電火花加工電極形狀變化規(guī)律研究發(fā)展概述

王文建　常皓　劉鵬軍

摘 要 隨著特殊加工工藝需求的難加工材料工件日益增多，目前所研究的傳統(tǒng)機械加工方法很難滿足加工要求的加工精度和加工效率。電火花加工具備非接觸加工，與加工材料機械性能無關、加工過程中無宏觀切削力，不受材料性能影響等特點，因此廣泛應用于精密加工中，但是加工過程中存在電極損耗和形狀變化，因此分析電火花加工中電極損耗和形狀變化規(guī)律發(fā)展現(xiàn)狀，可為電火花微小曲面加工、精密加工研究狀態(tài)提供一定的參考。

關鍵詞 電火花加工 電極形狀變化規(guī)律

中圖分類號：TG661文獻標識碼：A

0引言

在微電子、醫(yī)療、汽車、通訊等行業(yè)，微細微小產(chǎn)品的全球市場需求越來越大，在2005年產(chǎn)值已達到380億美元，2012年預計可達1000億美元。電火花加工是利用正負電極間火花放電的電熱效應去除材料而實現(xiàn)加工的一種特種加工技術(shù)。由于具有非接觸加工、加工過程幾乎無切削力，不受材料的強度、硬度限制等特點，電火花加工方法被認為是微細加工和硬脆難加工材料的最優(yōu)方法之一，所以了解電火花加工電極損耗形狀變化規(guī)律的研究現(xiàn)狀是非常必要的。

1電火花加工電極損耗研究發(fā)展現(xiàn)狀

1.1電極放電概率

Morimoto等人通過電火花加工仿真的方法，以指數(shù)分布計算放電概率，確定加工放電位置，模擬電火花加工重復連續(xù)放電過程，通過進行試驗研究可知，對不同工作區(qū)域進行模擬，得到的電極形狀和間隙寬度分布與試驗結(jié)果一致。Kitamura等人使用SiC單晶作為電極材料，加工開始數(shù)百次脈沖放電后，超過70%的工作表面被放電產(chǎn)生的氣泡所占據(jù)，放電不僅發(fā)生在液體中，而且發(fā)生在氣泡和液體之間的邊界處。通過最終研究可知，放電概率發(fā)生在液體和氣泡之間的邊界處最高，最后一次放電概率發(fā)生位于邊界處的碎屑顆粒處最高。Abbas等人研究了電火花加工中電容和電感對諧振頻率的影響，檢查了不同頻率下的放電連續(xù)性概率。表明在諧振頻率下進行加工時，可以實現(xiàn)在預定脈沖持續(xù)時間內(nèi)較高的放電連續(xù)性概率，從而大大提升了材料去除率（MRR）。

1.2電火花加工計算機仿真

計算機仿真技術(shù)在很多領域獲得的成功，都表明它在電火花加工研究中的重要性。Kao等人研究用計算機人工神經(jīng)網(wǎng)絡的方法來識別電火花加工過程，識別的成功率能夠達到98.5%。Y Zhao等人基于Z-map方法，介紹了配備直線電機的電火花成形過程幾何模型的開發(fā)。該模型已被用來計算火花發(fā)生的最小間隙距離，并分析工件和電極表面之間產(chǎn)生火花的可能性。計算出一個火花放電形成的火山口形狀，預測最終加工的表面形貌。進行了相關實驗驗證所開發(fā)的幾何模型的有效性。許多學者利用考慮刀具磨損影響的表面輪廓生成理論模型，運用這個簡化的仿真算法，進行微觀和宏觀EDM生成的表面輪廓仿真，最終預測工具電極加工后的損耗形狀。高德東使用ANSYS對電火花加工中單次放電狀態(tài)的溫度場進行仿真，最終預測了凹坑形貌。許佩霞對電火花加工理論建立了物理模型，利用計算機仿真獲得了電極工件間的電場分布，找到了提高擊穿放電通道的有效途徑。陳日等人修正了電火花加工中球缺計算模型，并進行溫度場分布的電火花加工過程仿真，預測出了電蝕凹坑的形貌。

1.3研究電極形狀變化

Yeong等人根據(jù)刀具磨損造成的顯著降低加工精度的問題。提出了一種圓柱形電火花加工工藝的幾何仿真模型，用來預測工具和鉆孔的幾何形狀。將仿真結(jié)果與實際的實驗結(jié)果進行比較，表明幾何預測形狀變化誤差在13%以內(nèi)。劉宇等人由于微細電火花小孔加工過程中不同電極材料的損耗，進行多材質(zhì)電極仿真并制備多材質(zhì)電極進行試驗，仿真與試驗結(jié)果都表明多材質(zhì)電極能夠降低電極損耗和提高加工精度。L Zhang等人在TF-WEDG中，利用高的去除分辨率，通過在線測量的直徑反饋后，可以實現(xiàn)微電極的精確直徑和形狀變化仿真。傅宇蕾等人提出了基于MATLAB的電極磨損幾何仿真模型，用于預測鉆具和鉆孔的幾何外形。通過設置放電間隙影響因素等參數(shù)，模擬電極幾何形狀變化的過程。

2結(jié)論

在電火花加工中，電極是必不可少的，電極的損耗及形狀變化規(guī)律研究是一個重要問題，本文采用多種研究方法對電火花加工電極進行了研究，結(jié)果有了一定的基礎，從長遠角度來看想要實現(xiàn)一次成型加工方法，深度研究電極材料的損耗和形狀變化規(guī)律是未來加工復雜曲面的一個必然趨勢。

作者簡介：王文建，男，1991年生，內(nèi)蒙古赤峰，碩士，助教。研究方向：微細電火花加工、特種加工及盾構(gòu)施工技術(shù)。

參考文獻

[1]Morimoto，K.&M.Kunieda.Sinking EDM simulation by determining discharge locations based on discharge delay time[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology，2009，58（01）：221-224.

[2] 高德東.基于熱學仿真的微細電火花加工表面形貌預測[J].制造技術(shù)與機床，2008（11）：49-53.

[3] 許佩霞.電火花加工極間電場數(shù)值的模擬與試驗[J].機械制造與自動化，2008，37（06）：155-158.

[4] 陳日，郭鐘寧，劉江文等.電火花加工過程的溫度場仿真與研究[J].計算機仿真，2015，32（02）：219-222.