第三章模具特种加工方法

第3章模具特种加工方法模具电火花成形加工3.1模具电火花线切割加工3.2模具电解磨削加工3.3模具电铸成形加工3.43.1模具电火花成形加工

电火花加工是在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲火花放电时的电腐蚀现象，对工件进行加工，从而达到图纸规定的形状、尺寸和表面粗糙度要求的一种工艺方法。

电火花加工的原理图如图3－1所示。3.1.1电火花加工的工作原理

工具电极4与工件1分别与脉冲电源2的两个输出端连接，并且都浸在工作液里，自动进给调节装置3使工具电极与工件之间保持一定的放电间隙（一般约为0.01～0.2mm）。脉冲电源不断发出脉冲电压加在工具电极与工件之间，当脉冲电压增大到间隙中工作液的击穿电压时，将会发生火花放电，放电区的高温把该处的电极和工件材料熔化，甚至汽化，在电极和工件表面都被蚀除一小块材料，形成小的凹坑。

（1）必须使工件电极和工具电极之间经常保持一定的间隙，一般为0.01～0.2mm。（2）电火花放电必须是脉冲性和间歇性的，放电延续时间一般为10-7～10-4s。

（3）电火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。液体介质没有一定绝缘性能，就不能击穿放电，形成火花通道。3.1.2电火花加工必须具备的条件（1）可以加工用一般机械加工方法难以加工或无法加工的材料。（2）工具电极和工件在加工过程中不接触，不存在明显的机械作用力，工件不会受力变形，便于加工小孔、深孔、薄壁、窄缝以及各种型面和型腔零件。（3）直接利用电能进行加工，便于实现加工过程的自动控制。3.1.3电火花加工的特点

（4）脉冲参数调节方便，在同一台机床上可以连续进行粗加工、半精加工和精加工。（5）电极材料不必比工件材料硬，可以以柔克刚。（6）只能对导电材料进行加工，且加工过程中有电极损耗，对加工精度有影响。

（1）主机主机包括：主轴头、床身、立柱、工作台、工作液槽等。

（2）脉冲电源。

（3）自动进给调节系统。

（4）工作液净化及循环系统。3.1.4电火花成型加工机床

电火花加工在模具制造中，广泛应用于各种冲裁模的凹模型孔的加工。型孔越复杂，采用电火花加工的优越性越明显。对于型孔形状复杂的凹模，采用电火花加工可以不用镶拼结构，而采用整体结构。这样既简化了模具的结构，又提高了模具的寿命。

3.1.5电火花加工在模具制造中的应用1．凹模型孔加工（1）保证凸、凹模配合间隙的方法

1）直接配合法

2）混合法

3）修配凸模法

4）二次电极法图1保证凸、凹模配合间隙的方法1—一次电极；2—凹模；3—二次电极；4—凸模a）加工凹模；b）制造二次电极；c）加工凸模；d）凸、凹模配合4）二次电极法

（2）电极设计

1）电极材料常用电极材料包括：钢、铸铁、石墨、黄铜、紫铜、铜钨合金。

2）电极结构

a.整体式电极

b.组合式电极

c.镶拼式电极1、整体式电极2、组合式电极3、镶拼式电极

3）电极尺寸电极尺寸包括长度尺寸和横截面尺寸。

a.电极的长度尺寸

L＝KH+H1+H2+（0.4～0.8）（n－1）KH

b.电极的横截面尺寸当按照凹模型孔尺寸和公差确定电极的横截面尺寸时，则电极的轮廓应比型孔均匀地缩小一个放电间隙值。当按照凸模型孔尺寸和公差确定电极的横截面尺寸时：

Z=2δ时，电极与凸模截面基本尺寸完全相同。

Z<2δ时，电极轮廓应比凸模轮廓均匀地缩小一个数值，但形状相似。

Z>2δ时，电极轮廓应比凸模轮廓均匀地放大一个数值，但形状相似。电极单边缩小或放大的数值：

c.电极公差的确定电极在长度方向的尺寸公差没有严格的要求。电极横截面的尺寸公差一般取凹模刃口相应尺寸公差的1/2～2/3。电极侧面的平行度误差在100mm长度上不大于0.01mm。电极工作表面的粗糙度不大于型孔的表面粗糙度。（3）凹模模坯准备凹模模坯准备是指电火花加工前的全部工序。常见的凹模模坯准备工序见表3－2。表2常见的凹模模坯准备工序序号工序加工内容及技术要求1下料用锯床锯割所需的材料，包括需切削的材料2锻造锻造所需的形状，并改善其内容组织3退火消除锻造后的内应力，并改善其加工性能4刨（铣）刨（铣）四周及上下二平面，厚度留余量0.4~0.6mm5平磨磨上下平面及相邻两侧面，对角尺，达Ra0.63~1.25μm6划线钳工按型孔及其它安装孔划线7钳工钻排孔，去除型孔废料8插（铣）插（铣）出型孔，单边余量0.3~0.5mm9钳工加工其余各孔10热处理按图样要求淬火11平磨磨上下两面，为使模具光整，最好在磨四侧面12退磁退磁处理（4）电极和工件的装夹与校正

1）电极的装夹与校正整体式电极一般使用夹头将电极装夹在机床主轴的下端。镶拼式电极一般采用一块联接板将几个电极拼块联接成一个整体后，再装夹到机床主轴上并找正。组合式电极可在标准夹具上加定位块进行装夹，或用专用夹具进行装夹。

电极校正的目的是将电极牢固地装夹在主轴的电极夹具上，并使电极轴线与主轴进给轴线一致，保证电极与工作台面和工件垂直，电极横截面上的基准还应与机床工作台拖板的纵、横运动方向平行。常用的校正方法有精密角尺校正法和千分表校正法。

2）工件的装夹电火花加工的工件装夹比较简单，一般可以直接将工件装夹在垫块或工作台上，然后通过工作台的坐标移动，使工件中心线和十字滑板移动方向一致，以便于工件和电极之间的校正，最后用压板压紧。工件常见的定位方法有以下两种：

a.划线法

b.量块角尺法（5）电规准的选择与转换电火花加工中所选用的一组电脉冲参数称为电规准。电规准应根据工件的加工要求、电极和工件的材料、加工的工艺指标等因素来选择。通常需要几个电规准才能完成一个凹模型孔加工的全过程。电规准分为粗、中、精三种。从一个电规准调整到另一个电规准称为电规准的转换。2．型腔加工（1）型腔加工的工艺方法

1）单电极加工法单电极加工法指用一个电极加工出所需型腔的方法。

2）多电极加工法

3）分解电极法（2）电极设计

1）电极材料型腔加工中常用的电极材料主要是石墨和紫铜。在特殊型腔加工中采用铜钨合金和银钨合金是较理想的材料。

2）电极结构和电火花加工型孔一样，型腔加工所采用的电极也有三种结构形式。

3）电极尺寸的确定电极设计时需要确定的电极尺寸如下：

a.电极横截面尺寸的计算

a＝A±Kb式中“±”号及K值确定原则：如图2所示，与型腔凸出部分相对应的电极凹入部分尺寸应放大，即用“+”号；反之与型腔凹入部分相对应的电极凸出部分尺寸应缩小，即用“－”号。当型腔尺寸以两加工表面为尺寸界线标注时，若蚀除方向相反，取K=2；蚀除方向相同，取K=0；当型腔尺寸以中心线或非加工面为基准标注时，取K=1；凡与型腔中心线之间的位置尺寸以及角度尺寸相对应的电极尺寸不缩不放，取K=0。

b.电极高度尺寸的计算电极总高度尺寸的确定如图3－19所示。h＝h1＋h2h1＝H1＋C1H1＋C2S－δJ

4）排气孔和冲油孔由于加工型腔时的排气、排屑条件比加工型孔时差，为了防止排气、排屑不畅而影响加工速度、加工稳定性和加工质量，设计电极时应在电极上设置适当的排气孔和冲油孔。一般情况下，冲油孔要设计在难于排屑的拐角、窄缝等处。排气孔要设计在蚀除面积较大的位置。

（3）电极和工件的装夹与校正

1）电极的装夹与校正型腔模电极的装夹方法与型孔电火花加工的电极装夹基本相同。电极装夹后常用的校正方法有三种。

a.固定板基面校正法

b.电极侧面校正法

c.电极端面火花放电校正法。

2）电极和工件的定位型腔模电极和工件装夹校正后，必须相互定位，以保证型腔在模具上的位置精度。常用的定位方法如下：

a.量块角尺定位法

b.十字线定位法

c.定位板定位法（4）电规准的选择与转换型腔模电火花加工中所选用的电规准也分为粗、中、精三种。开始加工时，先选用粗规准参数进行加工，当型腔轮廓接近加工深度（约留有1mm的余量）时，减小电规准，依次转换为中规准、精规准各档参数加工，直至达到所需的尺寸精度和表面粗糙度。3.2模具电火花线切割加工

电火花线切割加工的工作原理与电火花加工基本相同，都是利用电火花放电使金属熔化或气化。但是电火花线切割加工与电火花加工相比有一些突出的优点，在应用范围上也有所不同。

电火花线切割加工的原理图如图3－26所示。3.2.1电火花线切割加工的工作原理、特点和应用1．电火花线切割加工的工作原理

电火花线切割加工利用细钼丝或细铜丝5作工具电极，穿过工件3上预先钻好的小孔（穿丝孔），由导向轮6由贮丝筒9带动，相对工件作上下往复运动。加工能源由脉冲电源4供给，工件接脉冲电源的正极，电极丝接负极。脉冲电压将电极丝和工件之间的间隙（放电间隙）击穿，产生瞬时火花放电，将工件放电区局部熔化或气化，从而实现切割加工。

2．电火花线切割加工的特点（1）不需要制作成型的工具电极，可节约电极设计、制造费用，缩短生产周期。（2）由于电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和形状复杂的工件。（3）加工过程中，电极损耗极小，有利于加工精度的提高。（4）自动化程度高，操作方便，加工周期短，成本低。（5）不能加工盲孔类或阶梯类成形表面。

3．电火花线切割加工的应用（1）加工模具零件适用于加工淬火钢、硬质合金模具零件、各种形状的细小零件、窄缝等。（2）加工电火花成型加工用的电极适用于加工一般电火花加工型孔时用的电极，以及加工带锥度型腔时用的电极。。（3）加工零件适用于加工品种多、数量少的零件，特殊难加工材料的零件等。

快速走丝线切割机床是我国生产和使用的主要机种。它采用钼丝（φ0.08～0.2mm）或铜丝（φ0.3mm左右）作电极。电极丝在贮丝筒的带动下通过加工缝隙作往复循环运动，一直使用到断线为止。走丝速度约为8～10m/s，加工精度较低，目前能达到的加工精度为±0.01mm，表面粗糙度为Ra＝2.5～0.63μm。3.2.2电火花线切割加工机床1．快速走丝线切割机床2．慢速走丝线切割机床慢速走丝线切割机床是国外生产和使用的主要机种。它采用紫铜、黄铜、钨、钼等作为电极丝，直径约为φ0.03～0.35mm。一般走丝速度低于0.2m/s。电极丝单方向通过加工缝隙，不重复使用，可避免电极丝损耗对工件加工精度的影响。慢速走丝电火花线切割机床的加工精度可达到±0.001mm，表面粗糙度可达到Ra＜0.32μm。

3B程序格式为：BXBYBJGZ其中：B为分隔符号；X、Y为坐标的绝对值；

J为计数长度；G为计数方向；Z为加工指令。我国常用数控线切割机床的程序为3B格式程序，多用于快速走丝线切割机床。

3.2.3电火花线切割数控程序编制1．3B格式程序的编制2．4B格式程序的编制

3B格式的数控系统由于没有间隙补偿功能，必须按照电极丝中心轨迹编程，当零件复杂时，编程工作量较大。4B格式在3B格式的基础上发展起来的，这种格式按工件轮廓编制，数控系统使电极丝相对于工件轮廓自动实现间隙补偿，在程序格式中增加一个R和D或DD（圆弧的凸、凹性）。

4B程序格式见表3－63．ISO代码程序的编制

ISO代码为国际标准编程代码，它采用可变程序段格式，比3B、4B格式简单、灵活。为了便于国际交流，采用ISO代码进行数控编程是电加工编程的必然趋势。表3－8所示为我国快速走丝数控电火花线切割机床常用的ISO指令代码，与国际上使用的标准基本一致。

电火花线切割加工，一般是作为工件加工中的最后工序，在设备一定的情况下，合理地选择工艺方法和工艺路线，是达到加工零件的精度和表面粗糙度要求的重要保证。电火花线切割加工过程可分为六个步骤：图样分析、毛坯准备、工艺准备、工件装夹和调整、程序编制、加工及检验。

3.2.4电火花线切割加工工艺1．图样分析（1）尖角处应注明圆弧半径线切割加工工件凹角时，由于电极丝有一定的半径和放电间隙，所以不能得到“清角”，即得到的是一个过渡圆弧。（2）加工精度和表面粗糙度应合理采用电火花线切割加工，合理的加工精度为IT6，表面粗糙度Ra＝0.4μm。若超出此范围，既不经济，在技术上也难以达到。2．毛坯准备电火花线切割加工所用的毛坯一般是经过下料→锻造→退火→机械粗加工→淬火与回火→磨削加工等工序后获得。应合理确定切割起点和加工路线，否则会大大降低加工精度。同时毛坯也应尽量选择锻造性能好、淬透性好、热处理变形小的材料制作，如CrWMn、Cr12MoV、GCr15等，并制定严格的热处理规范。

3．工艺准备（1）检查机床走丝架的导轮、保持器和拖板丝杆副的间隙，不符合要求的应及时调整更换，以免影响加工精度。（2）选择脉冲参数（3）选配工作液（4）选择电极丝（5）开机试运行，观察走丝是否正常。4．零件装夹和调整（1）零件的装夹电火花线切割机床一般在工作台上配备安装夹具，常用的装夹方式有以下几种：

1）悬臂式装夹

2）简支式装夹

3）桥式支撑方式装夹

4）板式支撑方式装夹悬臂式装夹

简支式装夹

桥式支撑方式装夹工件

板式支撑方式装夹工件

（2）零件的调整

1）用百分表找正

2）划线法找正（3）调整电极丝起始位置

1）目测法

2）火花法

3）电阻法

用百分表找正

用划线法找正

用目测法调整电极丝位置

用火花法调整电极丝位置

3.3模具电解磨削加工

电解磨削又称电化学磨削，英文简称ECG，是将金属的电化学阳极溶解作用和机械磨削作用相结合的一种复合磨削工艺。1．电解磨削原理电解磨削加工的原理图如图3－46所示。与一般磨削加工相比，电解磨削具有如下特点。①加工范围广，加工效率高。②