模具制造工藝第3章模具特種加工技術2023/2/513.1電火花加工

電火花加工又稱放電加工（ElectricalDischargeMachining簡稱EMD）。它是在加工過程中,使工具和工件之間不斷產生脈沖性的火花放電,靠放電時產生的局部、瞬時的高溫將金屬蝕除下來。這種利用火花放電產生的腐蝕現象對金屬材料進行加工的方法叫電火花加工。可加工高熔點、高強度形狀復雜的零件

2023/2/52一、基本原理原理：在一定的介質中，工具和工件(正、負電極)之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現象來蝕除多余的金屬,以達到對零件的尺寸、形狀及表面質量預定的加工要求。如圖1所示。

1)電極：銅、鋼、石墨

2)加工介質：煤油、煤油和機油、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的脈沖性放電，并在放電延續一段時間后，停歇一段時間（放電延續時間一般為0.0001～1μs）。放電延續時間稱為脈沖寬度ti,間隙時間稱為脈沖間隔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，能使放電點金屬熔化和汽化。2023/2/543、絕緣介質

使火花放電在有一定絕緣性能的液體介質中進行，保證消電離過程，又可把電蝕產物帶出極間間隙。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，在電火花加工過程中必須具有工具電極的自動進給和調節裝置。2023/2/551、電火花加工優點（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、熱能進行加工，易于實現自動控制及自動化。

（4）放電持續時間短，產生的熱傳遞范圍小，熱影響區小，加工精度和表面質量好（5）廣泛應用于凹模型孔、型腔加工

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

(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)電火花加工生產效率低(2)被加工的工件只能是導體.(3)存在電極損耗,這就影響了成型精度。(4)加工表面有變質層。(5)加工過程必須在工作液中進行。電火花加工時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加工設備組成：脈沖電源、自動進給調節系統、機床本體、工作液循環過濾系統

電火花成形加工是通過工具電極相對于工件作進給運動，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，實現此工藝方法的設備稱電火花成形加工設備2023/2/595、工作液循環過濾系統（1）作用：是排除電火花加工過程中不斷產生的電蝕產物，提高電蝕過程的穩定性和加工速度。減小電極損耗確保加工精度和表面質量。強迫一定壓力的工作液流經放電間隙，將電蝕產物排出，并對使用過的工作液進行過濾和凈化。（2）強迫循環的工作方式

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物從電極四周間隙流出，以達到穩定加工。可根據不同工件和幾何形狀及加工的深度隨時改變沖油的壓力，0～200KPa之間。缺點：電蝕產物從已加工面流出時易造成二次放電，使型面四腔形成斜度，影響加工精度；優點：排屑效果好應用：不通孔加工，采用沖油的方法循環效果比抽油更簡單，特別在型腔加工中大都采用這種方式，可以改善加工的穩定性。2023/2/5112）抽油式：從待加工表面將已使用過的工作液連同電蝕產物一起抽出，抽油壓力略大于沖油壓力優點：可獲得較高精度和較小數值的表面粗糙度缺點：排屑能力不如沖油式（3）工作液過濾方法工作液循環過濾系統包括工作液泵、容器、過濾器及管道等，使工作液強迫循環，過濾對象主要是金屬粉屑和高溫分解出來的碳黑，其過濾方式和特點見表1。2023/2/5126、機床附件（1）電極夾具把工具電極裝夾固定在主軸上，并調節電極軸線與主軸軸線重合或平行；要求：夾具結構簡單、剛性好、精度高、調節方便十字鉸鏈式電極裝夾調節裝置球面鉸鏈式電極裝夾調節裝置標準鉆夾頭裝夾標準螺紋夾頭裝夾2023/2/513（2）平動頭

電火花加工時，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，當用同一電極進行粗加工，工件大部分余量被去除，其底面和側壁四周的表面粗糙度很差，為將其修光，就得改變規準，由于后檔規準的δ比前檔的小，對工件底面可通過主軸進給進行修光，而四周側壁就無法修光，平動頭就是為了解決側壁修光和提高尺寸精度而設計。可以補償上一個加工規準和下一個加工規準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、極性效應在電火花加工中，無論是正極還是負極，都會受到不同程度的電腐蝕，即使正負極材料相同，也出現正負兩極的蝕除速度不一樣。由于極性不同而發生蝕除速度不一樣的現象稱為極性效應。

2023/2/515質量和慣性大的正離子有足夠的時間加速，正離子轟擊作用大于電子的轟擊作用，負極的蝕除速度大于正極的蝕除速度，所以工件接負極。“負極性加工”，表面質量差，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極的蝕除速度,所以工件接正極。“正極性加工”，表面質量高，效率低，用于精加工短脈沖（<40微秒）加工時：長脈沖（>300微秒）加工時：2023/2/5162、脈沖參數對電蝕量的影響在單位時間內，正極或負極的總腐蝕量為：脈沖參數：單個脈沖能量大，蝕除速度大，單個脈沖能量與電壓、電流、脈沖頻率有關2023/2/5173、工件材料的熱力學常數熔點、沸點、比熱等常數愈高，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，強化電蝕產物的拋出，但粘度大不利于電蝕產物的排出，影響正常放電。選用粘度小、流動性好、滲透性好的煤油作為工作液。5、排屑條件極間電蝕產物濃度過高，影響加工過程的穩定性，破壞正常的火花放電，所以改善排屑條件保證加工穩定進行。2023/2/519二、影響加工精度的主要因素2、形狀精度在加工過程中隨著加工深度的增加，二次放電次數增多，側面間隙逐漸增大，使加工孔入口處的間隙大于出口處的間隙，出現加工斜度，使加工表面產生形狀誤差，如圖6所示。

圖6二次放電造成側面間隙增大

1、尺寸精度電火花加工時,由于電極存在損耗，放電間隙存在變化，不穩定，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，工件上對應的尖角處放電蝕除的機率大，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材料的Ra＜低熔點材料的Ra3）側表面的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、工具電極的相對損耗在電火花加工過程中，工具和電極都存在損耗，評價電極是否耐損時，從電極損耗速度υE和加工速度υW兩方面考慮。電極的相對損耗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），長脈沖：工件接負極（負極性）2、建立碳黑保護層3、選用合適的材料作工具電極4、利用電噴渡現象，在工具電極表面形成電鍍層，補償工具電極的損耗。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和工藝方法1、工藝特點模具型腔屬于三維曲面，有如下特點：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頭進行側面修光2023/2/5242、工藝方法

(1)單電極加工法

用一個成形電極加工出所需的型腔。在加工過程中，先用高效低損耗的粗規準進行粗加工，使其基本成形。然后利用平動頭按粗、中、精的順序逐級改變電規準，同時加大平動量，以補償前后兩個規準之間的放電間隙差及表面修光量，實現型腔側面逐級修光，完成型腔模的加工。優點：只需一個成形電極，一次裝夾定位缺點：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：用于加工形狀簡單、精度要求不高的型腔。用于加工經過預加工的型腔。2023/2/525（2）多電極更換法：用兩個以上的電極先后加工同一個型腔。采用多個電極,依次更換加工同一個型腔的方法，采用不同的電規準，一般用兩個電極進行粗、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點：仿形精度高缺點：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、電極設計1、電極材料和結構形式1）電極材料：石墨和純銅，銅鎢合金和銀鎢合金2）電極結構：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制成一個電極，用于形狀復雜的電極，優點是簡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、電極尺寸的計算1）電極的水平尺寸：電極在垂直于主軸進給方向上的尺寸，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）沖油孔設計在難以排屑、窄縫等處，如圖19所示。2）排氣孔設計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，位置錯開。圖19設強迫沖油孔的電極圖20設排氣孔的電極2023/2/5312、電極的裝夾與校正裝夾：整體電極：通用夾具（標準套筒夾具）裝在主軸頭下端多電極：通用夾具+定位塊裝夾或用專