絕緣（yuán）工程陶瓷具有硬度高（gāo）、耐磨損、耐腐蝕、質量輕等優異性能，被認為是推進21 世紀產業進（jìn）步的主導材料之一。然而其非導電性、高硬脆性給加工帶來了極（jí）大的困難，限製了它的進一步（bù）應用。研究（jiū）高精度、高效率、低成本的絕緣工程陶瓷材料（liào）的加工方法就（jiù）成為陶瓷產業一個需要迫切解決的問題（tí）。

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

1 加工原理（lǐ）

      在加工絕緣（yuán）陶瓷材料之前，需在材料（liào）表麵製備一層導電的（de）輔助電極（jí），並浸沒在含有碳元素的油類工作（zuò）液中進行，加工工件接正極，絕緣（yuán）陶瓷材（cái）料電火花線（xiàn）切割加工（gōng）原（yuán）理如圖1 所示。加工開始階段，首先實現輔助電極（jí）( 工件（jiàn）) 和鉬絲( 負極) 的放（fàng）電加工，放電加工時（shí）產生的大量熱能會使工作液受熱分解，生成遊離的碳。在電（diàn）場的作用下，遊離的碳迅速吸附在正（zhèng）極（jí）( 工件)加工表麵，形成維持（chí）放電（diàn）加（jiā）工的一層導電碳黑膜，為下一次放電加工（gōng）提供條（tiáo）件，如此循環，使電火花線切割放電（diàn）加工可以持續不斷地進行。 

2.實驗設備（bèi）

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

3 實驗結果及（jí）分析

      實驗采（cǎi）取單因素（sù）法，重點考（kǎo）察脈衝寬（kuān）度、峰值電流、脈寬係數在加工（gōng）絕緣陶瓷時對加工速度和工件表麵質量的影響。

3． 1 脈衝寬度的（de）影響

      采（cǎi）用峰值電流（liú）為（wéi）8 A，脈（mò）間脈寬比為Ti = 3，脈（mò）衝寬（kuān）度分別為16 μs、32 μs、48 μs、64 μs 進行（háng）加工實驗（yàn）。圖2、圖3 分別為脈衝寬度（dù）對加（jiā）工速度、加工表麵粗糙度（dù）的影響情況。由圖2 可知，加工速度隨脈（mò）衝寬度的增加（jiā）而增加，成正相關（guān）關係。當脈衝（chōng）寬度為實驗最大的Ton = 64 μs 時（shí），加工速度達到最大。這是（shì）因為脈寬越小，單位時（shí）間裏釋放的能量也就越小，蝕除速度越慢。隨著脈（mò）衝寬度的增大（dà），單位時間內釋放的能量也越大，放電過程中使煤油液（yè）工作（zuò）中碳元素的析出速（sù）度加快，容易形成導電（diàn）膜，從而更容易（yì）形成有效放電，提高加工速度（dù）。當脈（mò）衝寬度超過48 μs 時，加工時電弧放（fàng）電現象也隨之增多，加工變得不穩定。由圖3 可知（zhī），陶瓷材料加工麵的表麵粗糙度值隨著脈衝（chōng）寬度的（de）增加而增大。這是因為，脈衝寬（kuān）度的增大意味著單個脈衝的放電能（néng）量W 增大（dà）。由於材料的（de）熱學性能是一定的，則單個脈衝（chōng）的蝕除量也增加，微觀上使放電蝕坑變大，從（cóng）而使加工麵的表麵粗糙度值（zhí）增（zēng）大。

      圖4 為脈間脈寬（kuān）比Ti= 3，峰值電流Imax= 8 A，脈衝寬度16μs、32μs 加工後陶瓷工件（jiàn）表麵的電子掃描結（jié）果。由圖可知兩者的表麵質量有（yǒu）著明顯差異，脈衝寬度Ton= 16μs 的表麵明顯（xiǎn）要平滑，粗（cū）糙度（dù）值遠小於後者。

3.2 峰值電流（liú）的影響

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

      由圖5 可知，當峰值電流為12 A 時達到了最快的加工速度。分析加工過程可知（zhī），當峰值電流小於8 A時，單個脈衝所含有的（de）能量值較小，由於陶瓷（cí）材料熔（róng）點高（gāo），熔化及汽化的（de）過程中（zhōng）所需（xū）能（néng）量較大，導（dǎo）致蝕除速度緩慢（màn），蝕除的方式也以熔化、汽化分離為（wéi）主。當峰值電流增大到12 A 時，加工速度明顯提高（gāo）。當峰值電流進（jìn）一步增大時（shí），加工蝕除的（de）方式（shì）由以（yǐ）熔化、汽化分離為主向以熱剝離或熱應力去除的方式轉變，加工材料（liào）表麵出現較大的放電蝕坑，陶瓷材料（liào）及導電膜開始整體去除，這也是加工速度明顯提高的原因。由圖6 可（kě）知，峰值電流對表麵粗糙度（dù）的影響經（jīng）曆（lì）了一個先抑後揚的（de）過程。當（dāng）峰（fēng）值電流較（jiào）小時，隨著峰值電流的（de）增加，表麵粗糙度值逐漸減小; 當峰值電流達到（dào）8 A 時，隨著峰值電流的增加，表麵粗糙度（dù）值緩慢增大（dà）。圖7 為加工表麵顯微掃描圖，峰值電流Imax = 4 A 的表（biǎo）麵凹凸明顯（xiǎn）多於峰值電流Imax = 8 A 的表麵，而且凹凸的棱角（jiǎo）更加明顯，表麵粗糙度值明（míng）顯大於（yú）後者。

3． 3 脈寬（kuān）係數的影響

      采用峰（fēng）值電（diàn）流為3 A，脈衝寬度為32 μs，脈間脈寬比分（fèn）別為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（yǔ）加工表麵粗（cū）糙度的影響情況。

      由圖8 可知，在脈間脈寬比為6 時達到了一（yī）個峰值，這是因為在脈間（jiān）脈寬比增（zēng）大的過程中，寬脈衝放電的頻率增高，從而更有利於碳元素導電膜的形（xíng）成，因此加工更穩定，加工速度（dù）變（biàn）快。當脈間脈寬比（bǐ）超過6 時，加工時電（diàn）弧放電（diàn）現象也隨（suí）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（kě）以看出，表麵粗糙（cāo）度值與脈間脈寬比之間成先減小後增大的關係，這是因為，當脈間脈寬比較小時，放電能量隻能使（shǐ）材料產生熔融，蝕除量小且（qiě）蝕除（chú）速度很慢，材料熔（róng）凝後（hòu）使加工表麵粗糙度值增大，隨著脈間脈寬比的增加，材料（liào）熔化汽（qì）化後（hòu）被有效拋出（chū），加工表麵粗（cū）糙度值減小。當脈間脈寬比在3 ～ 6 之間時，加工表麵粗糙度（dù）值最小; 脈間脈寬比（bǐ）超過6 以後，加工時電弧放電現象也隨之增多，加工變得不穩定，導致（zhì）加工表麵粗糙度（dù）值增大。

4 結語

(1) 實驗（yàn）證明，絕緣陶瓷材料能通過電（diàn）火花線切割進行加工，隻要控製好實驗（yàn）參數，即能達到（dào）一（yī）定的加工質量。

(2) 加工蝕除速度與脈衝（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) 加工表麵粗糙度與脈衝寬度、脈間脈寬比成正相關關係，而（ér）峰值電流對表麵粗糙（cāo）度的影（yǐng）響經（jīng）曆（lì）了一個（gè）先減小後增加的過程，當峰值電（diàn）流超（chāo）過8 A 時，表麵粗（cū）糙（cāo）度隨峰值電流的增加而緩慢增大。