第三章模具的特種加工

第三章：模具的特種加工

第一頁，共八十頁。*特種加工：*電火花成型加工，電火花線切割，電解加工，電鑄，電化學(xué)拋光，化學(xué)加工，激光加工，超聲波加工等*材料性能日益提高第二頁，共八十頁?！?.1電火花成型加工一、電火花加工的基本原理和特點電火花加工又稱放電加工（ElectricalDischargeMachining簡稱EDM），在20世紀(jì)50年代開始研究并逐步應(yīng)用于生產(chǎn)。

（一）基本原理：電火花加工是一種電、熱能加工方法。利用工具和工件兩極間脈沖放電時局部瞬時產(chǎn)生的高溫把金屬腐蝕去除來對工件進(jìn)行加工的一種方法。當(dāng)用脈沖電流作用在工件表面上時，工件表面上導(dǎo)電部位即立即熔化，若電脈沖能量足夠大時，金屬將直接氣化，熔化的金屬強烈飛濺而拋離電極表面，使材料表面形成電腐蝕的坑穴。如適當(dāng)控制這一過程，就能準(zhǔn)確地加工出所需的工件形狀。第三頁，共八十頁。1．19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象，1943年第一臺電火花穿孔機2．加工過程：（1）工具和工件分別接脈沖電源兩極，其間充滿加工液（2）接近達(dá)一定距離（幾微米～數(shù)十微米）時，加工液被擊穿發(fā)生電火花放電；（3）工件被蝕出一個小凹坑，工具電極也有微小損失；（4）兩極恢復(fù)絕緣。

電火花加工設(shè)備示意圖1-脈沖電源2-放電間隙自動調(diào)節(jié)器3-機床床身4-工作液及其循環(huán)系統(tǒng)第四頁，共八十頁。3．必備條件

a．作為工具和工件的兩極之間要有一定的距離（通常為數(shù)微米到數(shù)百微米），并且在加工過程中能維持這一距離。b．兩極之間應(yīng)充入介質(zhì)。對導(dǎo)電材料進(jìn)行尺寸加工時，兩極間為液體介質(zhì)；進(jìn)行材料表面強化時，兩極間為氣體介質(zhì)。c．輸送到兩極間的能量要足夠大，即放電通道要有很大的電流密度（一般為105～1016A/cm2）。這樣，放電時產(chǎn)生大量的熱，足以使任何導(dǎo)電材料局部熔化或氣化。d．放電應(yīng)是短時間的脈沖放電，放電的持續(xù)時間為10-7～10-3s，由于放電的時間短，使放電產(chǎn)生的熱來不及傳導(dǎo)擴散開去，從而把放電點局限在很小的范圍內(nèi)。e．脈沖放電需要重復(fù)多次進(jìn)行。并且每次脈沖放電在時間上和空間上是分散的，不重復(fù)的。即每次脈沖放電一般不在同一點進(jìn)行，避免發(fā)生局部燒傷。f．脈沖放電后的電蝕產(chǎn)物能及時排運至放電間隙之外，使重復(fù)性脈沖放電順利進(jìn)行。

第五頁，共八十頁。（二）物理本質(zhì)1．介質(zhì)擊穿和通道形成（1）脈沖電壓形成電場，電極表面不平使電場不均勻；因為工具和工件表面存在著微觀不平度，在兩極間的表面粗糙度峰頂處，電極間隙絕緣條件相對薄弱，電場強度最大，其間的液體介質(zhì)將首先被擊穿形成放電通道

（2）雜質(zhì)聚集，使級間電場畸變；沿電力線集聚形成特殊的“橋”，縮短了實際極間距

（3）電場強度>介電強度→電離→放電通道（4）介質(zhì)擊穿的過程十分短促，一般為10-7～10-5s。介質(zhì)擊穿形成導(dǎo)電通道后，間隙電阻從絕緣狀態(tài)驟降到幾分之一歐姆，間隙電流急速上升，電流密度可高達(dá)105～108A/cm2，間隙電壓則由擊穿電壓迅速降至電的火花放電維持電壓（一般為20～25V）。（5）電壓下降。

第六頁，共八十頁。2．能量轉(zhuǎn)換、分布、傳遞（1）能量轉(zhuǎn)化：電能→熱能，動能，磁能，光能，聲能等（2）分布：陽極表面，陰極表面，放電通道能量傳遞給表面的形式*帶電粒子的高速轟擊*電極材料汽化產(chǎn)生的蒸汽炬對電極表面沖擊；*放電通道的熱輻射*放電通道中高溫氣體質(zhì)點對電極表面的熱沖擊（3）傳遞：熱傳導(dǎo)理論，形成溫度場

第七頁，共八十頁。3．電極材料的拋出

（1）高溫使局部金屬瞬間熔化、汽化，將熔化、汽化金屬拋離電極表面，形成凹坑（100～200m/s）（2）電極蒸汽，介質(zhì)蒸汽，放電通道的膨脹，產(chǎn)生壓力將熔融金屬拋出；（3）流體動力：放電產(chǎn)生氣泡

圖3.2放電間隙狀況示意圖1—陽極；2—從陽極上拋出金屬的區(qū)域；3—熔化的金屬微粒；4—工作液；5—在工作液中凝固的金屬微粒；6—在陰極上拋出金屬的區(qū)域；7—陰極；8—氣泡；9—放電通道；10—翻邊凸起；11—凹坑

第八頁，共八十頁。熔融材料拋出后，在電極表面形成電痕，如圖3.2所示。熔化區(qū)未被拋出的材料冷凝后殘留在電極表面，形成熔化層，在四周形成稍凸起的翻邊。熔化層下面是熱影響層，再往下才是無變化的材料基體?？傊?，材料的拋出是熱爆炸力、電動力、流體動力等綜合作用的結(jié)果，對這一復(fù)雜的拋出機理的認(rèn)識還在不斷深化中。

第九頁，共八十頁。4．電介質(zhì)的消電離（1）消電離：脈沖放電結(jié)束后，電場趨于零，通道帶電粒子數(shù)量急速減少，逐漸恢復(fù)介電性能；（2）最小脈沖間歇時間：在加工中，如果放電產(chǎn)物和氣泡來不及很快排除，會改變間隙介質(zhì)成分和絕緣強度，使間隙中的熱傳導(dǎo)和對流受到影響，熱量不易排出，帶電粒子的動能不易降低，將大大減少復(fù)合的幾率。這樣，間隙長時間局部過熱，會破壞消電離過程，易使脈沖放電轉(zhuǎn)變?yōu)槠茐碾娀》烹姡瑫r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，致使加工無法進(jìn)行下去，并燒傷電極對。因此，為了保證加工的正常進(jìn)行，在兩次脈沖放電之間一般應(yīng)有足夠的脈沖間隔時間(問題），**避免總是重復(fù)在同一處發(fā)生放電而導(dǎo)致電弧放電，這樣可以保證兩極相對最近處或電阻率最小處形成下一擊穿放電通道。第十頁，共八十頁。（三）電火花加工有如下的特點：1、脈沖放電的能量密度高，便于加工普通機械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料、復(fù)雜形狀的工件。2、脈沖放電持續(xù)的時間極短，放電時產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)范圍小，材料被加工表面受熱影響的范圍小。3、加工時，工具電極與工件材料不接觸，由于兩者之間宏觀作用力極小，工具電極不需比工件材料硬，因此工具電極制造容易。4、直接利用電能進(jìn)行加工，便于實現(xiàn)加工過程的自動化；并可減少機械加工工序，加工周期短，勞動強度低，使用維護(hù)方便。

5、脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)范圍大，可粗、中、精、精微加工

第十一頁，共八十頁。電火花加工的主要用途如下：a．可直接加工各種金屬及其合金材料、特殊的熱敏感材料、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料。b．可加工各種形狀復(fù)雜的型孔和型腔工件，包括圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔、曲線孔、螺紋孔、微孔、深孔等型孔工件及各種型面的型腔工件。例如加工從數(shù)微米的孔、槽到數(shù)米的超大型模具和工件。c．各種工件與材料的切割，包括材料的切斷、特殊結(jié)構(gòu)工件的切斷，切割微細(xì)窄縫及微細(xì)窄縫組成的工件，如金屬柵網(wǎng)、慢波結(jié)構(gòu)、異型孔噴絲板、激光器件等。d．加工各種成型刀、樣板、工具、量具、螺紋等成型零件。e．磨削各種工件。如小孔、深孔、內(nèi)圓、外圓、平面等磨削和成型磨削。第十二頁，共八十頁。f．刻字、打印銘牌和標(biāo)記。g．表面強化。如金屬表面高速淬火、滲氮、滲碳、涂覆特殊材料及合金化等。h．輔助用途。如去除折斷在工件中的絲錐、鉆頭，修復(fù)磨損件，跑合齒輪嚙合件等。電火花加工技術(shù)是模具制造的主要手段。主要以解決難切削加工及復(fù)雜形狀工件的加工問題。加工范圍已達(dá)到小至幾微米的小軸、孔、縫，大到幾米的超大型模具和工件中。

第十三頁，共八十頁。二、電火花加工的基本規(guī)律工藝效果評價：加工速度，加工精度，表面質(zhì)量，電極損耗（一）影響加工速度的主要因素1．加工速度：一定規(guī)準(zhǔn)下（一組脈沖參數(shù)），單位時間t內(nèi)工件被蝕出的體積V或質(zhì)量m一般用(mm3/min)；測量方便：(g/min)2．影響因素：（1）電參數(shù)：一分鐘內(nèi)，材料蝕出量：Vv正比與W和f、Im、tonW——單個脈沖能量，J；f——脈沖頻率，Hz；λ——有效脈沖利用率，%；K——與電極材料、脈沖參數(shù)、工作液等有關(guān)的工藝參數(shù)。

第十四頁，共八十頁。單個脈沖釋放的能量：結(jié)論：（1）加工速度正比于單脈沖能量和放電頻率；（2）用矩形波加工時，加工速度正比與脈沖電流幅值Im和放電持續(xù)時間ton，即正比于平均放電電流。第十五頁，共八十頁。（2）極間效應(yīng)<1>由于極性不同而產(chǎn)生蝕出速度不一樣的現(xiàn)象叫極間效應(yīng)<2>正極性加工：工件接正極，負(fù)極性加工，工件接負(fù)極<3>產(chǎn)生原因：一般認(rèn)為在火花放電過程中，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不一樣。其原因是電子的質(zhì)量和慣性均小，容易獲得很高的加速度和速度，在擊穿放電的初始階段就有大量的電子奔向正極，把能量傳遞給陽極表面，使電極材料迅速熔化和氣化；而正離子則由于質(zhì)量和慣性較大，起動和加速較慢，在擊穿放電的初始階段，大量的正離子來不及到達(dá)負(fù)極表面，到達(dá)負(fù)極表面并傳遞能量的只有一小部分離子。

第十六頁，共八十頁。圖3.4電極相對損耗與極性、脈寬的關(guān)系1—正極性加工；2—負(fù)極性加工第十七頁，共八十頁。<4>極性效應(yīng)的利用*采用單向脈沖電源*正確選擇加工極性：當(dāng)ton<20μs，正極性精加工；ton>50μs時，負(fù)極性粗加工；*用導(dǎo)熱性好，熔點高的材料做工具電極；*合理選用脈沖持續(xù)時間（脈沖寬度）

銅鋼第十八頁，共八十頁。（3）工件材料的熱學(xué)常數(shù)<1>熱學(xué)常數(shù)：熔點，沸點（汽化點），導(dǎo)熱系數(shù)，比熱容（使局部金屬材料溫度升高直至達(dá)到熔點，而每克金屬材料升高1℃（或1K）所需熱量即為該金屬材料的比熱容）。，熔化熱（每熔化1g材料所需熱量即為該金屬的熔化熱），汽化潛能（使熔融金屬氣化，每氣化1g材料所需熱量稱為該金屬的氣化熱）等<2>熔點，沸點（汽化點），比熱容，熔化潛能，汽化潛能高，蝕出率低，導(dǎo)熱系數(shù)高，蝕出率低

當(dāng)脈沖量一定時，對于不同的工件將有一個使工件電蝕量最大的最佳脈寬。因此需要綜合多種因素進(jìn)行正確的選擇。

第十九頁，共八十頁。（4）工作液<1>工作液的作用*介電作用，有助于形成放電通道*壓縮放電通道，提高能量密度*點蝕產(chǎn)物排除*冷卻工具與工件，傳出放電通道余熱<2>介電性能好，密度，粘度大→能量密度↑→拋出效應(yīng)↑粘度↑↑→電蝕產(chǎn)物排出↓*用粘度小，流動性好，滲透性好的煤油，或?qū)Ｓ糜停?用水時，效率高，表面粗糙只有絕緣介質(zhì)才能產(chǎn)生火花擊穿并且在放電結(jié)束后迅速恢復(fù)間隙絕緣狀態(tài)。第二十頁，共八十頁。粗加工時可達(dá)200～1000mm3/min（Ra為10～20μm），半精加工時降到20～100mm3/min（Ra為2.5～10μm），精加工時一般都在10mm3/min以下（Ra為0.32～2.5μm）。由此可看出隨著表面粗糙度值的減小，加工速度將顯著下降。

（5）排屑條件*電蝕產(chǎn)物：金屬微粒，氣泡，碳粒等*沖油，工件定期抬起，增加t0ff，降低加工平均電流等第二十一頁，共八十頁。（二）影響加工精度的主要因素*機床精度，電極精度，定位精度，放電間隙，電極損耗等1．尺寸精度電火花加工中，工具與工件間存在著放電間隙，因此工件的尺寸、形狀與工具并不一致。如果加工過程中放電間隙能保持不變，根據(jù)工件加工表面的尺寸、形狀可以預(yù)先對工具尺寸、形狀進(jìn)行修正。但放電間隙是隨電參數(shù)、電極材料、工作液的絕緣性能變化而變化，從而影響了加工精度。

（1）放電間隙的變化：（2）δ變化的原因：放電間隙和“二次放電”引起的第二十二頁，共八十頁。（3）影響δ的因素：擊穿電壓，W，排除，工作介質(zhì)等（4）一般δ=0.01mm（精）；δ=0.5mm（粗）（5）δ↑→棱角電場不均勻↑（6）電極損耗大小2．形狀精度（1）斜度：上大下小，<1>二次放電：已加工表面上由于電蝕產(chǎn)物的混入而使極間實際距離減少或極間工作液接典型能降低，而再次發(fā)生放電現(xiàn)象，使間隙擴大<2>工具電極損耗——斜度<3>加工沖裁凹模時可以利用第二十三頁，共八十頁。精密加工時，工具的尺寸精度一般要求在±0.5μm范圍內(nèi)，表面粗糙度值Ra＜0.63μm。電火花穿孔加工時，工具電極可以貫穿工件型孔而補償它的損耗。但型腔加工時，因為型腔本身是有底的凹穴，無法采用此法補償電極的損耗，故精密型腔加工時常采用更換電極等加工方法。

第二十四頁，共八十頁。（2）圓角<1>電極上的尖角和凹角難以復(fù)制到工件上，而形成小圓角；<2>尖角處蝕出機率大，易形成圓角；<3>放電間隙的等距離效應(yīng)；<4>工具電極的尖角處易電蝕成圓角；<5>采用高頻窄脈沖精加工可使R<0.01mm。

第二十五頁，共八十頁。（三）影響表面粗糙度的主要因素1．表面粗糙度電火花加工表面粗糙度的形成是由若干電蝕小凹坑組成，凹坑的大小與單個脈沖放電能量有關(guān)，單個脈沖能量越大凹坑越大。如果把粗糙度值大小簡單地看成與電蝕凹坑的深度成正比，則電火花加工表面粗糙度隨脈沖寬度、峰值電流的增加而增加。（1）表面有小凹坑，無光澤，潤滑性和耐磨性好；（2）W↑→坑大而深→Ra↑（3）Vv↑→Ra↑↑（4）工件材料熔點↑→Vv↓→Ra↓（5）側(cè)面↓（6）工具電極的Ra電火花加工要求達(dá)到粗糙度值Ra≤0.3μm是很困難的，因此一般先加工到Ra2.5～0.63μm，然后再采用其它方法加工（如研磨等）以改善表面粗糙度狀況，這樣就比較經(jīng)濟

第二十六頁，共八十頁。2．加工表面組織變化：瞬間高溫+工作液的冷卻作用→組織變化（1）熔融凝固層晶粒細(xì)小，抗蝕，耐磨（2）淬火層，硬度高（3）熱影響層，仍有一定的淬火硬度（4）變化層厚度很薄，為3倍的Ramax（粗加工0.1-0.5mm，精加工0.01-0.05mm）第二十七頁，共八十頁。3．表面微觀裂紋（1）拉應(yīng)力導(dǎo)致微觀裂紋（2）硬脆材料易產(chǎn)生微觀裂紋（3）淬火材料易產(chǎn)生微觀裂紋

第二十八頁，共八十頁。（四）工具電極的損耗1．電極損耗的評價電極相對損耗：；VE；Vw——mm3/min，g/min2．降低電極損耗，強化極性效應(yīng)（1）正確選擇加工極性*精加工：正極性，粗加工：負(fù)極性*負(fù)極性加工時，持續(xù)時間↑→θ↓；當(dāng)tm>30μs時，θ<1%當(dāng)tm<20μs時，正極性加工的θ較負(fù)極性加工的小第二十九頁，共八十頁。（2）選用合適的材料作電極*紫銅：導(dǎo)熱好，θ低，用作中、小型腔的加工；*石磨：導(dǎo)熱好，粗加工時可吸收游離碳，θ很小*黃銅：θ較大，但加工穩(wěn)定性好，用于穿孔加工電極3．建立碳黑保護(hù)層（1）碳黑保護(hù)層：工作液熱分解→游離碳+小氣泡，游離碳形成0.1μm以下的微粒分散在工作液中形成膠體。碳的膠粒一般帶負(fù)電荷，在電場的作用下媳婦再正極表面，在700℃時保持一定的溫度，轉(zhuǎn)化為化學(xué)吸附，形成碳黑保護(hù)層。

由于炭黑膜只能在正極表面形成，因此，若要利用炭黑膜的補償作用來實現(xiàn)電極的低損耗，必須采用負(fù)極性加工。

第三十頁，共八十頁。（2）形成碳黑保護(hù)層的條件*在煤油中采用負(fù)極形加工；*盡量增加脈沖寬度，降低脈沖電流副值；*盡量縮短脈沖間歇時間（3）在煤油中加工，滿足下列條件使可獲得θ<1%的加工石磨加工鋼：Im/ton≤0.1～0.2A/μs銅加工鋼：Im/ton≤0.06～0.12A/μs鋼加工鋼：Im/ton≤0.04～0.08A/μs第三十一頁，共八十頁。4．利用電噴鍍現(xiàn)象（1）電噴鍍方法：電弧把金屬熔化，利用壓縮空氣將其霧化，噴鍍在加工表面上（2）放電加工中的電噴鍍現(xiàn)象一般：采用水質(zhì)工作液，或放電間隙大時，易出現(xiàn)電噴鍍5．利用電化學(xué)作用正極形加工時，陽極溶解可幫助提高加工速度，陰極沉積可補償工具電極損耗。第三十二頁，共八十頁。三、電火花成型加工設(shè)備及附件（一）脈沖電源1．對脈沖電源的要求作用：工頻交流電→一定頻率的單向脈沖電流（1）足夠的脈沖放電量（成型加工約為10mm3/min·A，線切割加工約為20mm2/min·A）。

（2）單向脈沖（3）脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)范圍大：以適應(yīng)粗、半精、精加工的需要。

第三十三頁，共八十頁。（4）有一定的加工速度和較低的電極損耗（5）電壓前沿要陡，后沿不能延續(xù)太長（6）性能穩(wěn)定可靠，操作簡單，維修方便2．脈沖電源的種類及其特性（1）弛張式脈沖電源：脈沖參數(shù)與放電間隙有關(guān)缺點是：由于大部分電能經(jīng)過限流電阻時轉(zhuǎn)化為熱能損失了，所以其電能利用率只有30%～40%；由于電容器的充電時間較長，故生產(chǎn)效率低；又因兩極間電壓的擊穿受到間隙值、工作液絕緣性等多因素的綜合影響，故擊穿的隨機性大，工藝參數(shù)也不穩(wěn)定；由于放電回路存在寄生電感的影響，有反向脈沖存在，所以工具電極損耗大；脈沖頻率、脈沖能量等參數(shù)受干擾很大，故RC線路難于使用長脈沖，也就無法實現(xiàn)電極損耗低、生產(chǎn)率高的加工方法。第三十四頁，共八十頁。（2）獨立式脈沖電源：脈沖參數(shù)有電源內(nèi)部決定。（3）新型電源：高低壓復(fù)合脈沖電源，等脈沖電源，自適應(yīng)控制脈沖電源

圖3.8RLC線路脈沖電源

RLC脈沖電源的電能利用率可達(dá)60%～80%；RLC電源還可以縮短電容器的充電時間，

第三十五頁，共八十頁。主振級Z發(fā)出一定脈沖寬度和停歇時間的矩形脈沖信號，以后經(jīng)放大級F放大，最后推動末級功率晶體管導(dǎo)通或截止。末級晶體管起著“開、關(guān)”的作用。它導(dǎo)通時，直流電源電壓U即加在加工間隙上，擊穿工作液進(jìn)行火花放電。當(dāng)晶體管截止時，脈沖即行結(jié)束，工作液恢復(fù)絕緣，準(zhǔn)備下一脈沖的到來。為了加大功率和可調(diào)節(jié)粗、中、精加工規(guī)準(zhǔn)，整個功率級由幾十只大功率高頻晶體管分為若干路并聯(lián)，精加工只用其中一路或二路。為了在放電間隙短路時不致?lián)p壞晶體管，每只晶體管均串聯(lián)有限流電阻R，并可以在各管之間起均流作用。

第三十六頁，共八十頁。（二）自動控制系統(tǒng)控制內(nèi)容：放電間隙，極間物理狀態(tài)，加工深度等1．間隙自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用及其技術(shù)要求（1）最佳放電間隙δj：加工速度最高：δ>δj；δ<δj（2）對間隙自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求*有較寬的速度調(diào)節(jié)跟蹤范圍*有足夠的靈敏性和快速性*必要的穩(wěn)定性，低速微動特性*結(jié)構(gòu)簡單可靠，體積小，操作維修方便第三十七頁，共八十頁。2．間隙自動控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)（1）測量環(huán)節(jié)：測量反映放電間隙大小及其物理狀態(tài)的電參數(shù)（極間電壓，放電電流，擊穿電壓等）由于電火花加工過程中放電間隙很?。ň庸ひ话銥?.01mm，粗加工可達(dá)0.5mm），而且還在不斷變化，直接測量是困難的，一般采用與放電間隙基本成線性關(guān)系的電參數(shù)來間接測量。當(dāng)脈沖電源是弛張式電源時，因為工具電極與工件電極之間隨時都有電壓存在，故采用平均間隙電壓或平均工作電流檢測法，也有同時取電壓和電流兩種信號的。其中后一種方法比較完善

（2）比較環(huán)節(jié)：測量信號與給定值比較，判斷δ的好壞（3）放大環(huán)節(jié)：放大信號差，控制執(zhí)行環(huán)節(jié)（4）執(zhí)行環(huán)節(jié)：及時進(jìn)退工具電極。

第三十八頁，共八十頁。測量環(huán)節(jié)給定值放大環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)對象（放電間隙）第三十九頁，共八十頁。圖3.13噴嘴-擋板式電液壓自動調(diào)節(jié)器工作原理1—壓箱；2—溢流閥；3—葉片液壓泵；4—電動機；5—電力表；6—濾油器；7—節(jié)流孔；8—噴嘴；9—電機械轉(zhuǎn)換器；10—動圈；11—靜圈；12—擋板；13—壓力表；14—液壓缸；15—活塞；16—工具電極；17—工件3．典型的間隙自動控制系統(tǒng)電磁懸浮式，電液壓時（噴嘴擋塊式），電動機式（力矩電動機式）（1）電液壓式間隙自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)：（2）直流力矩電動機控制系統(tǒng)第四十頁，共八十頁。液體的不可壓縮性使傳動中無間隙、剛度大、不靈敏區(qū)?。挥忠驗榧庸r進(jìn)給速度很低，所以正、反向慣性很小，反應(yīng)迅速，特別適合于電火花加工等的低速進(jìn)給。按其控制方式又可分為噴嘴擋板式和伺服閥式兩種。

第四十一頁，共八十頁。測速發(fā)電機力矩電動機電極工具分壓和積分功率放大差動放大跟隨器比較預(yù)給值反饋放大脈沖電源第四十二頁，共八十頁。（三）機床整體1．基本組成：（1）主軸頭：要求主軸頭結(jié)構(gòu)簡單、傳動鏈短、傳動間隙小、熱變形小，具有足夠的精度和剛度、以適應(yīng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的慣性小、靈敏度好、能承受一定負(fù)載的要求（2）床身、立柱：要求機床的工作面與立柱導(dǎo)軌面具有一定的垂直度，導(dǎo)軌應(yīng)耐磨和充分消除內(nèi)應(yīng)力。（3）工作臺，用刻度手輪來調(diào)節(jié)位置的絲桿、螺母裝置。精度要求高的機床，采用光學(xué)坐標(biāo)讀數(shù)裝置、磁尺數(shù)顯裝置。有三坐標(biāo)伺服控制以及主軸和工作臺回轉(zhuǎn)運動并加三向伺服控制的五坐標(biāo)數(shù)控機床，機床的坐標(biāo)位移精度為1μm。（4）工作液槽等(見下頁）第四十三頁，共八十頁。第四十四頁，共八十頁。2．主要規(guī)格：D712020表示工作臺臺面寬度的1/10（四）工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)1．工作液循環(huán)，過濾的必要性？2．分類：（1）沖油式：壓力0～0.2MPa，高精度時：0.4～0.6MPa，但易形成斜度；（2）抽油式：壓力0～5×104MPa，精度高，排屑能力差。第四十五頁，共八十頁。沖油抽油第四十六頁，共八十頁。（五）機床附件1．電極夾具：結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，精度高，調(diào)節(jié)方便（1）十字鉸鏈?zhǔn)酵ㄓ脢A具：軸向尺寸長，精度不高（2）球面鉸鏈?zhǔn)秸{(diào)節(jié)裝置：調(diào)節(jié)力較大第四十七頁，共八十頁。2．平動頭（1）作用：型腔模在半精和精加工時修整側(cè)面，同時提高仿型精度，保證加工穩(wěn)定性，有利于間隙排屑，防止短路和拉弧。（2）要求：精度高，剛性好，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，體積小。（3）結(jié)構(gòu)：偏心軸，偏心小軸，偏心軸套O2δδ2δ1O1αOδδ2δ1O1OO2偏心小軸3偏心軸偏心軸套2第四十八頁，共八十頁。第四十九頁，共八十頁。第五十頁，共八十頁。四、模具電火花穿孔加工（一）穿孔工藝特點及其基本工藝路線1．穿孔工藝：把成型電極的側(cè)面形狀和尺寸反拷在工件上，加工出所需的通孔模具2．特點：（1）可在淬火后進(jìn)行穿孔加工，避免熱處理變形影響（2）配合間隙均勻，刃口耐磨（3）不受材料硬度限制（4）對復(fù)雜凹?？梢圆挥描偲唇Y(jié)構(gòu)，提高模具強度3．應(yīng)用：沖裁模（凹模，凸模，卸料板，固定板）加工，粉末冶金模加工，拉伸模，拉絲模等，小孔，異型孔加工等。4．工藝路線第五十一頁，共八十頁。第五十二頁，共八十頁。第五十三頁，共八十頁。2．電極結(jié)構(gòu)形式（1）整體式：大體積的可挖空心（2）鑲拼式電極：機械加工困難時用（3）組合式：應(yīng)保證各電極平行3．電極的長度

估算公式：L=KH+H1+H2+（0.4～0.8）（n-1）KH第五十四頁，共八十頁。4．電極截面尺寸：縮小一個單面放電間隙（1）a=A±Kδ（2）公差：取凹模型孔公差的1/2～1/3，Ra=0.8～1.6（3）按凸模尺寸和公差確定電極截面尺寸，分三種情況：*凹凸模配合間隙=放電間隙：電極截面尺寸=凸模橫截面尺寸*凹凸模配合間隙>放電間隙：電極截面尺寸=凸模截面尺寸+a1*凹凸模配合間隙<放電間隙：電極截面尺寸=凸模橫面尺寸-a1電極每邊放大、縮小量為

第五十五頁，共八十頁。5．階梯電極（1）概念：將原來的電極適當(dāng)加長，加長部分的截面尺寸適當(dāng)縮?。?）工藝特點：加長部分在粗規(guī)準(zhǔn)下加工，原來電極在精規(guī)準(zhǔn)下加工。（3）縮小量：單面放電間隙及單面精修量確定a=δ粗-δ精+精修量（4）長度：凹模加工厚度的1.2～2倍

d1ad2L1L2圖3-28階梯電極第五十六頁，共八十頁。6．電極的制造：線切割，普通機械加工+磨削（1）鑄鐵電極與凸模連接在一起；鋼電極與凸模做成一體進(jìn)形成型磨削，使：電極尺寸與凸模相同→配合間隙=放電間隙（2）若配合間隙<放電間隙：6%氫氟酸+14%硝酸+80%蒸餾水→化學(xué)腐蝕，鑄鐵0.005mm/min（單邊）（3）若配合間隙>放電間隙：電鍍法：擴大量<0.06mm時，鍍銅；>0.06mm時，鍍鋅

第五十七頁，共八十頁。（三）凹模坯的準(zhǔn)備下料、鍛、退火、刨銑、磨平、劃線、鉗工，插，鉗工，熱處理，磨平，退磁（四）電極和工件的裝夾、定位1．電極的裝夾（1）整體式：通用夾具裝在主軸下短（2）多電極：夾具裝夾，或通用夾具+定位塊（3）鑲拼式電極：連接板將諸電極聯(lián)接成所需形狀2．工件裝夾：壓板+螺釘3．校正：精密角尺或百分表，使電極軸線垂直于工作臺面4．定位：電極與工件的相對位置，劃線法，塊規(guī)角尺法

第五十八頁，共八十頁。（五）電規(guī)準(zhǔn)的選擇與轉(zhuǎn)換1．依據(jù)：電極，工件材料，工藝指標(biāo)，經(jīng)濟效果2．粗規(guī)準(zhǔn)：脈寬：20～60μs，表面粗糙度Ra6.3，V=50～100mm3/min精規(guī)準(zhǔn)：脈寬：2～6μs，表面粗糙度Ra1.6，V=7～10mm3/min中規(guī)準(zhǔn)：中間過渡性加工3．轉(zhuǎn)換程序4．其他工藝條件配合第五十九頁，共八十頁。（六）典型工藝實例SYL電機轉(zhuǎn)子沖模：加工要求：材料為Cr12，刃口高度12mm，淬火硬度62-64HRC，配合間隙0.04-0.06mm1、工具電極，用沖頭直接作電極，工藝：下料，鍛造，退火，銑刨外形，平磨、磨兩端面及側(cè)面，按圖劃線，熱處理，淬火，成型磨削，涂漆，酸腐蝕單邊0.02mm，退磁。2、模塊準(zhǔn)備：下料，鍛造，車外圓端面，按圖劃型孔打排孔，銑型孔（留余量0.3-0.5mm）鉗工，熱處理，平磨兩端面，退磁。3、電極與工件的裝夾4、加工規(guī)準(zhǔn)：采用精規(guī)準(zhǔn)一次加工成形，單面放電間隙δ=0.05mm5、加工效果:速度110mm3/min，Δ=0.06mm，斜度0.04mm,Ra1.6μm第六十頁，共八十頁。五、型腔模電火花加工（一）工藝特點與工藝方法1．工藝特點（1）要求電極損耗小，以保證型腔模的形狀精度（2）蝕除量大，要求加工速度快（3）粗加工后的側(cè)面修光較難，必須用精加工電極或平動頭進(jìn)行側(cè)面修光。2．工藝方法的選擇（1）單電極平動法應(yīng)用廣泛，型腔精度低，難加工出清棱，清角的型腔第六十一頁，共八十頁。第六十二頁，共八十頁。（2）多電極更換法：仿型精度高，適用于尖角，窄縫多的型腔模加工，對電極重復(fù)制造精度要求高，電極更換時定位精度難保正。（3）分解電極加工：主、副型腔（4）CNC加工法（二）電極的設(shè)計與制造1．電極材料的選擇（1）性能要求：*良好的電火花加工性能，損耗小，加工速度高，；*良好的機械加工性，易于制造成形；*來源豐富，價格低廉。第六十三頁，共八十頁。（2）常用材料*紫銅：適于形狀復(fù)雜，輪廓清晰，精度高的塑料模，膠木模，壓鑄模等，機械加工性能差*石磨：容易成型，密度小，適用于大、中電極，機械強度差，精度難以保證，精加工時損耗大，易引起非正常放電；*銅鎢合金：質(zhì)優(yōu)，價高。

第六十四頁，共八十頁。2．電極設(shè)計（1）結(jié)構(gòu)形式的確定*整體式：適于尺寸大小和復(fù)雜程度一般的型腔加工：有、無固定板*組合式：適于一模多腔，可簡化各型腔之間的定位工序*鑲拼式：尺寸大，型腔復(fù)雜（2）電極尺寸確定*電極水平尺寸：a=A±Kb第六十五頁，共八十頁。

或：

*電極垂直方向尺寸

Δ’—加工時放電間隙與電極損耗要求電極端面的修正量L—型腔深度方向的尺寸，K’——與標(biāo)注方法有關(guān)的系數(shù)。r——電極端面損耗量第六十六頁，共八十頁。*電極總高度H由工藝需要，電極使用次數(shù)，以及裝夾要求確定H=L+L1+L2*脫模斜度1%左右第六十七頁，共八十頁。（4）排氣孔和沖油孔設(shè)計*設(shè)計的必要性：型腔加工為盲孔加工，排屑困難*沖油孔：開在不易排屑的拐角，窄縫處，不出現(xiàn)“死區(qū)”；排氣孔：蝕出面積較大，及電極端部凹入的部位；*平均直徑為平動量的1-2倍，一般φ=1-1.5mm，上端加大到φ5-8mm，孔距20-40mm，位置錯開。第六十八頁，共八十頁。3．電極制造：根據(jù)電極的材料，模具型腔的形狀、精度決定制造方法（1）紫銅：機械加工，鉗工修光，也可線切割，電鑄，精鍛（2）石磨：機械加工，鉗工修光，*制造石磨電極固定板：5-8mm厚的鋼板或8-15mm厚的鋁板，螺孔M8-M16，按在電極重心位置；形狀為長方形或與電極端面一致，常為定位基準(zhǔn)，Ra2.5第六十九頁，共八十頁。*準(zhǔn)備樣板：對較特殊的曲線截面應(yīng)制作樣板，可用線切割。*準(zhǔn)備石墨坯料：可整體式或鑲塊坯料拼合時用螺栓連接或用環(huán)氧樹脂等粘結(jié)而成，然后緊固在電極固定板上。*劃線，加工，排氣孔，沖油孔，拋光排氣孔沖油孔第七十頁，共八十頁。（三）型腔電火花加工工藝1．加工前準(zhǔn)備（1）工藝方法選擇：多選平動法（2）電極準(zhǔn)備：根據(jù)選定的方法及電極縮放量，按型腔要求設(shè)計電極圖樣，進(jìn)行制作。（3）工件準(zhǔn)備：備料，模塊機械加工，熱處理等。第七十一頁，共八十頁。2．電極的裝夾與校正電極軸線平行與主軸，垂直與工作臺和工件水平面（1）按電極側(cè)面找正電極：（2）按電極上端面作輔助基準(zhǔn)面找正電極的垂直度；按平直側(cè)面校正電極的水平位置；（3）按電極端面火花放電找正；第七十二頁，共八十頁。3．工件的裝夾與找正（1）直接裝在墊塊或工作臺上，使工件中心線和十字滑板移動方向一致；（2）上、下模組合，制品不產(chǎn)生拼縫，不錯模；*十字線定位法：精度不高±0.3-0.5mm*定位板