絕緣工程陶（táo）瓷具有硬度高（gāo）、耐磨損、耐腐蝕、質量輕等優（yōu）異性能，被認為是推進21 世紀產業進步的（de）主導材料之一。然而其（qí）非導電性、高硬（yìng）脆性給加工帶來（lái）了極大的困難，限製了它的進一步應（yīng）用。研究高精度、高效率、低成本的絕緣工程陶瓷材料的加工方法就成（chéng）為陶瓷產業（yè）一個需要迫切解決的問題。

      電火花線切割加工作為一種加（jiā）工高硬度材料和加工複雜形狀零件的方法，近20 年在陶（táo）瓷材料的成形加工應用研究上發展很（hěn）快，尤其是近幾年來，人們（men）衝破了長期以來認為電火花加工隻能加工導（dǎo）電性材（cái）料的傳統束縛，采用輔助電極法，使絕緣性材料的電火花加工成為可（kě）能（néng）。本文對（duì）電火花線切割加工過程中，放電參數對絕緣陶瓷（cí）材料加工速度及加工表麵質量的影響進行研究，為絕緣陶瓷材料電火花線切（qiē）割加工提供理論和（hé）工藝指導（dǎo）。

1 加工（gōng）原理

      在加工絕緣陶瓷材（cái）料之前，需在（zài）材料表麵製備一層導電的（de）輔助電極，並浸沒在含（hán）有碳元素的油類工（gōng）作液中（zhōng）進行，加工（gōng）工件接正極，絕緣陶瓷材料電火花線切（qiē）割加工原理如圖1 所（suǒ）示。加工開始階段（duàn），首先實（shí）現輔助電極( 工件) 和鉬絲( 負極) 的放電加（jiā）工，放電加工時產生的大（dà）量熱能會使工作液受熱分解，生成遊離的碳。在電場的作用下，遊離的（de）碳迅（xùn）速（sù）吸附在正極（jí）( 工件)加工表麵，形成維持放電（diàn）加工的一層導電碳黑（hēi）膜，為下一次放電加（jiā）工提供條件，如此循環，使電火（huǒ）花線切割放電加工可以持續不斷地進行。 

2.實驗設備

      以泰安生建（jiàn）電加（jiā）工機床廠生產的DK7740 型數控線切割機床作為實驗用加工機，機床的高壓選用110V，低壓為95 V，被加工材料為（wéi）絕緣陶瓷材料Si3Al3O3N5，其表麵（miàn）通過塗覆導電膏作為輔助電極，鉬絲直徑0. 18 mm，加工工作液為煤油，采用浸泡式加工。

3 實驗結果及分析

      實（shí）驗（yàn）采取單因素法，重點考察脈衝寬度、峰值電流、脈寬係數在加工絕緣陶瓷時對加工速度和工件表麵質量（liàng）的影（yǐng）響。

3． 1 脈衝寬度的影響

      采用峰值電流（liú）為8 A，脈間脈寬（kuān）比為Ti = 3，脈衝寬度分別為（wéi）16 μs、32 μs、48 μs、64 μs 進行加（jiā）工實驗。圖（tú）2、圖（tú）3 分別為脈（mò）衝寬度對加工速度、加（jiā）工表麵粗糙度的影響情況。由圖2 可知，加工速度隨脈（mò）衝寬度的（de）增加而增加，成正相關關係。當脈衝寬度為（wéi）實驗最大的Ton = 64 μs 時，加工速度達（dá）到最大。這（zhè）是（shì）因（yīn）為脈寬越小，單位時間裏釋（shì）放的能（néng）量也就越小，蝕除速度越慢。隨著脈衝寬度（dù）的增大，單位時間內釋（shì）放的能量也越大，放電過程中（zhōng）使煤油液工作中碳元素的析出速度加快，容易形成導電膜，從而更容易形成有效放電，提高加工速度。當脈衝寬度超過48 μs 時，加工（gōng）時電弧放電現象也隨之增多（duō），加工變得不穩（wěn）定。由圖3 可知，陶瓷材料加工麵的表麵粗糙度值隨著（zhe）脈衝寬度的增加而增（zēng）大。這是因為，脈衝（chōng）寬度的增大意味著單個脈衝的放電能量W 增大。由於材料的熱學性能是一定的，則單個脈衝的蝕除量也增加，微觀上使放電蝕坑變大，從而使加工麵的表麵粗糙度值增大。

      圖4 為脈間脈寬比（bǐ）Ti= 3，峰值電流Imax= 8 A，脈衝寬度16μs、32μs 加工後陶瓷工件表麵的電子掃描結果。由圖可知兩者的表麵質量有著明顯差異，脈衝寬度Ton= 16μs 的表麵明顯（xiǎn）要平（píng）滑，粗糙度值（zhí）遠（yuǎn）小於後者。

3.2 峰值電流的影（yǐng）響

      采用脈衝寬度Ton = 48 μs，脈間脈寬比為3，峰值電流分別為4 A、6 A、8 A、12 A 進（jìn）行加（jiā）工實驗。圖5、圖6 為峰值電流對加工速度及表麵粗糙度的影響影響情況。

      由圖5 可知，當峰值電流為12 A 時達到了最快（kuài）的（de）加工速度。分析加工過程可知，當峰值電流小於8 A時，單個脈衝所含（hán）有的能量值較小，由於陶瓷材料（liào）熔（róng）點高，熔化及汽化的過程中所需能量較大，導致（zhì）蝕除速度緩慢，蝕除的方式也以熔化、汽化分離為主。當峰（fēng）值電流增大到12 A 時，加工速度明顯提高（gāo）。當峰值電流進一步增大時，加工蝕除的方式（shì）由以熔化、汽化分離為主（zhǔ）向以熱剝離或（huò）熱應力去除的方式（shì）轉變，加工材料表麵出現（xiàn）較大（dà）的放電蝕坑，陶瓷材料及導電膜開始（shǐ）整體去除，這也是加工速度明顯提高的原因。由圖6 可知，峰值電流對表麵粗糙度的影響經曆了一個先抑後揚的過程。當峰值電流較小時，隨著峰值電流的增加，表麵粗糙度值逐漸減小; 當峰值電流達到8 A 時，隨著峰值電流的增加，表麵粗糙度值緩（huǎn）慢增大。圖（tú）7 為加工表麵顯微掃描圖，峰值電流Imax = 4 A 的表麵凹（āo）凸明顯多於峰值電流Imax = 8 A 的表麵，而且凹凸（tū）的（de）棱角更加明顯，表麵粗糙（cāo）度值（zhí）明顯大於後者。

3． 3 脈寬係數的影響

      采用峰值電流為3 A，脈衝寬度為32 μs，脈間脈寬（kuān）比分（fèn）別為（wéi）2、4、6、8 進行加工實驗。圖8、圖9 為脈間脈寬比對加工速度與加工表麵粗糙度的影（yǐng）響情況。

      由圖（tú）8 可知，在脈間脈寬比為6 時達到了一個峰值，這是因為（wéi）在脈間脈寬比增大的過程中，寬脈（mò）衝放電的頻率增高，從而更有利於碳元素導電膜的形成，因此加工更穩定，加工速度變快。當脈間脈寬（kuān）比超過6 時，加工時電弧放電現象也隨之增多，加（jiā）工變得不穩（wěn）定，導致加工速度減慢。由圖9、圖10 可以看出，表麵粗糙度值與脈間脈寬比之（zhī）間成先（xiān）減小後增大的關係（xì），這是因為，當脈間脈寬比較小時，放電能量隻能（néng）使（shǐ）材料產生熔融，蝕除量（liàng）小且蝕除速度很慢，材料熔凝後使加工表麵粗糙度值增大，隨著脈間脈寬比的增加，材料熔化（huà）汽化後被有效拋出，加工表麵粗（cū）糙（cāo）度值減小。當脈間脈寬比在（zài）3 ～ 6 之間（jiān）時，加工表麵粗糙度值最小; 脈間脈寬比超過6 以後，加工時（shí）電弧放電現象也隨之增（zēng）多，加（jiā）工變得不穩定，導致加（jiā）工表麵（miàn）粗糙度值（zhí）增大。

4 結語（yǔ）

(1) 實驗證明，絕緣陶瓷材料能通過電火花線切（qiē）割進（jìn）行加工（gōng），隻要控製（zhì）好實驗參數，即能達到一定的加工質量。

(2) 加工蝕（shí）除速度與脈衝（chōng）寬度、峰值電流成正相關關係，在脈間脈寬比為6 時，加工速度達最大值。

(3) 加工表麵粗（cū）糙（cāo）度與（yǔ）脈（mò）衝寬度、脈間脈寬（kuān）比成正相關關係，而峰值電流對表麵粗糙度的影響經曆了一個先減小後增加的（de）過程，當峰值電流超過8 A 時，表麵粗糙度隨（suí）峰值電流的增加而緩（huǎn）慢增大。