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电火花加工中电极损耗分析与解决措施

文档作者：张小燕，魏引焕文档来源：陕西科技大学机电工程学院		点击数：	更新时间： 2022年03月31日
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2010年l】月
第38卷第22期
机床与液压
MACHINE T0OL ＆ HYDRAULICS
N0v．2010
Vo1．38 No．22
DO／：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．22．044
电火花加工中电极损耗分析与解决措施
张小燕，魏引焕
(陕西科技大学机电工程学院，陕西西安710021)
摘要：从加工面积变化、加工件结构尺寸，加工时间以及电极装夹技巧和电极材料选取等方面分析电火花加工中影响
电极损耗、变形的各种因素，提出了具体有效的措施，对改善加工质量、提高生产率以及延长电极使用寿命具有一定的现
实意义。
关键词：电火花加工；电极损耗；加工质量
中图分类号：V261．6+1 文献标识码：B 文章编号：1001—3881 (2010)22—126—2
电火花在整个加工过程中要受到各种干扰因素的
影响，这些于扰因素包括短路、拉弧、放电间隙、电
蚀产物以及面积效应和深度效应等，它们直接或问接
地影响着加工质量。如何控制好这些干扰因素，目前
已有大量的学者对此进行过详细的分析研究。在长期
的实践加工中作者发现，电极损耗和变形问题直接影
响到加工表面质量和加工效率，尤其对加工件加工部
位的仿形精度、尺寸精度影响较大。电极损耗分为绝
对损耗和相对损耗。绝对损耗最常用的是体积损耗和
长度损耗，它们分别表示在单位时间内，工具电极被
蚀出的体积和长度。相对损耗是用来衡量工具电极是
否耐损耗的一个相对指标，不仅仅要看电极损耗速
度，还要看同时能达到的加工速度。在电火花成形加
工中，工具电极的不同部位，其损耗速度也不相同，
主要表现在尖角、棱角、端面和侧面等几个部位。作
者在此通过实际中的一些典型工件的加工和具体的解
决途径对电极损耗和变形问题作详细的分析和研究，
并分析影响电极损耗和变形的各种凶素，对降低电极
损耗和减小变形概率以及提高加工质量具有一定的现
实意义。
1 电极损耗和变形的主要表现形式及影响因素
电极损耗是电火花加工中一个非常值得研究和讨
论的问题，它直接影响到加工表面质量和加工效率。
在实际加工中，影响电极损耗的主要因素通常表现在
下面几个方面。
1．1 小面积精加工对电极损耗的影响
小面积精加工由于放电间隙小，排渣不容易，电
极尖端部位电场强度大而易出现尖端放电现象，使电
极尖角和棱边损耗较大。有的操作者往往通过追求高
的排屑来保证放电间隙正常放电，常常采取过大的冲
油压力进行排屑。由于冲油压力过大，流速过大，引
起电极局部积炭现象减少，即降低了“覆盖效应”
黑膜的生成，反而增大了电极损耗，这是值得注意的
一个问题。对于这种小面积精加工，为了降低电极损
耗，冲油压力要适当，最好采用弱冲油的原则。也可
采用下冲油方式，尽管采用下冲油方式对电极损耗速
度影响不大，但是要注意此类方式对工具电极端面的
均匀性影响较大，容易使电极下端面形成凹形面，所
以精加工时最好视加工条件而定。为增大排屑，最好
通过减小放电时间、提高抬刀高度、采用高频窄脉
宽，使电极圆角半径的损耗相对降低，以确保电火花
精加工时实现低损耗，以利于黑膜的形成。当黑膜厚
度达到一定值(约0．O1 mm)时，由于其保护和补偿
作用，使电极损耗进一步降低或无损耗。但是在黑膜
形成的同时，也易形成电弧放电，所以，要求脉冲电
源的控制系统尽量完善，不致破坏黑膜形成，又不会
产生电弧。另外，加工前后一定要清理加工区域，检
查是否存在杂物和毛刺，以确保稳定的放电加工。
1．2 加工件结构尺寸偏小对电极使用寿命的影响
由于加工件的特殊性和复杂性，加工件结构尺寸
偏小从而导致在电火花加工中经常出现小而薄的电
极。它不仅给定位装夹带来一定困难，容易人为诱发
电极倾斜、折断，最重要的是当遇到的伺服压力过大
时，很容易出现弯曲和热变形，从而影响加工质量。
所以，在对电极进行结构设计时除保证本身薄小的部
位外，其他加工部位应保证有足够的强度。另外在装
夹电极时用力要均匀，冲液流量不能过大，要调节合
适，伺服压力不能过大，加工时峰值电流也不能取得
偏大，以达到延长电极寿命和保证工件质量的目的。
1．3 加工时间过长对电极损耗的影响
电火花机床在连续工作了2个班以上尤其在精加
工时，随着加工的进行，电极变得越来越短，致使被
收稿日期：2009—09—24
作者简介：张小燕，女，高级工程师，主要从事材料成型专业实验教学工作。电话：13609215481，E—mail：zhangxiaoyan@
sust．edu．en。
第22期 张小燕等：电火花加工中电极损耗分析与解决措施 ·127·
加工表面通常会形成一个从起点到终点的倾斜面。同
时加工中主轴电极头在“回退、直至完全离开工作
液” 的整个过程中，还要受到工作液对其表面产生
的压力作用。电极在受到这些外界的客观因素作用
下，其工作端面或工作棱面由于受到工作液的强力冲
刷，使得电极积炭现象明显减少，致使工作面受到严
重的损伤，直接影响加工件表面质量。所以，根据实
践加工经验，最好每上完一个班后(当然是在加工
件不更换的情况下)，需对电极进行必要的修磨(用
细砂纸轻轻研磨)，必要时在不影响加工精度的情况
下可更换电极，并适时观察主轴“伺服进给系统”
的稳定性，以确保放电加工的正常进行。
1．4 电极装夹不当对电极损耗的影响
往往在电火花加工结束时操作者才发现工件的加
工位置出现了偏差，待检查电极后发现原来是电极把
工件位置打偏了，造成工件报废。这种现象主要是由
加工前工件装夹不牢，或电极的装夹方式不当所致。
当电极装夹不牢固(螺丝未拧紧或螺丝滑丝)时，
在放电过程中由于受到工作液冲力而产生的反阻力作
用很容易致使电极弯曲或变形，对于一些细长电极则
会出现折断现象。而工件装夹不牢固则表现为加工中
工件受力而发生位置偏移，出现电极工作端面局部某
个点重复放电烧伤或电极端面放电不均匀等现象。针
对这些现象，操作者在加工前不仅要对所加工电极和
工件及主轴作对中心精度校正，检查其定位基准有无
毛刺和杂质，并仔细观察工件的加工部位有无位置偏
差，更重要的是要提高安全加工意识，用正确可靠的
装夹方式装夹电极和工件， 螺钉紧固时用力要均匀、
适当，以防电极变形。对于细长电极，伸出部分的长
度在满足加工要求的前提下，尽可能短，以提高其钢
性。当然，加工前还要对加工件和电极作必要的退磁
处理，并检查电极端面和工件底部有无杂质和氧化
物。加工中还要随时聆听加工声音以及观察放电火花
颜色的变化，以求得安全稳定的加工环境，延长电极
的使用寿命。
2 降低电极损耗的措施
2．1 有效排除电蚀物
电火花在加工过程中产生的电蚀物(金属微粒、
炭粒子、气泡等)，如果来不及排除，扩散出去，就
会改变间隙介质的成分，不仅降低绝缘强度，更重要
的是破坏了消电离过程(消电离不充分)，使下一个
脉冲放电通道始终集中在某一部位，使介质和金属表
面局部过热而破坏消电离过程，这样脉冲火花放电将
恶性循环并转变为有害的稳定电弧放电。同时工作液
局部高温分解后很有可能结炭，并在该处聚成焦粒而
在两极间搭桥，使加工无法进行下去并烧伤电极和工
件。所以工作液质量的优劣对电火花加工工艺指标和
电极损耗有着潜在的影响作用，这是一个不可忽视的
影响因素。衡量工作液质量优劣的主要指标有：黏
度、密度、介电常数、酸度和氧化稳定性等。一般工
作液低黏度有利于放电间隙中的液体流动，而当液体
黏度增大时，则液体流动性变差，排屑差，所以，一
般液体黏度应控制在2．2～3．6 mm ／s。而当工作液
密度增大时，则金属粒悬浮在工作液中时问很长，不
易沉降，造成工作液呈混浊状态，引起拉弧、二次放
电和加工稳定性降低，为此，应将工作液密度控制在
0．65 mL左右放电加工方能正常进行。液体介电常
数应尽量减小，一般控制在2左右，使液体绝缘性
好，以保证放电加工连续正常进行，否则将引起拉
弧，甚至造成工件和电极烧伤。为此，要定时过滤和
更换工作液，确保其良好的流动性，提高排屑力度，
降低对电极潜在的损耗隐患。尤其在精加工中，若选
取紫铜作电极，由于紫铜具有良好的导电性和加工稳
定性，排屑较好，电极损耗较低。在小间隙精加工
中，为避免出现拉弧现象，保证加工质量，可采取减
小精加工余量、定期地自动抬起工具电极，或通过改
变定期抬刀比来增大排屑力度以及增大脉冲停歇时
间，以降低加工时的平均电流，限制电蚀产物浓度过
大而充分地改善排屑条件，降低电极损耗速度，从而
提高加工效率。但是若加工面积较大、不通风且又是
深型腔的加工，则不宜定时抬刀，因为此时若抬刀，
工具电极抬刀时主轴挤压工作液时会对电极和工件产
生很大的反作用，从而造成主轴、立柱等部件的局部
变形而引起瞬时短路。此时可采用适时抬刀，即在加
工不正常时抬刀，则可提高生产率。另外，在电火花
工作液中如能加入一些添加剂，如铜、铝等氧化物粉
未，在放电作用下会产生大量的“负离子” 与“正
离子”复合，从而减小对阴极的轰击，保护了电极，
降低了电极损耗速度。
2．2 电极材料和加工参数的合理选用
选用合适的电极材料是减少工具电极损耗的重要
措施。石墨和纯铜电极是电火花加工中最常见的电极
材料，二者通常能达到低损耗加工，但是在加工中加
工参数一定要选合适。例如，选用纯铜电极进行粗加
工时，选取大脉宽、小峰值电流可达到低损耗加工，
加工面粗糙度 o值可达3．2～】．6 m，尽管加工中
生产率较低，但是保证了加工面质量。而石墨电极的
加工稳定性好，熔点高，并且在大脉宽加工时能吸附
工作液中的游离碳，补偿电极的损耗，电极表面质量
不被损坏，故广泛用于粗加工以及大型腔的加工；但
在窄脉宽精加工时电极很容易烧伤，产生烧弧现象。
所以， 石墨电极加工中一般采用冲油方式(有条件
(下转第47页)
第22期 魏平等：基于四开数控雕铣机床深孔件的数控程序设计 ·47·
X143．3：
M02；(主程序结束)
：O0100；(子程序)
G00Z2．0：
GO1Z-6．0F350：
( 0Z-4．0：
Z-5．0：
GO 1Z一10．0F250：
G00z2．0：
Z一9．0：
GO 1Z一12．0F200；
GO OZ2．0：
M99；(子程序结束)
利用SKDX70100仿真软件进行程序验证，主要
验证加工前期的实验状况及加工过程控制，可以看出
加工效果及效率，如图7所示，真实加工效果如图8
所示。
图7 仿真加工图
图8 产品加工效果图
4 结束语
从合路器产品的孔加工工艺实施过程中可看出，
在加工中必须不断地调整如切削用量、切削液、刀
具、工装、加工程序等，使加工效率最高、成本最
低。
(上接第127页)
的也可采用交替冲油，用来抵消电极端面缺陷从而得
到较平整的端面，但必须是在油孔位置与电极形状对
称时才能实现)，可降低电极的损耗程度。
2．3 提高加工技能和安全操作意念
由于电火花成形加工的复杂性，操作人员不仅要
掌握数控编程技术、加工规准选择、电极补偿等专业
技术知识，并且还要掌握相关的技术知识和具有高度
的责任心，其中任何一个环节的欠缺和不足均将造成
加工过程的缺陷和失败。由于技术操作的不当，往往
造成加工过程异常现象频繁出现，通常表现为加工坐
标数值设置错误(例如深度值设错)，拿错电极，看
错图纸以及数控编程出错等情况，更严重的是加工中
常有人把正负极性接反。而电极方向接错对电极损耗
影响很大，将造成放电的不稳定性，严重时造成电极
和工件烧伤。一般粗加工时工件接负极，精加工时接
正极。操作者一定要视加工条件正确使用。
3 结束语
电火花加工电极损耗和变形是一个复杂的过程。
为了降低电极损耗程度，减少变形，除了充分利用放
电过程的极性效应和吸附效应外，同时也要选用适宜
的电极材料，并且在实际的加工过程中要根据具体的
加工对象实施一定的加工技巧和选择合适的加工参
数，因为电火花加工中电极作为工具来使用，它不是
通用的，而是专用的，操作者必须按照工件材料、工
件形状以及加工要求选择电极材料、设计合理的形
状，这样才能减小电火花加工中电极的变形概率，降
低损耗程度和加工成本，提高生产率。作者对此作了
详细的分析和研究，相信对从事电火花加工的同行们
有一定的借鉴作用。
参考文献：
【1】黄毅宏，李明辉．模具制造工艺[M]．北京：机械工业出
版社，1999．6．
【2】孟庆国，赵万生，于云霞．电极运动阻力及其对电火花加
工的影响[J]．电加工与模具，2001(4)：15—17．
【3】高上品．电火花成形加工工作液的物理化学性质[J]．
电加工与模具，2002(5)：38—40．
【4】曹凤国．电火花加工技术[M]．北京：化学工业出版社，
2004 8

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