钳工技师论文电火花加工口部二次放电圆角现象的改善.doc

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钳工技师论文
（国家职业资格二级）

论文题目：电火花加工口部二次放电圆角现象的改善

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二○一二年十一月十五日

目 　录

摘要……………………………………………………………………………………………….第3页
引言……………………………………………………………………………………………….第3页
一、现状分析………………………………………………………………………………….第3页
二、原因分析………………………………………………………………………………….第5页
三、改善措施………………………………………………………………………………….第6页
四、效果确认………………………………………………………………………………..第12页
结束语………………………………………………………………………………………….第14页
参考文献……………………………………………………………………………………....第14页

电火花加工口部二次放电圆角现象的改善
姓名
单位
摘要
本文简述了电火花加工口部二次放电圆角现象，并重点分析了其产生的原因：加工操作环节中处理问题的方法不正确；电参数设置的不合理；加工过程液处理方式不当及加工液质量问题；电火花加工工作液细小电蚀产物无法过滤完全；人为不小心操作及个人技术能力因素；及预防问题发生的改善方法。对此现象的改善之后，为公司带来了直接的应用效益。
关键词： 二次放电 口部圆角 应用效益 改善方法
引言
公司精密金型部成立以来，在制作精密塑胶模具过程中，电火花加工口部二次放电圆角现象的改善,一直是部门所需解决的难题。此现象的发生轻则造成一些不必要的处理方法，重则造成工件整体报废。延长了模具制造周期，增加了模具制造成本，降低了模具质量，因此防范并改善此现象的发生具有重要意义。本部门模具制造技术人员分析了其产生的原因及预防问题发生的改善措施，大大减少了此现象的出现，提高了工件加工的合格率，缩短了模具的制作周期，为公司带来了直接的应用效益。同时也对电火花加工具有一定的指导意义。
一、现状分析
1、加工机及加工环境的分析
公司现在使用的电火花成型机床为日本高精度加工机，其机床相关信息如下表1-1、图片1-1所示
表1-1.机床相关信息

机床型号
制造商
产地
行程(㎜)
类型
加工精度(㎜)
电火花加工机
AQ35L
沙迪克
泰国
350*250*250
高速机
±0.005
加工机 操作面板 工作台

图片1-1电火花加工成型机床（SODICK AQ35L)
我们主要利用上述机床进行模具相关工件的电火花加工,用Nikon高度仪、 Mitutoyo千分尺、Nikon二次元等测量仪器检验加工精度。
对于机床工作环境，集中在22±1℃的无尘恒温车间。也就是说工作环境是满足机床稳定加工的基本要求。
2、电火花加工口部二次放电圆角现象的分析
要了解电火花加工口部二次放电圆角现象，我们需要知道以下几点：
1）电火花加工“二次放电”的概念：二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电。

（2）电火花加工“二次放电”的原因及后果：二次放电是因为工件表面的碳渣（碳精）不能及时去除，附着在零件表面，电火花与碳渣之间产生放电现象，主要是因为冲油不稳定，排渣不良，加工面积较大，设备性能不稳定所导致的，它的现象为出现明显的火花，发出刺耳的声音。如不及时清理附着在工件表面的碳渣会导致零件电弧放电。二次放电主要会导致放电间隙不稳定，工件口部出现圆角，局部面粗度较粗（面粗度不均匀）可能导致加工出的零件不良率增加。
二、原因分析
1、加工操作环节中处理问题的方法不正确
加工操作环节中处理问题的方法不正确会造成电火花加工口部二次放电圆角现象。小件或难以装夹的工件、电极因没有采取可靠的装夹方法，导致加工中发生松动，易出现圆角的现象。加工部位存在杂物、锈迹、毛刺，导致开始加工时放电非常不稳定，容易造成电火花加工圆角现象。有通孔类部位的加工在装夹中没有考虑利用孔来排屑而变成盲底加工，大大降低了加工稳定性、容易造成二次放电圆角现象。在深腔类部位的加工中，没有及时用毛刷清除加工屑积存物，会在加工中出现二次放电圆角现象。工件经磨床加工后会产生磁性，尤其是小工件，如果没有经过退磁处理直接用来电火花加工，会使加工屑因被吸附难以排出而导致加工中放电不稳定，造成二次放电圆角现象。因此加工前必须对工件退磁。磁台磁性太强，加工屑不易排出导致二次放电圆角现象，使加工难以顺利进行。
2、电参数设置的不合理
电参数设置的不合理易造成口部二次放电圆角现象。电参数标准主要由电流、脉冲宽度、脉冲间隙三大电参数组成，使用过大的电流，过大的脉冲宽度，过小的脉冲间隙是电参数设置不合理造成口部二次放电圆角现象的主要原因。过大的脉冲宽度使加工中短时内放电次数过多，加工中来不及消电离，易产生烧弧。加工中其它参数也很重要。像直接影响排屑效果的抬刀速度、放电时间、抬刀高度、投影面积、火花位等参数。
3、加工中液处理方式不当及加工液质量问题
加工中液处理方式不当及加工液质量问题会造成口部二次放电圆角现象电火花加工是在工作液介质中进行的 ，工作液的绝缘性能在脉冲放电的过程中起到消电离的作用，在加工中对电极和工件起到加速冷却，使电蚀产物从放电间隙中悬浮、排泄出去的作用。在电火花加工中常使用冲、抽液的方法进行排屑，避免电弧放电，使加工稳定进行。但是不适当的液处理方式也会影响放电的稳定状况。冲、抽油压力过大，会使放电通道不易形成，产生不稳定的局部放电，尤其在精加工中很明显。冲油方向不正确会使加工屑堆积而形成放电不稳定产生二次放电圆角现象，而且容易形成积炭。长时间的加工会使油温过高，加工部位表面如果不能很好得到冷却很容易产生放电不稳定的现象。加工中工作液的质量对加工放电稳定也很重要，含加工屑过多的脏污加液在加工中因不能及时缓解放电间隙内的污染状况，导致放电点不分散而形成有害的电弧放电。劣质的加工液因其性能差的原因也会使加工中出现放电不稳定易产生口部二次放电圆角现象。
4、电火花加工工作液细小电蚀产物无法过滤完全
对于部门使用的电火花加工成型机床（SODICK AQ35L），虽然采用了浸油方式加工及一些改善，但由于一些电蚀物很小无法从工作液循环系统中过滤掉，所以这些电蚀产物有时会集中在放电加工处而造成二次放电，从而产生工件口部圆角现象。
5、人为不小心操作及个人技术能力因素
在电火花加工中，常会有因操作人员的操作不小心或者操作人员的技术水平不过关，而出现加工出来的工件出现口部圆角、塌角现象。操作人员的不小心主要表现在如将坐标数字设置错误，深度设错，电参数里面的投影面积、火花位参数设置错误，电极装夹方向弄反，拿错电极，看错图纸，数控程序编错等，还有设计给数出错等。操作人员技术水平不过关，主要是因为这些不出来工作时间不长，经验不是很丰富，大多处于学徒阶段。这些因素都会造成电火花加工过程出现口部二次放电圆角现象。
三、改善措施
经过研究和分析，影响电火花加工口部二次放电圆角现象的主要因素有：加工操作环节中处理问题的方法不正确，电参数设置的不合理，加工中液处理方式不当及加工液质量问题，电火花加工工作液电蚀产物无法过滤完全，人为不小心操作及个人技术水平有限五大因素。因此，我们着重从以下五大方面进行改善：
1、改进加工操作环节中处理问题的方法
小件或难以装夹的工件、电极采用可靠的装夹方法，防止加工中发生松动，导致出现圆角的现象。加工前对加工部位存在杂物、锈迹、毛刺进行清除。在有通孔类部位的加工在装夹中应考虑利用孔来排屑。在深腔类部位的加工中，及时用毛刷清除加工屑积存物。工件经磨床研磨后会产生磁性，电火花加工前对研磨过的工件进行退磁处理，这样就不会使加工屑因被吸附难以排出而导致加工中放电不稳定，造成二次放电圆角现象。电火花加工工件时，在满足加工要求前提下，可以适当调松磁性开关把磁性调小，这样有利于加工屑排出。另外，在加工大些的工件或用精密平口钳装夹的小工件在电火花磁台上加工时，待电火花加工部位悬空在磁台边缘上加工,减少零件磁性,电火花加工后金属粉末就不易粘附在零件利角表面,减少二次放电圆角的影响。
我们把以下1号、2号、3号三个零件进行了试验，分别作为改善前、一次改善、二次改善，并在不同的改善措施再次进行改善前后对比试验（后续改善前后对比如后图：图2-2、2-3所示）以下是此次改善的工件放置问题的改善前后对比说明图2-1：
改善前 一次改善 二次改善
全部吸附在磁台上加工,导致零件磁性太大,电火花加工后金属粉末易粘附在零件利角表面,造成二次放电圆角.
零件1
零件2
零件3
待电火花加工部位悬空在磁台边缘上加工,减少零件磁性,电火花加工后金属粉不末易粘附在零件利角表面,减少二次放电圆角的影响.

图2-1 工件放置改善前后对比说明图
2、合理设置电加工参数
部门电火花精密加工使用的电火花加工成型机床（SODICK AQ35L）电规准的控制方法是智能化控制的。加工中由计算机监测、 判断电火花加工间隙的状态，在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件。操作人员可以对停歇时间和抬刀条件稍作修改，但尽量不要去修改电脉冲主参数(像电流、脉冲宽度等)，以免影响机床自选用的加工条件的火花间隙。机床有许多配置好的最佳成套电参数，在机床自动选择加工条件时对所需要输入的条件应准确输入，如加工面积、加工形状、电极锥度、电极尺寸缩放量、摇动方式、加工表面粗糙度值等。机床选用的加工条件一般能满足加工要求，操作简单，避免了加工过程中人为的干预。对使用的机床凭借加工经验适当地控制好电规准。
在放电不稳定的情况下，首先考虑增大脉冲间隙，可以使加工保证消电离，改善排屑状况，对工艺指标影响也不大。其次考虑减小脉冲宽度，过大的脉冲宽度使加工中短时内放电次数过多，加工中来不及消电离，易产生烧弧。直接影响排屑效果的抬刀速度、放电时问、抬刀高度等参数。放电不稳定的情况下应加快抬刀速度，减少放电时间，增大抬刀高度。
处理电参数时应特别注意粗加工与精加工中放电稳定性的差别。粗加工中由于放电能量大，火花间隙大，排屑效果好，往往能实现较稳定的加工，精加工则恰恰相反，容易出现放电不稳定现象。所以对精加工应特别加以监控。加工的极性应正确，如果在通常加工中误使用负极性(电极为负极)加工，也会发生放电不稳定的现象，根本无法加工下去，应将加工极性改过来。通过以上合理的改善电火花加工的参数设置，有效的改善了电火花加工口部二次圆角现象的发生。
以下表格2-1为根据以上电参数改进的一些改善前与改善后的对比表
试验工件为：品番HM520120 模件编号:301
加工内容:深槽加工,口部处理.
加工前提:非盲孔加工;浸油加工.

改善前
改善后
加工形状
不通孔
芯棒
电极材质
铜
铜
工件材质
DC53
DC53
减寸量
粗工
0.1
0.15
中
无
0.07
精工
0.05
0.05
投影面积
75
75
所选投影面积
10*11
5*6
面粗糙度
VDI10
VDI10
摇动选择
思考
思考
摇动平面形状
正方形
正方形
加工深度
2.69
2.69
效果对比
口部火花粗糙
口部火花纹微细
口部有严重塌角
口部无塌角,良好
表2-1
改善点:（详细电参数改善前后表见尾页表2-2）。
依型腔加工顺序加工;
调整放电脉波(ON降低),放电休止(OFF调高),放电峰值(IP调小);
调小放电跳动速度,加工时间(DN调小),处理口部所受压力;
增加中工电极,对初始放电火花纹处理(即口部处理).
以下是电火花加工电参数部分改善前后的对比说明图2-2：
改善前 一次改善 二次改善

粗工单边火花位.15mm,精工单边火花位.07mm,操作界面上腐蚀条件不选取.
粗工单边火花位.15mm,精工单边火花位.07mm,操作界面上腐蚀条件选取
自动生成加工条件,显示IP第一段电流为4.5,粗加工时易造成口部塌角.
自动生成加工条件,显示IP第一段电流为4.5,但加工条件界面自动更改为2.0,粗加工时电流小不易造成口部塌角.
图2-2电火花加工电参数部分改善前后的对比说明图

3、加工中液处理方式不当及加工液质量问题的改善
冲、抽油压力过大，会使放电通道不易形成，产生不稳定的局部放电，尤其在精加工中很明显。可将冲、抽油压力控制在接近稳定加的临界压力范围内。冲油方向一般采用朝开口部位冲油，盲底部位采用朝下淋油的方法，另外可采用多个冲油管进行冲油。在精密加工中采用无冲液、浸油加工的液处理方式，依靠抬刀的动作来排屑实现稳定加工。特别提醒的是在浸油加工时，可以采用边浸油加工边冲油，这样就更有利于排屑。
加工液处理方式改善前后对比说明图2-3如下
改善前 一次改善 二次改善

电火花加工时,
火花油采用浸泡式加工.
电火花加工时,
火花油采用浸泡式加工.
电火花加工时,
火花油采用浸泡式和冲油辅助式加工.

图2-3
像机床主轴采用很高加速度进给加工时，产生的抽吸作用，使存在于电极与工件之间的加工屑、焦油以及废气等能有效地排出。油温应不高于35~C，必要时可在加工液循环系统上油处安装冷却装置来控制。加工中工作液的质量对加工放电稳定也很重要。采用的电火花加工液要求具有低粘度，高绝缘性、能疏通放电通道，流动性、渗透性好等特点。可以采用电火花加工专用工作液。通过以上的加工液处理方式及加工液质量的改善，对电火花加工口部二次放电圆角现象的改善具有重要作用。

4、对于电火花加工工作液细小电蚀产物无法过滤完全的改善
本部门在机床工作液槽另外设计安装了一种专门用来吸附大量细小电蚀产物的带磁性吸附装置，如图2-4磁性器图片。其工作原理是：在电火花加工中所产生的细小电蚀产物微粒，没有完全的被工作液循环系统给过滤掉的电蚀物，在循环经过这个磁性吸附装置后而被吸附，从而达到净化火花油的作用。

加工液循环槽内磁性器增加,以便吸附加工液内的残留金属粉末,减少加工液中的金属粉末对工件造成二次放电的影响.

图2-4加工液循环槽内磁性器图片（红色圈内）
5、操作技术人员能力的提高
对于每个行业的技术专家都有一个从陌生到熟悉再到熟练最后到精通的过程，对于电火花加工技术人员也是，我们可以通过针对自己的不足进行专业的技术培训，鼓励大家在工作中不断总结，同事与同事之间多做些技术交流学习；并在业余也要充分利用时间去掌握更多当今世界的先进的电火花制造工艺与技术，不断提升自己的业务水平，来消除在电加工的不足。
通过以上的电火花加工1、2、3号零件一系列改善以及结合上面改善过程的改善前后对比说明图（图2-1、22、2-3），得出以下改善前、一次改善、二次改善后的效果对比说明图2-5：

改善前 一次改善 二次改善

电火花加工后,零件表面塌角现象严重,零件使用不可.
电火花加工后,零件表面塌角现象有所改善,要求不高的情况下,零件使用可.
电火花加工后,零件表面塌角现象大有改善,完全满足高精密零件要求.
二次改善后,所有零件水平展开,电火花加工效果好.

2-5效果对比说明图
效果确认
通过以上五大方面的改善措施，电火花加工口部二次电现象得到了有效的改善，以及对加工工件的合格率有了大大的提升，通过对以下工件的多次加工尝试，有效的完善了原有的电火花加工流程，提高了高精度工件加工合格率和常规工件的加工效率。其效益展示如下图表所示:
表4-1. ±0.003mm公差要求的工件加工改善前后对比
工件号
改善前
改善后
合格品件数
失败件数
合格率
合格品件数
失败件数
合格率
H-2608-300
5
8
38%
5
1
83%
H-2608-306
5
7
42%
5
0
100%
306工件
图4-2.306工件
图4-1.300工件
300工件

从上表中的统计数据可以看出，以上两种工件，加工工件的合格率大大的提高，使高精度要求的小工件加工成为可能，且可进行批量生产，满足客户要求。
对公司改善前后做过的两套同样模具的进行相关数据比较，详见下述图表：
表4-2. ±0.003mm公差要求的工件加工改善前后对比
工件号
改善前
改善后
合格品件数
失败件数
成功率
合格品件数
失败件数
成功率
F42-303
72
136
53%
72
6
92%
F42-201
9
9
50%
9
1
90%
F42-202
5
10
33%
5
0
100%
F42-203
5
5
50%
5
0
100%
F42-204
7
7
50%
7
1
88%
F42-205
4
9
30%
4
0
100%
F42-206
4
10
29%
4
1
80%
F42-207
18
69
26%
18
2
90%
F42-208
8
30
21%
8
1
89%
小计
132
285
32%
132
12
92%

在电火花加工过程中，由于在加工液循环槽内增加了磁性器辅助装置,在加工液循环时把大量液内残留金属粉末吸附掉,减少加工液中的金属粉末对工件造成二次放电的影响；以及通过以上大量的改善措施。工件的加工工艺得到改善，加工成功率大大提高。在加工精度保证的基础上，稳步提升了电火花加工效率。
电火花加工工艺的改善，有效的改善了电火花加工口部二次电现象。生产效率的提高，其应用效益是可观的。以下是公司2012年2月到12年9月的精密模具生产额统计：
表4-3.改善前后生产额统计
月份
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
生产额（单位：RMB)
128,895
410,486
325,810
764,758
582,406
631,500
728,778
835,660

图4-3.改善前后生产额柱状图表示
上述图表可以很明显的看到，12年4月以后，生产额较以前大大提高。然而这些提高大部分都归功于部门前面所做的大量改善工作，但也不可否认如今的电加工设备、技术的日趋进步。实践证明：电火花加工口部二次电现象的改善，在实际生产中的应用效益是可观的。
结束语
随着社会的进步，机械制造行业将越来越先进，对机器零部件的质量要求也越来越高。对于电火花加工这种近几年发展起来的一种先进的加工方法，在未来一定是应用越来之广泛，同时对电火花加工工艺及加工精度也将会越来越高，所以对于我们从事电火花加工人员来说也是一种巨大的挑战。如何能在未来有竞争力，关键看谁掌握了先进技术的领导权。在今后竞争越来越大的变革中，我们一定也会遇到各种技术难题，通过这次的实践与总结，遇到困难解决困难，积累的宝贵经验，我们一定可以再次解决！
在此，非常感谢东莞吉田塑胶制品有限公司黄梅荣课长、东莞市劳动局陈巨老师、东莞市理工学院吴光明老师、和所有帮助过我的人，在他们的指导和帮助下，论文才得以顺利完成。
参考文献
1郭洁民 电火花加工技术问答 化学工业出版社  2007     
2 伍端阳 数控电火花加工实用技术 机械工业出版社 2007
3伍端阳 电火花加工中放电不稳定现象产生的原因及改善措施 模具工程-2006
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