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安全间隙对电火花加工效率的影响

文档作者：徐勇郭钟宁周旭光文档来源： 1．广东工业大学 2．深圳职业技术学院		点击数：	更新时间： 2020年12月08日
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设计·研究 《电加工与模具}2010年第6期
安全间隙对电火花加工效率的影响
徐 勇 ，郭钟宁 ，周旭光
(1．广东工业大学，广东广州510006；
2．深圳职业技术学院，广东深圳518055)
摘要：以瑞士阿奇夏米尔机床为实验设备，从安全间隙对加工效率的影响入手，通过大量实验
研究，总结出石墨电极在加工常用模具钢时的一种高效加工工艺，并建立了相应的工艺参数库表。
经验证，该工艺也适合其他类型数控电火花加3-机床，望能对企业生产起到一定的帮助作用。
关键词：电火花加工；安全问隙；工艺参数；加工效率
中图分类号：TG661 文献标识码：A 文章编号：1009—279X(2010)06—0007—03
Influence of Security Clearance on EDM Efficiency
Xu Yong 一，Guo Zhongning ，Zhou Xuguang
(1．Guangdong Univesity of Technology，Guangzhou 5 10006，China；
2．Shenzhen Polytechnic，Shenzhen 5 1 8055，China)
Abstract：Using Agirtron EDM m achine as experimental facility，and taking the effect of security
clearance on processing efficiency into considration，gain an efficient process when use graphite dec—
trode machining common die steel based on experim ental research and establish the technological pa—
rameters tables．This process also verified for other types of NC EDM machine，hope the process of
enterprise production have helped．
Key words：EDM ；security clearance；technological parameter；processing efficiency
电火花加工是模具制造的一种重要工艺方法，
在塑料模制造中更是发挥着举足轻重的作用。因
此，许多企业购置了国内外先进的电火花机床。但
因操作人员的理论知识有限，加工无法发挥其优势。
如何让这些机床发挥出最大的潜能，一直是众多企
业在生产过程中面临的重要问题。
国内有不少学者在脉宽、脉间、开路电压、峰值
电流等方面对电火花加工工艺做出了相应研
究 ，但安全问隙对加工特性影响的研究尚未见
报道。本文以瑞士阿奇夏米尔机床为实验设备，从
安全间隙对加工效率的影响人手，研究石墨电极的
高效加工工艺，并总结出诸因素对加工效率的影响
规律，建立了相应工艺参数表，与同行分享，希望能
为企业解决生产中的一些实际问题。
收稿日期：2010—08—1l
第一作者简介：徐勇，男，1984年生，硕士研究生。
l 安全间隙影响加工的理论分析
通常，机床自适应系统默认条件下的安全间隙
值M 满足如下关系式：
M =2GAP+2Ra+一定余量 (1)
加工过程中的单边安全间隙值M／2与其他参
数之间满足图1所示关系，该机床默认的安全间隙
一般都留有很大的余量。相对而言，该安全间隙值
较保守，加工过程中可通过有效地修改系统默认条
件下的安全间隙来提高加工效率。从图1可看出，
在目标加工深度不变的情况下，通过修改安全间隙
值，尤其是粗加工条件下的安全间隙值，将有利于在
粗加工时去除大量的材料，充分利用粗加工时加工
速度快的特点提高~n q-_效率。
加工过程中，每一个脉冲步所对应的加工速度
具体的计算表达式如下：
h。=H—M ／2+GAP， (2)
— — 1 — —
《电加工与模具}2olo年第6期 设计·研究
图1 单边安全间隙值M／2不意图
hi H—M J|2+GAP J 03
Ah =h 一^ (4)
△ =S×△，2 (5)
MRR ：△ ／t (6)
式中：H 为目标深度；h，、h 分别为第i和第 脉冲
步下加工的深度；M 、M 分别为第i及第 脉冲步
对应的安全间隙值；( P，，GAP 则分别为第i及第
脉冲步对应的单边放电间隙；t，为第J脉冲步对应
加工时间；AV 是第 脉冲步条件下去除的材料体
积，S是加工的型腔面积；MRR 则为第J脉冲步对
应的材料去除率。第一个脉冲步对应的则为：
MRR =S×^I／t。 (7)
结合式(2)和式(7)可发现，减小粗加工过程中
的安全间隙值，能将需要去除的材料主要集中在粗
工阶段去除，从而提高整体的加工速度。
因此，本文将着重研究安全间隙值对加工效率
的影响。
2 实验安排
以石墨作为电极材料，常用模具钢H13钢作为
工件材料，加工不同面积的方形型腔，型腔目标加工
深度为6 mm，目标表面粗糙度Ra1．0 m，放电间
隙则采用经验值，粗加工和精加工分别用两个电极
加工。先用机床自适应系统选择自备数据库中的最
优参数进行加工实验，而后采用自我修改M 值后
的脉冲条件进行对比实验，记录数据并进行模拟仿
真，对比分析并预测最佳的参数组合。安全间隙值
M 的修改原则见表1。
表1 安全间隙M 优化方案
脉冲编号 安全间隙M
机床系统参数
2GAP+2Ra+新余量0
2GAP+2Ra+新余量l
2GAP+2Ra十新余量2
安全间隙中加工余量的大小，直接关系安全间
隙对加工过程稳定性的影响。最理想的加工情况是
每一个脉冲只去除上一脉冲加工后留下的腐蚀坑，
而不去除新的材料，即每一步的加工余量为零。但
这常会导致后续脉冲步加工很可能走空刀，即无法
实现加工。因此，需妥善修改安全间隙值，使粗加工
条件下尽可能多地去除材料，并很好地保证加工表
面质量。实验使用的部分具体安全间隙值见表2。
表2 部分实验用安全间隙值对比表 }‘m
编号 各脉冲步安全间隙值
3 实验结果及分析
3．1 平均加工速度对比情况
表3为各参数条件下，加工30 mm×30 mm×6
mm 的型腔时的平均加工速度对比表。
从表3可看出，第1组参数(系统默认参数)情
况下，加工速度远低于第2～4组参数条件下的加工
速度，其中第3组参数条件下平均加工速度最为优
越。为更加明显地观测及预测加工速度趋势，对表
一8 —
2中的数据进行近似拟合(图2)。
表3 实验平均加工速度对比表 mm3／min
通过拟合曲线很明显地发现，随着加工参数的
6 6 2 2 0 O ● O O 5 5 5 5 0 O ■ ● 0 O ； 8 8 0 O 0 O 69O 2l O O 0 2 7 5 } O O O 4 1 8 ，
0 O 5O 2 2 2 O O 0 O O 7 3 2 O O 4 O 6 3 3 3 0 O 0 O 5 4 4 ● 0 0 l O 3 0 5 5 ● O O 1 2
设计·研究 《电加工与模具}2010年第6期
改变，加工速度先呈现上升之势，到一定程度出现最
大值，随后便开始下滑。加工速度最高点出现在第
3组实验参数附近，安全间隙值大于或小于第3组
参数的第2、4组情况下的加工速度呈现下降情况。
图2 石墨。钢半均速度对比图
结合平均速度对比表及对应曲线拟合图中发
现，不论是粗加工还是精加工，第3组参数条件下的
加工最为稳定，且加工速度也最快。据此，在一定程
度上验证了上述假设，即第3组脉冲参数为石墨加
工钢材料的最佳参数组合。
3．2 表面粗糙度检测
由于加工速度的提高并不直接意味着加工效率
的提升，还要检测加工质量作为后续的评定因素。
只有在加工速度提高的同时，又得到预定的加工质
量，才是真正意义上的效率提升。因此，又对加工后
的表面质量进行了细致的检测。
将加工后的表面用丙酮进行清洗，并让其自然
风干。再采用数显表面粗糙度电子测量仪对各加工
表面进行横向、纵向以及斜向等多次测量，并记录测
量结果(表4)。
表4 表面粗糙度对比表 m
从表4可看出，按机床默认参数加工后的表面
粗糙度值已超出目标值Ra1．0 m，这样，加工出来
的产品就成了次品甚至是废品，这对于企业来说绝
对不允许的，而通过修改后的第2、3、4组脉冲条件
加工后的表面粗糙度值都远小于预定值。为更好地
研究各脉冲参数条件下加工表面质量的变化趋势，
对表4中的数据进行曲线拟合，并进行一定阶段的
扩展预测，以找出最佳参数组(图3)。
图3 表面质量对比图
图3表明，在上述4种脉冲条件下，其加工表面
质量趋势曲线开口向上，曲线呈现先下降再上升状
态。按照曲线变化趋势，在第2、4组之间会出现一
个极小值，即表面粗糙度值最小值会在第3组脉冲
条件附近出现。这与加工速度表图中传达的信息刚
好吻合。此外，将加工后的表面用显微镜观察，没有
发现蚀点、微裂纹等缺陷。加工其他尺寸的型腔时，
也得到同样的结论。将该参数设置原则用于北京阿
奇电火花机床以及日本沙迪克机床上进行验证实
验，也取得良好的加工效果。
据此，可以确定第3组脉冲条件设置原则所对
应的参数为石墨加工钢材料的最佳参数组合。通过
整合参数建立了相应的工艺参数表，以供企业生产
使用。
4 结论
经大量实验证明，安全间隙对加工过程的稳定
性及加工效率产生重要影响。合理地调节安全间隙
值，能显著提高加工效率。在针对国内常用模具钢
加工情况时，国内外机床的自备参数库并不是最优
选择。本文通过合理地更改机床默认加工参数，有
效地提高了加工效率，并建立了相应的加工参数库。
针对此情况，企业在引进国外先进机床时，需要考虑
优化参数库，以充分发挥先进机床的最大潜能。
参考文献：
[1] 赵万生．先进电火花加工技术[M]．北京：国防工业出版社
2004．
[2] 伍端阳．提高电火花加工效率的工艺探讨[J]
2008(增刊)：57～60．
[3] 武云霞．石墨电极电火花加工工艺研究[D]
大学，2004．
电加工与模具
广州：广东工业

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