模具零件電火花加工

1、第4章模具零件電火花加工電火花加工又稱(chēng)放電加工 （Electrical Discharge Machining簡(jiǎn)稱(chēng)EDM）,在20世紀(jì)40年 代開(kāi)始研究并逐步應(yīng)用于生產(chǎn)。它是在加工過(guò)程中，利用兩極（工具電極和工件電極）之間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電，靠放電時(shí)局部、瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫把金屬蝕除下來(lái)，以使零件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量達(dá)到預(yù)定要求的加工方法。因放電過(guò)程中可見(jiàn)到火花，故稱(chēng)之為電火花加工，也稱(chēng)電蝕加工。加工中工件和電極都會(huì)受到電腐蝕作用，只是兩極的蝕除量不同，這種現(xiàn)象成為極性效應(yīng)。工件接正極的加工方法稱(chēng)為正極性加工；反之，稱(chēng)為負(fù)極性加工。電火花加工的質(zhì)量和加工效率不僅與極性選擇有關(guān)，還與電規(guī)準(zhǔn)（

2、即電加工的主要參 數(shù)）、工作液、工件、電極的材料、放電間隙等因素有關(guān)。電火花放電加工按工具電極和工件的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系的不同，可以分為電火花穿孔成形加工、電火花線切割、電火花磨削、電火花展成加工、電火花表面強(qiáng)化和電火花刻字等。其中,電火花穿孔成形加工和電火花線切割在模具加工中應(yīng)用最廣泛。4.1電火花加工的基礎(chǔ)知識(shí)4.1.1電火花加工的基本原理及必要條件電腐蝕現(xiàn)象早在19世紀(jì)初就被人們發(fā)現(xiàn)并加以研究。例如，電器開(kāi)關(guān)在閉合或斷開(kāi)時(shí)，往往產(chǎn)生火花放電而把接觸表面燒毛、腐蝕。所以人們一直認(rèn)為電腐蝕是有害的。因而不斷地研究它的成因，并設(shè)法減輕和避免。 研究結(jié)果表明，電火花腐蝕的主要原因在于火花放電 時(shí)，火花

3、通道瞬時(shí)產(chǎn)生大量的熱，以致使電極表面的金屬局部熔化甚至汽化而被蝕除下來(lái)， 形成放電凹坑。要將放電腐蝕原理用于導(dǎo)電材料的尺寸加工，必須具備以下幾個(gè)基本條件。1）工具電極和工件電極之間在加工時(shí)必須保持一定的間隙，一般是幾個(gè)微米至數(shù)百微 米。因此，加工中必須用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)保證加工間隙隨加工狀態(tài)而變化。2）火花放電必須在一定絕緣性能的介質(zhì)中進(jìn)行，液體介質(zhì)有壓縮放電通道的作用，同 時(shí)液體介質(zhì)還能把電火花加工過(guò)程中產(chǎn)生的金屬屑、炭黑等電蝕產(chǎn)物從放電間隙中排出去， 并對(duì)電極和工件有較好的冷卻作用。對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行尺寸加工時(shí)，極間應(yīng)有液體介質(zhì)；表面強(qiáng)化時(shí)，極間為氣體介質(zhì)。3）放電點(diǎn)局部區(qū)域的功率密度足夠高

4、，即放電通道要有很高的電流密度（一般為105106A/cm ）。這時(shí)，放電所產(chǎn)生的熱量就足以使電極表面的局部金屬瞬時(shí)熔化甚至汽化。4）火花放電是瞬時(shí)的脈沖性放電。放電的持續(xù)時(shí)間一般為11000 s,這樣才能使放電產(chǎn)生的熱量來(lái)不及傳導(dǎo)擴(kuò)散到材料的其余部份，放電點(diǎn)集中在很小范圍，內(nèi)能量集中，溫度高。如果放電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)， 就會(huì)形成持續(xù)電弧放電，使加工表面材料大范圍熔化燒傷而無(wú)法用作尺寸加工。5）在先后兩次脈沖放電之間，應(yīng)有足夠的停歇時(shí)間，排除電蝕產(chǎn)物，使極間介質(zhì)充分 消電離，恢復(fù)介電性能，以保證每次脈沖放電不在同一點(diǎn)進(jìn)行，避免發(fā)生局部燒傷現(xiàn)象，使重復(fù)性脈沖放電順利進(jìn)行。圖4.1.1所示為脈沖電源的空載

5、電壓波形。圖中ti為脈沖寬度，t0為脈沖間隔，tp為脈沖周期，Ui脈沖峰值電壓或空載電壓。1 / 51圖4.1.1脈沖電源的空載電壓波形以上這些問(wèn)題的解決，是通過(guò)圖4.1.2所示的電火花加工系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。工件5與工具3分別與脈沖電源 2的兩輸出端相連接。自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置 1使工具和工件間經(jīng)常保持一很 小的間隙（此處為電機(jī)與絲桿螺母機(jī)構(gòu)），當(dāng)脈沖電壓加到兩極之間時(shí)，便在當(dāng)時(shí)條件下相對(duì)某一間隙最小處或絕緣強(qiáng)度最低處擊穿介質(zhì)，在該局部產(chǎn)生火花放電，放電點(diǎn)處產(chǎn)生瞬時(shí)高溫使工具和工件表面都蝕除掉一小部分金屬，各自形成一個(gè)小凹坑。 脈沖放電結(jié)束后， 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間間隔，使工作液恢復(fù)絕緣后，第二個(gè)脈沖電壓又加

6、到兩極上，又會(huì)在當(dāng)時(shí)極間距離相對(duì)最近或絕緣強(qiáng)度最弱處擊穿放電，又電蝕出一個(gè)小凹坑。如此連續(xù)不斷地重復(fù)放電， 工具電極不斷地向工件進(jìn)給就可將工具的形狀復(fù)制在工件上，加工出所需要的零件，整個(gè)加工表面將由無(wú)數(shù)個(gè)小凹坑所組成，如圖4.1.3所示，其中圖4.1.3 （a）表示單個(gè)脈沖放電后的電蝕坑，圖4.1.3 （b）表示多次脈沖放電后的電極表面。圖4.1.2電火花加工原理圖4.1.3電火花加工表面局部放大圖1-自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置；2-脈沖電源；3-工具；4-工作液；5-工件；6-工作臺(tái)；7-過(guò)濾器；8-工作液泵4.1.2 電火花加工的特點(diǎn)電火花加工中，加工材料的去除是靠放電時(shí)的熱作用實(shí)現(xiàn)的，材料的可加工

7、性主要取決于材斜的導(dǎo)電特性及其熱學(xué)特性，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn) （汽化點(diǎn)）、比熱容、熱導(dǎo)率、電阻率等，而 幾乎與其力學(xué)性能（硬度、強(qiáng)度）無(wú)關(guān)，因此適合于加工難以切削加工的材料。放電加工中，加工工具電極和工件不直接接觸， 沒(méi)有機(jī)械加工中的切削力， 因此適宜加 工低剛度工件及微細(xì)加工。由于可以簡(jiǎn)單地將工具電極的形狀復(fù)制到工件上，因此特別適用于復(fù)雜表面形狀的加工。電火花加工是直接利用電能進(jìn)行加工，而電能、電參數(shù)較機(jī)械量易于數(shù)字控制、智能控制和無(wú)人化操作。由于電火花加工具有許多傳統(tǒng)切削加工所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，目前已廣泛應(yīng)用于機(jī)械（特別是模具制造）、宇航、航空、電子、電機(jī)電器、精密機(jī)械、儀2

8、 / 51器儀表、汽車(chē)拖拉機(jī)、輕工等行業(yè)，以解決難加工材料及復(fù)雜形狀零件的加工問(wèn)題。加工范圍可小至幾微米的小軸、孔、縫，大到幾米的超大型模具和零件。電火花加工的局限性在于：主要用于導(dǎo)電材料的加工；一般加工速度較慢；存在電極損 耗。4.1.3 電火花加工的微觀過(guò)程了解放電加工的機(jī)理， 即金屬材料蝕除的微觀過(guò)程，有助于掌握電火花加工中各種基本規(guī)律，并能對(duì)脈沖電源、機(jī)床設(shè)備等提出合理的要求。由于放電時(shí)間很短，放電間隙很小，所以放電加工的機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電 火花加工的微觀過(guò)程是電力、磁力、熱力、流體動(dòng)力、電化學(xué)和膠體化學(xué)等綜合作用的結(jié)果。這一過(guò)程大致可分為以下幾個(gè)連續(xù)的階段：極間介質(zhì)的擊穿

9、與放電； 能量的轉(zhuǎn)換、分布與傳遞；電極材料的拋出；極間介質(zhì)的消電離。1 .極間介質(zhì)的擊穿與放電由于工具電極和工件的微觀表面是凹凸不平的，極間距離又很小，因而極間電場(chǎng)強(qiáng)度是很不均勻的，兩極之間離得最近的突出點(diǎn)或尖端處的電場(chǎng)強(qiáng)度一般為最大。當(dāng)陰極表面某處的場(chǎng)強(qiáng)增加到105V/mm以上時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生場(chǎng)致電子發(fā)射，由陰極表面向陽(yáng)極逸出電子。在 電場(chǎng)作用下負(fù)電子高速向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)并撞擊工作液介質(zhì)中的分子或中性原子，產(chǎn)生碰撞電離， 形成帶負(fù)電的粒子（主要是電子）和帶正電的粒子（正離子），導(dǎo)致帶電粒子雪崩式增多，使介 質(zhì)擊穿而放電。從雪崩電離開(kāi)始到建立放電通道的過(guò)程非常迅速，一般小于0.1白，間隙電阻從絕緣狀況迅

10、速降低到幾分之一歐姆，間隙電流迅速上升到最大值（幾安到幾百安）。由于放電通道直徑很小，所以通道中的電流密度可高達(dá)105106A/cm。間隙電壓則由擊穿電壓迅速下降到火花維持電壓一般為（25V）,電流則由0上升到某一峰值電流。圖 4.1.4所示為矩形波脈沖放電時(shí)的電壓和電流波形。放電通道是由數(shù)量大體相等的帶正電（正離子）和帶負(fù)電粒子（電子）以及中性粒子（原子或分子）組成的等離子體。帶電粒子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞，產(chǎn)生大量的熱，使通道溫度相當(dāng)高，但分布是不均勻的， 從通道中心向邊緣逐漸降低，通道中心溫度可高達(dá) 10000c以上。由于放電時(shí)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)對(duì)電子流產(chǎn)生向心的磁壓縮效應(yīng)。由于受到放

11、電時(shí)的磁壓縮效應(yīng)和周?chē)橘|(zhì)動(dòng)力壓縮效應(yīng)的作用，通道瞬間擴(kuò)展受到很大阻力， 放電開(kāi)始階段通道截面很小，其初始?jí)毫蛇_(dá)數(shù)十甚至上百兆帕。高壓放電通道以及瞬時(shí)形成的氣體分子團(tuán)（以后發(fā)展成氣泡） 急速擴(kuò)展，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波向四周傳播。在放電過(guò)程中，同時(shí)還伴隨著一系列派生現(xiàn)象，其中有熱效應(yīng)、電磁效應(yīng)、光效應(yīng)、聲效應(yīng)及頻率范圍很寬的電磁波輻射和爆炸沖擊波等。圖4.1.4矩形波脈沖放電時(shí)的電壓（u）和電流（i）波形2 .能量的轉(zhuǎn)換、分布與傳遞把電能轉(zhuǎn)換為熱能、動(dòng)極間介質(zhì)一旦被擊穿，脈沖電源就通過(guò)放電通道瞬時(shí)釋放能量,3 / 51能、磁能、光能、聲能及電磁波輻射能等（其中大部分轉(zhuǎn)換成熱能），使兩極放電點(diǎn)和通

12、道本身溫度劇增，該處即產(chǎn)生局部的熔化或汽化，通道中的介質(zhì)也汽化或熱裂分解。脈沖電源釋放的能量分布在放電通道、陽(yáng)極上與陰極上。放電通道中的能量主要消耗在熱輻射和熱傳導(dǎo)上。 隨著極間距離、電位梯度、放電電流和放電時(shí)間的增大，放電通道中消 耗的能量亦增大。傳遞給電極上的能量是產(chǎn)生材料腐蝕的原因。在放電過(guò)程中，通道中的大量電子在電場(chǎng)的作用下奔向陽(yáng)極并以很高的速度轟擊陽(yáng)極表面，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。而通道中的正離子則在電場(chǎng)作用下奔向陰極，也以很高的速度轟擊陰極表面，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。這些熱源產(chǎn)生了很高的溫度熔化和汽化了電極材料。3 .電極材料的拋出傳遞給電極的能量轉(zhuǎn)化成熱能， 并在電極表面形成一個(gè)瞬時(shí)高溫

13、熱源。在脈沖放電初期，高溫?zé)嵩磳⑹闺姌O放電點(diǎn)部分材料汽化，在汽化過(guò)程中，產(chǎn)生很大的熱爆炸力， 使被加熱至熔化狀態(tài)的材料擠出或?yàn)R出。電極蒸氣、介質(zhì)蒸氣以及放電通道的急劇膨脹也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大 的壓力，引起氣化爆炸，把熔融金屬拋出。同時(shí)，放電過(guò)程由于氣化了得氣體體積不斷向外膨脹產(chǎn)生的擴(kuò)張“氣泡”。這些氣泡上下、內(nèi)外的瞬時(shí)壓力并不相等，壓力高處的熔融金屬液體和蒸氣就會(huì)噴爆而出， 拋出進(jìn)入工作液 中。實(shí)際上熔化和汽化了的金屬在拋離電極表面時(shí)，向四處亂射飛濺，除絕大部分拋入工作液中收縮成球狀小顆粒外，有一小部分飛濺、附著、覆蓋在相對(duì)的電極表面上去了。在某些條件下，這種互相飛濺覆蓋現(xiàn)象的產(chǎn)物可以用來(lái)補(bǔ)償電極工

14、具在加工中的損耗。總之，電極材料的拋出是熱爆炸力、磁流體動(dòng)力、流體動(dòng)力等綜合作用的結(jié)果。人們對(duì) 這種復(fù)雜的拋出機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍不完善，目前還在不斷深化之中。4 .極間介質(zhì)的消電離一次脈沖放電結(jié)束， 此后還應(yīng)有一段間隔時(shí)間， 使間隙介質(zhì)消電離， 即放電通道中的帶 電粒子復(fù)合為中性粒子， 恢復(fù)本次放電通道處間隙介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，以免總是重復(fù)在同一處發(fā)生放電而導(dǎo)致電弧放電， 這樣可以保證按兩極相對(duì)最近處或電阻率最小處形成下一擊穿放 電通道。在加工過(guò)程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物 （如金屬徽粒、炭粒、氣泡等）如果來(lái)不及排除、擴(kuò)散出去， 就會(huì)改變間隙介質(zhì)的成分和降低絕緣強(qiáng)度，火花放電時(shí)產(chǎn)生的熱量如不及時(shí)傳出，帶電粒子的自

15、由能不易降低， 將大大減少?gòu)?fù)合的概率， 使消電離過(guò)程不充分， 結(jié)果將使下一個(gè)脈沖放 電通道不能順利地轉(zhuǎn)移到其他部位，而始終集中在某一部位， 使該處介質(zhì)局部過(guò)熱而破壞消電離過(guò)程，脈沖火花放電將轉(zhuǎn)變?yōu)橛泻Φ姆€(wěn)定電弧放電，同時(shí)工作液局部高溫分解后可能結(jié)炭，在該處聚成焦粒而在兩極間搭橋，使加工無(wú)法進(jìn)行下去。由此可見(jiàn)，在電火花加工過(guò)程中，為了保證加工的正常進(jìn)行，在先后兩次脈沖放電之間 一般都應(yīng)有足夠的停歇時(shí)間，其最小脈沖停歇時(shí)間的選擇，不僅要考慮介質(zhì)消電離的時(shí)間， 而且還要考慮電蝕產(chǎn)物擴(kuò)散和排出的難易程度。5 .1.4電火花加工常用術(shù)語(yǔ)和符號(hào)我國(guó)電加工學(xué)會(huì)參照國(guó)際電加工界的電火花加工術(shù)語(yǔ)、定義和符號(hào)，制

16、定了我國(guó)電火花加工的術(shù)語(yǔ)、定義和符號(hào)，以利于國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流、圖書(shū)出版和學(xué)生教育培養(yǎng)等。下面介紹常用的術(shù)語(yǔ)和符號(hào)。1）工具電極電火花加工用的工具，是火花放電時(shí)電極之一，故稱(chēng)工具電極。2）放電間隙 是指加工時(shí)，工具和工件之間產(chǎn)生火花放電的距離間隙。在加工過(guò)程中4 / 51 稱(chēng)之為加工間隙 S,它的大小一般在 0.010.5mm之間。粗加工時(shí)間隙較大；精加工時(shí)則較 小。加工間隙又可分為端面間隙 Sf和側(cè)面間隙Sl;對(duì)沖壓模具等的穿孔加工來(lái)說(shuō)，可分為 入口間隙Sin和出口間隙Sout；在一般情況下 SF稍小于SL, Sn稍小于Souto3）脈沖電源 是電火花加工設(shè)備的主要組成部分之一，它給放電間隙提供

17、一定能量的 電脈沖，是電火花加工時(shí)的能量來(lái)源，常簡(jiǎn)稱(chēng)為電源。4）伺服進(jìn)給系統(tǒng)是電火花加工設(shè)備的主要組成部分，作用是使工具電極伺服進(jìn)給、自動(dòng)調(diào)節(jié)，使工具電極和工件在加工過(guò)程中保持一定的平均端面放電間隙。我國(guó)早期電火花加工機(jī)床中的伺服進(jìn)給系統(tǒng)是液壓式的，靠液壓油缸和活塞產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)伺服進(jìn)給?，F(xiàn)在采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或大力矩、寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)以及交流伺服電動(dòng)機(jī)作為伺服進(jìn)給系統(tǒng)。5）工作液介質(zhì)電火花加工時(shí)，工具和工件間的放電間隙必須浸泡在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中，此液體介質(zhì)即稱(chēng)工作液介質(zhì)。一般將煤油作為電火花加工時(shí)的工作液。6）電蝕產(chǎn)物 是指電火花加工過(guò)程中被電火花蝕除下來(lái)的產(chǎn)物。狹義而言，指工具和

18、工件表面被蝕除下來(lái)的金屬微粒小屑和煤油等工作液在高溫下分解出來(lái)的炭黑，也稱(chēng)為加工屑。廣義而言，電蝕產(chǎn)物還包括煤油在高溫下分解出來(lái)的氣體氫、甲烷等小氣泡。7）電規(guī)準(zhǔn)電參數(shù) 是指電火花加工時(shí)選用的電加工用量、 電加工參數(shù)，主要有脈沖寬 度ti、脈沖間隔to、峰值電壓Ui、峰值電流ie等脈沖參數(shù)（圖4.1.5）,這些脈沖參數(shù)在每次 加工時(shí)必須事先選定。圖4.1.5脈沖參數(shù)與電火花加工時(shí)的 5種放電狀態(tài)8）脈沖寬度ti （的） 簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬，日本及英美用 ton?；?砂表示。它是加到工具和工 件上放電間隙兩端的電壓脈沖持續(xù)時(shí)間。為了防止電弧燒傷，電火花加工只能用斷續(xù)的脈沖電壓波。粗加工時(shí)，用較大的脈寬，t

19、>100的；精加工時(shí)，只能用較小的脈寬，tiV509）脈沖間隔to （白） 簡(jiǎn)稱(chēng)脈間，也稱(chēng)脈沖停歇時(shí)間。它是兩個(gè)電壓脈沖之間的間隔 時(shí)間。間隔時(shí)間太短，放電間隙來(lái)不及消電離和恢復(fù)絕緣，容易產(chǎn)生電弧放電，燒傷工具和 電極；脈間選擇的太長(zhǎng)，將降低加工生產(chǎn)率。10）放電時(shí)間（電流脈寬）te （必）放電時(shí)間是工作液介質(zhì)擊穿后放電間隙中流過(guò)放電電流的時(shí)間，亦即電流脈寬，它比電壓脈寬稍小，差一擊穿延時(shí)td。ti和te對(duì)電火花加工的生產(chǎn)效率、表面粗糙度和電極損耗等有很大的影響，但實(shí)際起作用的是電流脈寬te。11）擊穿延時(shí)td （白）從間隙兩端加上脈沖電壓后，一般均要經(jīng)過(guò)1小段的延續(xù)時(shí)間td,工作液介質(zhì)

20、才能概率性地被擊穿放電，此時(shí)間稱(chēng)為擊穿延時(shí)，它與平均放電間隙大小有 關(guān)，工具欠進(jìn)給時(shí)，平均放電間隙偏大，平均擊穿延時(shí)td就大；反之工具過(guò)進(jìn)給時(shí)，放電間隙變小，td也就小。12）脈沖周期tp （四）一個(gè)電壓脈沖開(kāi)始到下一個(gè)電壓脈沖開(kāi)始之前的時(shí)間稱(chēng)為脈沖周期，顯然tp=ti + to。5 / 5113）開(kāi)路電壓（空載電壓）或峰值電壓Ui （V）開(kāi)路電壓是間隙開(kāi)路時(shí)電極間的最高電壓，等于電源的直流電壓。一般晶體管方波脈沖電源的峰值電壓Ui=80100V,高低壓復(fù)合脈沖電源的高壓峰值電壓為175300V。峰值電壓高時(shí)，放電間隙大，生產(chǎn)率高，但成形復(fù)制精度稍差。14）加工電流I （A）加工時(shí)，電流表上指

21、示的流過(guò)放電間隙的平均電流。精加工時(shí)小，粗加工時(shí)大；間隙偏開(kāi)路時(shí)小，間隙合理或偏短路時(shí)則大。15）峰值電流ie（A）是間隙火花放電時(shí)脈沖電流的最大值（瞬時(shí)） ，雖然峰值電流不易 直接測(cè)量，但它是實(shí)際影響生產(chǎn)率、 表面粗糙度等指標(biāo)的重要參數(shù)。 脈沖電源的每一功率放 大管的峰值電流是預(yù)先選擇和計(jì)算好的， 可按說(shuō)明書(shū)選定粗、 中、精峰值電流（實(shí)際上是選 定幾個(gè)功率放大管進(jìn)行工作）。16）正、負(fù)極性加工加工時(shí)以工件為準(zhǔn)，工件接脈沖電源正極（高電位端） ，稱(chēng)為正極性加工；反之，工件接電源負(fù)極（低電位端），則稱(chēng)為負(fù)極性加工。高生產(chǎn)率、低損耗粗加工時(shí)，常用負(fù)極性長(zhǎng)脈寬加工。17）放電狀態(tài)放電狀態(tài)是指電火花加

22、工時(shí)放電間隙內(nèi)每一脈沖放電時(shí)的基本狀態(tài)，一般分為五種放電狀態(tài)。開(kāi)路：放電間隙沒(méi)有被擊穿，間隙上有大于50V的電壓，但間隙內(nèi)沒(méi)有電流流過(guò)，為空載狀態(tài)（td=ti）。火花放電：間隙內(nèi)絕緣性能良好，工作液介質(zhì)擊穿后能有效地拋出、蝕除金屬。波形特點(diǎn)是電壓上有td, te和ie,波形上有高頻振蕩的小鋸齒波形。短路：放電間隙直接短路連接， 這是由于伺服進(jìn)給系統(tǒng)瞬時(shí)進(jìn)給過(guò)多或放電間隙中有 電蝕產(chǎn)物搭接所致。間隙短路時(shí)電流較大，但間隙兩端的電壓很小，沒(méi)有蝕除加工作用。電弧放電：由于排屑不良，放電點(diǎn)集中在某一局部而不分散，局部熱量積累，溫度升 高，惡性循環(huán)，此時(shí)火花放電就成為電弧放電，由于放電點(diǎn)固定在某一點(diǎn)或某

23、局部，因此稱(chēng) 之為穩(wěn)定電弧，常使電極表面結(jié)炭、燒傷。波形特點(diǎn)是td和高頻振蕩的小鋸齒波基本消失。過(guò)渡電弧放電：是正?；鸹ǚ烹娕c穩(wěn)定電弧放電的過(guò)渡狀態(tài)，是穩(wěn)定電弧放電的前兆。波形特點(diǎn)是擊穿延時(shí)很小或接近于零，僅成為一尖剌，電壓電流波上的高頻分量變低成為稀疏的鋸齒形。以上各種放電狀態(tài)在實(shí)際加工中是交替、概率性地出現(xiàn)的（與加工規(guī)準(zhǔn)和進(jìn)給量等有 關(guān)），甚至在一次單脈沖放電過(guò)程中，也可能交替出現(xiàn)兩種以上的放電狀態(tài)。18）加工速度 Vw （mm3/min）或Vm （g/min）加工速度是單位時(shí)間內(nèi)（min）從工件上蝕除加工下來(lái)的金屬體積（mm3）以質(zhì)量（g）計(jì)算時(shí)用Vm表示，也稱(chēng)為加工生產(chǎn)率。大功率 電源

24、粗加工時(shí) Vw > 500mm3/min ,但電火花精力口工時(shí)，通常 Vw20mm3/ min。19）損耗速度 Ve （ mm3/min或g/min）是單位時(shí)間內(nèi)（min）工具電極的損耗量。4.2電火花成形加工4.2.1 電火花成形加工機(jī)床圖4.2.1所示的電火花成形加工機(jī)床通常包括：床身、立柱、工作臺(tái)及主軸頭等主機(jī) 部分；液壓泵（油泵）、過(guò)濾器、各種控制閥、管道等工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)；脈沖電源、伺服 進(jìn)給（自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)）系統(tǒng)和其他電氣系統(tǒng)等電源箱部分。1 .床身和立柱床身和立柱是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，由它確保電極與工作臺(tái)、工件之間的相互位置精度。位置精度6 / 51的高低對(duì)加工有直接的影響，如果機(jī)床

25、的精度不高，加工精度也難以保證。因此，不但床身和立柱的結(jié)構(gòu)應(yīng)該合理，有較高的剛度，能承受主軸負(fù)重和運(yùn)動(dòng)部件突然加速運(yùn)動(dòng)的慣性力， 還應(yīng)能減小溫度變化引起的變形。2 .工作臺(tái)工作臺(tái)主要用來(lái)支承和裝夾工件。在實(shí)際加工中，高性能伺服電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)縱橫向精密滾珠絲杠，移動(dòng)上下滑板，改變工作臺(tái)上工件與電極的相對(duì)位置。工作臺(tái)上裝有工作液箱， 用以容納工作液，使電極和工件浸泡在工作液里，起到冷卻、排屑、消電離等作用。工作臺(tái) 也是操作者裝夾找正時(shí)經(jīng)常移動(dòng)的部件。（a）結(jié)構(gòu)組成（b）外觀1-床身；2-過(guò)濾器；3-工作臺(tái)；4-主軸頭；5-立柱；6-液壓泵；7-電源箱圖4.2.1電火花成形加工機(jī)床3 .主軸頭主軸頭是

26、電火花成形加工機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，在結(jié)構(gòu)上由伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu) （步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)作進(jìn)給驅(qū)動(dòng)）、導(dǎo)向和防扭機(jī)構(gòu)、輔助機(jī)構(gòu)三部分組成。用以控制工件與工具電極之間的放電間隙。主軸頭的好壞直接影響加工的工藝指標(biāo)，如生產(chǎn)率、幾何精度以及表面粗糙度，因此對(duì)主軸頭有如下要求：1）有一定的軸向和側(cè)向剛度及精度；2）有足夠的進(jìn)給和回升速度；3）主軸運(yùn)動(dòng)的直線性和防扭轉(zhuǎn)性能好；4）靈敏度要高，無(wú)爬行現(xiàn)象；5）具備合理的承載電極質(zhì)量的能力。電火花加工機(jī)床成形加工時(shí)，主軸頭最重要的附件是平動(dòng)頭，它是實(shí)現(xiàn)單電極型腔電火花加工所必備的工藝裝備。在加工大間隙沖模和零件上的異形孔時(shí)，平動(dòng)頭經(jīng)常得到應(yīng)用。平動(dòng)

27、頭包括兩部分， 一是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的偏心機(jī)構(gòu)，二是平動(dòng)軌跡保持機(jī)構(gòu)。 通過(guò)偏心機(jī)構(gòu)和平動(dòng)軌跡保持機(jī)構(gòu)， 平動(dòng)頭將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成工具電極上每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都 在水平面內(nèi)圍繞其原始位置做平面圓周平移運(yùn)動(dòng)（如圖4.2.2所示），各個(gè)小圓的外包絡(luò)線就形成加工表面，小圓的圓周半徑（即平動(dòng)量A ）,通過(guò)平動(dòng)頭偏心量來(lái)調(diào)節(jié)可由零逐步擴(kuò)大， S為放電間隙。采用平動(dòng)頭加工的特點(diǎn)是：用一個(gè)工具電極就能由粗至精直接加工出工件（由粗加工轉(zhuǎn)至精加工時(shí)，放電規(guī)準(zhǔn)、放電間隙要減?。?，在加工過(guò)程中，工具電極的軸線偏移工件的軸線,這樣，除了處于放電區(qū)域的部分外，在其他地方工具電極與工件之間的間隙都大于放電間隙，這有利于電蝕

28、產(chǎn)物的排出，提高加工穩(wěn)定性，但由于有平動(dòng)軌跡半徑的存在，因此，無(wú) 法加工出有清角直角的型腔。7 / 51平動(dòng)頭的結(jié)構(gòu)形式有多種， 常使用的有：停機(jī)手動(dòng)調(diào)偏心量平動(dòng)頭、 不停機(jī)調(diào)偏心量平動(dòng)頭、數(shù)控平動(dòng)頭，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)電火花成形機(jī)床手冊(cè)。圖4.2.2平動(dòng)加工時(shí)電極的運(yùn)動(dòng)軌跡圖4.2.3沖、抽油方式4 .電火花加工機(jī)床的工作液和循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng) 電火花加工時(shí)工作液的作用有以下幾方面（消電離），以便下一個(gè)脈沖電壓再次形成火花1）放電結(jié)束后恢復(fù)放電間隙的絕緣狀態(tài) 放電。為此，要求工作液有一定的絕緣強(qiáng)度。2）使電蝕產(chǎn)物較易從放電間隙中懸浮、排泄出去，免得放電間隙嚴(yán)重污染，導(dǎo)致火花 放電點(diǎn)不分散而形成有害的電弧放電

29、。3）冷卻工具電極和降低工件表面瞬時(shí)放電產(chǎn)生的局部高溫，否則表面會(huì)因局部過(guò)熱而 產(chǎn)生結(jié)炭、燒傷并形成電弧放電。4）工作液還可壓縮火花放電通道，增加通道中壓縮氣體、等離子體的膨脹及爆炸力， 以拋出更多熔化和氣化了的金屬，增加蝕除量。工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)中，沖油的循環(huán)方式比抽油的循環(huán)方式更有利于改善加工的穩(wěn)定性 所以大都采用沖油方式，如圖 4.2.3所示。電火花成形加工中隨著深度的增加，排屑困難, 應(yīng)使間隙尺寸、脈沖間隔和沖液流量加大。5 .電火花成型機(jī)床的脈沖電源脈沖電源的作用是把工頻交流電轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流，供給火花放電間隙所需要的能量來(lái)蝕除金屬。 脈沖電源的電參數(shù)包括脈沖寬度、 脈沖

30、間隔、脈沖頻率、峰值電流、 開(kāi)路電壓等。脈沖電源對(duì)電火花加工的生產(chǎn)率、表面質(zhì)量、加工速度、加工過(guò)程的穩(wěn)定性和工具電極損耗等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有很大的影響?，F(xiàn)在普及型（經(jīng)濟(jì)型）的電火花加工機(jī)床都采用高低壓復(fù)合的晶體管脈沖電源；中、 高檔的電火花加工機(jī)床都采用微機(jī)數(shù)字化控制的脈沖電源，而且內(nèi)部存有電火花加工工藝規(guī)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以通過(guò)微機(jī)設(shè)置和調(diào)用各檔電加工粗、中、精加工工藝規(guī)準(zhǔn)參數(shù)。6 .電火花加工機(jī)床的伺服進(jìn)給電火花加工與切削加工不同，屬于“不接觸加工”。正常電火花加工時(shí)，工具和工件間有一放電間隙So如果間隙過(guò)大，脈沖電壓擊不穿間隙間的絕緣工作液，則不會(huì)產(chǎn)生火花放 電，必須使電極工具向下進(jìn)給，直到間隙等

31、于或小于某一值（S=0.010.5mm,與加工規(guī)準(zhǔn)有關(guān)），才能擊穿并產(chǎn)生火花放電。在正常的電火花加工時(shí)，工件以Vw的速度不斷被蝕除，間隙S將逐漸擴(kuò)大，必須使電極工具以速度v補(bǔ)償進(jìn)給，以維持所需的放電間隙。如進(jìn)給量v大于工件的蝕除速度 Vw,則間隙S將逐漸變小，甚至等于零，形成短路。當(dāng)間隙過(guò)小 時(shí)，必須減少進(jìn)給速度 v。如果工具與工件間一旦短路（ S=0）,則必須使工具以較大的速 度v反向快速回退，消除短路狀態(tài)，隨后再重新向下進(jìn)給，保證加工中具有的正確放電間隙， 使電火花加工能夠正常進(jìn)行。8 / 514.2.2電火花成形加工的控制參數(shù)和主要影響因素1 .電火花成形加工的控制參數(shù)控制參數(shù)可分為離線

32、參數(shù)和在線參數(shù)，表4.2.1是一些主要控制參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響程度。離線參數(shù)是在加工前設(shè)定的，加工中基本不再調(diào)節(jié)，如放電電流、開(kāi)路電壓、脈沖寬 度、電極材料、極性等；在線參數(shù)是加工中常需調(diào)節(jié)的參數(shù)，如進(jìn)給速度（伺服進(jìn)給參考電 壓）、脈沖間隔、沖油壓力與沖油油量、抬刀運(yùn)動(dòng)等。（1）離線控制參數(shù)雖然這類(lèi)參數(shù)通常在加工前預(yù)先選定，加工中基本不變，但在下列一些特定的場(chǎng)合，它們還是需要在加工中改變。1）加工起始階段這時(shí)的實(shí)際放電面積由小變大，過(guò)程擾動(dòng)較大，因此，先采用比預(yù)定規(guī)準(zhǔn)較小的放電電流， 以使過(guò)渡過(guò)程比較平穩(wěn)， 等穩(wěn)定加工幾秒鐘后再把放電電流調(diào)到設(shè) 定值。2）加工深型腔 通常開(kāi)始時(shí)加工面積較小，所

33、以，放電電流必須選較小值，然后，隨 著加工深度（加工面積）的增加而逐漸增大電流，直至達(dá)到為了滿足表面粗糙度，側(cè)面間隙 所要求的電流值。（2）在線控制參數(shù)在線控制參數(shù)在加工中的調(diào)整沒(méi)有一般的規(guī)律可循，主要依靠經(jīng)驗(yàn)。它們對(duì)表面粗糙度和側(cè)面間隙的影響不大，主要影響加工速度和工具電極相對(duì)損耗速度。表4.2.1 一些主要控制參數(shù)對(duì)工藝指標(biāo)的影響程度開(kāi)路電壓一«1小 或電汽K克。上 也限H窗前電電或L大晨曲明跑IT R.間事先加工速度、-fcKIfltLtt fl展 性 大大*I號(hào)電壓的 伺的顯維 脈沖間隔L在線密麴沖沖帕浦油；壓流由力量信大*小Jt大中較大較小中中中大小大大中較大較小中中小小小

34、小小 1大中2 .影響工件的加工速度、工具電極的損耗速度的主要因素電火花加工時(shí)，工件和工具同時(shí)遭到不同程度的電蝕。單位時(shí)間內(nèi)工件的電蝕量稱(chēng)為加工速度，即生產(chǎn)率；單位時(shí)間內(nèi)工具電極的電蝕量稱(chēng)為損耗速度。它們是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面。在生產(chǎn)實(shí)際中，衡量工具電極是否耐損耗，不只看工具損耗速度，還要看同時(shí)能達(dá)到的加工速度，因此，常采用工具電極相對(duì)損耗速度或稱(chēng)相對(duì)損耗比（工具損耗速度與加工速度之比）作為衡量工具電極耐損耗的指標(biāo)。（1）極性效應(yīng)的影響產(chǎn)生極性效應(yīng)的原因是： 正、負(fù)電極表面分別受到負(fù)電子和正離子的轟擊和瞬時(shí)熱源的 作用，在兩極表面所分配到的能量不一樣，因而熔化、氣化拋出的電蝕量也就不一樣。電子的

35、質(zhì)量和慣性較小，容易獲得很高的速度和加速度，在擊穿放電的初始階段就有大量的電子 奔向正極，把能量傳遞給正極表面， 使正極材料迅速熔化和氣化； 而正離子由于質(zhì)量和慣性 較大，啟動(dòng)和加速較慢，在擊穿放電的初始階段只有小部分正離子來(lái)得及到達(dá)負(fù)極表面并傳 遞能量。所以在用短脈沖加工時(shí)， 正極材料的蝕除速度大于負(fù)極材料的蝕除速度，這時(shí)工件應(yīng)接正極；當(dāng)采用長(zhǎng)脈沖加工時(shí)， 質(zhì)量和慣性大的正離子將有足夠的時(shí)間加速，到達(dá)并轟擊9 / 51負(fù)極表面，由于正離子的質(zhì)量大， 對(duì)負(fù)極表面的轟擊破壞作用強(qiáng)，故采用長(zhǎng)脈沖時(shí)負(fù)極的蝕除速度要比正極大，工件應(yīng)接負(fù)極。(2)工具電極材料的影響耐蝕性高的電極材料有鴇、鋁、銅鴇合金、

36、銀鴇合金、純銅及石墨電極等。鴇、鋁的熔 點(diǎn)和沸點(diǎn)都較高，損耗小，但其機(jī)械加工性能不好，價(jià)格又貴，所以除線切割加工采用鴇、 鋁絲外，其他場(chǎng)合很少采用。銅鴇、銀鴇合金等復(fù)合材料，熔點(diǎn)高，并且導(dǎo)熱性好，因而電 極損耗小，但也由于成本高且機(jī)械加工比較困難，一般只在少數(shù)的超精密電火花加工中采用。故常用的是純銅和石墨，這兩種材料在寬脈沖粗加工時(shí)都能實(shí)現(xiàn)低損耗。銅的熔點(diǎn)雖然低，但其導(dǎo)熱性好，會(huì)使電極表面保持較低溫度從而減少損耗。純銅不易產(chǎn)生電弧，在較困難的條件下也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工；精加工時(shí)比石墨電極損耗小，易于加工成精密、微細(xì)的花紋，采用精微加工能達(dá)到Ra1.25師的表面粗糙度；用過(guò)的電極經(jīng)鍛造后還可加工為其

37、他形狀的電極，材料利用率高。但純銅的機(jī)械加工性能不如石墨好。石墨電極的優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)械加工成形容易(但不易做成精密、微細(xì)的花紋 )；電火花加工的性能也很好，在長(zhǎng)脈沖粗加工時(shí)能吸附游離的碳來(lái)補(bǔ)償電極的損耗，因此目前已廣泛用做型腔粗加工的電極。缺點(diǎn)是石墨電極容易產(chǎn)生電弧燒傷現(xiàn)象，所以，在加工時(shí)應(yīng)配有短路快速切斷裝置；精加工時(shí)電極損耗較大，加工表面只能達(dá)到成R25g。對(duì)石墨電極材料的要求是顆粒小、組織細(xì)密、強(qiáng)度高和導(dǎo)電性好。目前已有在3個(gè)方向等強(qiáng)度加壓燒結(jié)的高性能石 墨，它各向同性、均勻細(xì)密，加工中任何方向的表面不會(huì)脫層、剝落，在制造重要的模具時(shí) 應(yīng)選購(gòu)這類(lèi)優(yōu)質(zhì)石墨作工具電極。(3)電參數(shù)的影響無(wú)論工具

38、電極是正是負(fù)，都存在單個(gè)脈沖的蝕除量與單個(gè)脈沖的能量在一定范圍內(nèi)成正 比的關(guān)系，某一段時(shí)間內(nèi)的總蝕除量等于這段時(shí)間內(nèi)各單個(gè)脈沖蝕除量的總和，故正、負(fù)極性的蝕除速度與單個(gè)脈沖能量、脈沖頻率成正比。所以要提高電蝕量和生產(chǎn)率的途徑：1)減小脈沖間隔，提高脈沖頻率；2)增加放電電流及脈沖寬度，增加單個(gè)脈沖能量。但在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)要考慮到這些因素之間的相互制約關(guān)系和對(duì)其他工藝指標(biāo)的影響。例 如，脈沖間隔時(shí)間過(guò)短， 會(huì)使加工區(qū)的工作液來(lái)不及消電離、排除電蝕產(chǎn)物及氣泡，形成破壞性的電弧放電；如果加工面積較小，而采用的加工電流較大， 會(huì)使局部電蝕產(chǎn)物濃度過(guò)高， 且放電后的余熱來(lái)不及擴(kuò)散而積累起來(lái)，造成過(guò)熱，易形成

39、電弧， 破壞加工的穩(wěn)定性； 增加單個(gè)脈沖能量，會(huì)惡化加工表面質(zhì)量，降低加工精度。因此，這兩種途徑一般只用于粗加工和半精加工的場(chǎng)合，在精加工中為降低表面粗糙度則需要顯著降低加工速度。脈寬與峰值電流的選擇，粗加工時(shí)，主要按蝕除速度和電極損耗比來(lái)考慮，精加工時(shí) 主要按表面粗糙度來(lái)考慮。3 .影響工件加工精度的主要因素 (1)放電間隙的大小電火花加工時(shí)，工具電極的凹角與尖角很難精確地復(fù)制在工件上，因?yàn)樵诶饨遣课浑妶?chǎng)分布不均，間隙越大，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。當(dāng)工具電極為凹角時(shí)，工件上對(duì)應(yīng)的尖角處由于放電蝕除的概率大、容易遭受腐蝕而成為圓角；當(dāng)工具電極為尖角時(shí)，由于放電間隙的等距性，工件上只能加工出以尖角頂點(diǎn)為

40、圓心、以放電間隙值為半徑的圓弧，另外工具上的尖角本身因尖端放電蝕除的概率大而容易耗損成圓角。為了減少加工誤差， 應(yīng)該采用較弱的加工規(guī)準(zhǔn)，縮小放電間隙。精加工的單面放電間隙一般只有0.010.03mm,粗加工時(shí)則為 0.5mm左右。(2)工具電極的損耗假設(shè)工具電極從上往下做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，工具電極下端由于加工時(shí)間長(zhǎng)，所以絕對(duì)損耗較上10 / 51端大；另外，在型腔入口處由于電蝕產(chǎn)物的存在而容易產(chǎn)生二次放電（由于已加工表面與電極的空隙中進(jìn)入電蝕產(chǎn)物而再次進(jìn)行非必要的放電），結(jié)果是在加工深度方向上產(chǎn)生斜度，上寬下窄，俗稱(chēng)喇叭口。為了減少加工誤差，需要對(duì)工具電極各部分的損耗情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后對(duì)工具電極的形狀

41、和尺寸進(jìn)行補(bǔ)償修正。4.影響工件表面質(zhì)量的主要因素電火花加工的表面和機(jī)械加工的表面不同，它是由無(wú)方向性的無(wú)數(shù)小坑和硬凸邊所組成特別有利于保存潤(rùn)滑油；而機(jī)械加工表面則存在著切削或磨削刀痕，具有方向性。兩者相比,電火花加工表面的潤(rùn)滑性能和耐磨損性能均比機(jī)械加工的表面好。電火花加工的表面質(zhì)量主要包括表面粗糙度和表面力學(xué)性能。（1）表面粗糙度對(duì)表面粗糙度影響最大的是單個(gè)脈沖能量。脈沖能量大，則每次脈沖放電的蝕除量也大，放電凹坑既大又深，從而使表面粗糙度惡化。電火花加工的表面粗糙度可以分為底面粗糙度和側(cè)面粗糙度。側(cè)面粗糙度由于有二次放電的修光作用，往往要稍好于底面粗糙度。要提高表面粗糙度可用平動(dòng)頭或數(shù)控

42、搖動(dòng)工藝。工件材料對(duì)加工表面的粗糙度也有影響。熔點(diǎn)高的工件材料（如硬質(zhì)合金），單脈沖形成的凹坑較小，在相同能量下加工，其表面粗糙度要比熔點(diǎn)低的工件材料 （如鋼）好。當(dāng)然， 其加工速度也相應(yīng)下降。工具電極的表面粗糙度也影響到加工表面的粗糙度。由于加工石墨電極時(shí)很難得到非常光滑的表面，因此，與純銅電極相比，用石墨電極加工出的工件表面粗糙度較差，所以石墨電極只用于粗加工。（2）表面力學(xué)性能電火花加工過(guò)程中， 在火花放電的瞬時(shí)高溫高壓，以及工作液的快速冷卻作用下，材料的表面層發(fā)生了很大的變化。工件的表面變質(zhì)層分為熔化凝固層和熱影響層。熔化凝固層位于表面最上層，是表層金屬被放電時(shí)的瞬間高溫熔化后大部分拋

43、出，小部分滯留下來(lái)，并受工作液快速冷卻而凝固形成的。 顯微裂紋一般在熔化凝固層內(nèi)出現(xiàn)。 由于 熔化凝固層和基體的接合不牢固，容易剝落而加快磨損。熱影響層位于熔化凝固層與基體之間。熱影響層的金屬材料并沒(méi)有熔化，只是受到高溫的影響，使材料的金相組織發(fā)生了變化。對(duì)淬火鋼，熱影響層包括再淬火區(qū)、高溫回火區(qū)和低溫回火區(qū)，再淬火區(qū)的硬度稍高或接近于基體硬度，回火區(qū)的硬度則比基體材料低；對(duì)未淬火鋼，熱影響區(qū)主要為淬火區(qū)，熱影響層的硬度比基體材料高。電火花表面由于瞬間的先熱脹后冷縮， 因此加工后的表面存在殘余拉應(yīng)力， 使抗疲勞強(qiáng) 度減弱，比機(jī)械加工表面低了許多。 采用回火熱處理來(lái)降低殘余拉應(yīng)力， 或進(jìn)行噴丸處

44、理把 殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力，能夠提高其耐疲勞性能。4.2.3電火花成形加工工具電極的設(shè)計(jì)與制造電火花加工模具的特點(diǎn)是把工具電極的形狀精確地復(fù)制在工件（模具）上。因此，電極是電火花加工中不可缺少的工具之一。電極的合理設(shè)計(jì)及制造， 與模具型孔或型腔的加工精度有著密切的關(guān)系。為了保證模具的加工精度，在設(shè)計(jì)電極時(shí)，必須選擇適當(dāng)?shù)碾姌O材料， 合理的電極結(jié)構(gòu)和正確的幾何尺寸，同時(shí)還應(yīng)考慮電極加工工藝性等問(wèn)題。1 .對(duì)電極的技術(shù)要求1）電極的幾何形狀要和模具型孔或型腔的幾何形狀完全相同，其尺寸大小根據(jù)模具型 孔或型腔的尺寸及公差、放電間隙的大小、凸模與凹模配合間隙來(lái)決定。11 / 512）電極的尺寸精度不

45、低于 IT7級(jí)精度。3）電極的表面粗糙度應(yīng)在 Ra0.631.25師 以上，如果采用鑄鐵或鑄銅時(shí)，表面不能有 砂眼。4）各表面的平行度，100 mm長(zhǎng)度內(nèi)不能大于 0.010.02mm。5）電極加工成形后變形小，具有一定強(qiáng)度。2.電極材料從電火花加工原理來(lái)說(shuō)，加工時(shí)工具電極與工件不接觸，是通過(guò)電蝕作用對(duì)工件進(jìn)行加工，似乎任何導(dǎo)電材料都可以作為電極。但是，由于不同材料的電極對(duì)于電火花加工的穩(wěn)定性，生產(chǎn)率及模具被加工質(zhì)量等都有很大的影響。因此，在實(shí)際使用中不能任意選擇電極材料，而應(yīng)選擇相對(duì)損耗小、加工過(guò)程穩(wěn)定、生產(chǎn)率高、易于制造加工及成本低廉的材料作為 電極材料，以滿足模具成型零件的電加工要求。目

46、前，常用的電極材料有： 鑄鐵、鋼、純銅、黃銅、銅鴇合金、銀鴇合金、石墨等。這些材料的性能見(jiàn)表4.2.2所示。表4.2.2電火花成形加工常用電極及其性能常用電加工工藝性能機(jī)械價(jià)格應(yīng)用情況材料穩(wěn)定性電極損耗加工性能材料來(lái)源鑄鐵較差適中好低主要用于型孔加工，（常用材料）制造精度高鋼較差適中好低常采用加長(zhǎng)凸模，加長(zhǎng)（常用材料）部分為加工型孔的電極；可降低制造費(fèi)用石墨較好較小好較低適用于加工大、中型尺（取決于石（有粉塵、易崩（常用材料）寸的型孔與型腔墨性能）角、掉渣）純銅好較大較差較高主要用于加工較小尺（磨削困難）（小型電極常用材料）寸型腔，精密型腔，表面加黃銅好大較好較高工粗糙度可很低（可磨削）（小型

47、電極常用材料）銅鴇好小較好高主要用于加工精密深合金（為純銅電（可磨削）（高于銅價(jià)40倍以孔、直壁孔和硬質(zhì)合金材料極損耗的上）的型孔與型腔15%25%)銀鴇好很小較好高合金（可磨削）（比銅鴇合金高）（1）鑄鐵電極的電極損耗和加工穩(wěn)定性均較一般，容易起弧，生產(chǎn)率不及銅電極。但 是，它的來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、并且機(jī)械加工性能好，因此電極的尺寸精度，幾何形狀精度 及表面粗糙度等都容易保證。因此，鑄鐵是一種較常用的電極材料，多用于穿孔加工。（2）鋼電極的加工穩(wěn)定性較差、電極損耗較大、生產(chǎn)率也較低、但是來(lái)源豐富、價(jià)格 便宜、具有良好的機(jī)械加工性能。鋼電極還有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，即把電極和凸模做成一體，實(shí)質(zhì)上就是將

48、凸模加長(zhǎng)，加長(zhǎng)的部分就用作電極。電火花加工后，把損耗部分切除掉，余下部 分可做凸模使用。這種方法使電極的制造工時(shí)減少到了最低程度。所以鋼為常用的電極材料之一，多用于一般的穿孔加工。（3）純銅電極在加工過(guò)程中穩(wěn)定性好、生產(chǎn)率高、但損耗較大、來(lái)源少、價(jià)格較貴。 由于其韌性大，機(jī)械加工性能差、磨削加工困難，其加工精度較低。由于磨削困難，使得難12 / 51以將電極與凸模連接在一起加工，電極與凸模分別制造使凸模與凹模配合間隙不易均勻。于電火花型腔加工來(lái)說(shuō)， 純銅電極適用對(duì)小型腔及高精度型腔的加工。純銅電極與其他材料電極相比，在電火花加工中能使模具達(dá)到最細(xì)表面粗糙度。(4)黃銅電極在加工過(guò)程中穩(wěn)定性好、

49、生產(chǎn)率高、與純銅電極相比價(jià)格較低、機(jī)械加工性能尚好，但其磨削性能不如鋼和鑄鐵。而黃銅電極的損耗最大。因此，黃銅電極一般用在對(duì)加工表面粗糙度較低，尺寸、形狀精度要求較高及形狀復(fù)雜的小孔穿孔加工。(5)石墨電極的電極損耗小、加工穩(wěn)定性尚好、易于加工、生產(chǎn)率最高、其價(jià)格與銅 大體相同，但機(jī)械強(qiáng)度較差，尖角處易崩裂。石墨是電火花型腔加工的常用電極材料，適用于大、中、小型腔。由于石墨的熱脹系數(shù)小，所以，最適于大電極的穿孔加工。(6)銅鴇合金和銀鴇合金的加工穩(wěn)定性均很好，電極損耗也均很小，它們的電加工性能優(yōu)越，而機(jī)械加工性能尚好，其磨削性比銅好。但其價(jià)格較高，比銅的價(jià)格高40倍。因此，主要用于模具中高精度

50、的深孔、直壁孔等的穿孔加工和加工面積小且高精度的型腔加工， 以及硬質(zhì)合金模具的加工。而銀鴇合金的價(jià)格更高， 約為銅的100倍，所以它的使用受到限制，一般只用于硬質(zhì)合金模具的加工。當(dāng)用同一種電極材料加工不同材料的模具時(shí)，加工情況也會(huì)有一定的差異，即使同是鋼件也會(huì)因其成分不同而對(duì)加工有所影響，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)具體情況選用電極材料。3電極的結(jié)構(gòu)形式電極的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)模具型孔或型腔的尺寸大小，復(fù)雜程度及電極的加工工藝性等來(lái)確定，常用的電極結(jié)構(gòu)有下列幾種形式：(1)整體電極整體電極就是用一整塊電極材料加工出的完整電極，這是型孔或型腔加工中最常用的電極結(jié)構(gòu)形式，圖4.2.4所示即為型腔加工用整體電極的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)電極面積較大時(shí)，可在電極上開(kāi)一些孔，或者挖空以減輕重量。對(duì)于穿孔加工，有時(shí)為了提高生產(chǎn)率和加工精度，降低表面粗糙度，可以采用階梯式整體電極。所謂階梯式整體電極就是在原有的電極上適當(dāng)增長(zhǎng)，而增長(zhǎng)部分的截面尺寸適當(dāng)均勻減小(f=0.10.3mm),呈階梯形。如圖