大深径比超深小孔机能加工直径1~3毫米

世界先进制造技术

近年来，由于各种新材料、新工艺、新技术的快速发展，特别是国防、航空航天、特种材料应用领域的要求，对特种加工技术提出了不同的课题。 也由于相关领域技术的快速发展，特别是以移动互联网智能控制技术为标志的现代控制技术的发展和进步，特种加工技术特别是放电加工技术得到了极大的推动。

例如，在航天航空领域，大推力比航空发动机需要冠形整体涡轮叶盘的制造，需要燃烧室高温合金火焰管隔热罩的密孔加工，定子叶片轴向超深小孔加工的需要。 涡轮叶片仿生材料表面加工的需要、深海石油装备制造中超深孔加工的需要、核工业高熔点金属材料深孔加工的需要，推动了深孔加工的发展。业界关注的重点是电加工，尤其是电火花加工相关应用技术。 研究与开发。

另一方面，我国电火花加工技术的应用和发展也促进了传统加工技术的改进和工艺调整，如高速往复电火花线切割和单向慢走丝电火花线切割加工技术的推广应用。 ，使一般模具加工特别是冲压磨具早已抛弃了传统机械加工和钳工手工加工的传统加工工艺，而走向了以特种加工为主的新工艺路线。

此外，电火花高速小孔加工机床的广泛应用，为机械行业的深小孔加工提供了不可替代的选择。 首先，这种机床采用铜管电极，可以无切削力加工，不产生附加应力，没有折断钻头的风险； 大厚度金属材料的快速加工已超越任何其他加工方法。 在加工大深径比的超深小孔方面，目前没有其他替代方法。 例如，亿通生产的ET-DX703S系列电火花超深孔机可加工直径1～3毫米的超深孔。 绝对深度达到了2000毫米。

1 简介

目前，模具制造技术的快速发展对电火花加工提出了更高的要求。 表面粗糙度是电火花加工的一项重要技术指标。

目前，通过机床的改进和新工艺方法的开发，可以实现镜面电火花加工。 所谓镜面电火花加工一般是指加工表面粗糙度Ra

2、镜面电火花加工关键应用技术

下面结合实际加工经验，探讨镜面电火花加工应用的关键技术。

2.1 与工件材料的关系

由于工件材料的化学成分和组织结构不同，在相同的加工条件下会产生不同的加工效果。 有些材料可以获得良好的镜面效果，而有些材料则无法获得镜面效果，甚至可能会出现表面出现条纹等异常现象。

表1列出了多种常见工件材料的电火花镜面加工性能。 需要注意的是，EDM镜面效果差的材料并不意味着它不是镜面材料。 例如，S136电渣重熔钢本身具有优良的抛光性能，但电火花加工产生的镜面效果并不理想。 这是因为电火花加工和抛光是两种加工方法，加工原理完全不同。

电火花加工的表面是由许多重叠的盘状凹坑组成。 这些微小的凹坑在光线的反射下形成闪亮的镜面。 不同材料的电火花加工后产生的微观凹坑的形态不同，因此表面的亮度也不同。

表1 常见工件材料的电火花镜面加工性能

可以认为以下几种情况是工件材质影响镜面加工效果的部分原因：

(1)含有粗碳化物或粒径较大的粗晶粒的添加剂，不利于镜面加工，产生微观裂纹；

(2)含硅成分有利于获得更好的镜面效果；

(3)含易切削成分的硫S不利于加工镜面，容易产生表面条纹；

(4)材料轧制方向等毛坯制造工艺因素不利于镜面加工，产生表面条纹；

(5)金属夹杂物、气泡、氧化物等因素形成针孔、孔洞。

一般来说，大多数塑料模具钢都能满足镜面电火花加工的要求，而大多数冷作模具钢则不能。

当材料的性能满足镜面电火花加工的性能时，硬度越高，镜面电火花加工的效果越好，如表2所示。镜面电火花加工的钢材一般要求进行热处理并硬化至HRC>50。

表2 材料硬度对镜面效果影响对比

2.2 与加工面积和型腔类型的关系

电火花加工的镜面效果与加工面积、形状和深度有直接关系。

由于电火花加工的表面粗糙度主要取决于单脉冲的能量，因此可以通过降低单脉冲的火花放电能量来生产具有低表面粗糙度值的反射表面。 然而，此时的镜面加工仅限于小面积加工。 随着加工面积的增大，电极与工件之间的寄生电容也相应增大。 当单个小能量放电脉冲作用于两个电极之间时，不能在两个电极之间引起火花放电。 此时，间隙电压增加很多。 慢慢地，脉冲能量被存储在寄生电容中。 只有当多个放电脉冲到来并且寄生电容中储存了足够的能量时，间隙电压才逐渐升高到击穿电压，引起火花放电，但此时的放电能量相当于多个放电脉冲能量的叠加。 产生的放电凹坑深度会大大增加，表面粗糙度值变大，加工表面失去镜面效果。

为了实现大面积镜面电火花加工，在工作液中添加一定量的粉末，会显着改善电火花加工后的表面粗糙度，达到镜面效果，实现更快的加工速度（使精加工时间缩短） 20%-30%）。

如果不采用粉末混合加工技术，加工面积越大，就越难获得良好的镜面效果。 事实上，由于平移过程的应用，电极并不与整个区域接触。 这种局部放电降低了“电容效应”。 此外，在放电过程中，电极和工件之间会产生一层均匀的炭黑。 该层的作用与粉体混合处理类似。 因此，较大的加工面积（如1600mm2）也可以通过优化工艺参数达到均匀的镜面效果。 对于采用粉末混合加工技术的情况，可以轻松实现大面积（如10000mm2）的镜面效果。

从加工形状的角度来看，简单形状比复杂形状更容易获得镜面。 最容易获得镜面效果的形状是圆形，其次是方形和复杂轮廓形状，最困难的是多腔整体放电类型。 复杂形状的拐角、曲面的镜面效果容易出现凹凸、波纹等异常现象。

判断腔镜加工的难易程度，还可以参考放电产生的炭黑层能否均匀覆盖电极和工件表面。 例如，底面比侧面更容易获得良好的镜面效果。 这是因为在整个放电过程中始终对底面进行修整，炭黑层可以均匀分布在加工面上，但侧面是通过平移加工完成的。 黑色层无法有效覆盖底面。 另外，型腔越深，由于加工件无法均匀覆盖炭黑层，镜面效果的均匀性也会受到影响。

2.3 镜面加工技术数据库

EDM工艺数据库的配置内容主要包括电气规格和预留。 镜像 EDM 数据库包含多达十几个电气标准。 从粗加工电规到精加工电规，需要合理过渡电规，逐步降低表面粗糙度。

每个电气标准都应该能够稳定放电，而不会引起电弧、积炭和其他不良的表面状况。 同时，每两个电气标准之间需要保留合理的余量。 后一个电气标准必须能够平滑前一个电气标准产生的放电坑。 只有完美匹配电气规格并预留建立加工数据库，才能在实际生产中实现镜像加工。

电气规格包括电流、脉冲宽度、脉冲间隙、极性、电压和刀升降控制等参数。 粗加工阶段的电规采用较大的峰值电流和脉冲宽度，较小的脉冲间隙，并采用正极性（电极为正极），实现高效率、低损耗加工。 抬刀速度要快，有利于排屑。 。

在加工中期，电流逐渐减小。 为了降低表面粗糙度值并实现稳定的放电加工，脉冲宽度被大大减小。 由于大部分加工量在粗加工阶段已被去除，因此中加工阶段的相对损失并不大。 精加工阶段通常采用VDI 18级（Ra0.8um）规格以下的负极性处理（电极为负极），采用较小的脉冲宽度，通过电容储能放电，这样在加工过程中可以保持较高的精度。收尾阶段。 效率高，放电稳定。 为了避免表面出现黑点等缺陷，精加工阶段的电规采用较大的纹间间距，以达到均匀的哑光表面。

当成品表面达到VDI 12级左右（Ra0.4μm）时，即可转为镜面加工。 镜面处理的效果取决于最后电气标准的配置。 从理论上讲，镜面电火花加工的标准配置应采用小峰值电流、小脉冲宽度、大脉冲间隙； 选择峰值电流越小，脉冲宽度越小，脉冲间隙越大，加工表面的粗糙度值越小。

事实上，采用这种参数匹配方式，加工效率极低，而且脉冲能量太小，无法稳定放电，无法达到均匀的镜面效果。 对于实际的镜面加工，建议使用较大的峰值电流和较小的脉冲宽度。 较大的峰值电流使得在小脉冲宽度条件下更容易放电击穿。 镜面电火花加工采用负极性加工（电极为负极），不能与电容器一起使用。 此外，刀架升降控制参数的选择也非常重要。 与传统加工的选择也有一些区别。 例如，放电时间应设置较长，抬刀高度不宜过高，抬刀速度不宜过快等。 这样设置的目的是为了能够在电极和工件之间形成均匀的炭黑层，以维持稳定的电腐蚀过程。 刀过度提升会干扰炭黑层的形成。

电规之间的间隙会影响加工速度和表面粗糙度。 预留量越小，加工效率越高，但会导致表面光洁度不均匀。 最理想的加工情况是，第一加工条件加工完成后，后续加工仅将第一加工条件造成的表面凹凸平滑，而不去除新材料。

先进数控电火花加工机床的电气标准配置方法是智能化的，可以通过专家系统自动生成加工工艺数据。 编程时，选择材料对、应用类型、表面粗糙度值，输入加工面积、加工深度、电极尺寸缩放量等，机床即可配置加工电气标准。

表3 某先进机床镜面加工工艺数据表（部分）

2.4 翻译过程

数控电火花加工机床的平移功能使电极沿着目标加工形状连续振荡，消除电极停滞，实现型腔底部和侧面均匀的表面效果。 在不使用平移技术的加工中，即使是直径10mm的小区域也很难达到均匀的高光洁度镜面效果。 平移工艺的应用避免了电极整个面积上的集中接触放电，并且可以通过周期性局部放电实现更大面积的镜面加工。

2.5 与电极的关系

镜面电火花加工采用多电极更换工艺。 需要根据加工部位的加工量来确定使用多少个电极进行加工。 通常使用两个电极进行粗加工和精加工。 粗加工电极的尺寸缩放量为每边0.25mm，精加工电极的尺寸缩放量为每边0.15mm。 当加工面积较小或仿形精度较高时，可采用较小的尺寸。 粗加工电极采用放电能量大的电规，快速去除大量金属。 表面可达VDI28（Ra2.5μm），通常留余量0.07mm左右； 精加工电极逐渐变薄，最后镜面化。 。 如果型腔已经预铣，加工量不大，镜面电火花加工可以用一根电极完成从粗到精的加工。

粗加工和精加工要求电极一致性好、制造精度高，以及更换电极时的重复装夹和定位精度。 可采用高速铣削制造电极，采用参考球测量的定位方式，可采用重复定位的3R快速装夹定位系统，满足高要求。

镜面电火花加工要求采用高纯度紫铜作为电极材料（如日本三宝紫铜），加工性能良好，不易产生电弧放电，能获得均匀的加工表面。 如果所使用的铜电极材料纯度不够，会导致镜面不平整、局部缺陷等不良现象。

2.6 与工作液的关系

火花工作液在加工过程中起到去离子、冷却和消除电腐蚀产物的作用。 应根据电火花加工的要求选择工作液，主要参考“粘度”指标。 抗氧化性能和热稳定性也至关重要，决定了油的使用寿命。 低粘度有利于加工间隙中工作液的流动，带走加工产生的侵蚀产物和热量，使加工间隙及时恢复正常状态。 镜面电火花加工推荐工作液粘度为2～3mm2/s，推荐使用电火花加工油TOTAL EDM 22（运动粘度（40℃）2.4mm2/s；闪点102℃）。

粉末混合电火花加工在工作液中添加一定量的粉末颗粒。 根据国内外许多关于粉末混合加工的技术报道，基本上有以下几种类型：硅粉、铝粉、镁粉、石墨粉。 FORM20机床中使用的粉末是GFProcessingSolutions开发的特殊粉末混合解决方案。 其主要成分是石墨颗粒，长度大约小于8um。 加入的粉末浓度要求为2g/L。 每次更换混粉液前，需对火花油进行过滤清洗，过滤掉加工过程中的杂物及过期粉末，然后添加混粉液，确保加工效果保持350~400小时。 当粉体混合液浓度不够时，短时间内无法达到光泽表面。 当粉末混合液浓度过高时，模具型腔的锋利棱角会受到破坏，电极与工件之间会出现较多的粉末。 会造成流动短路，严重时会在工件表面造成伤痕。

2.7 镜面加工工艺

数控电火花加工一般在油浸加工中添加适当压力的侧面冲洗液，以帮助有效清除切屑，提高加工效率。 但镜面电火花加工时不能使用侧冲洗液，可将工作液设置为微循环状态。 侧冲洗液的冲刷力会破坏电极与工件之间的炭黑层，影响镜面加工效果的均匀性。

镜面电火花加工时，往往能保持高度稳定的放电状态，一般不会发生积碳。 因此，加工过程中应尽量停机，尤其不要清理工件表面的粉末层，否则会发生严重后果。 影响镜面加工过程的继续。

如果加工完成后发现镜面效果不理想，请勿拆卸工件，并在完成前使用镜面电规。 微调时，你会发现放电状态很不稳定，电极长时间无法进入整体放电状态。 遇到这种情况，首先用气枪将电极和工件表面的炭黑层彻底吹掉，然后开始放电，将电压值提高到200V~250V。 电压升高后，放电击穿变得更容易。 短短几分钟的时间，就可以观察到放电状态从局部放电变为全面放电，然后电压值又恢复到正常值。 在此过程中，电极和工件之间会再生一层炭黑层，直到整个加工区域出现均匀的炭黑层时才完成加工。

总结：

在国内电加工技术的发展中，也出现了为机械工业发展提供辅助便携式电加工工具和设备的趋势。 这里有一个具体的解释：

在机械加工行业中，经常会出现断刀的情况，如常见的断丝锥、断螺栓、断内孔刀具等； 在石油钻探行业中，钻具钻头上也存在硬质合金刀头折断的现象。 ，造成高价值钻具钻头报废。 为此，一系列适合各种条件下使用的便携式电火花加工断刀机应运而生。 在不损坏原有刀具的基础上，利用火花放电的原理，清除破损的刀具碎屑，解决了这一问题。

传统的电火花加工机床可以解决模具型腔成型加工的问题。 但在一般机械加工行业中，硬质合金钛合金等特殊材料存在一些人为缺陷等加工问题。 加工量不大，外包加工不方便，有的在大型工件上加工小型腔。 如果投资传统的大型电火花加工机床，则需要配备专职操作人员，这是不划算的。 对于此类问题，便携式电火花加工机可以轻松解决此问题。 此类设备对于加工硬质合金、钛合金、高温合金、钨钼等高熔点合金非常有效。

最近投放市场的一款便携式电火花金属表面处理机也非常适合机械行业的一些特殊需求。 这种小型便携式设备可以解决不同金属表面的强化和合金强化问题，并通过电火花放电在高温下转移硬质合金。 当电极材料与金属表面牢固结合时，金属表面硬化、耐磨、耐腐蚀。 例如，传统的不锈钢虽然耐腐蚀，但硬度不高。 采用放电超声波复合加工强化，使其表面硬度达到70HRC以上，大大提高了其耐磨性； 该设备还可以对金属表面进行“砂磨”，或“纹理”和哑光表面处理方法，以增加金属表面的摩擦力或装饰，例如装饰性金属磨具表面的电镀。 消除了火花放电打磨甚至橘皮效应； 超声波电火花金属表面复合抛光功能也给模具和金属加工领域的金属抛光问题带来了福音。

目前，一款类似的产品即将投放市场，那就是便携式电火花小孔加工机。 这是一款旨在取代传统EDM高速小孔机的新型便携式EDM产品。 该设备的主要目标是服务于模具行业。 就像便携式手持电动工具一样，灵活方便。 可在大型零件、大型模具上加工深度100mm左右、直径1mm左右的深孔。 它快速、方便，解决了这些问题。 处理问题的场合。