对电火花深小孔加工的实验与分析

对电火花深小孑Ｌ加工的实验与分析　钱志芳　（无锡机电高等职业技术学校，江苏无锡２１４０００）　摘　要：小孔加工一直以来是加工中的难点，电火花技　术以其加工无宏观力、不受工件强度硬度限制等优势．在微　孔、小孔加工领域成为重要手段之一　本文将通过实验分析，　探究工作液介质的流体特性对深小孔电火花加工速度的影　响．研究了棒状电极在不同旋转速度下．加＿Ｔ－时间随加工深度　的变化。实验的结果表明，在特定转速范围内加工效率最高，　低于或者高于这个转速．加工效率都会下降。理论分析表明，　电极旋转会使底部的电蚀颗粒悬浮并向侧面移动．但转速过　大会使侧面间隙中的电蚀颗粒向电极碰撞而降低加工效率。　理论分析定性地解释了实验结果　关键词：电火花　小孔加工　实验　孔加工历来是机械制造业中被人们关注的问题之～。孔　加工是机械加工中所占比例较大的一种重要加工工序。据统　计，孔加工约占机械加工总量的ｊ三分之一。机械方法加工小　孔时，要求主轴转速达到２００００ｒ／ｍｉｎ．进给速度为２００ｍｍ／　ｍｉｎ，需用金刚石钻头，并且只能加工深径比小于２０：１的孔。　随着航天航空电子、动力机械、仪器仪表、化学纤维、自动控　制，以及医疗器械等科学技术和工业生产的发展，微、小孑Ｌ及　微细深孔的应用日趋广泛。例如，喷油嘴、自控元件、过滤器、　汽化器钟表元件，以及打印机打印头等。深小孔的加工成为　机械制造业中被人们关注的问题之一。一般认为．小孔的直　径范围为３一Ｏ．１ｍｍ，微孔为小于０．１ｍｍ的孑Ｌ，深孔为孔的深　度与直径之比ｆ深径比）大于１Ｏ以上的孔为小孔、微孔和深　孔。ｓＪ，￣Ｌ加工在工艺上被认为是最困难的．特别是深小孔的　加工为最难。电火花加工小孔的方法常用于难切削金属材料　的加工中，它在生产率、成本、精度和深径比等方面有一定的　优势。因而深小孔高速电火花加工技术的研究工作需要迅速　开展。　电火花加：亡是在一定的加工介质中．通过工具电极和工　件电极（正、负电极）之间的脉冲性火花放电的电蚀现象对材　料进行加工。而电蚀现象的主要原理是：电火花通道中瞬时产　生大量的热，达到很高的温度．足以使任何金属材料局部融　化、汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑。放电是一个极为复杂的　过程，要利用这种原理对零件进行加工，必须创造一个适宜放　电的环境，并对有关参数进行定量控制，以达到对零件的尺　寸、形状及表面质量预定的加工要求　在电火花小孔加工中，为了提高加工的稳定性、加工效　率、表面质量和形位精度，经常采用了旋转电极和中孔冲抽　油的加工方式。电极旋转与冲抽油配合使用可得到较好的加　工效果。电火花高速深ｄ，￣Ｌｇｎ工是近年来新发展起来的一项　先进制造技术。其原理是在作回转运动的中空的管状电极　中通高压工作液，冲走加工屑，同时保持以高电流密度连续　正常放电。电极做回转运动可使电极端面损耗均匀，不致受　高压、高速工作液的反作用力而偏斜．电火花高速深小孔加　工原理图见图１。由于高压工作液能迅速将电极产物排除，　且能强化火花放电的蚀除作用。因此．这一加工方法的最大　特点是加工速度高，一般小孔加工速度可达２０ｍｍ／ｍｉｎ－－　６０ｍｍ／ｍｉｎ，比普通钻削小孔的速度还要快。这种加工方法最　适合加工直径０．３ｍｍ－－３ｍｍ的小孔，而且可加工深孔ｆ深径比　可超过１００）、加工的孔形尺寸比较稳定、圆度好、锥度小　但　它一般只能加工直径０＿３—３．０ｒａｍ的孑Ｌ，加工的表面粗糙度值　也较大　图１　电火花高速深小孔加工原理图　下面以实验的方式来分析电火花深小孔的加工情况。　一、实验目的　研究圆柱电极在不同转速下加工深小孔所需时间，对比　相同电极在有无转速下的加工时间对比。观察旋转电极是否　在加工效率方面占有优势。　本实验采用棒状电极。用普通车床将　４ｍｍ的紫铜棒制作　成如图２的棒状电极。　图２　圆柱电极　图３实验装置示意图　二、实验装置和实验条件　实验采用ＤＢ７０３电火花穿孔机床，考虑到紫铜材料的特　性及普通机加工的能力，采用ｑｂ４ｍｍ的棒状电极。虽然电极尺　寸较大，不属于小孑Ｌ范围，但加工采用了微细电参数。如表１所　示。在微细电参数下，放电间隙狭小，对于本文的研究对　象——间隙流场而言，与微小孔加工情况一致。在１Ｃｒ８Ｎｉ９Ｔｉ不　锈钢工件上加工深度为２０ｒａｍ的小孔，之所以深径比只有５，是　考虑到实验时间太长，本实验采用恶劣的条件，没有退刀．加　速了电火花深小孔加工出现的瓶颈现象　图３为实验装置的示　意图。不锈钢工件通过夹具安装在工作台面上。图４、图５、图６、　图７给出了实验装置的实物图。　表１放电参数表　加工电压　峰值电流　脉冲宽度　脉冲间隔　（Ｖ）　（Ａ）　（　ｓ）　（Ｉｚｓ）　１６０　４　２０　２５　本实验用到的仪器设备如下　ｊ维数字测量仪ｌ台　ＤＢ７０３电火花穿孔机床１台　杠杆表１台　ＬＳ１０３Ｆ冷水机１台　１６３　１４∞００　１２∞Ｏ０　图４冷水机　图５　ＤＢ７０３电火花穿孔机床　４００００　２ｏｏ。ｏ　Ｏ　０　３ｏ　∞　∞　∞　７ｏ　８０　电掇转速　ｐ　嗍　图６三维数字测量仪　图７杠杆表　整个系列实验是在敞开环境，主轴无回退，同时利用冷水　机使工作循环液保持在１６℃左右的恒温状态。　三、实验结果　实验过程中以加工０．１ｍｍ深度为一个单位记录时间，在　不锈钢工件上加工２０ｒａｍ深度的小孔。利用得到的加工时间数　图９加工总时间和电极转速的关系图　四、结论　１．结合仿真与实验，可以得到如下结论。　（１）电火花加工深小孔时，电极旋转能改变工作液的流场，　在间隙间形成梯度较大的速度场分布，在速度梯度力和流场拖　曳力的作用下，底面的电蚀产物会处于不断的运动中，并且会　以螺旋向上的轨迹向侧面流场转移，避免电蚀产物在底部堆　积。和无旋转电极加工小孔相比，显著提高了加工效率。　（２）随着速度的增加，当超过某个特定转速后，电极转速　的继续增加，侧面的速度梯度力成倍地增长，并且在间隙工作　舢　哪ａ　《３一露餐躜＿　唧　８　工景　据，生成加工曲线图。改变主轴的旋转速度，重复上面过程，　得到不同转速下的加工深度与加工总时间的曲线图，如图８　所示　液中产生负面的压力场分布。这会使处于间隙间的电蚀产物　在侧面向电极表面靠拢，导致二次放电，从而影响加工效率。　２．深小孔加工是机械行业的热点和难点。国内外的研究取得　了一些可喜的成绩．但是在许多理论和技术方面的问题有待更　深入的研究。本文仅仅涉及电火花孔加工的实验研究。根据研究　中获得的一些经验和感触，对课题的相关内容提出一些展望。　（１）从理论上讲，电火花放电加工小孔的间隙流场，属于　三相流问题。间隙中含有的电蚀颗粒为固相，被汽化的金属为　气相．工作液本身为液相。严格地说，这是一个瞬态的问题。所　以为了进一步研究清楚间隙流场的复杂情况，需要用多相流　的知识来分析和计算流场中电蚀颗粒粒度，浓度和它们的分　布及流向。　（２）从实验上讲，电火花放电深４￣Ｌ／Ｊｎ工需要采用细长电　极　加工过程最好配备先进的仪器来测量间隙流场的物理量，　以验证理论分析。　雹　翟　犏　■　蘑　参考文献：　『１］ＤＢ７０３高速电火花穿孔机床说明书．　『２］卢存伟．电火花加工工艺学［Ｍ］．北京：国防工业出版　图８不同转速下的加工深度与加工总时间的曲线图　可以看出．加工的总时间随着电极转速的增加出现先减　后增的情况．当达５０ｒ／ａｒｉｎ转速时，消耗的总时间最少，在此之　后加工总时间反而随着转速的增加而增加。图９为电极转速变　化与加工总时间的关系曲线。　社．１９８８．　『３１段绍值，杨树字，刘庆军．深小孔电火花加工工艺．机械　工艺师．１９９５，（１）．　４］刘正埙等．深小孔的高速电火花加工工艺［Ｍ］．机械科　学与技术，１９８９，（５）．　养的培养，有效实现专业素质与职业素质双提高。另外，专业　教学资源库整合本专业各项教学资源，方便教师的教学、学生　的学习．有效缩短相关信息的搜索时间，提高学习工作的效　率，同时避免资源的重复建设，节省大量的人力、物力。　参考文献：　［１］教育部，财政部．关于实施国家示范性高等职业院校　建设计划加快高等职业教育改革与发展的意见［Ｚ］．教高［２００６］　１４号．　（上接第１１２页）充的完善建设过程，也随社会教学水平的发　展，学生认知水平的变化而不断变化。因此，建设者必须依托　现代化的教学技术．充分考虑不同使用者对资源的不同需求，　不断增强专业资源库的开发、更新能力，加强应用软件的开　发．不断更新、完善、丰富资源库各项内容，保持专业资源库一　定的更新频率、良好的运营态势，把最新、最前沿、最及时的信　息提供给广大使用者，使资源内容做到“广、全、精、新”。“广”　指的是资源覆盖面要广；“全”指的是资源种类要全；“精”指的　是资源信息要精准、精要；“新”指的是资源要即时更新，有效　实现专业资源库动态、良性、长效发展。　５．结语　『２］罗红．对共享型专业教学资源库建设的思考［Ｊ］．职业　教育研究．２００８，（８）．　『３］胡维治，杨智慧．基于教学资源库的数字资源分类研　专业资源库建设是一个漫长而又艰巨的过程。但是，它的　建成必将成为课堂教学的必要补充，为学生自主学习、开放性　学习、发现式学习提供良好的平台。同时，通过职业类资源的　发布，能够强化高职院校学生的职业意识、职业能力、职业素　１６４　究『Ｊ］．中国教育信息化：高教职教，２００９，（５）．　『４］张铮．顾京，尹洪．共享型高职专业教学资源库体系的　构——以数控技术专业为例［Ｊ］．职业技术教育，２０１０，（４）．