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安全間隙對電火花加工效率的影響

文檔作者：徐勇郭鐘寧周旭光文檔來源： 1．廣東工業(yè)大學(xué) 2．深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月08日
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設(shè)計(jì)·研究 《電加工與模具}2010年第6期
安全間隙對電火花加工效率的影響
徐 勇 ，郭鐘寧 ，周旭光
(1．廣東工業(yè)大學(xué)，廣東廣州510006；
2．深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東深圳518055)
摘要：以瑞士阿奇夏米爾機(jī)床為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，從安全間隙對加工效率的影響入手，通過大量實(shí)驗(yàn)
研究，總結(jié)出石墨電極在加工常用模具鋼時(shí)的一種高效加工工藝，并建立了相應(yīng)的工藝參數(shù)庫表。
經(jīng)驗(yàn)證，該工藝也適合其他類型數(shù)控電火花加3-機(jī)床，望能對企業(yè)生產(chǎn)起到一定的幫助作用。
關(guān)鍵詞：電火花加工；安全問隙；工藝參數(shù)；加工效率
中圖分類號：TG661 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009—279X(2010)06—0007—03
Influence of Security Clearance on EDM Efficiency
Xu Yong 一，Guo Zhongning ，Zhou Xuguang
(1．Guangdong Univesity of Technology，Guangzhou 5 10006，China；
2．Shenzhen Polytechnic，Shenzhen 5 1 8055，China)
Abstract：Using Agirtron EDM m achine as experimental facility，and taking the effect of security
clearance on processing efficiency into considration，gain an efficient process when use graphite dec—
trode machining common die steel based on experim ental research and establish the technological pa—
rameters tables．This process also verified for other types of NC EDM machine，hope the process of
enterprise production have helped．
Key words：EDM ；security clearance；technological parameter；processing efficiency
電火花加工是模具制造的一種重要工藝方法，
在塑料模制造中更是發(fā)揮著舉足輕重的作用。因
此，許多企業(yè)購置了國內(nèi)外先進(jìn)的電火花機(jī)床。但
因操作人員的理論知識有限，加工無法發(fā)揮其優(yōu)勢。
如何讓這些機(jī)床發(fā)揮出最大的潛能，一直是眾多企
業(yè)在生產(chǎn)過程中面臨的重要問題。
國內(nèi)有不少學(xué)者在脈寬、脈間、開路電壓、峰值
電流等方面對電火花加工工藝做出了相應(yīng)研
究 ，但安全問隙對加工特性影響的研究尚未見
報(bào)道。本文以瑞士阿奇夏米爾機(jī)床為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，從
安全間隙對加工效率的影響人手，研究石墨電極的
高效加工工藝，并總結(jié)出諸因素對加工效率的影響
規(guī)律，建立了相應(yīng)工藝參數(shù)表，與同行分享，希望能
為企業(yè)解決生產(chǎn)中的一些實(shí)際問題。
收稿日期：2010—08—1l
第一作者簡介：徐勇，男，1984年生，碩士研究生。
l 安全間隙影響加工的理論分析
通常，機(jī)床自適應(yīng)系統(tǒng)默認(rèn)條件下的安全間隙
值M 滿足如下關(guān)系式：
M =2GAP+2Ra+一定余量 (1)
加工過程中的單邊安全間隙值M／2與其他參
數(shù)之間滿足圖1所示關(guān)系，該機(jī)床默認(rèn)的安全間隙
一般都留有很大的余量。相對而言，該安全間隙值
較保守，加工過程中可通過有效地修改系統(tǒng)默認(rèn)條
件下的安全間隙來提高加工效率。從圖1可看出，
在目標(biāo)加工深度不變的情況下，通過修改安全間隙
值，尤其是粗加工條件下的安全間隙值，將有利于在
粗加工時(shí)去除大量的材料，充分利用粗加工時(shí)加工
速度快的特點(diǎn)提高~n q-_效率。
加工過程中，每一個(gè)脈沖步所對應(yīng)的加工速度
具體的計(jì)算表達(dá)式如下：
h。=H—M ／2+GAP， (2)
— — 1 — —
《電加工與模具}2olo年第6期 設(shè)計(jì)·研究
圖1 單邊安全間隙值M／2不意圖
hi H—M J|2+GAP J 03
Ah =h 一^ (4)
△ =S×△，2 (5)
MRR ：△ ／t (6)
式中：H 為目標(biāo)深度；h，、h 分別為第i和第 脈沖
步下加工的深度；M 、M 分別為第i及第 脈沖步
對應(yīng)的安全間隙值；( P，，GAP 則分別為第i及第
脈沖步對應(yīng)的單邊放電間隙；t，為第J脈沖步對應(yīng)
加工時(shí)間；AV 是第 脈沖步條件下去除的材料體
積，S是加工的型腔面積；MRR 則為第J脈沖步對
應(yīng)的材料去除率。第一個(gè)脈沖步對應(yīng)的則為：
MRR =S×^I／t。 (7)
結(jié)合式(2)和式(7)可發(fā)現(xiàn)，減小粗加工過程中
的安全間隙值，能將需要去除的材料主要集中在粗
工階段去除，從而提高整體的加工速度。
因此，本文將著重研究安全間隙值對加工效率
的影響。
2 實(shí)驗(yàn)安排
以石墨作為電極材料，常用模具鋼H13鋼作為
工件材料，加工不同面積的方形型腔，型腔目標(biāo)加工
深度為6 mm，目標(biāo)表面粗糙度Ra1．0 m，放電間
隙則采用經(jīng)驗(yàn)值，粗加工和精加工分別用兩個(gè)電極
加工。先用機(jī)床自適應(yīng)系統(tǒng)選擇自備數(shù)據(jù)庫中的最
優(yōu)參數(shù)進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)，而后采用自我修改M 值后
的脈沖條件進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行模擬仿
真，對比分析并預(yù)測最佳的參數(shù)組合。安全間隙值
M 的修改原則見表1。
表1 安全間隙M 優(yōu)化方案
脈沖編號 安全間隙M
機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)
2GAP+2Ra+新余量0
2GAP+2Ra+新余量l
2GAP+2Ra十新余量2
安全間隙中加工余量的大小，直接關(guān)系安全間
隙對加工過程穩(wěn)定性的影響。最理想的加工情況是
每一個(gè)脈沖只去除上一脈沖加工后留下的腐蝕坑，
而不去除新的材料，即每一步的加工余量為零。但
這常會(huì)導(dǎo)致后續(xù)脈沖步加工很可能走空刀，即無法
實(shí)現(xiàn)加工。因此，需妥善修改安全間隙值，使粗加工
條件下盡可能多地去除材料，并很好地保證加工表
面質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)使用的部分具體安全間隙值見表2。
表2 部分實(shí)驗(yàn)用安全間隙值對比表 }‘m
編號 各脈沖步安全間隙值
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
3．1 平均加工速度對比情況
表3為各參數(shù)條件下，加工30 mm×30 mm×6
mm 的型腔時(shí)的平均加工速度對比表。
從表3可看出，第1組參數(shù)(系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù))情
況下，加工速度遠(yuǎn)低于第2～4組參數(shù)條件下的加工
速度，其中第3組參數(shù)條件下平均加工速度最為優(yōu)
越。為更加明顯地觀測及預(yù)測加工速度趨勢，對表
一8 —
2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行近似擬合(圖2)。
表3 實(shí)驗(yàn)平均加工速度對比表 mm3／min
通過擬合曲線很明顯地發(fā)現(xiàn)，隨著加工參數(shù)的
6 6 2 2 0 O ● O O 5 5 5 5 0 O ■ ● 0 O ； 8 8 0 O 0 O 69O 2l O O 0 2 7 5 } O O O 4 1 8 ，
0 O 5O 2 2 2 O O 0 O O 7 3 2 O O 4 O 6 3 3 3 0 O 0 O 5 4 4 ● 0 0 l O 3 0 5 5 ● O O 1 2
設(shè)計(jì)·研究 《電加工與模具}2010年第6期
改變，加工速度先呈現(xiàn)上升之勢，到一定程度出現(xiàn)最
大值，隨后便開始下滑。加工速度最高點(diǎn)出現(xiàn)在第
3組實(shí)驗(yàn)參數(shù)附近，安全間隙值大于或小于第3組
參數(shù)的第2、4組情況下的加工速度呈現(xiàn)下降情況。
圖2 石墨。鋼半均速度對比圖
結(jié)合平均速度對比表及對應(yīng)曲線擬合圖中發(fā)
現(xiàn)，不論是粗加工還是精加工，第3組參數(shù)條件下的
加工最為穩(wěn)定，且加工速度也最快。據(jù)此，在一定程
度上驗(yàn)證了上述假設(shè)，即第3組脈沖參數(shù)為石墨加
工鋼材料的最佳參數(shù)組合。
3．2 表面粗糙度檢測
由于加工速度的提高并不直接意味著加工效率
的提升，還要檢測加工質(zhì)量作為后續(xù)的評定因素。
只有在加工速度提高的同時(shí)，又得到預(yù)定的加工質(zhì)
量，才是真正意義上的效率提升。因此，又對加工后
的表面質(zhì)量進(jìn)行了細(xì)致的檢測。
將加工后的表面用丙酮進(jìn)行清洗，并讓其自然
風(fēng)干。再采用數(shù)顯表面粗糙度電子測量儀對各加工
表面進(jìn)行橫向、縱向以及斜向等多次測量，并記錄測
量結(jié)果(表4)。
表4 表面粗糙度對比表 m
從表4可看出，按機(jī)床默認(rèn)參數(shù)加工后的表面
粗糙度值已超出目標(biāo)值Ra1．0 m，這樣，加工出來
的產(chǎn)品就成了次品甚至是廢品，這對于企業(yè)來說絕
對不允許的，而通過修改后的第2、3、4組脈沖條件
加工后的表面粗糙度值都遠(yuǎn)小于預(yù)定值。為更好地
研究各脈沖參數(shù)條件下加工表面質(zhì)量的變化趨勢，
對表4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，并進(jìn)行一定階段的
擴(kuò)展預(yù)測，以找出最佳參數(shù)組(圖3)。
圖3 表面質(zhì)量對比圖
圖3表明，在上述4種脈沖條件下，其加工表面
質(zhì)量趨勢曲線開口向上，曲線呈現(xiàn)先下降再上升狀
態(tài)。按照曲線變化趨勢，在第2、4組之間會(huì)出現(xiàn)一
個(gè)極小值，即表面粗糙度值最小值會(huì)在第3組脈沖
條件附近出現(xiàn)。這與加工速度表圖中傳達(dá)的信息剛
好吻合。此外，將加工后的表面用顯微鏡觀察，沒有
發(fā)現(xiàn)蝕點(diǎn)、微裂紋等缺陷。加工其他尺寸的型腔時(shí)，
也得到同樣的結(jié)論。將該參數(shù)設(shè)置原則用于北京阿
奇電火花機(jī)床以及日本沙迪克機(jī)床上進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)
驗(yàn)，也取得良好的加工效果。
據(jù)此，可以確定第3組脈沖條件設(shè)置原則所對
應(yīng)的參數(shù)為石墨加工鋼材料的最佳參數(shù)組合。通過
整合參數(shù)建立了相應(yīng)的工藝參數(shù)表，以供企業(yè)生產(chǎn)
使用。
4 結(jié)論
經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證明，安全間隙對加工過程的穩(wěn)定
性及加工效率產(chǎn)生重要影響。合理地調(diào)節(jié)安全間隙
值，能顯著提高加工效率。在針對國內(nèi)常用模具鋼
加工情況時(shí)，國內(nèi)外機(jī)床的自備參數(shù)庫并不是最優(yōu)
選擇。本文通過合理地更改機(jī)床默認(rèn)加工參數(shù)，有
效地提高了加工效率，并建立了相應(yīng)的加工參數(shù)庫。
針對此情況，企業(yè)在引進(jìn)國外先進(jìn)機(jī)床時(shí)，需要考慮
優(yōu)化參數(shù)庫，以充分發(fā)揮先進(jìn)機(jī)床的最大潛能。
參考文獻(xiàn)：
[1] 趙萬生．先進(jìn)電火花加工技術(shù)[M]．北京：國防工業(yè)出版社
2004．
[2] 伍端陽．提高電火花加工效率的工藝探討[J]
2008(增刊)：57～60．
[3] 武云霞．石墨電極電火花加工工藝研究[D]
大學(xué)，2004．
電加工與模具
廣州：廣東工業(yè)

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