电极材料在电火花加工中对加工速度的影响

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科技之窗·研究制造

电极材料在电火花加工中

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!!!!对加工速度的影响!!!!

吕

摘

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刚刘勇游向前

要：在电火花加工中，工具电极材料的选择非常重要，它不仅影响到电火花加工的稳

其定性，还影响到电火花的加工速度和工具电极的损耗。不同工具电极加工速度之所以不同，原因在于能量在工具电极和工件间的分配比例不同，这点有关资料及教材都有定论。为什么会分配不同，却少有文章详细阐述，现就电火花加工中就常用的紫铜电极和石墨电极在加工铜时加工速度的差别及原因提出个人观点。

关键词：电火花，紫铜，石墨，加工速度，脉冲宽度在电火花加工中，工具电极材料的选择非常重要，它不仅影响到电火花加工的稳定性，还影响到电火花的加工速度和工具电极的损耗，下面就电火花负极性加工时紫铜电极和石墨电极加工钢时对加工速度的影响作一比较。

一、紫铜和石墨加工钢时对加工速度的影响据周旭光等编著的《特种加工技术》一书，介绍紫铜和石墨电极加工钢时随脉冲宽度的变化呈如图曲线关系

加工速度低于紫铜，随着脉冲宽度增加，两种电极的加工速度都增加，但石墨电极的增加速度高于紫铜电极，当脉冲在１０ｕｓ左右时，石墨电极的加工速度超过紫铜电极。

（２）当脉宽增加到１００ｕｓ左右石墨电极的加随着脉冲宽度继续增加石墨，工速度达到最大值。

电极的加工速度以较快速度下降。而紫铜电极的加工速度仍然－处于随脉冲宽度增加而增加的阶段，直到脉冲宽度增加到数百微秒后紫铜的加工速度才随脉冲宽度的增加而以较慢速度下降。

（３）总之，石墨电极加工速度随脉冲宽度变化

!!而变化的速度比紫铜电极更明显，更迅速；石墨电!!!

!!!极在相同脉冲电流时最大加工速度高于紫铜，但!

具有较大加工速度的脉冲宽度范围较窄，明显小于紫铜，那么，石墨，紫铜这两种电极在加工铜时的加工速度随脉冲宽度的变化在总趋势相似的情况下为什么会有这些差别呢？就此我提出一下观点供参考。

二、极间介质的电离，击穿及放电通道形成当电场强度增大到一定时，极间介质被电离，击穿，形成放电通道，放电通道由大量高速运动的

1、总的变化趋势

无论是紫铜电极还是石墨电极，当脉冲电流一定时，在脉冲宽度不太大时，随着脉冲宽度的增加，加工速度增加当脉冲宽度增大到一定数值后，加工速度不仅不再随脉冲宽度增加而增加，反而随脉冲宽度的增加而下降，其原因有关文章和书本叙述很清楚。

2、紫铜电极和石墨电极对加工速度影响的区别

（１）当脉冲宽度较窄时（小于１０ｕｓ）石墨电极

带正电和带负电的粒子及中性粒子组成。这些粒子撞击电极，相互碰撞形成局部高温以蚀除电极材料，撞击能量愈大，蚀除速度愈快。

１、当电场强度大到一定时，在电场力作用下，负极的电子摆脱束缚逸出，快速向正极作加速运动，在运动中撞击介质分子，使介质分子获得足够能量而电离，形成带正电的Ｈ离子和带负电的碳离子（介质为水则为ＯＨ离子）介质电离产生的正负离子在电场作用下作定向加速运动，又撞击介质分子使之电离，这样产生连锁反应造成介质被击穿。

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２、在电场作用下，介质电离的正，负离子分别向阴，阳极加速运动，一部分在运动中相互复合成中性粒子，一部分分别达到阴，阳极，高速撞击阴极，阳极，使阴极和阳极材料被蚀除并抛入介质中，进入介质的电极材料中的带电粒子在电场作用下也作加速定向运动，一部分被复合，一部分撞出介质使介质电离，最后一部分又分别撞出阳极和阴极。

３、除上所述，在电火花负极性加工中，放电通道由大量的高速运动的带负电的电子，Ｃ及携带电子的铁原子及带正电的Ｈ和Ｃｕ（或Ｃ离子）及中性的铁，碳，铜和油性介质粒子组成。在负极性加工中，到达阴极（工件）的正电粒子的动能之和越大，则加工速度越高。

三、电火花加工中的覆盖效应

负极性加工中，在电场作用下，带正电的Ｈ和Ｃｕ（Ｃ）向阴极工件移动并轰击工件并在阴极获得电子被还原。其中Ｈ还原形成氢气被排出Ｃｕ，Ｃ还原成Ｃｕ和Ｃ后一部分覆盖在工件上形成覆盖层，而大部分进入工作液成电蚀产物。

带负电的向阳极移动最终被阳极俘获Ｃ离子及携带电子的铁粒子在阳极失去电子变成中性的碳粒子和铁粒子，一部分覆盖在阳极电极上形成覆盖层，其余部分进入介质成电阻产物。

覆盖层能否形成，形成的速度快慢同覆盖微粒与被覆盖物之间的粘附能力有极大关系，显而易见的原因，碳粒子覆盖上石墨上明显要优于覆盖在紫铜上。

四、电火花负极性加工时，紫铜电极和石墨电极加工铜时加工速度差别的原因

电火花加工中，电场最终主要转化成热能以蚀除工具电极和工件材料，当加工电流一定时，电场能也一定，所以在加工工件材料相同时，加工速度就取决于电场能在工具电极和工件上的分配比例。当电场上的能量分配较小时，工件上的能量分配就较大，加工速度就较高，而能量的分配比例又取决于轰击工具电极和工件的粒子（主要为带电粒子）的动能大小，轰击工件的带电粒子数量越大，动能越大，加工速度相对就越高，反之则小。

1、脉冲宽度很窄时（小于10us左右）负极性加工，工具电极为阳极，脉冲宽度很窄时，轰击阳极电极的是以电子为主的负粒子。由于铜的熔点，沸点等热性指标都低于碳，所以在相同能量的负粒子轰击下，紫铜电极的蚀除量大于石墨电极，即进入工作液并轰击阴极工件的Ｃｕ多于Ｃ离子，加上铜离子的质量远大于碳，动能也

参考文献：

[1]周旭光《特种加工技术》西安：西安电子科大出版社，2004年7月

[2]刘晋春《特种加工》第5版械工业出版社，2008年5月

[3]魏引焕、张晓燕大学学报，2005年05期

电火花加工中电极材

料的选择及其对加工质量的影响陕西：陕西科技

北京：机

就大于碳离子，所以脉冲宽度很窄时，紫铜电极加工钢时能量在工件阴极的分配比例大于石墨电极加工钢，故紫铜电极的加工速度高于石墨电极，电极核耗也大于石墨电极。

2、脉冲宽度为中脉冲时（大于10us小于100us左右）

当脉冲宽度增加时，工作液介质在运动粒子的碰撞电离的速度迅速增加，即Ｈ和Ｃ离子迅速增加。在电场作用下，Ｃ向阳极移动，并在阳极失去电子变成中性碳粒子覆盖在阳极电极表面形成覆盖层。由于石墨电极的覆盖效应明显优于紫铜电极，即失去电子的Ｃ多于紫铜电极，因而造成电离区中Ｃ浓度低于紫铜电极电离区的Ｃ浓度，这样就造成介质电离进一步加快，轰击工件阴极的Ｈ也多，因而石墨电极的加工速度增快的速度大于紫铜电极而逐渐超过紫铜。

3、脉冲宽度为宽脉冲时（大于100us左右）当脉冲宽度进一步增加，工具电极的覆盖效应和工作液介质的电离达到动态平衡，Ｈ离子数维持一定数量，不再增加，由于排屑条件恶化及热传到的原因，加工速度不升反降。

（１）由于石墨电极覆盖效应明显，达到动态平衡的脉冲宽度比紫铜电极小得多，加上覆盖效应明显后，到达工件阴极的Ｃ离子数量减少，因而石墨电极加工速度随脉冲的进一步增加而迅速下降。

（２）紫铜电极覆盖效应小于石墨，所以达到动态平衡的脉冲宽度远大于石墨电极，所以达到最大加工速度时的脉冲速度大大宽于石墨电极，由于覆盖效应小于石墨电极，到达工件阴极的Ｃｕ减少数也小于石墨电极Ｃ的减少量，加上铜的质量大于碳，所以脉宽进一步增加时紫铜电极的加工速度下降较为缓慢，最终又高于石墨电极的加工速度。

（３）由于石墨电极覆盖效应优于紫铜，电离区中介质电离和覆盖效应时复合作用的平衡点石墨电极要高于紫铜电极，因而造成在相同加工电流时石墨电极的最高加工速度高于紫铜电极。

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