电火花加工电极形状变化规律研究发展概述

王文建　常皓　刘鹏军

摘 要 随着特殊加工工艺需求的难加工材料工件日益增多，目前所研究的传统机械加工方法很难满足加工要求的加工精度和加工效率。电火花加工具备非接触加工，与加工材料机械性能无关、加工过程中无宏观切削力，不受材料性能影响等特点，因此广泛应用于精密加工中，但是加工过程中存在电极损耗和形状变化，因此分析电火花加工中电极损耗和形状变化规律发展现状，可为电火花微小曲面加工、精密加工研究状态提供一定的参考。

关键词 电火花加工 电极形状变化规律

中图分类号：TG661文献标识码：A

0引言

在微电子、医疗、汽车、通讯等行业，微细微小产品的全球市场需求越来越大，在2005年产值已达到380亿美元，2012年预计可达1000亿美元。电火花加工是利用正负电极间火花放电的电热效应去除材料而实现加工的一种特种加工技术。由于具有非接触加工、加工过程几乎无切削力，不受材料的强度、硬度限制等特点，电火花加工方法被认为是微细加工和硬脆难加工材料的最优方法之一，所以了解电火花加工电极损耗形状变化规律的研究现状是非常必要的。

1电火花加工电极损耗研究发展现状

1.1电极放电概率

Morimoto等人通过电火花加工仿真的方法，以指數分布计算放电概率，确定加工放电位置，模拟电火花加工重复连续放电过程，通过进行试验研究可知，对不同工作区域进行模拟，得到的电极形状和间隙宽度分布与试验结果一致。Kitamura等人使用SiC单晶作为电极材料，加工开始数百次脉冲放电后，超过70%的工作表面被放电产生的气泡所占据，放电不仅发生在液体中，而且发生在气泡和液体之间的边界处。通过最终研究可知，放电概率发生在液体和气泡之间的边界处最高，最后一次放电概率发生位于边界处的碎屑颗粒处最高。Abbas等人研究了电火花加工中电容和电感对谐振频率的影响，检查了不同频率下的放电连续性概率。表明在谐振频率下进行加工时，可以实现在预定脉冲持续时间内较高的放电连续性概率，从而大大提升了材料去除率（MRR）。

1.2电火花加工计算机仿真

计算机仿真技术在很多领域获得的成功，都表明它在电火花加工研究中的重要性。Kao等人研究用计算机人工神经网络的方法来识别电火花加工过程，识别的成功率能够达到98.5%。Y Zhao等人基于Z-map方法，介绍了配备直线电机的电火花成形过程几何模型的开发。该模型已被用来计算火花发生的最小间隙距离，并分析工件和电极表面之间产生火花的可能性。计算出一个火花放电形成的火山口形状，预测最终加工的表面形貌。进行了相关实验验证所开发的几何模型的有效性。许多学者利用考虑刀具磨损影响的表面轮廓生成理论模型，运用这个简化的仿真算法，进行微观和宏观EDM生成的表面轮廓仿真，最终预测工具电极加工后的损耗形状。高德东使用ANSYS对电火花加工中单次放电状态的温度场进行仿真，最终预测了凹坑形貌。许佩霞对电火花加工理论建立了物理模型，利用计算机仿真获得了电极工件间的电场分布，找到了提高击穿放电通道的有效途径。陈日等人修正了电火花加工中球缺计算模型，并进行温度场分布的电火花加工过程仿真，预测出了电蚀凹坑的形貌。

1.3研究电极形状变化

Yeong等人根据刀具磨损造成的显着降低加工精度的问题。提出了一种圆柱形电火花加工工艺的几何仿真模型，用来预测工具和钻孔的几何形状。将仿真结果与实际的实验结果进行比较，表明几何预测形状变化误差在13%以内。刘宇等人由于微细电火花小孔加工过程中不同电极材料的损耗，进行多材质电极仿真并制备多材质电极进行试验，仿真与试验结果都表明多材质电极能够降低电极损耗和提高加工精度。L Zhang等人在TF-WEDG中，利用高的去除分辨率，通过在线测量的直径反馈后，可以实现微电极的精确直径和形状变化仿真。傅宇蕾等人提出了基于MATLAB的电极磨损几何仿真模型，用于预测钻具和钻孔的几何外形。通过设置放电间隙影响因素等参数，模拟电极几何形状变化的过程。

2结论

在电火花加工中，电极是必不可少的，电极的损耗及形状变化规律研究是一个重要问题，本文采用多种研究方法对电火花加工电极进行了研究，结果有了一定的基础，从长远角度来看想要实现一次成型加工方法，深度研究电极材料的损耗和形状变化规律是未来加工复杂曲面的一个必然趋势。

作者简介：王文建，男，1991年生，内蒙古赤峰，硕士，助教。研究方向：微细电火花加工、特种加工及盾构施工技术。

参考文献

[1]Morimoto，K.&M.Kunieda.Sinking EDM simulation by determining discharge locations based on discharge delay time[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology，2009，58（01）：221-224.

[2] 高德东.基于热学仿真的微细电火花加工表面形貌预测[J].制造技术与机床，2008（11）：49-53.

[3] 许佩霞.电火花加工极间电场数值的模拟与试验[J].机械制造与自动化，2008，37（06）：155-158.

[4] 陈日，郭钟宁，刘江文等.电火花加工过程的温度场仿真与研究[J].计算机仿真，2015，32（02）：219-222.