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影響石墨電極電火花加工性能的因素很多，各因素的合理配合對電火花加工特性有重要的影響。分析了主軸性能、脈沖電源及智能控制、工作液、電參數和加工極性選擇等對石墨電極加工性能的影響，為生產實踐提供了理論依據。   在電火花加工中如何正確選用石墨材料，并達到*的使用效果，不僅需考慮石墨電極材料牌號，同時要考慮加工參數及其機床性能等因素。影響石墨電極電火花加工性能（加工速度、加工表面粗糙度和電極損耗）的因素主要有機械系統性能、脈沖電源、控制系統、加工面積、放電參數、工件材料、工作液、電極形狀、沖液方式等。本文根據國內外的有關研究著重從電火花機床、放電加工參數和加工材料等方面進行系統的分析和論述。   1 機床特性對石墨電極加工性能的影響 1.1 主軸性能的影響 主軸是電火花成形機的一個關鍵部件，它控制工件與工具電極之間的放電間隙。主軸的抬刀速度、傳動速度和搖動方式直接影響生產率、表面粗糙度和加工穩定性等工藝指標。目前已普遍采用步進電動機、直流電動機或交流伺服電動機驅動主軸。   1.1.1 抬頭排屑 主軸抬刀對于改善深槽（型腔）窄縫等微細加工的排屑，防止積碳和二次放電等現象有明顯影響。發展高速抬刀是必然趨勢。目前交流伺服電機驅動，抬刀速度一般可達3~5m/min[1]。日本Sadick公司AQ35L主軸采用直線電機控制，傳動機構簡單，不用滾珠絲杠，沒有傳動間隙，能實現高速度、高加速度移動，滿足了EDM加工高速響應的要求。zui大驅動力高達3000N，快進速度可達100m/min，zui大加速度達到1g以上，能及時排除電蝕產物消除集中放電、二次放電。間隙不均勻性等得到極大的抑制，特別是對加工深槽窄縫能產生良好的效果[2]。例如：用端面面積為1mm×38mm、斜度1°的石墨片電極加工鋼，深度達70mm，免沖液，粗加工用時2h10min，精加工用時1h30min，總共用3h40min，提高了加工速度。瑞士 Charmilles公司的ROBOFORM 35P機床，不但提高了主軸運動速度，還提高了坐標軸的運動速度，使電極交換時間節省35％。用截面20mm×20mm的電極，無沖液加工100mm深的型腔，加工時間僅為5h，表面粗糙度達到Rmax10μm。Makino EDNC系列抬刀速度在小型機床上是2m/min，在大型機床上是10m/min。   1.1.2 主軸搖動 主軸的搖動功能可使加工表面均勻，得到高精度和高質量的加工表面。目前已有多種搖動方式，除了圓形和方形搖動外，還有六角、半圓柱、半球、三維射線、三維圓弧等搖動軌跡，遇到其他任意形狀，可根據一個完整的輪廓建立所需的搖動方式。日本Mitsubishi EA系列電火花機床新開發的Orbit Pro搖動功能，電極以恒定運動進行加工，跟蹤目標形狀，實現高穩定加工；而常規搖動加工，沿目標形狀一點一點連續加工，電極移動不平滑，變速移動，加工不穩定，兩者對比如圖1所示。   1.2 脈沖電源及智能化控制的影響 脈沖電源對電火花加工的生產率、表面質量、加工速度、電極損耗等都有很大的影響。模糊控制（FC、FLC）電源是利用CNC系統對間隙量、間隙電壓、瞬時放電狀況等參數進行檢測，通過專家系統進行比較判別，對電參數與伺服系統進行控制的一種脈沖電源。它一般可提高加工速度20％~30％，降低了電極損耗，在深槽、筋、多型腔、大面積的加工中效果尤為明顯[3]。FP脈沖電源是為控制加工屑而設計的脈沖電源，可防止短路時加工屑的集中，它通過對加工電流的控制，改善加工表面的質量，并且能夠顯著地降低電極損耗[4]。Mitsubishi型的電火花加工機床采用全新FPⅡ電源，它有PS電路何α-SC電路。PS電路提供一個穩定的超短脈沖訊號，放電脈沖的*控制防止了短路現象，實現穩定的無光澤表面精加工，排除了精加工表面的波紋和凹陷現象。α-SC電路大幅度降低了小面積精加工（表面粗糙度為Rmax4~10μm）的電極損耗。   Makino EDNC系列電火花加工機床采用P-脈沖2，加工穩定，尤其適合使用石墨電極加工，可消除不規則放電現象，實現HQSF（High Quality Surface Finishing）（圖2）。采用人工智能（IES）自動控制放電過程，通過專家系統實現旋轉補償、檢測等多種功能。高靈敏度放電伺服技術可進行無沖液放電，由于在無沖液放電時，電火花間隙變化不大，可實現穩定可靠的精加工。并且可以10m/min（EDGE2型）的速度進行主軸快速跳躍，排除氣體和殘渣，能在無沖液的狀況下加工深窄腔[5]。   1.3 工作液的影響 根據實際生產經驗，使用石墨電極進行電火花加工時，宜采用的合成型火花油或混粉工作液。重要品牌有：美國Hirschmann Engineering公司生產的Ionoplus牌工作液，意大利Common Weahh Oil公司生產的EDM244，以及ESSO，FUSHS，BP，CASTROL工作液等。高質量的工作液可降低石墨電極損耗，獲得良好的加工表面精度。混粉工作液通過添加硅、鋁、鎢、鉻、鈦等導電粉末，可改變工作液性能，提高精加工的穩定性，用于大面積精加工時，可減少拋光工時或無需拋光。日本石油公司生產的ED混粉工作液，適合大面積的塑料模具、大型石墨電極及筋條加工，能實現均勻、穩定的放電。實施鏡面電火花成形加工時，可使精加工時間縮短20％~30％。日本Makino采用μSC添加劑的工作液，可過濾，可粗、精加工共用一套工作液系統，在加工時分散放電，可提高表面質量，有利于控制間隙，提高加工速度。如圖3所示μSC工作液與普通工作液相比可獲得穩定的精度和較低的表面粗糙度值，特別是電極尺寸較大時，效果更明顯[5]。   2 電參數對石墨電極放電加工性能的影響 2.1 脈沖寬度的影響 脈沖寬度決定脈沖能量。使用不同的工件材料、加工極性、電極材料時脈沖寬度對放電加工特性的影響也不同。如圖4、圖5所示，脈沖寬度越大，電極損耗越小。采用負極性加工工具鋼時，當脈沖寬度為250μs時，電極出現負損耗，采用正極性加工電極損耗較大。加工銅合金時不論采用正極性或負極性加工電極損耗都比較大。隨著脈沖寬度的增大，蝕除金屬材料就越多，產生的蝕坑越深越寬，加工速度提高，工件的表面粗糙度較大。因此粗加工時，脈沖寬度可以選擇大一些，減小電極損耗，提高加工速度。不同的石墨電極牌號脈沖寬度對電極損耗的影響也不同，石墨顆粒越小，相同脈沖寬度條件下電極損耗越小。   2.2 峰值電流的影響 電極材料為POCO的EDM-3石墨，工件材料為工具鋼，采用正極性加工，脈沖寬度為40μs，峰值電流分別為50A和2，測得的加工速度、電極損耗和表面粗糙度如表1所示。由表1可看出。峰值電流變小，加工速度下降，而表面粗糙度減小。石墨電極與銅電極相比，因有*的耐熱性，可加大電流值，提高生產效率。粗加工時，可以用較大 電流（幾百安培）。但是在一定加工面積條件下，有一個極限，超過這個極限，會造成加工不穩定，電極和工件會產生拉弧燒傷，生產率反而降低。微細電極承受不住過強的電流，容易受損。石墨電極正極性加工時，電流密度通常設為10~12A/cm2；負極性加工時，電流密度通常設為6~8A/cm2[ 6~7]。 2.3 電極與工件的邊側間距關系 電火花加工時放電間隙在不斷變化，間隙的大小影響著加工精度，對復雜形狀的加工表面影響尤其嚴重。如使用東洋炭素ISO-63材料，表面粗糙度達到Rα10μm時，放電面積不同，邊側間距也不同。放電面積越大，相應的邊側間距也應變大；相同的加工面積粗 加工的邊側間距大于精加工的邊側間距。隨著加工深度的增加，邊側間距有時也要相應的增加，如圖6所示，以保持良好的排屑。     2.4 工件材料對加工極性選擇的影響 對不同的工件材料應選擇不同的加工極性，因為加工極性直接影響加工效果（電極損耗、加工速度和表面粗糙度）。以銅合金MS-46（Cu、Ni、Al、Zn的質量分數分別為68％、14％、10％、6％）為例，粗加工時，主要考慮電極損耗和加工速度，采用大脈沖寬度，如圖4a、4b所示，正、負極性加工電極損耗相差不大，但正極性加工速度快，因此應選擇正極性加工。精加工時，主要考慮電極損耗和加工表面質量，如圖4a、4c所示，當縮短脈沖寬度，負極性加工的電極損耗明顯比正極性加工小的多，并且表面粗糙度也小，因此精加工時應選擇負極性加工。如圖5所示，加工工具鋼時，粗加工和銅合金一樣，要采用正極性加工，而精加工時，采用正、負極性加工電極損耗相差不大，表面粗糙度也基本相同，故精加工時兩者皆可。 表2 鈦合金放電加工實驗結果 加工極性 加工深度 /mm 電極損耗 / ％ 加工速度 /（mm3/min） 單邊間隙 /mm 正極性 3.0 72.86 1.440 0.10 負極性 3.0 6.50 49.195 0.19   采用石墨電極，在脈沖寬度為100μs，脈沖間隔480μs，峰值電流90A的條件下，改變加工極性，對鈦合金進行放電加工實驗，結果如表2[8]所示，采用負極性加工時，其各項工藝指標均比正極性加工好，因此對于鈦合金應選用負極性加工。同樣，對不銹鋼、鋁合金等的放電加工特性均受加工極性的影響，加工極性選擇如表3所示。 表3 加工極性選擇 工件材料 粗加工 精加工 工具鋼 ＋ ± 不銹鋼 ＋ ± 鋁合金 － ± 鈦合金 － － 銅合金 ＋ － 3 結束語 影響石墨電極電火花加工性能的因素很多，本文對主要影響因素進行了分析和總結，在生產實際中有一定的指導意義。