超聲輔助氣中電火花銑削加工技術

摘 要：本文闡述了超聲輔助氣中電火花銑削加工技術，作為一種新穎的電火花銑削加工工藝，具有提高加工效率、簡易補償電極且安全、綠色環保等優點。在數控系統控制下，用逐層掃描式的加工方式，對復雜零件進行柔性加工，縮短加工周期、降低加工成本、提升工件柔性等特點，擁有廣闊發展前景的電火花加工工藝。超聲輔助氣電火花銑削加工工藝的開發，深化了氣中電火花加工技術的研究，為其實用化研究指明了方向。

關鍵詞：電火花加工;銑削;超聲振動;氣體介質

超聲輔助氣中電火花銑削加工工藝，是在20世紀90年代逐步發展起來的電火花成型加工工藝。它的工藝方式為，采用標準形狀電極，在數控系統的控制下，按照一定軌跡作成型運動，通過電極與工件之間的不同相對位置的火花放電，加工出所需工件形狀。與傳統的電火花成型加工工藝相比，采用超聲輔助氣中電火花銑削加工工藝，具有減少成型電極的設計與制作、壓縮產品生產周期、模具制造成本減少以及提高加工效率和工件柔性等一系列優點。目前，國內外電加工學者，主要針對常規型電火花銑削加工工藝、微細電火花銑削加工工藝和新型介質電火花銑削加工工藝擁有深層次的研究。

1 超聲輔助氣中電火花銑削加工工藝原理

在超聲輔助氣中電火花加工過程中，由于放點間隙，氣中比液中小，雖然僅有十幾或幾微米，卻極易導致拉弧甚至短路現象的發生，對加工效率的提升影響頗高。

根據超聲輔助氣中電火花加工工藝的基本原理，通過超聲振動作用在工件或工具電極上，提高氣中電火花加工性能。超聲輔助實驗其結果表明，在對工件或工具電極施加超聲振動后，氣中電火花加工過程中的拉弧甚至短路現象出現率大大降低，加工效率大幅度提升。

2 超聲輔助氣中電火花銑削加工工藝的特點

電火花銑削加工主要包括：大加工深度銑削工藝、精加工廓形銑削工藝以及分層銑削工藝。因此，當采用大加工深度銑削加工工藝時，主要加工面是電極側面，缺點是電極側面與工件之間氣流很小，導致在電極間隙內電蝕產物不易排出;當對復雜廓形工件采用精細加工過程中，位于供給極間的氣流極易外泄，造成加工件穩定性下降;而當采用較小的加工深度進行分層銑削加工時，才能保證氣流均勻地通過供給放電間隙，提升氣中電火花銑削加工狀態的穩定性能。

通過以上特點，超聲輔助氣中電火花銑削加工技術特點總結如下：

（1）采用綠色安全性高的壓縮氣體介質作為工作介質;

（2）電火花介質其工作介質通過空心管狀電極，并提供沖液功能;

（3）分層掃描銑削運動，由工件的X、Y軸向的伺服平動和Z軸向的間進給來實現;

（4）工具電極通過旋轉運動，分散放電點分布，避免火花集中，保證電機端部均勻磨損;

（5）超聲振動作用于工具電極上，通過改變電火花間隙狀態，脈沖利用率得以提高，進而加工效率及加工質量得到改善。

3 超聲輔助氣中電火花銑削加工規律

超聲振動輔助電火花銑削加工工藝中，超聲振動的影響、加工時率和工件表面質量等都可以通過實驗進行進一步探索。經實驗表明，通過超聲振動，可以通過系統延時降低對加工造成的影響，減少或避免電弧放電，使加工效率和加工表面質量得到提升。通過微細小孔超聲振動電火花加工技術實驗中，得出加工條件合適是超聲復合微細電火花加工技術優于常規微細電火花加工工藝這一結論。在工作液中添加20g/L的SiC顆粒并在電極軸向附加超聲振動，來進行加工實驗，得出超聲振動可以降低工件表面的表面粗糙度值、減薄重熔層厚度、表面殘余應力降低并使表面顯微硬度得以提升。

超聲振動極間流場極為復雜，難以進行實驗觀察，只能通過計算機仿真手段研究其規律。通過研究超聲振動輔助電火花加工技術的流場，表明超聲振動促進了電介質的循環，縮小了短路和電弧放電的現象，提升了加工時效及穩定性，從而提升工件材料去除率，進而能夠減小火花放電的凹坑深度，使得工件加工表明的熔融金屬更均勻，降低工件加工表面粗糙度。

通過研究超聲振動作用下，極間流場和蝕除顆粒分布場，有利于揭示超聲振動對極間流場與蝕除顆粒分布的改善作用。

4 超聲輔助氣中電火花加工工藝的發展進程

超聲輔助電火花加工技術，用簡易電極代替成型電極，實現加工的柔性化，提高電火花加工效率。在傳統的電火花加工工藝中，針對加工復雜型面工件，成型電極制備工作是一項復雜的工作，生產周期及加工成本都需要考慮，在加工規準改變時，則需要更換電極，無疑對增加輔助時間，增加制造成本。而超聲輔助電火花加工技術通過簡易電極代替成型電極，提升了整體加工速率，改善了工藝的加工效果。

截止目前，數控技術、智能技術等都有很大發展，可以將這些技術引入到超聲振動電火花加工工藝中來，進而提升電火花加工工藝的時效性。現今，電火花加工機床，通過對加工過程的智能控制、自適應控制，加入智能數控技術，對系統的放電加工及調節伺服系統進行干預調節，進而改善加工工藝，使加工效率和表面質量得到進一步提高。但是機床工作放電過程中，由于工藝本身的復雜性、不可控性，電火花加工工件在機床改善機理方向，目前尚未取得實質性進展，通過對機床加工參數的優化設計，加強對加工過程動態研究，提升加工工藝，從而達到加工速率的提升，從而促進對電火花加工工藝機理的研究的步伐。

伴隨著世界經濟大環境的發展與能源問題緊張的日益突出，制造業的發展趨勢有向小批量、多品種方向發展，產品的制造精度的要求也越來越高，這些都將對制造業的發展趨勢做出影響。同樣，電火花加工工藝也隨著當今制造業的發展同樣面臨新的機遇與挑戰。因此，超聲輔助電火花加工工藝，隨著先進技術的不斷發展，吸取其成果，不斷地改善，提高其工作效率、工件表面精度、創新技術、綠色環保等方向發展。

參考文獻：

[1]王振龍，趙萬生.微制造系統中的微細電火花加工技術[J].機械制造與機床，2003（09）：23-27.

[2]郭彩芬，趙國光.電流斜率控制電火花加工中的電極損耗[J].電加工，1995（05）：6-8.

[3]張云，周繼烈，王家平.硬質合金電火花加工高效低損新技術的研究[J].機電工程，2002，13（11）：904-906.

[4]朱濤，張建華，常偉杰，等.超聲振動輔助電火花銑削間隙流場分析與驗證[J].稀有金屬材料與工程，2014，43（01）：189-193.

作者簡介：崔同磊（1993-），男，山東昌樂人，碩士研究生，研究方向：特種加工。