揮材料的加工優勢，處理好其加工中的缺陷問題。因使用機床的不同。
(5)選用的工藝方法不合理使加工中出現放電不穩定現象。電火花加工的工藝方法是否合理可行也是實現穩定加工的重點。大多加工是：采用粗加工電極蝕除大量金屬完成粗加工，然后再換半精或精加工電極完成過渡加工或精加工。這種工藝方法的關鍵是加工中應采用電極搖動的方法來改善排屑狀況，達到穩定的加工。采用多段加工條件用自由平動的方法，隨著加工深度的進給，另外兩軸同時作擴大運動。加工中采用搖動的方法可使放電更穩定，減少了二次放電現象，可獲得側面與底面更均勻的表面粗糙度，被廣泛采用。搖動量的大小視加工部位形狀、精度要求而決定，一般在精加工中取0.03mm左右。因搖動量小，對加工的仿形精度也不會有影響。如果在加工中不采用搖動的方法，則很難實現小間隙放電條件下的穩定加工。在精加工中很容易發現因這個原因造成的不穩定加工現象。不穩定放電形成的二次放電可能會使加工尺寸偏大，在排屑條件好的情況下也可能因實際產生火花間隙小于電極縮放量而使加工尺寸偏小，使尺寸不能準確地得到控制。采用搖動的加工方法能實現穩定的加工，能很好解決這些問題。
(6)難以加工部位不利于加工的穩定進行。有些加工部位因其加工局限性導致在加工中容易發生放電不穩定現象。像在表面部位剛開始加工時，加工清角部位，加工尖細的部位時，由于實際放電面積偏小，電流密度偏大，局部電蝕產物濃度過高，放電點不能分散轉移，放電后的余熱來不及擴散而累積起來，造成過熱，破壞加工的穩定性。必須暫時減小電流，待實際加工面積逐步擴大，加工逐步穩定后，再逐步增大電規準。加工深孔、有斜度的部位、深腔部位時，由于排屑困難，在加工中也會發生放電不穩定現象。要求采取適當的措施改善排屑性能。斜度類電極加工一定要有很高的排渣高度。深孔、深腔類部位可以對電極選用較大的尺寸縮放量，通過平動來改善排屑。加工深的圓孔，在裝有C軸，使用夾具并且同心的情況下，加工時使C軸作旋轉運動，可達到非常穩定的加工。清角部位在加工可行的情況下采用3軸聯動的方法，即斜向加工，避免了因加工部位面積小而發生放電不穩定的現象。還有在有些難加工部位采用橫向伺服加工也可以改善放電穩定性。對電極采用避空、開排氣排屑孔等也可以改善一些難加工情況下的放電不穩定現象。
(7)加工操作環節中的處理問題造成的放電不穩定現象。加工操作中一些細小環節處理不好也會發生放電不穩定的現象。小件或難以裝夾的工件、電極因沒有采取可靠的裝夾方法，導致加工中發生松動，出現放電不穩定的現象。工件經磨床加工后會產生磁性，尤其是小工件，如果沒有經過退磁處理直接用來電火花加工，會使加工屑因被吸附難以排出而導致加工中放電不穩定，因此加工前必須對工件退磁。加工部位存在雜物、銹跡、毛刺，導致開始加工時放電非常不穩定。有通孔類部位的加工在裝夾中沒有考慮利用孔來排屑而變成盲底加工，大大降低了加工穩定性。加工中產生“放炮”現象有可能會使工件松動，氣體引燃的過程也影響了加工的穩定性。電極校正有偏差使其變成傾斜加工也會稍微影響放電的穩定。在深腔類部位的加工中，沒有及時用毛刷清除加工屑積存物，會在加工中出現放電不穩定現象，使加工難以順利進行。根據以上在操作中導致放電不穩定現象產生的原因，分別采取相對應的措施可改善加工的穩定性。
綜合上文對電火花加工中放電不穩定現象產生原因的分析，可見加工屑的排出對電火花加工穩定性有舉足輕重的作用，大多措施基本上都是通過直接或間接改善加工的排屑狀況，在排屑順暢的條件下實現穩定加工的。對電火花加工中多種干擾因素的認識和排除，是實現穩定放電加工的重要保證。通過改善電火花加工中放電不穩定的現象，可以避免異常放電產生的加工異常問題，保證加工質量，提高加工效率。
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