電火花加工中積碳和二次放電的原因與對策

□齊 飛

電火花加工屬于特種加工，尤其在模具制造行業更是不可替代的一種加工方法。而在電火花加工過程中總會有各種原因的異常發生，這些異常在電火花加工中是難以避免的。在這種種異常之中，積碳和二次放電出現頻率最高，并且很難用理論數據進行有效控制。在積碳和二次放電的問題上，現階段的研究尚未取得突破性進展，所以經驗顯得尤為重要。

一、認識積碳和二次放電

(一)積碳。積碳是指電極與工件放電間隙中的粉屑、加工液燃燒生成的碳化物、氣泡等電蝕產物，在冷卻排渣過程中來不及去除而淤積于某一處，使得此處產生集中放電，在工件表面形成燒傷或小坑，導致加工表面產生缺陷的現象。

(二)二次放電。二次放電是指加工粉屑排出狀況不良，已加工表面上由于電蝕產物等的介入而再次進行的非正常放電的現象。

二、積碳和二次放電對產品的影響

積碳和二次放電都會影響工件的表面質量，使表面粗糙度不均勻，產生加工缺陷，影響產品的使用。由于積碳會產生短路現象，使得機床不能完成火花放電，則極大地降低了加工效率。此外二次放電還會使加工深度方向產生斜度和加工棱角、棱邊產生圓角等方面問題。

三、積碳和二次放電的原因及對策

由上文可以看出，積碳和二次放電將影響工件的加工精度，特別在精密模具加工將會是致命的。下面來分析一下具體的原因并提出解決問題的對策。

(一)原因分析。

1.放電間隙設計不合理。在電火花加工中，放電間隙是指工具電極和工件之間產生火花放電的一層距離，在不同的地域或不同資料中放電間隙有時被稱為加工間隙、電極間隙和過切量。它的大小一般在0.01～0.5mm之間，實際效果反映在加工后工件尺寸的單邊擴大量。放電間隙選擇的原則是:在該距離范圍內，既可滿足脈沖電壓不斷擊穿介質，產生火花放電，又可適應在火花通道熄滅后介質消電離及排出電蝕產物的要求。當放電間隙不合理時則會產生積碳和二次放電現象。

2.電極材料選用不當。現階段電火花加工使用的電極材料一般是紫銅和石墨，兩種材料在使用中各有利弊。如在大脈沖寬度的負極加工中使用銅電極時，由于銅的密度大，而脈沖間隔又較小，因電極損耗而蝕除下來的金屬顆粒會沉積到底部，使工作液渾濁，增大了排屑難度，從而易產生二次放電。而石墨電極密度低，但在加工中會有細顆粒脫落，導致積碳。

3.工作液渾濁污染嚴重，過濾芯長時間沒有更換。在電火花成形加工中，工作液具有一定的介電能力，它有助于產生脈沖式火花放電，形成放電通道，放電結束后又能恢復極間絕緣狀態。現階段電火花加工的工作液一般為電火花專用煤油，由于油基放電介質粘度比較大、流動性差，所以不利于電蝕產物的迅速排出;同時放電時產生的電蝕產物淤積一處產生積碳，不利于加工進行。隨著工作液長時間的使用，工作液逐漸會變得稠密，電蝕的顆粒狀產物，如金屬顆粒、碳渣會懸浮在工作液中停留很長時間而不易沉降，工作液混濁，放電間隙狀態惡化，產生“二次放電”降低加工穩定性，影響加工質量。如果此種情況下還存在工作液過濾系統的濾芯長時間未更換，導致循環過濾系統不能有效工作，則更會加劇加工條件惡化，進一步影響加工質量。

4.放電條件選用不當。放電條件主要是指放電電壓、放電電流、放電時間以及放電休止時間等參數。如果在加工過程中放電條件選用不當，如粗加工過程中選擇了短的放電時間或是低的放電電流就會產生積碳現象，從而降低加工效率。

5.沖油方式不合理。放電過程中電蝕產物不斷被蝕除，若加工的工作液流動性差，則電蝕產物(金屬微粒、汽泡、碳渣等)大量增加，會使介質處于氣液混合狀態，產生二次放電現象。電蝕產物不能及時排除，則加工很難穩定進行。而且會使脈沖利用率及加工速度降低。

6.輔助功能設定不當。合理利用輔助功能里的參數設定，對于提高表面粗糙度、控制電極消耗、尤其是對電蝕產物的排除等都有很大的幫助。而通過本文上述內容可知，電蝕產物是否能順利排除是影響積碳和二次放電的關鍵性因素。輔助功能(以MAKION電火花機床為例)主要是控制加工過程中的抬刀，包括抬刀周期、抬刀模式、抬刀的次數、抬刀的方式以及各種開關量的設置。經試驗表明抬刀對于改善深槽及窄縫等微細加工的排屑，防止積碳和二次放電等現象有明顯影響，發展高速抬刀是必然趨勢。

(二)解決對策。

1.改變電極的實際間隙。一般情況在粗加工過程中會選擇較大的間隙，精加工過程中選擇較小的間隙。并根據工位形狀、特性、加工條件綜合考慮決定間隙的大小。

2.合理選用電極。應根據實際加工情況，根據電極材料的特性，揚長避短，合理選用電極。

3.定期更換工作液及過濾芯。不定期對油槽進行清潔與維護。

4.依據下列內容綜合考慮，選擇放電條件。加工面積的計算以電極的正投影面積為準。對于尖角電極，開始適當調小電流，隨著深度的增加逐漸加大電流。表面粗糙度:根據要求加工表面的粗糙度來選擇條件，最終條件要達到表面粗糙度要求。排屑狀況:當排屑良好時，選擇無消耗的條件。當排屑一般時，選擇小消耗條件。當排屑不暢時，選擇大消耗條件。電極減寸量:電極減寸量越大，初始條件亦可選的越大。工件材質:在電火花加工中，促使工件融化的速度，決定于工件材料的熔點、熱傳導和比熱。原因是放電的瞬間溫度大體一樣，而工件吸收熱量使溫度升高。開始融化則決定于工件的熱傳道和比熱。熔點越高、熱傳導性越好、比熱越大，則放電脈沖時間越短，休止時間加長。除以上選擇依據外，必要時可進行試加工，以獲取最佳的放電條件。

5.加工中改變沖油方式。一般都采用強迫沖油以提高加工速度，但是對于一定的加工條件下沖油壓力會有一個臨界值，超過這個臨界值會使電極的消耗增大。所以，在高精度加工中，沖油壓力調節要適當，以提高加工質量，必要時也可采用吸油方式。

6.合理的設置輔助功能。目前交流伺服電機驅動，抬刀速度一般可達3～5m/min。日本Sadick公司AQ35L主軸采用直線電機控制，傳動機構簡單，不用滾珠絲杠，沒有傳動間隙，能實現高速度、高加速度移動，滿足了EDM加工高速響應的要求。最大驅動力高達3，000N，快進速度可達100m/min，最大加速度達到1g以上，能及時排除電蝕產物消除集中放電、二次放電。

另外，由于機床生產廠家不同，輔助功能的具體設置方法是各有不同的，不能一概而論。但不論是何種機床，輔助功能設置的原理是相通的。首先想要設好輔助功能就必須先學好相關的輔助功能的理論知識，然后通過實踐不斷去測試，對加工狀況進行記錄，去對比，去驗證，要綜合地去評估和觀察加工狀況之后，去調整各項參數，要達到靈活運用和合理組合才能夠避免產生積碳和二次放電現象，真正體現出加工的技術和效率。

四、結語

以上對于電火花加工中的積碳和二次放電的原因對策的闡述，是筆者近些年來在電火加工方面的經驗的歸納和整理。電火花設備種類繁多，解決積碳和二次放電的方法也不盡相同，不能一篇盡述。希望能以此文與大家共同交流。

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