模具電火化加工

模具制造工藝第3章模具特種加工技術(shù)2023/2/513.1電火花加工

電火花加工又稱放電加工（ElectricalDischargeMachining簡(jiǎn)稱EMD）。它是在加工過(guò)程中,使工具和工件之間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電,靠放電時(shí)產(chǎn)生的局部、瞬時(shí)的高溫將金屬蝕除下來(lái)。這種利用火花放電產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象對(duì)金屬材料進(jìn)行加工的方法叫電火花加工。可加工高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度形狀復(fù)雜的零件

2023/2/52一、基本原理原理：在一定的介質(zhì)中，工具和工件(正、負(fù)電極)之間脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來(lái)蝕除多余的金屬,以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。如圖1所示。

1)電極：銅、鋼、石墨

2)加工介質(zhì)：煤油、煤油和機(jī)油、水基工作液

3)脈沖電源2023/2/53二、電火花加工的基本條件1、脈沖電源脈沖電源使火花放電為瞬時(shí)的脈沖性放電，并在放電延續(xù)一段時(shí)間后，停歇一段時(shí)間（放電延續(xù)時(shí)間一般為0.0001～1μs）。放電延續(xù)時(shí)間稱為脈沖寬度ti,間隙時(shí)間稱為脈沖間隔t0。T=ti+t0脈沖周期圖3-1脈沖電流波形

2、足夠的放電能量極間電流密度要足夠高，能使放電點(diǎn)金屬熔化和汽化。2023/2/543、絕緣介質(zhì)

使火花放電在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行，保證消電離過(guò)程，又可把電蝕產(chǎn)物帶出極間間隙。4、間隙使工具電極和工件被加工表面之間經(jīng)常保持一定的放電間隙

這一間隙隨加工條件而定，通常約為幾微米至幾百微米。為此，在電火花加工過(guò)程中必須具有工具電極的自動(dòng)進(jìn)給和調(diào)節(jié)裝置。2023/2/551、電火花加工優(yōu)點(diǎn)（1）可以加工難以用金屬切削方法加工的零件,不受材料硬度影響。（2）電極和工件在加工過(guò)程中不接觸，便于加工小孔、深孔、窄縫零件（3）直接利用電能、熱能進(jìn)行加工，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及自動(dòng)化。

（4）放電持續(xù)時(shí)間短，產(chǎn)生的熱傳遞范圍小，熱影響區(qū)小，加工精度和表面質(zhì)量好（5）廣泛應(yīng)用于凹模型孔、型腔加工

2023/2/56mjgy052、模具電火花加工的及應(yīng)用范圍2.電火花加工的應(yīng)用范圍

(1)穿孔加工加工沖模的凹模、擠壓模、粉末冶金模等的各種異形孔及微孔。

(2)型腔加工加工注射模、壓塑模、吹塑模、壓鑄模、鍛模及拉深模等的型腔。

(3)強(qiáng)化金屬表面凸凹模的刃口。

(4)磨削平面及圓柱面。2023/2/573、電火花加工的局限性

(1)電火花加工生產(chǎn)效率低(2)被加工的工件只能是導(dǎo)體.(3)存在電極損耗,這就影響了成型精度。(4)加工表面有變質(zhì)層。(5)加工過(guò)程必須在工作液中進(jìn)行。電火花加工時(shí)放電部位必須在工作液中,否則將引起異常放電。(6)線切割加工有厚度極限。2023/2/584加工設(shè)備組成：脈沖電源、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、機(jī)床本體、工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)

電火花成形加工是通過(guò)工具電極相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，把成形電極的形狀和尺寸反拷在工件上，從而加工出所需的零件，實(shí)現(xiàn)此工藝方法的設(shè)備稱電火花成形加工設(shè)備2023/2/595、工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)（1）作用：是排除電火花加工過(guò)程中不斷產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物，提高電蝕過(guò)程的穩(wěn)定性和加工速度。減小電極損耗確保加工精度和表面質(zhì)量。強(qiáng)迫一定壓力的工作液流經(jīng)放電間隙，將電蝕產(chǎn)物排出，并對(duì)使用過(guò)的工作液進(jìn)行過(guò)濾和凈化。（2）強(qiáng)迫循環(huán)的工作方式

沖油式、抽油式2023/2/510沖油式和抽油式1）沖油式：將具有一定壓力的干凈工作液強(qiáng)迫沖入電極與工件之間的放電間隙里，迫使工作液連同加工產(chǎn)物從電極四周間隙流出，以達(dá)到穩(wěn)定加工?？筛鶕?jù)不同工件和幾何形狀及加工的深度隨時(shí)改變沖油的壓力，0～200KPa之間。缺點(diǎn)：電蝕產(chǎn)物從已加工面流出時(shí)易造成二次放電，使型面四腔形成斜度，影響加工精度；優(yōu)點(diǎn)：排屑效果好應(yīng)用：不通孔加工，采用沖油的方法循環(huán)效果比抽油更簡(jiǎn)單，特別在型腔加工中大都采用這種方式，可以改善加工的穩(wěn)定性。2023/2/5112）抽油式：從待加工表面將已使用過(guò)的工作液連同電蝕產(chǎn)物一起抽出，抽油壓力略大于沖油壓力優(yōu)點(diǎn)：可獲得較高精度和較小數(shù)值的表面粗糙度缺點(diǎn)：排屑能力不如沖油式（3）工作液過(guò)濾方法工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)包括工作液泵、容器、過(guò)濾器及管道等，使工作液強(qiáng)迫循環(huán)，過(guò)濾對(duì)象主要是金屬粉屑和高溫分解出來(lái)的碳黑，其過(guò)濾方式和特點(diǎn)見表1。2023/2/5126、機(jī)床附件（1）電極夾具把工具電極裝夾固定在主軸上，并調(diào)節(jié)電極軸線與主軸軸線重合或平行；要求：夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好、精度高、調(diào)節(jié)方便十字鉸鏈?zhǔn)诫姌O裝夾調(diào)節(jié)裝置球面鉸鏈?zhǔn)诫姌O裝夾調(diào)節(jié)裝置標(biāo)準(zhǔn)鉆夾頭裝夾標(biāo)準(zhǔn)螺紋夾頭裝夾2023/2/513（2）平動(dòng)頭

電火花加工時(shí)，粗加工的放電間隙比半精加工的大，而半精加工的放電間隙比精加工的大，當(dāng)用同一電極進(jìn)行粗加工，工件大部分余量被去除，其底面和側(cè)壁四周的表面粗糙度很差，為將其修光，就得改變規(guī)準(zhǔn)，由于后檔規(guī)準(zhǔn)的δ比前檔的小，對(duì)工件底面可通過(guò)主軸進(jìn)給進(jìn)行修光，而四周側(cè)壁就無(wú)法修光，平動(dòng)頭就是為了解決側(cè)壁修光和提高尺寸精度而設(shè)計(jì)?？梢匝a(bǔ)償上一個(gè)加工規(guī)準(zhǔn)和下一個(gè)加工規(guī)準(zhǔn)之間的放電間隙差和表面不平粗糙度之差。2023/2/514一、影響加工速度的主要因素1、極性效應(yīng)在電火花加工中，無(wú)論是正極還是負(fù)極，都會(huì)受到不同程度的電腐蝕，即使正負(fù)極材料相同，也出現(xiàn)正負(fù)兩極的蝕除速度不一樣。由于極性不同而發(fā)生蝕除速度不一樣的現(xiàn)象稱為極性效應(yīng)。

2023/2/515質(zhì)量和慣性大的正離子有足夠的時(shí)間加速，正離子轟擊作用大于電子的轟擊作用，負(fù)極的蝕除速度大于正極的蝕除速度，所以工件接負(fù)極?！柏?fù)極性加工”，表面質(zhì)量差，效率高；用于粗加工電子轟擊作用大于正離子的轟擊作用，正極的蝕除速度大于負(fù)極的蝕除速度,所以工件接正極。“正極性加工”，表面質(zhì)量高，效率低，用于精加工短脈沖（<40微秒）加工時(shí)：長(zhǎng)脈沖（>300微秒）加工時(shí)：2023/2/5162、脈沖參數(shù)對(duì)電蝕量的影響在單位時(shí)間內(nèi)，正極或負(fù)極的總腐蝕量為：脈沖參數(shù)：?jiǎn)蝹€(gè)脈沖能量大，蝕除速度大，單個(gè)脈沖能量與電壓、電流、脈沖頻率有關(guān)2023/2/5173、工件材料的熱力學(xué)常數(shù)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱等常數(shù)愈高，蝕除速度愈小，加工速度慢。4、工作液作用：1）介電作用；2）壓縮放電通道，提高放電能量密度；3）幫助電蝕產(chǎn)物的拋出和排除；4）冷卻工具與工件；2023/2/518介電性能好、密度粘度大有利于壓縮放電通道提高放電能量密度，強(qiáng)化電蝕產(chǎn)物的拋出，但粘度大不利于電蝕產(chǎn)物的排出，影響正常放電。選用粘度小、流動(dòng)性好、滲透性好的煤油作為工作液。5、排屑條件極間電蝕產(chǎn)物濃度過(guò)高，影響加工過(guò)程的穩(wěn)定性，破壞正常的火花放電，所以改善排屑條件保證加工穩(wěn)定進(jìn)行。2023/2/519二、影響加工精度的主要因素2、形狀精度在加工過(guò)程中隨著加工深度的增加，二次放電次數(shù)增多，側(cè)面間隙逐漸增大，使加工孔入口處的間隙大于出口處的間隙，出現(xiàn)加工斜度，使加工表面產(chǎn)生形狀誤差，如圖6所示。

圖6二次放電造成側(cè)面間隙增大

1、尺寸精度電火花加工時(shí),由于電極存在損耗，放電間隙存在變化，不穩(wěn)定，影響尺寸的加工精度。圖7加工斜度圖2023/2/5203、工具電極的形狀的影響

工具電極為凹角時(shí)，工件上對(duì)應(yīng)的尖角處放電蝕除的機(jī)率大，容易遭受腐蝕而成為圓角，如圖8a所示。2023/2/521三、影響加工表面質(zhì)量的主要因素1、表面粗糙度表面粗糙度：工件的Ra

影響因素：1）單個(gè)脈沖放電能量w

w大，放電凹坑大深，Ra變差2）材料物理性能高熔點(diǎn)材料的Ra＜低熔點(diǎn)材料的Ra3）側(cè)表面的Ra＜底表面的Ra4）工具電極的表面粗糙度也將影響到加工粗糙度。由于石墨電極很難加工到非常光滑的表面，因此用石墨電極的加工表面粗糙度較差。

2023/2/522四、工具電極的相對(duì)損耗在電火花加工過(guò)程中，工具和電極都存在損耗，評(píng)價(jià)電極是否耐損時(shí)，從電極損耗速度υE和加工速度υW兩方面考慮。電極的相對(duì)損耗θ=υE/υW，減少損耗的途徑：1、正確選擇加工極性短脈沖：工件接正極（正極性），長(zhǎng)脈沖：工件接負(fù)極（負(fù)極性）2、建立碳黑保護(hù)層3、選用合適的材料作工具電極4、利用電噴渡現(xiàn)象，在工具電極表面形成電鍍層，補(bǔ)償工具電極的損耗。2023/2/5233.1.5模具（型腔模）電火花加工一、型腔模電火花加工的工藝特點(diǎn)和工藝方法1、工藝特點(diǎn)模具型腔屬于三維曲面，有如下特點(diǎn)：1）要求電極損耗小，保證型腔的成形精度2）金屬蝕除量大，加工速度快3）工作液循環(huán)不流暢，排屑困難4）為了保證加工精度，必須更換精加工電極或采用平動(dòng)頭進(jìn)行側(cè)面修光2023/2/5242、工藝方法

(1)單電極加工法

用一個(gè)成形電極加工出所需的型腔。在加工過(guò)程中，先用高效低損耗的粗規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行粗加工，使其基本成形。然后利用平動(dòng)頭按粗、中、精的順序逐級(jí)改變電規(guī)準(zhǔn)，同時(shí)加大平動(dòng)量，以補(bǔ)償前后兩個(gè)規(guī)準(zhǔn)之間的放電間隙差及表面修光量，實(shí)現(xiàn)型腔側(cè)面逐級(jí)修光，完成型腔模的加工。優(yōu)點(diǎn)：只需一個(gè)成形電極，一次裝夾定位缺點(diǎn)：難以獲得高精度的型腔，難以清棱、清角，此外電極在粗加工中容易引起不平的表面龜裂，適用：用于加工形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的型腔。用于加工經(jīng)過(guò)預(yù)加工的型腔。2023/2/525（2）多電極更換法：用兩個(gè)以上的電極先后加工同一個(gè)型腔。采用多個(gè)電極,依次更換加工同一個(gè)型腔的方法，采用不同的電規(guī)準(zhǔn)，一般用兩個(gè)電極進(jìn)行粗、精加工1—工件2—精加工電極3—中加工電極4——粗加工電極圖16多電極加工示意圖優(yōu)點(diǎn)：仿形精度高缺點(diǎn)：電極制造精度要求高，一致性好，電極裝夾定位精度難保證適用：用于尖角、窄縫多的型腔模加工、精密型腔的加工2023/2/526根據(jù)型腔的幾何形狀，把電極分解成主型腔電極和副型腔電極分別制造。主型腔電極加工出型腔的主要部分，副型腔電極加工型腔的尖角、窄縫等部位。（3）分解電極法：2023/2/527二、電極設(shè)計(jì)1、電極材料和結(jié)構(gòu)形式1）電極材料：石墨和純銅，銅鎢合金和銀鎢合金2）電極結(jié)構(gòu)：整體式電極、鑲拼式電極、組合式整體式：由一整塊材料制成，用于尺寸不大、形狀簡(jiǎn)單的電極圖10整體式電極圖

整體式電極2023/2/528鑲拼式：由兩塊以上的電極材料拼合起來(lái)制成一個(gè)電極，用于形狀復(fù)雜的電極，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了加工難度和加工成本

組合式：將若干電極組裝在電極固定板上，注意各電極之間的相互位置精度，并保證各電極中心線之間的相互平行

圖11組合式電極圖

鑲拼式電極1—電極拼塊2—緊固螺釘2023/2/5292、電極尺寸的計(jì)算1）電極的水平尺寸：電極在垂直于主軸進(jìn)給方向上的尺寸，a=A±Kba—電極水平尺寸，A—型腔名義尺寸K—單邊半徑為1，雙邊直徑為2，無(wú)縮放為0±—電極輪廓凸起部分為-，凹部分為+b—電極單邊縮放量，一般取0.7~0.9mm圖3-17電極水平截面尺寸縮放示意圖1-電極2-型腔2023/2/5303、排氣孔和沖油孔

1）沖油孔設(shè)計(jì)在難以排屑、窄縫等處，如圖19所示。2）排氣孔設(shè)計(jì)在蝕除面積較大的位置，如圖20所示。排氣孔和沖油孔的直徑為φ1~1.5mm，為利于排氣排削，上端孔徑加大到φ5~8mm，孔距20~40mm，位置錯(cuò)開。圖19設(shè)強(qiáng)迫沖油孔的電極圖20設(shè)排氣孔的電極2023/2/5312、電極的裝夾與校正裝夾：整體電極：通用夾具（標(biāo)準(zhǔn)套筒夾具）裝在主軸頭下端多電極：通用夾具+定位塊裝夾或用專