电火花加工质量控制
1.影响加工精度的主要因素
和通常的机械加工一样，机床本身的各种误差以及工件和工具电极的定位、安装误差都会 影响到加工精度，这里主要讨论与电火花加工工艺有关的因素。
影响加工精度的主要因素有放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定性。
放电间隙
电火花加工时，工具电极与工件之间存在着一定的放电间隙，如果加工过程中放电间隙能 保持不变，则可以通过修正工具电极的尺寸对放电间隙进行补偿，以获得较高的加工精度。然 而，放电间隙的大小实际上是变化的,影响着加工精度。除了间隙能否保持一致以外，间隙的 大小对加工精度也有影响。尤其是对复杂的加工表面，棱角部位电场强度分布不均，间隙越 大，影响越严重。因此，为了减少加工误差，应该采用较低的加工规准，缩小放电间隙，这样不 但能提高仿形精度，而且放电间隙愈小，可能产生的间隙变化量也愈小，另外，还必须尽可能使 加工过程稳定。电参数对放电间隙的影响是非常显著的，精加工的放电间隙一般只有
01 mm(单面），而在粗加工时则可达0. 5 mm以上。
工具电极损耗及稳定性
工具电极的损耗对尺寸精度和形状精度都有影响。电火花穿孔加工时，电极可以贯穿型 孔而补偿电极的损耗，型腔加工时则无法采用这一方法，精密型腔加工时可采用更换电极的
方法。
影响电火花加工形状精度的因素还有“二次放电”，二次放电是指已加工表面上由于电蚀
产物等的介人而再次进行的非正常放电，集中反映在加工深度方向产生斜度和加工棱角棱边 变钝方面。
产生加工斜度的情况如图5.15所示，由于工具电极下端部加工时间长，绝对损耗大，而电 极入口处的放电间隙则由于电蚀产物的存在，“二次放电”的几率大而扩大，因而产生了加工 斜度。
电火花加工时，工具的尖角或四角很难精确地复制在工件上。这是因为当工具为凹角时， 工件上对应的尖角处放电蚀除的几率大，容易遭受腐蚀而成为圆角（如图5. 16(a)所示）。当 工具为尖角时，一方面由于放电间隙的等距性，工件上只能加工出以尖角顶点为圆心，放电间 隙S为半径的圆弧；另一方面工具上的尖角本身因尖端放电蚀除的几率大而损耗成圆角（如 图5.16(b)所示）。采用高频窄脉宽精加工，放电间隙小，圆角半径可以明显减小，因而提高了 仿形精度，可以获得圆角半径小于0.01 mm的尖棱，这对于加工精密小模数齿轮等冲模是很 重要的。
1 一电极无损耗时工具轮廓线；
:一电极有损耗而不考虑二次放电时的工件轮廓线 图5. 15电火花加工时的加工斜度
1 一工件<2—工具 围S. 16电火花加工时尖角变圓
2.电火花加工的表面质置
电火花加工的表面质量主要包括表面粗糙度和表面物理机械性能等两大部分。
(1)表面粗糙度
电火花加工表面和机械加工的表面不同，它是由无方向性的无数小坑和硬凸边所组成，特 别有利于保存润滑油，而机械加工表面则存在着切削或磨削刀痕，具有方向性。两者相比，在 相同的表面粗糙度和有润滑油的情况下，表面的润滑性能和耐磨损性能均比机械加工表面好。
与切削加工一样，电火花加工表面粗糙度通常用微观平面度的平均算术偏差艮表示，也 有用平面度的最大高度值i?■表示的。对表面粗糙度影响最大的是单个脉冲能量，因为脉冲 能量大，每次脉冲放电的蚀除量也就多，放电凹坑既大又深，从而使表面粗糙度恶化。表面粗 糙度和脉冲能量之间的关系，可用如下实验公式来表示：
= KRt^i：
式中:尺_为实测的表面粗糙度斤m;KR为常数，铜加工钢时常取2. 3士为脉冲放电时间，/^;1 为峰值电流，A。
电火花加工的表面粗糙度和加工速度之间存在着很大的矛盾，例如从艮=2. 5 提高 到民= 1.25 pm，加工速度要下降十多倍。按目前的工艺水平，较大面积的电火花成形加工要 达到优于尺= 0.32 是比较困难的，但是采用平动或摇动加工工艺，可以大为改善。目前， 电火花穿孔加工侧面的最佳表面粗糙度为艮=1. 25〜0. 32 fxm，电火花成形加工加平动或摇 动后最佳表面粗糙度为兄=0.63〜0.04 /xm，而类似电火花磨削的加工方法，其表面粗糙度可 优于i?a=0.04〜0.02 fun,这时加工速度很低。因此，一般电火花加工到i?a = 2. 5〜0. 63 /um 之后采用其他研磨方法改善其表面粗糙度比较经济。
工件材料对加工表面粗糙度也有影响，熔点高的材料(如硬质台金），在相同能量下加工的 表面粗糙度要比熔点低的材料（如钢）好。当然，加工速度会相应下降。
精加工时，工具电极的表面粗糙度也将影响到加工粗糙度。由于石墨电极很难加工到非 常光滑的表面，因此用石墨电极的加工表面粗糙度较差。
从式（5. 5)中可见，影响表面粗糙度的因素主要是脉宽4与峰值电流'ie的乘积，亦即单个 脉冲能量的大小。但在实践中发现，电极面积较大时，即使单脉冲域很小，表面粗糙度仍很高， 而且加工面积愈大，可达到的最佳表面粗糙度愈差。这是因为在煤油工作液中的工具和工件 相当于电容器的两个极，具有“潜布电容”（寄生电容），相当于在放电间隙上并联了一个电容 器，当小能量的单个脉冲到达工具和工件时，电能被此电容“吸收”，只能起“充电”作用而不会 引起火花放电。只有当经多个脉冲充电到较高的电压、积累了较多的电能后，才能引起击穿放 电，打出较大的放电凹坑。
近年来出现了“混粉加工”新工艺，可以较大面积地加工出i?a = 0. 1〜0. 05 fxm的光亮面。 其办法是在煤油工作液中混人硅或铝等导电微粉，使工作液的电阻率降低，放电间隙成倍扩 大，潜布、寄生电容成倍减小；同时每次从工具到工件表面的放电通道，被微粉颗粒分割形成多 个小的火花放电通道，到达工件表面的脉冲能量“分散”成很小，相应的放电痕也就较小，可以 稳定获得大面积的光整表面。
(2)表面变质层
电火花加工过程中，在火花放电的瞬时高温和工作液的快速冷却作用下，材料的表面层发 生了很大的变化，粗略地可把它分为熔化凝固层和热影响层。
1)熔化凝固层
熔化凝固层位于工件表面最上层，它被放电时瞬时高温熔化而又滞留下来，后受工作液快 速冷却而凝固。对于碳钢来说，熔化层在金相照片上呈现白色，故又称之为白层，它与基体金 属完全不同，是一种树枝状的淬火铸造组织，与内层的结合也不甚牢固。它由马氏体、大量晶 粒极细的残余奥氏体和某些碳化物组成。熔化层的厚度随脉冲能量的增大而变厚，大约为 1〜2倍的i?max，但一般不超过0.01 mm。
热影响层
它介于熔化层和基体之间。热影响层的金属材料并没有熔化，只是受到高温的影响，使材 料的金相组织发生了变化。它和基体材料之间并没有明显的界限。由于温度场分布和冷却速 度的不同，对淬火钢、热影响层包括再淬火区、高温回火区和低温回火区；对未淬火钢，热影响 层主要为淬火区。因此，淬火钢的热影响层厚度比未淬火钢大。不同金属材料的热影响层金 相组织结构是不同的。耐热合金的热影响层与基体差异不大。
显微裂纹
电火花加工表面由于受到瞬时高温作用并迅速冷却而产生拉应力，往往出现显微裂纹。 实验表明，一般裂纹仅在熔化层内出现，只有在脉冲能量很大情况下（粗加工时）才有可能扩展 到热影响层。
脉冲能量对显微裂纹的影响是非常明显，能量愈大，显微裂纹愈宽愈深。脉冲能量很小 (例如加工表面粗糙度优于札= 1.25 时），一般不出现微裂纹。不同工件材料对裂纹的敏 感性也不同，硬脆材料较容易产生裂纹。工件预先的热处理状态对裂纹产生的影响也很明显， 由于淬火材料脆硬，原始内应力较大,加工淬火材料要比加工淬火后回火或退火的材料更容易 产生裂纹。
表面机械性能
显微硬度及耐磨性
电火花加工后表面层的硬度一般都比较高，虽然对某些淬火钢来说，也可能稍低于基体硬 度。对未淬火钢，特别是原来含碳量低的钢，热影响层的硬度都比基体材料高；对淬火钢，热影 响层中的再淬火区硬度稍高或接近于基体硬度，而回火区的硬度比基体低，高温回火区又比低 温回火区的硬度低。因此，一般来说，电火花加工表面最外层的硬度比较高，耐磨性好。但对 于滚动摩擦，由于是交变载荷，特别是干摩擦，则因熔化凝固层和基体的结合不牢固，容易剥落 而磨损。因此，有些要求高的模具需把电火花加工后的表面变质层事先研磨掉。
残余应力
电火花加工表面存在着因瞬时先热后冷作用而形成的残余应力，其大部分表现为拉应力。 残余应力的大小和分布,主要和材料在加工前的热处理状态及加工时的脉冲能量有关。因此， 对表面层要求质量较高的工件，应尽量避免使用较大的加工规准。
耐疲劳性能
电火花加工表面不仅存在着较大的拉应力，还可能存在显微裂纹，因此其耐疲劳性能比机 械加工表面低许多倍。采用回火处理、喷丸处理等,有助于降低残余应力，或使残余拉应力转 变为压应力，从而提高其耐疲劳性能。
试验表明，当表面粗糙度在艮=0, 32〜0. 08 Mm范围内时，电火花加工表面的耐疲劳性 能与机械加工表面相近，这是因为电火花精微加工表面所使用的加工规准很小，熔化凝固层和 热影响层均非常薄，不会出现显微裂纹，而且表面的残余拉应力也较小。