电铸铜电火花工具电极损耗的研究

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1、1．3．2电火花工具电极损耗的产生电火花成型加工的主要工艺指标有加工速度、电极损耗、表面光洁度、加工精度和表面层变化等。加工中的电极损耗，是产生加工误差的主要原因之一。因此，掌握电极损耗的规律，并设法降低电极损耗是非常重要的。电火花放电加工是利用两电极极间脉冲火花放电产生大量的热能，熔化、蒸发和抛出电极材料，达到加工的目的。由于放电点面积小，其能量密度可达105，107W／mlrn2。放电能量大部分被工件电极吸收，工具电极也吸收一部分能量，不可避免地造成工具电极的损耗，直接影响到工件成形精度。1．3．3国内外关于电极损耗的研究溉述众所周知

2、，在电火花加工中，电极材料的蚀除量与脉冲电流提供加工间隙的能量密切相关，能量大小可由放电电压和放电电流求出，但要弄清能量在工具、工件和工作液三者之间的分配是很困难的。极间能量分配是电极损耗机理研究的一个重要内容，Zingerman【27】和Dijckl281的研究表明，工作液中损耗的能量占总能量的1％～5％，通常可忽略。Motoki[29,30l指出阳极和阴极上的功率分配主要取决于阴极发射的电子流。若放电通道的总电流密度为j，则j习++j．其中：i+为离子流密度j．为电子流密度Motoki认为j巧取决于通道总电流密度j，通常j增大，j．就

3、增大，对于工具电极为阳极的情况来说，j一增大是轰击电极的电子数增多，造成较大的损耗[31,321。Motoki的观点可以解释为什么小电流大脉宽可以得到低损耗，更一般地，任何降低电流密度的参数设置都有利于降低电极损耗。电加工的机理非常复杂，围绕着介质击穿、材料蚀除和消电离等各个方面，人们提出各种假说来解释蚀除机理，其中热作用学说得到了大多数人的赞同和支持【33l。楚振斌【3扣361从表面热源出发对电极表面热过程进行分析。利用热传导微分方程并结合初始条件和边值条件，文献【34】导出铜打钢的低损耗界限。Im／tk<0．1l其中：I。为峰值电流f

4、A)tk为放电时间(us)。————墼墼坠型型些鬈丝墅型墼垒—————一L．ChinohoUe对电加工的蚀除机理提出了新观点，他认为放电时气泡爆裂所产生的微流是金属蚀除的主要原因，从而借助于气泡体积的变化来研究极间能量分配及电极损耗规律。即使在矩形电流波下，用长脉宽加工，得到1％的电极相对损耗也不是特别困难的事，这～现象，不能只用电极材料的热物理特性不同来解释，极间能量分配学说也不能圆满地解释这个现象。有人提出了工具电极自恢复假说p6，”】，即具有很高热传导性的铜和具有很高熔点的石墨薄层相结合，构成高耐蚀性能的双层系统。陈湛清等人口8】根

5、据胶体化学的理论，研究了电火花加工中的极间胶体系统，指出电蚀过程所产生的胶体粒子不仅参与了击穿放电过程，促使放电点顺利转移，而且还会在电场作用下定向泳动，并吸附在电极表面，有可能用于减小工具电极损耗率，实现高效低损耗加工。陆纪培等p9】讨论了在煤油介质中紫铜电极加工钢时电极表面的黑膜与脉宽、峰值电流、脉冲停歇时间等电参数的关系，他认为黑膜的动态补偿作用是实现低损耗的重要原因，文中还探讨了利用黑膜进行精加工低损耗的可行性。电极损耗的机理性研究为新型低损耗电源的研制指明了方向，意义十分重大，然而由于电极损耗机理复杂，没有哪一种理论模型能完整地

6、解释电极损耗的全部问题，电极损耗的纯机理方面研究进展缓慢口”。与纯机理研究停滞不前形成鲜明对照的是，实用的低损耗策略研究却十分活跃，各种新型的低损耗电源的出现，又反过来促进纯机理研究的进步。放电电流波形对放电蚀除过程的影响很大，这日益引起人们的重视。寻求最佳放电电流波形，研制新型脉冲电源，是实现高效低损耗加工的重要途径【40I。日本的几家电火花生产厂商，在寻求低损耗的电流波形方面取得了很大进展，例如三菱电器开发的己获得专利的斜波电源，利用了极间能量分配原理，可以得到万分之几的极低损耗率。南京航空航天大学的夏晓明博士p”．开发了等频式脉冲斜

7、波电源。研究表明，在合适的条件下．斜波电源可以取得极低损耗的工艺效果，研究还表明，在相同的电源上升时间下，在一定的脉宽范围内，增大脉宽会降低相对损耗，但是当脉宽大于一定值后，相对电极损耗趋于稳定，这在矩形电流波(无上升时间)上表现特别明显，这说明电极损耗在放电的初始阶段较明显。斜波电流波形能够实现低损耗的主要原因是，电流前沿能量小，有限递增的电子流，绝大部分用于离子化通道以及通道的径向扩张．从而使实际撞击阳极工具的电子南京航空航天大学硕士学位论文流密度大大降低，阳极上的能量密度降低，从而使阳极蚀除量减少。南京航空航大大学的周勇等[4l】认

8、为在电火花放电加工过程中，采用负极性加工时，工具电极的损耗主要是由于火花放电前几百纳秒出现的电于流对工具电极表面的轰击造成的。C．J．Feeney和Crookall[42】讨论了在精、中、粗各