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影响电火花加工表面粗糙的因素有哪些?
 
     对电火花加工表面粗糙影响最大的是单个脉冲能量,其次是加工面积、工件材料、电极材料和排屑状况的影响。简述如下。
(1)脉冲能量对表面粗糙度的影响  从电火花放电加工过程看,因为脉冲能量在,每次放电的蚀除量也大,放电凹坑既大又深,从而使表面粗糙度恶化。表面粗糙度和脉冲能量之间的关系,可用如下实验公式来表示:
Rmax=KR t 0.3e I 0.4e
式中  Rmax——实测的表面粗糙度,μm,通常Re1μm≈Rmax=(6~8)μm;
    KR——常数,钢加工钢时常取2.3;
    te——脉冲放电时间,μs;
    Ie——峰值电流,A。
从公式可见,影响表面粗糙度的因素主要是脉冲宽度te与峰值电流Ie的乘积,即单个脉冲能量的大小。峰值电流一定值时,随着脉冲宽度增加,表面粗糙度急速下降,当脉冲宽度为2μs时表面粗糙度Ra值为0.5μm,脉冲宽度为1000μs时表面粗糙度Ra值趋于12.5μm。当脉冲宽度一定值时,随着峰值电流的增加,表面粗糙度也变差,当峰值电流为10A时表面粗糙度Ra值为1.6μm,峰值电流为40A时表面粗糙度Ra值趋于25μm。因此,在实际生产过程中,要想获得高质量的加工表面,一是在减少峰值电流的同是减小脉冲宽度;二是在维持脉冲宽度时,尽量减小峰值电流。既矛盾又统一,改变上述两项电参数才能达到降低脉冲能量,提高加工表面质量的目的。
(2)加工面积以表面粗糙度的影响  从生产实践中发现,即使单脉冲能量很小,但在电极面积相对较大时,Ra值也很难低于0.3μm,而且加工面积越大,可达到的最佳表面粗糙度越差。这是因为在工作液中的工具电极和工件相当于在放电间隙上并联的一个电容器,当小能量的单个脉冲到达工具电极和工件时,电能被此电容吸收,只能起充电作用而不会引起火花放电。只有经多个脉冲充电到较高的电压,积累了较多的电能后,才能引起击穿放电,加工出较大的放电凹坑。
另外,电火花加工的表面粗糙和加工速度之间存在着很大矛盾,例如从Ra2.5μm提高到Ra1.25μm,加工速度要下降到原来的百分之几。按目前的工艺水平,较大面积的电火花形成加工要达到Ra0.3μm是比较困难的,但是采用平动或摇动的工艺可以达到。目前,电火花穿孔加工侧面的最佳表面粗糙为Ra1.25μm~0.32μm,电火花形成加工平动或摇动后最佳表面粗糙度为Ra0.63μm。要想达到Ra0.05μm的表面,通常是在很小的面积上(如10mm的圆表面),而且采用特殊的光整加工方法,其表面粗糙度可达到Ra0.1μm~0.05μm,这时加工速度比较低,而且加工面积很小。因此,实际生产中一般比较常用的办法是,采用电火花加工到Ra2.5~0.63μm之间再用其他研磨抛光方法,改善提高电火花加工的表面粗糙度。
(3)工件材料对表粗糙度的影响  对于一般的工具钢、合金钢的工件,当选用相同的加工规准时,其加工表面粗糙度没有多大差异。但选用熔点高的工件材料(如硬质合金、钨钢等),在相同脉冲能量下加工的表面粗糙度要比熔点的工件材料好。当然加工速度会相应下降,电极损耗会加大。
(4)电极材料对表面粗糙的影响  在电火花加工过程中,选用粗加工时,当加工面积大,加工深度又深的工件时,因工具电极长时间承受较高的脉冲能量,很容易产生热疲劳损坏,在电极表同形成鱼鳞状的裂纹,或电极表面出现剥落现象,其电极表面状况都会反映到工件上,造成工件底面或侧壁表面粗糙度变粗。因此,在加工大型工件型腔时,常选用耐疲劳抗电流冲击的石墨电极材料作为粗加工应用。在精加工时,工具电极的表面粗糙度也将影响到工件表面粗糙度。由于石墨电极很难加工到非常光滑的表面,因此用石墨电有的加工表面粗糙度相对较差。所以在加工中小型腔时,又常用纯铜电极材料来提高表面粗糙度。
(5)排屑状况对表面焅糙度的影响  当电蚀产物排屑、排气状况不好时,往往使加工面的某个部位放电脉冲能量集中,造成凹坑过大,出现波纹起伏不平整,如果出现异常的电弧放电,还会造成烧伤加工表面,使表面粗糙度变差,严重的甚至使工件报废。因此,在电火花加工过程中,应该保持加工区域的清洁,不积屑、不存气,加强工作液的循环过滤,采用冲液、抽液的方式促使电蚀产物的排除。有条件的采取适应抬刀、定时抬刀或快速抬刀,协助排屑。或者采用平动、摇动的方法,进行挤压式的排屑、排气。如果是拉弧烧伤腐蚀工作,就只能采用人工清理的办法,将烧伤处的积瘤清理干净再进行加工。上述方法都是为了改善排屑、排气状况,有助于提高加工表面质量。
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