陈建丽

（广东科学技术职业学院，广东珠海 519090）

电火花加工中，影响加工表面粗糙度的主要是单个脉冲能量大小，也就是峰值电流ie与脉冲时间te乘积。但实践中发现，在电极面积较大时，即使使用很小的电规准，Ra也难低于0.32 μm[1]，为改善这种状况，近几年来国内外出现了“混粉加工”新工艺，在工作液中加入铝、硅等导电微粉，以获得大面积的光亮表面。

1 混粉电火花加工机理

电火花加工速度较机械加工要慢，其获得广泛应用在于其能加工任何导电材料及加工质量优于传统机械加工。其中表面粗糙度是考查加工质量的重要方面，根据实验公式，表面粗糙度与脉冲能量之间的关系表达如下[1]：

式（1）中：Rmax——表面粗糙度（μm）；

KR——与工件材料和电极材料有关的常数，铜对钢时取2.3；

te——脉冲放电时间（μs）；

从式（1）可看出，影响加工表面粗糙度值的加工工艺因素主要是脉冲放电时间和峰值电流乘积大小，即单个脉冲能量大小。采用较短的脉冲放电时间和较小峰值电流加工，即单个脉冲能量较小时，理应获得较低的表面粗糙度值。但在实践中发现，即使单个脉冲能量很小，当电极面积较大时，Rmax亦很难低于2 μm，并且加工面积越大，所能达到的表面粗糙度值越高。其原因在于加工时，在工作液中，加工工件与电极相当于电容的两极，具有“寄生电容”，相当于在放电间隙并联了一个电容。采用小的单个脉冲能量精加工时，每次脉冲并不能将放电间隙击穿，而是对“寄生电容”起了“充电”作用，待进行了几个周期的“充电”，电压值足够击穿放电间隙时，才进行放电加工，此时，已积累了较多的脉冲能量，形成较大蚀坑，恶化表面粗糙度。

混粉电火花加工是指在工作液中加入铝、硅等导电微粉的电火花加工工艺。它能有效降低工作液电阻率，放电间隙可成倍扩大，寄生电容成倍减小，不会发生上述多个脉冲能量积累，达到很大脉冲能量才能击穿放电间隙，进而进行放电的情况；混入的导电微粉对放电火花通道起分割作用，将每次放电火花通道分割成数个小通道，同时对脉冲能量也进行相应分解，使落在工件表面的单个脉冲能量成倍减小，相应的放电蚀坑也较小，以获得大面积光亮表面。

2 混粉电火花加工的实施要求[2]

2.1 混粉电火花工艺对加工机床的要求

混粉加工通常用于加工面积较大的精加工中，因此应用混粉电火花加工工艺的机床应具有精加工功能。主要在于机床加工电路，具有纳秒级脉冲放电时间和较低脉冲电流，使单个脉冲能量很小，并能在小脉冲能量下持续稳定放电，以满足小规准精加工要求。铝、硅等导电微粉密度大于工作液密度，要顺利进行混粉电火花加工，机床必须具备防止粉末沉淀功能，应用搅拌或循环喷射技术，使导电微粉均匀分布在工作液中。

2.2 混粉电火花对加工工件的要求

混粉电火花加工适合于加工面积大而要求表面粗糙度值低的工件，在加工前应对工件进行判断是否适合用该工艺进行加工。对于微细型腔和有尖角存在的工件，因容易在窄缝中积留微粉且该工艺放电间隙大，而难以达到预定要求。较大面积的型腔如手机外壳模具则适合用混粉电火花加工工艺。工件在进行混粉电火花加工前应留适当加工余量。加工余量太少，精加工不能将上一次放电痕迹去除，无法达到要求表面粗糙度；加工余量太多，则影响加工效率。

2.3 混粉电火花对加工工艺的要求

混粉电火花加工较常规电火花加工工艺，较大的电规准也能获得同样的表面粗糙度值，因此其加工效率较常规电火花加工高。在文章上述对加工机床要求中提过，混粉电火花加工机床具有更好的精加工电路，更高的持续、稳定放电性能，因此在混粉加工参数选择与常规加工有所不现，要求更高的放电时间和更短的抬刀高度，以获得稳定小能量电蚀过程。目前应用于混粉电火花加工机床都还有成套参数，操作者可输入加工面积，要求表面粗糙度等条件，系统自动适配加工参数，当然在实际生产中要获得最佳加工效果，则需操作者根据实际经验优化加工参数。

3 混粉电火花加工对表面质量的影响

3.1 表面力学性能[3]

电火花加工时工件表面受到瞬时高温并迅速油冷，类似于热处理中的淬火工艺，因此经电火花加工后的工件表面硬度一般比较高，只有某些淬火钢可能稍低于基体硬度。且硬度随含碳量增大而升高，耐磨性也相应提高。但表面熔化凝固层与基体结合不牢，容易剥落，有些要求高的模具需把表面熔化凝固层研磨掉再进行后续加工。

混粉电火花加工，与常规电火花加工相同，工件表面受瞬时高温而熔化，又在工作液中迅速冷却。上海交通大学高绪宝等人对混粉电火花加工表面做了能谱分析，发现铝、硅等微粉在熔化凝固层占有一定比重[3]。铝、硅粉的混入对熔化凝固层起了强化作用，工件表面层硬度较高，耐磨性好。可以做为最终表面使用。混粉电火花加工表面由于受到瞬时高温作用并迅速冷却收缩而产生拉应力，易出现显微裂纹。大连理工大学对混粉加工表面微裂纹进行了研究，发现对微裂纹影响最大的是脉冲放电时间，时间越长，微裂纹越大，且分布越密。

3.2 表面粗糙度[4]

混粉电火花加工与常规电火花加工的最大区别在于微粉的存在能提高工作液导电性，加工中可用更小的电规准，单个脉冲能量更小；导电性能增加，放电间隙增大，寄生电容减小，减少常规电火花精加中的单个能量“累积”现象；微粉的存在能分割火花放电通道，将单个脉冲能量分割成几个小能量，每个放电通道蚀除凹坑更小，以达到更好表面粗糙度。

4 小结

采用混粉电火花加工工艺加工面积大、表面粗糙度要求高的工作是非常有效的。在使用中应注意机床选择与加工工艺参数确定。

机床应具有持续、稳定镜面精加工电路；铝、硅等微粉密度大于工作液密度，机床应能有效防止微粉沉淀。

混粉电火花加工工艺适合于大面积精加工表面，而对于微细型腔及清角，会由于放电间隙增大及导电微粉积存无法有效工作，加工余量留取应适当，达到较好表面质量，较高加工速度。

工艺参数如峰值电流、脉冲宽度、峰值电压的选择对加工速度与加工质量影响较大，目前机床一般具备多套可供选择参数，生产实践中需根据经验合理调整。

本文通过对混粉电火花加工工艺原理分析，解析其使用要求及对表面质量改善状况，希望对企业吸收与利用当前先进的混粉电火花加工工艺提供一点帮助。

［1］刘晋春，白基成，郭永丰.特种加工［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［2］张宗才，伍端阳.混粉电火花加工在型腔模中的应用［J］.电加工与模具，2010（5）：69-72.

［3］高绪宝，顾琳，赵万生，等.混粉电火花加工工件表面质量影响因素分析［J］.制造业自动化，2009（3）：1-4.

［4］段雷，常云朋.基于混粉加工的电火花成型铣削［J］.组合机床与自动化加工技术，2012（1）：96-98.