模具电火化加工

模具制造工艺第3章模具特种加工技术2023/2/513.1电火花加工

电火花加工又称放电加工（ElectricalDischargeMachining简称EMD）。它是在加工过程中,使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电,靠放电时产生的局部、瞬时的高温将金属蚀除下来。这种利用火花放电产生的腐蚀现象对金属材料进行加工的方法叫电火花加工。可加工高熔点、高强度形状复杂的零件

2023/2/52一、基本原理原理：在一定的介质中，工具和工件(正、负电极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属,以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。如图1所示。

1)电极：铜、钢、石墨

2)加工介质：煤油、煤油和机油、水基工作液

3)脉冲电源2023/2/53二、电火花加工的基本条件1、脉冲电源脉冲电源使火花放电为瞬时的脉冲性放电，并在放电延续一段时间后，停歇一段时间（放电延续时间一般为0.0001～1μs）。放电延续时间称为脉冲宽度ti,间隙时间称为脉冲间隔t0。T=ti+t0脉冲周期图3-1脉冲电流波形

2、足够的放电能量极间电流密度要足够高，能使放电点金属熔化和汽化。2023/2/543、绝缘介质

使火花放电在有一定绝缘性能的液体介质中进行，保证消电离过程，又可把电蚀产物带出极间间隙。4、间隙使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙

这一间隙随加工条件而定，通常约为几微米至几百微米。为此，在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调节装置。2023/2/551、电火花加工优点（1）可以加工难以用金属切削方法加工的零件,不受材料硬度影响。（2）电极和工件在加工过程中不接触，便于加工小孔、深孔、窄缝零件（3）直接利用电能、热能进行加工，易于实现自动控制及自动化。

（4）放电持续时间短，产生的热传递范围小，热影响区小，加工精度和表面质量好（5）广泛应用于凹模型孔、型腔加工

2023/2/56mjgy052、模具电火花加工的及应用范围2.电火花加工的应用范围

(1)穿孔加工加工冲模的凹模、挤压模、粉末冶金模等的各种异形孔及微孔。

(2)型腔加工加工注射模、压塑模、吹塑模、压铸模、锻模及拉深模等的型腔。

(3)强化金属表面凸凹模的刃口。

(4)磨削平面及圆柱面。2023/2/573、电火花加工的局限性

(1)电火花加工生产效率低(2)被加工的工件只能是导体.(3)存在电极损耗,这就影响了成型精度。(4)加工表面有变质层。(5)加工过程必须在工作液中进行。电火花加工时放电部位必须在工作液中,否则将引起异常放电。(6)线切割加工有厚度极限。2023/2/584加工设备组成：脉冲电源、自动进给调节系统、机床本体、工作液循环过滤系统

电火花成形加工是通过工具电极相对于工件作进给运动，把成形电极的形状和尺寸反拷在工件上，从而加工出所需的零件，实现此工艺方法的设备称电火花成形加工设备2023/2/595、工作液循环过滤系统（1）作用：是排除电火花加工过程中不断产生的电蚀产物，提高电蚀过程的稳定性和加工速度。减小电极损耗确保加工精度和表面质量。强迫一定压力的工作液流经放电间隙，将电蚀产物排出，并对使用过的工作液进行过滤和净化。（2）强迫循环的工作方式

冲油式、抽油式2023/2/510冲油式和抽油式1）冲油式：将具有一定压力的干净工作液强迫冲入电极与工件之间的放电间隙里，迫使工作液连同加工产物从电极四周间隙流出，以达到稳定加工。可根据不同工件和几何形状及加工的深度随时改变冲油的压力，0～200KPa之间。缺点：电蚀产物从已加工面流出时易造成二次放电，使型面四腔形成斜度，影响加工精度；优点：排屑效果好应用：不通孔加工，采用冲油的方法循环效果比抽油更简单，特别在型腔加工中大都采用这种方式，可以改善加工的稳定性。2023/2/5112）抽油式：从待加工表面将已使用过的工作液连同电蚀产物一起抽出，抽油压力略大于冲油压力优点：可获得较高精度和较小数值的表面粗糙度缺点：排屑能力不如冲油式（3）工作液过滤方法工作液循环过滤系统包括工作液泵、容器、过滤器及管道等，使工作液强迫循环，过滤对象主要是金属粉屑和高温分解出来的碳黑，其过滤方式和特点见表1。2023/2/5126、机床附件（1）电极夹具把工具电极装夹固定在主轴上，并调节电极轴线与主轴轴线重合或平行；要求：夹具结构简单、刚性好、精度高、调节方便十字铰链式电极装夹调节装置球面铰链式电极装夹调节装置标准钻夹头装夹标准螺纹夹头装夹2023/2/513（2）平动头

电火花加工时，粗加工的放电间隙比半精加工的大，而半精加工的放电间隙比精加工的大，当用同一电极进行粗加工，工件大部分余量被去除，其底面和侧壁四周的表面粗糙度很差，为将其修光，就得改变规准，由于后档规准的δ比前档的小，对工件底面可通过主轴进给进行修光，而四周侧壁就无法修光，平动头就是为了解决侧壁修光和提高尺寸精度而设计。可以补偿上一个加工规准和下一个加工规准之间的放电间隙差和表面不平粗糙度之差。2023/2/514一、影响加工速度的主要因素1、极性效应在电火花加工中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电腐蚀，即使正负极材料相同，也出现正负两极的蚀除速度不一样。由于极性不同而发生蚀除速度不一样的现象称为极性效应。

2023/2/515质量和惯性大的正离子有足够的时间加速，正离子轰击作用大于电子的轰击作用，负极的蚀除速度大于正极的蚀除速度，所以工件接负极。“负极性加工”，表面质量差，效率高；用于粗加工电子轰击作用大于正离子的轰击作用，正极的蚀除速度大于负极的蚀除速度,所以工件接正极。“正极性加工”，表面质量高，效率低，用于精加工短脉冲（<40微秒）加工时：长脉冲（>300微秒）加工时：2023/2/5162、脉冲参数对电蚀量的影响在单位时间内，正极或负极的总腐蚀量为：脉冲参数：单个脉冲能量大，蚀除速度大，单个脉冲能量与电压、电流、脉冲频率有关2023/2/5173、工件材料的热力学常数熔点、沸点、比热等常数愈高，蚀除速度愈小，加工速度慢。4、工作液作用：1）介电作用；2）压缩放电通道，提高放电能量密度；3）帮助电蚀产物的抛出和排除；4）冷却工具与工件；2023/2/518介电性能好、密度粘度大有利于压缩放电通道提高放电能量密度，强化电蚀产物的抛出，但粘度大不利于电蚀产物的排出，影响正常放电。选用粘度小、流动性好、渗透性好的煤油作为工作液。5、排屑条件极间电蚀产物浓度过高，影响加工过程的稳定性，破坏正常的火花放电，所以改善排屑条件保证加工稳定进行。2023/2/519二、影响加工精度的主要因素2、形状精度在加工过程中随着加工深度的增加，二次放电次数增多，侧面间隙逐渐增大，使加工孔入口处的间隙大于出口处的间隙，出现加工斜度，使加工表面产生形状误差，如图6所示。

图6二次放电造成侧面间隙增大

1、尺寸精度电火花加工时,由于电极存在损耗，放电间隙存在变化，不稳定，影响尺寸的加工精度。图7加工斜度图2023/2/5203、工具电极的形状的影响

工具电极为凹角时，工件上对应的尖角处放电蚀除的机率大，容易遭受腐蚀而成为圆角，如图8a所示。2023/2/521三、影响加工表面质量的主要因素1、表面粗糙度表面粗糙度：工件的Ra

影响因素：1）单个脉冲放电能量w

w大，放电凹坑大深，Ra变差2）材料物理性能高熔点材料的Ra＜低熔点材料的Ra3）侧表面的Ra＜底表面的Ra4）工具电极的表面粗糙度也将影响到加工粗糙度。由于石墨电极很难加工到非常光滑的表面，因此用石墨电极的加工表面粗糙度较差。

2023/2/522四、工具电极的相对损耗在电火花加工过程中，工具和电极都存在损耗，评价电极是否耐损时，从电极损耗速度υE和加工速度υW两方面考虑。电极的相对损耗θ=υE/υW，减少损耗的途径：1、正确选择加工极性短脉冲：工件接正极（正极性），长脉冲：工件接负极（负极性）2、建立碳黑保护层3、选用合适的材料作工具电极4、利用电喷渡现象，在工具电极表面形成电镀层，补偿工具电极的损耗。2023/2/5233.1.5模具（型腔模）电火花加工一、型腔模电火花加工的工艺特点和工艺方法1、工艺特点模具型腔属于三维曲面，有如下特点：1）要求电极损耗小，保证型腔的成形精度2）金属蚀除量大，加工速度快3）工作液循环不流畅，排屑困难4）为了保证加工精度，必须更换精加工电极或采用平动头进行侧面修光2023/2/5242、工艺方法

(1)单电极加工法

用一个成形电极加工出所需的型腔。在加工过程中，先用高效低损耗的粗规准进行粗加工，使其基本成形。然后利用平动头按粗、中、精的顺序逐级改变电规准，同时加大平动量，以补偿前后两个规准之间的放电间隙差及表面修光量，实现型腔侧面逐级修光，完成型腔模的加工。优点：只需一个成形电极，一次装夹定位缺点：难以获得高精度的型腔，难以清棱、清角，此外电极在粗加工中容易引起不平的表面龟裂，适用：用于加工形状简单、精度要求不高的型腔。用于加工经过预加工的型腔。2023/2/525（2）多电极更换法：用两个以上的电极先后加工同一个型腔。采用多个电极,依次更换加工同一个型腔的方法，采用不同的电规准，一般用两个电极进行粗、精加工1—工件2—精加工电极3—中加工电极4——粗加工电极图16多电极加工示意图优点：仿形精度高缺点：电极制造精度要求高，一致性好，电极装夹定位精度难保证适用：用于尖角、窄缝多的型腔模加工、精密型腔的加工2023/2/526根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔电极和副型腔电极分别制造。主型腔电极加工出型腔的主要部分，副型腔电极加工型腔的尖角、窄缝等部位。（3）分解电极法：2023/2/527二、电极设计1、电极材料和结构形式1）电极材料：石墨和纯铜，铜钨合金和银钨合金2）电极结构：整体式电极、镶拼式电极、组合式整体式：由一整块材料制成，用于尺寸不大、形状简单的电极图10整体式电极图

整体式电极2023/2/528镶拼式：由两块以上的电极材料拼合起来制成一个电极，用于形状复杂的电极，优点是简化了加工难度和加工成本

组合式：将若干电极组装在电极固定板上，注意各电极之间的相互位置精度，并保证各电极中心线之间的相互平行

图11组合式电极图

镶拼式电极1—电极拼块2—紧固螺钉2023/2/5292、电极尺寸的计算1）电极的水平尺寸：电极在垂直于主轴进给方向上的尺寸，a=A±Kba—电极水平尺寸，A—型腔名义尺寸K—单边半径为1，双边直径为2，无缩放为0±—电极轮廓凸起部分为-，凹部分为+b—电极单边缩放量，一般取0.7~0.9mm图3-17电极水平截面尺寸缩放示意图1-电极2-型腔2023/2/5303、排气孔和冲油孔

1）冲油孔设计在难以排屑、窄缝等处，如图19所示。2）排气孔设计在蚀除面积较大的位置，如图20所示。排气孔和冲油孔的直径为φ1~1.5mm，为利于排气排削，上端孔径加大到φ5~8mm，孔距20~40mm，位置错开。图19设强迫冲油孔的电极图20设排气孔的电极2023/2/5312、电极的装夹与校正装夹：整体电极：通用夹具（标准套筒夹具）装在主轴头下端多电极：通用夹具+定位块装夹或用专