影响电极寿命的因数有哪些?具体是分析是什么?

影 响 电极 损 耗 和使 用 寿 命 的 因素 分析 与对 策 魏 引 焕 ，张 晓 燕 （ 10 1 陕西科 技 大 学机 电工程 学院 ，陕 西西安 7 02 ） 摘要 ：分析 了电火 花成形加工中的一些不稳定因素对 电极损耗和使用 寿命 的影 响 ，针对性地提 出 了合理有 效地利用极 性效应 、面积效应 、吸附效应 以及对电参数和电极材料的合理选取等措施 ，为电火花 GX低损耗 加工 、延 长电极使用 寿命 提供 了保 障。 关键 词 ：电火花成形加工 ；不稳定 因素 ；电极损耗 G6 中图分类号 ：T 6 1 文献标识码 ：A 0 1— 8 1 2 0 2 6—3 文章编号 ：10 3 8 （09）6— 4 0 引 言 极损耗 的重要措施 。作为高熔点 的合金 电极材料 ，虽 在电火花加工 中经常会有各种各样的干扰 因素影 然损耗小 ，但其机械加工性能差 ，价格 昂贵 ，在电火 响 电火花的正常放 电，除了不稳定的放 电间隙外 ，还 花成 型加工 （微细 孔 、狭槽 等特 殊用 途 ） 中很少 采 有短路 、拉弧和空载等 ，这类干扰会大大加剧电极损 用 。纯铜作为 电极材料 ，虽然熔点低 ，但其导电性能 耗或使加 工 速度 降 到 0，而且 常 常会 烧 伤工 件 和 电 好 ，在窄脉 冲精加工 中 ，纯铜 的电极损耗通常是石墨 极 ，严重时使 工 件报 废 。由于 电火 花加 工 主要 是 靠 ． 2倍 ，但 是 在大脉 宽 、小峰值 电流 条件 电极 的 15—电、热来蚀除金属 ，工件和电极 同时受到不 同程度的 下 ，尽管生产率较低 ，但可达到低损耗加工 ，加工表 电蚀 ，且 电极 的损耗多集 中在尖角或底面 ，从而直接 ． 16 ￣ 面粗糙度 值可达 3 2～ ． pm；而石墨作 电极时热 影响成型精度和加工质量 ，影 响电极 的使用寿命 。为 稳定性好 ，熔点高 ，且在脉 冲加工时能 吸附工作液 中 此 ，分析和研究 电极损耗 ，延长 电极使用寿命 已成为 的游离碳 补偿 电极的损耗 ，往 往在粗加工大 峰值 电流 从事 电火花加工 的工程技术人员 的一个重要课题 。作 条 件下加工可达 到低损 耗加工 ，在 窄脉冲精加工 中采 者在长期 的实践 加工 中发 现 影 响 电极 损耗 的因素 很 用 冲油方式也 可达到降低 电极 的损耗 。所 以石墨 电极 多 ，但主要 因素有极 性选 择 ；吸 附效应 ；面积效 应 ； 广泛用于粗加工及大型型腔加工。而对 于复合材料 的 电极材料 以及 电参数 的选取等 。 电极 ，由于它的导热性 好 ，且熔 点高 ，故 损耗 也小 ，1 问题 的提 出 但其 价格则偏高 ，机械加工性 能也较差 ，故通 常仅用 11 极 性 效应 的正 确选取 ． 在精密加工或特殊加工 中。为此 ，目前 电极材料多采 在 电火花加工过程 中 ，无论是正极还是 负极 ，都 用紫铜或石墨 ，不仅工 具电极 加工较容 易且 电极损耗 会受 到不 同程度 的 电蚀 。 即使是 相 同材料 （ 如钢 例 相对较低 。加 工钢 ），正 、负 电极 的 电蚀 量也是 不同 的。这 种单 ． 1 2 面积 效应 对 电极损耗 的影响 纯 由于正 、负极性 不同而彼此 电蚀量 不一样 的现象 称 电火花加工面积效应指的是 电火花加工时随加 工 作 “ 极性效应 ” 。从提高加工 生产率 和减少工 具 电极 面积大小变化而加工速度 、电极损耗 比和加工稳定性 损耗 的角度来看极性效应 愈显 著愈好 ，通 常在窄脉 冲 等指标随 之变化 的现象 。一 般 加工 面 积过 大或 过小 精 加工时采用 “ 正极加 工” ，在宽 脉冲粗加 工时采用 时 ，工 艺指 标 通 常 降低 ，这 主要 是 由 “ 电流 密 度 ”“负极加 工 ”。例 如 ，对于 “ 铜打 钢” 的 电火花 加工 过小或过大引起 的。所 以，在大面积粗加工 时 ，一般 时 ，一般 均采用 “ 负极 加工 ” ，而在采 用 “ 打钢 ” 钢 采用粗规准加工 ，以保证有足够 的放 电间隙 ；而在单 时 ，无论 是粗 加工 还时精 加 工均 采用 “ ， 负极 加工 ” 脉 冲能量较小 的大面积加工 中，为保证加工表面有 较 趋以确保电极 的相 对损耗 值 0 于Z小值 。另外 ，电极 小 的粗糙度 R a值 ，可采 取 “ 混粉 加工 工 艺”，即在 材料的正确选取也是确保蚀除速度Z高 ，工具 电极损 硅 、 铝 工作液 中加入 “ ” “ ”等导 电微 粉 ，工作液 电 耗较小的保证。因为电极材料的物理性能对 电极损耗 阻率将降低 （ 亦导 电性增加 ） ，此 时放 电间隙可成倍 起着一定 的作用 。在上 面所 述 的用 “紫铜 电极 打 钢 增 大 ，并且 电极 到工 件表 面 的放 电通 道被 “ 微粉 颗 件” 时 ，由于在 “ 打 钢” 时 电极 的覆盖 效应 较 明 铜 粒 ”分割形 成多 个小 的火花放 电通道 ，达到 工件 表 显 ，因为紫 铜不产 生 “ 化 物” 而 钢对炭 表层 起 催 碳 面的脉 冲能量分散很小 ，此时放 电痕较小 ，从而可保 化作用 ，所以选 用合适 的电极材料是 明显减少工具 电 证大 面积 加 工 的光整 表 面。而在 大 面积精 规 准加 工 0 8— 7— 4收 稿 日期 ：2 0 0 0 16 一 ，男 ，陕西眉县 人 ，副教授 ，主要从 事机械 学 的教 学及科 研工 作。 电话 ：100 5 6 6作者简 介 ：魏引焕 （ 9 4 ） 36 30 3 ，E— i： ih＠ s s．e ．e m al wey u t du n。 第 6期 魏引焕 等 ：影 响电极损耗和使用寿命 的因素分析与对策 2 7· ·4 时 ，由于加工面积较大 ，放 电间隙较 小 ，使 得工作液 炭黑产生 ，如不及时排除 ，加工很难稳定进行 ，从 而 在放 电间隙中的流动 阻力会受 到较大的影响 ，为 了提 降低 加工速度 。为 了促进排 屑 ，一般都 采用强迫冲油 高排屑能力 ，保证加工速度 和加工质 量 ，应适 当采取 或抽 油以提高加工速度 。但是 冲油压力若 过大 ，使得 提高主轴上抬 比例和 冲油压力 ，以保证放 电间隙的稳 游离 的碳 浓度随冲油地增 大而 降低 ，影 响了 “ 黑膜 ” 定性 。当然 ，加工 面 积也 不 能 过 小 ，在 加 工 电 流一 的生成 ，使液体 流畅不均干扰放 电间隙液体流 动 ，造 定 、面积过小 的情 况 下往 往也 会 导致 加 工速 度 的下 成间 隙介质 的工作 液介质常数增大 ，消 电离增快 ，使 降 ，这主要是因为面积过小 ，加工电流密度大 ，放 电 得 电蚀产物 不易反粘到电极表面或 由于 电极 的局部被 集 中，放 电间隙 中蚀除产物难 以排除 ，造成 间隙介质 冲刷使反粘 到电极 工作表面的黑膜层均匀不等 ，引起 混浊 ，加 工表 面 易 引发 拉 弧 、短路 ，加 工稳 定 性 变 电极 “型面畸变 ” ，而达不 到补偿 其损 耗 的效 果 ，从 差 ，不能正 常放 电 ，从 而导致生产率 下降。所 以 ，对 而影响 电极 正常 工作 ，加 大 了电 极损 耗 的 速度 。所 于一般小 面积精规准加工 ，在采用减 小精加 工余量 的 以 ，Z好 采用冲油方式 ，以降低 电极端 面的缺 陷和不 同时 ，还应注意调节好 抬刀频 率 ，也 可采用 平动方式 均匀性 ，从而得到较平整 的电极端 面。如果条 件允许 来改变平动量大小 ，实现对型腔侧 面的仿 型修光 ，保 时也可采 用 “ 脉动冲油 ” （即不连续 冲油 ，采取伺服 质保量 的实现小 面积 的放 电加工 ，降低 电极 的损耗 。 联 动 ，当主轴抬 起时 ，进行冲油 ，当主轴加工时不 冲 1 3 “ 附效 应 ” 的 合 理 利 用 ． 吸 油） ，尤其在放 电过程 中应 控 制好 冲油的压力 ，以降 在电火花加工 中使用煤油工作液时 ，放 电过程往 低 电极损耗 。往会在局部高温作用下 ，煤油发生分解 ，产生 了大量 ． 1 5 工作 液质 量 的影响 的炭微 粒 ，这些微粒 一般带有负 电荷在 电场力作用下 电火花加 工 时工 作液 主 要是 为 了冷 却 工件 和 电 逐步向正电极 移动并 吸附到正极表面 ，如果此时 电极 极 ，同时也是为 了有利 于脉 冲放 电及起 排屑作用 。工 0 ℃左 右 ，且 能保 持一段 时 间形 成 表 面瞬时温度在 4 0 作 液一旦工作时 间较长 ，液体 内含有 大量 的电蚀 产物 一 亦 定强度和厚度 的化学 吸附层 （ 称炭层 ） ，由于碳 （金属 微粒 、碳粒 、汽泡 及加 工余 热 ），当工作 液 电 的熔点 和气化点很高且有很 高的抗 蚀作用 ，可对电极 蚀 产物聚多 ，液体变得较稠密 时 ，金属粒则悬 浮在 工 起补偿保 护作 用 ，从 而 实 现 电极 的 “ 。 低损 耗 加工 ” 作液 中停 留很 长时间不易沉淀 ，液体混浊 ，加工 间隙 所 以，在粗加工 中，为 了提高生产率 ，降低 电极 的损 状态恶化 ，很容 易产生拉弧造成二次放 电 ，造成加工 耗 ，均采用 “ 工 负极 加工 ” （ 件 接正 极 ，电极 接负 稳定性 降低 ，影 响 加 工质 量 ，同时 也增 加 了电极 阻 ）极” 。例 如 ，作者在 实 践 中做 了一 项实 验 ，用紫 铜 力 ，使得主轴调节系统不 能有效 调节放电间隙 ，加大 m作电极 加工一厚 5 m的钢材 件 ，加工材料经 热处理 ， 了电极端 面的不 均匀磨 损和 电极 的损耗 速度 。所 以， 工 作 液 为 电 火 花 机 床 专 用 煤 油 ，加 工 直 径 为 在电火花加工 中 ，要定期对工作 液作 循环过滤 ，工作 84 m咖 ． 8 m的型腔 ，为 了充分体 现 “炭黑 ” 保 护层 作 ．5 ／ 液的密度应控制 在 06 gmL左右 ，煤 油黏度 应控 制 用 ，选取 了在煤油 中采用长 脉 冲 “负极加 工” ，在 同 ． 3 6 m ／ 4 ￣ ，且保 持低 黏 度 ，这 样有 在 2 2～ ． m s（ 0C）等条件下作 出的第 1 组实验显示 。 利于放 电间隙中工作液 的流动 ，将蚀除物及加 工产 生 取脉宽 t＝ 2 1 ，脉 间 t＝3 ，计算所 得 的电 10￣s 。 s 的热量 带走 ，恢 复其 稳定的加工 间隙 ，延长 电极 的使 ＝ ．2 ％极相对损耗值 0 0 93 ；而当在第 2组 中 ，把脉宽 用寿命 。 40 s ￣ 。 5s变为 t＝ 0 1 ，脉间 t＝ 时 ，从 实验 中得出 ，由 ． 1 6 电参数 的合 理 选取 。于脉 间值 t 的增 大 ，引起 了放 电间 隙 中介 质 消 电离 电火