模具零件的電加工方法

模具零件的電加工方法 第 7章 模具零件的電加工方法 隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，模具工業(yè)得到了迅速的發(fā)展，具有高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性、耐高溫等特殊性能的模具材料不斷出現(xiàn)，以及為滿足制件要求而產(chǎn)生的精密細(xì)小、形狀復(fù)雜和結(jié)構(gòu)特殊的模具零件，采用常規(guī)切削加工方法已很難達(dá)到精度、表面粗糙度和生產(chǎn)率的要求。特種加工就是在這種情況下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。特種加工是不使用刀具和磨料，或者雖然使用刀具和磨料，但主要是利用熱能、電能、聲能、光能、化學(xué)能、電化學(xué)能去除材料的新穎加工工藝方法。與傳統(tǒng)的切削加工方法相比其加工機(jī)理完全不同。目前在生產(chǎn)中應(yīng)用的有電火花成形加工、電火花線切割加工、電鑄成形、電解加工、激光加工、超聲波加工、化學(xué)加工與電化學(xué)加工等。 本章要點(diǎn)： 電火花成形加工的原理、特點(diǎn)、基本條件與影響因素、電火花型孔加工、型腔加工與電極制造、線切割加工概述、線切割 3B、 4切割加工工藝。 本章難點(diǎn)： 電火花型孔加工、型腔加工與電極制造、線切割 3B、 4 第 7章 模具零件的電加工方法 電火花成形加工 電火花線切割加工 電火花成形加工 電火花成形加工的基本原理 電火花成形加工的基本條件 極性效應(yīng) 電火花加工的特點(diǎn) 影響電火花加工質(zhì)量的主要工藝因素 型孔加工 型腔加工 電極制造 電火花加工工藝 電火花加工實(shí)例 電火花成形加工 電火花成形加工的基本原理 電火花加工是在一定介質(zhì)中，通過(guò)工具電極和工件電極之間脈沖放電時(shí)的電腐蝕作用，對(duì)工件進(jìn)行加工的一種工藝方法。它可以加工各種高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高純度、高韌性材料，并在生產(chǎn)中顯示出很多優(yōu)越性，因此得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 圖 脈沖電源 2輸出的電壓加在液體介質(zhì)中的工件 1和工具電極 (亦稱電極 )4上，自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置 3(圖中僅為該裝置的執(zhí)行部分 )使電極和工件間保持一定的放電間隙。當(dāng)電壓升高時(shí)，會(huì)在某一間隙最小處或絕緣強(qiáng)度最低處擊穿介質(zhì)，產(chǎn)生火花放電，瞬時(shí)高溫使電極和工件表面都被蝕除掉一小塊材料，各自形成單個(gè)脈沖后的電蝕坑，如圖 火花成形加工實(shí)際上是電極和工件間的連續(xù)不斷的火花放電，電極和工件由于電腐蝕不同程度的損耗，電極不斷地向工件進(jìn)給，工件不斷產(chǎn)生電腐蝕，就可將電極的形狀復(fù)制在工件上，加工出所需要的成形表面，整個(gè)加工表面將由無(wú)數(shù)個(gè)小凹坑所組成，如圖 電火花成形加工的基本原理 電火花成形加工的基本原理 電火花成形加工的基本條件 要使脈沖放電能夠用于零件加工，應(yīng)具備下列基本條件： (1) 必須使接在不同極性上的工具和工件之間保持一定的距離以形成放電間隙。這個(gè)間隙的大小與加工電壓、加工介質(zhì)等因素有關(guān)，一般為 加工過(guò)程中還必須用工具電極的進(jìn)給和調(diào)節(jié)裝置來(lái)保持這個(gè)放電間隙，使脈沖放電能連續(xù)進(jìn)行。 (2) 放電必須在具有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行。液體介質(zhì)還能夠?qū)㈦娢g產(chǎn)物從放電間隙中排除出去并對(duì)電極表面進(jìn)行較好的冷卻。 目前大多數(shù)電火花機(jī)床采用煤油作工作液進(jìn)行穿孔和型腔加工。在大功率工作條件下 (如大型復(fù)雜型腔模的加工 )，為了避免煤油著火，采用燃點(diǎn)較高的機(jī)油或煤油與機(jī)油混合等作為工作液。近年來(lái)，新開發(fā)的水基工作液可使粗加工效率大幅度提高。 (3) 脈沖波形基本是單向的，如圖 電延續(xù)時(shí)間稱為脈沖寬度，應(yīng)小于 10 s，以使放電所產(chǎn)生的熱量來(lái)不及從放電點(diǎn)過(guò)多傳導(dǎo)擴(kuò)散到其他部位，從而只在極小的范圍內(nèi)使金屬局部熔化，直至氣化。相鄰脈沖之間的間隔時(shí)間稱為脈沖間隔，它使電介質(zhì)有足夠的時(shí)間恢復(fù)絕緣狀態(tài) (稱為消電離 )，以免引起持續(xù)電弧放電，燒傷加工表面而無(wú)法用作尺寸加工。 (4) 有足夠的脈沖放電能量，以保證放電部位的金屬熔化或氣化。 一次脈沖放電的過(guò)程可以分為電離、放電、熱膨脹、拋出金屬和消電離等幾個(gè)連續(xù)的階段。 電離 由于工件和電極表面存在著微觀的凹凸不平，在兩者相距最近的點(diǎn)上電場(chǎng)強(qiáng)度最大，會(huì)使附近的液體介質(zhì)首先被電離為電子和正離子。 放電 在電場(chǎng)的作用下，電子高速奔向陽(yáng)極，并產(chǎn)生火花放電，形成放電通道。在這個(gè)過(guò)程中，兩極間液體介質(zhì)的電阻從絕緣狀態(tài)的幾兆歐姆驟降到幾分之一歐姆。由于放電通道受放電時(shí)磁場(chǎng)力和周圍的液體介質(zhì)的壓縮，其截面積極小，電流強(qiáng)度可達(dá) (105 106)A/電狀況如圖 。 熱膨脹 由于放電通道中電子和正離子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞，產(chǎn)生大量的熱能。陽(yáng)極和陰極表面受高速電子和離子流的撞擊，其動(dòng)能也轉(zhuǎn)化成熱能，因此在兩極之間沿通道形成了一個(gè)溫度高達(dá) 10000 12000 的瞬時(shí)高溫?zé)嵩?。在熱源作用區(qū)的電極和工件表面層金屬會(huì)很快熔化，甚至氣化。通道周圍的液體介質(zhì) (一般為煤油 )除一部分氣化外，另一部分被高溫分解為游離的碳黑和 使工作液變黑，在極間冒出小氣泡 )。上述過(guò)程是在極短時(shí)間(10 10完成的，因此，具有突然膨脹、爆炸的特性 (可以聽到噼啪聲 )。 拋出金屬 由于熱膨脹具有爆炸的特性，爆炸力將熔化和氣化了的金屬拋入附近的液體介質(zhì)中冷卻，凝固成細(xì)小的圓球狀顆粒，其直徑視脈沖能量而異 ( 500m)，電極表面則形成一個(gè)周圍凸起的微小圓形凹坑，如圖 消電離：使放電區(qū)的帶電粒子復(fù)合為中性粒子的過(guò)程。在一次脈沖放電后應(yīng)有一段間隔時(shí)間，使間隙內(nèi)的介質(zhì)消電離而恢復(fù)絕緣強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)下一次脈沖擊穿放電。如果電蝕產(chǎn)物和氣泡來(lái)不及很快排除，就會(huì)改變間隙內(nèi)介質(zhì)的成分和絕緣強(qiáng)度，破壞消電離過(guò)程，易使脈沖放電轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)電弧放電，影響加工。 一次脈沖放電之后，兩極間的電壓急劇下降到接近于零，間隙中的電介質(zhì)立即恢復(fù)到絕緣狀態(tài)。此后，兩極間的電壓再次升高，又在另一處絕緣強(qiáng)度最小地方重復(fù)上述放電過(guò)程。多次脈沖放電的結(jié)果，使整個(gè)被加工表面由無(wú)數(shù)小的放電凹坑構(gòu)成，如圖 具電極的輪廓形狀便被復(fù)制在工件上，達(dá)到加工的目的。 電火花成形加工的基本條件 電火花成形加工的基本條件 極性效應(yīng) 在脈沖放電過(guò)程中，工件和電極都要受到電腐蝕。實(shí)踐證明，即使工件和電極的材料完全相同，也會(huì)因?yàn)樗与娫吹臉O性不同而有不同的蝕除速度，這種兩極蝕除速度不同的現(xiàn)象稱為極性效應(yīng)。 產(chǎn)生極性效應(yīng)的基本原因是由于電子的質(zhì)量小，其慣性也小，在電場(chǎng)力作用下容易在短時(shí)間內(nèi)獲得較大的運(yùn)動(dòng)速度，即使采用較短的脈沖進(jìn)行加工也能大量、迅速地到達(dá)陽(yáng)極，轟擊陽(yáng)極表面。而正離子由于質(zhì)量大，慣性也大，在相同時(shí)間內(nèi)所獲得的速度遠(yuǎn)小于電子。當(dāng)采用短脈沖進(jìn)行加工時(shí)，大部分正離子尚未到達(dá)負(fù)極表面，脈沖便已結(jié)束，所以負(fù)極的蝕除量小于正極。但是，當(dāng)用較長(zhǎng)的脈沖加工時(shí)，正離子可以有足夠的時(shí)間加速，獲得較大的運(yùn)動(dòng)速度，并有足夠的時(shí)間到達(dá)負(fù)極表面，加上它的質(zhì)量大，因而正離子對(duì)負(fù)極的轟擊作用遠(yuǎn)大于電子對(duì)正極的轟擊，負(fù)極的蝕除量則大于正極。由此可見，脈沖寬度是影響極性效應(yīng)的一個(gè)重要因素。 電極和工件的蝕除量不僅與脈沖寬度有關(guān)，而且還受電極及工件材料、加工介質(zhì)、電源種類、單個(gè)脈沖能量等多種因素的綜合影響。 對(duì)于電源來(lái)講，為了更有效地利用極性效應(yīng)，就應(yīng)該采用單向、直流脈沖電源進(jìn)行電火花加工，交變的脈沖電流會(huì)削弱甚至抵消極性效應(yīng)，顯著增加工具電極的損耗。 就電極材料而言，它的熱學(xué)性能與極性效應(yīng)密切相關(guān)。熔點(diǎn)、沸點(diǎn)越高，導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、熔解熱、氣化熱越大的材料，越不容易遭受電腐蝕。例如用鎢、銀及石墨做電極加工鋼時(shí)，極性效應(yīng)就顯著得多，這一點(diǎn)在選擇電極材料時(shí)必須注意。 在電火花加工過(guò)程中，極性效應(yīng)愈顯著愈好。因此必須充分利用極性效應(yīng)，根據(jù)不同的加工條件，合理選擇加工極性，以提高加工速度，最大限度地降低工具電極的損耗。在實(shí)際生產(chǎn)中把工件接正極，稱為“正極性加工”或“正極性接法”。工件接負(fù)極的加工稱為“負(fù)極性加工”或“負(fù)極性接法”。在實(shí)際生產(chǎn)中，極性的選擇主要靠經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)試驗(yàn)確定。 通常在實(shí)際加工中： (1) 采用短脈沖精加工時(shí)，應(yīng)選用正極性加工；采用長(zhǎng)脈沖粗加工，應(yīng)選用負(fù)極性加工。 (2) 一般脈沖放電時(shí)間大于 20s 30s 時(shí)，工件采用負(fù)極性，反之采用正極性。 (3) 對(duì)于石墨電極和紫銅電極，當(dāng)脈寬大于 20s 時(shí)，用負(fù)極性，反之采用正極性。 電火花加工的特點(diǎn) (1) 便于加工用機(jī)械加工難于加工或無(wú)法加工的材料，如淬火鋼、硬質(zhì)合金、耐熱合金等。 (2) 電極和工件在加工過(guò)程中不接觸，兩者間的宏觀作用力很小，所以便于加工小孔、深孔、窄縫零件，而不受電極和工件剛度的限制；對(duì)于各種型孔、立體曲面、復(fù)雜形狀的工件，均可采用成形電極一次加工。 (3) 電極材料不必比工件材料硬。 (4) 直接利用電能、熱能進(jìn)行加工，便于實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)控制。 由于電火花加工有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，加上電火花加工工藝技術(shù)水平的不斷提高，以及數(shù)控電火花機(jī)床的普及，其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，已在模具制造、機(jī)械、宇航、航空、電子、儀器、輕工等部門用來(lái)解決各種難加工的材料和復(fù)雜形狀零件的加工問題。 影響電火花加工質(zhì)量的主要工藝因素 加工質(zhì)量包括零件的加工精度和電蝕表面的質(zhì)量。 1. 影響加工精度的工藝因素 電火花加工過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的多參數(shù)輸入、多參數(shù)輸出系統(tǒng)，影響加工精度的工藝因素很多，主要有機(jī)床本身的制造精度、工件的裝夾精度、電極制造及裝夾精度、電極損耗、放電間隙、加工斜度等工藝因素，這里主要討論加工過(guò)程中電極損耗、放電間隙等因素對(duì)加工精度的影響。 (1) 電極損耗對(duì)加工精度的影響 在電火花加工過(guò)程中，電極會(huì)受到電腐蝕而損耗。電極損耗是影響加工精度的一個(gè)重要因素，因此掌握電極損耗規(guī)律，從各方面采取措施盡量減少電極損耗，對(duì)保證加工精度是很重要的。 在加工過(guò)程中電極的不同部位，其損耗是不同的。電極的尖角、棱邊等凸起部位的電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)，易形成尖端放電，所以這些部位比平坦部位損耗要快。電極的不均勻損耗必然使加工精度下降。 電極的損耗受電極材料的熱學(xué)物理常數(shù)的綜合影響。常用電極材料的熱學(xué)物理常數(shù)見表 當(dāng)脈沖放電能量相同時(shí)，金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱愈高，則電極耐腐蝕的性能愈高，損耗愈小。另一方面，導(dǎo)熱系數(shù)大的材料，在相同的放電時(shí)間內(nèi)能較多地把瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量從放電區(qū)傳導(dǎo)出去，使熱損耗相對(duì)增大，同樣可以減小電極的損耗。如鎢和石墨的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高，石墨的熱容量又很大，它們的耐腐蝕性也高。銅的導(dǎo)熱系數(shù)雖然比鋼大，但其熔點(diǎn)遠(yuǎn)比鋼低，所以它不如鋼耐腐蝕。 此外，電極損耗還受脈沖電源的電參數(shù)、加工面積等因素的綜合影響。因此在電火花加工中應(yīng)正確選擇脈沖電源的電參數(shù)和加工極性；用耐腐蝕性能好的材料制造電極；改善工藝條件，以減小電極損耗對(duì)加工精度的影響。一般把電極損耗小于 1的加工稱為低損耗加工。 由于電火花加工設(shè)備和工藝水平的不斷提高，目前已使成形加工的精度達(dá)到 (2) 放電間隙對(duì)加工精度的影響 電火花加工時(shí)，電極與工件之間發(fā)生脈沖放電需保持一定的間隙稱為放電間隙。由于放電間隙的存在，使加工出的工件型孔 (或型腔 )尺寸和電極尺寸相比，沿加工輪廓要相差一個(gè)放電間隙 (單邊間隙 )。很顯然，放電電隙是否穩(wěn)定和均勻是影響加工精度的又一個(gè)重要因素。 電參數(shù)對(duì)放電間隙的影響非常顯著，精加工的放電間隙一般只有 邊 )，而在粗加工時(shí)可高達(dá) 了減少加工誤差，應(yīng)該采用較弱小的電規(guī)準(zhǔn)，減小放電間隙，這樣不但能提高加工精度，而且放電間隙愈小，可能產(chǎn)生的間隙變化量也愈??；同時(shí)還應(yīng)使機(jī)床精度和剛度也保持穩(wěn)定。另外還要注意電蝕產(chǎn)物在間隙中的滯留對(duì)間隙的影響。一般單邊放電間隙值為 0.1 前采用穩(wěn)定的脈沖電源和高精度機(jī)床，在加工過(guò)程穩(wěn)定性良好的情況下放電間隙誤差可以控制在 (3)加工斜度對(duì)加工精度的影響 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，使被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 次放電的次數(shù)越多，單個(gè)脈沖的能量越大，則加工斜度越大，二次放電的次數(shù)與電蝕產(chǎn)物的排除條件有關(guān)。因此，應(yīng)從工藝上采取措施及時(shí)排除電蝕產(chǎn)物，使加工斜度減小。 目前精加工時(shí)斜度可控制在 10以下。但在穿孔加工時(shí)，可將凹模刃口面倒放朝下，利用電火花加工的斜度作為凹模刃口的斜度。電火花成形加工型腔因二次放電形成的斜度比型腔模型面所要求的出模斜度要小得多，可忽略不計(jì)。 影響電火花加工質(zhì)量的主要工藝因素 影響電火花加工質(zhì)量的主要工藝因素 影響電火花加工質(zhì)量的主要工藝因素 2. 影響表面質(zhì)量的工藝因素 (1) 表面粗糙度 電火花加工后的表面，是由脈沖放電時(shí)所形成的大量凹坑排列重疊而形成的。在一定的加工條件下，脈沖寬度和電流峰值增大使單個(gè)脈沖能量增大，電蝕凹坑的斷面尺寸也增大，所以表面粗糙度主要取決于單個(gè)脈沖能量。 單個(gè)脈沖能量愈大，表面愈粗糙。電火花加工的表面粗糙度，粗加工一般可達(dá) (25 m；精加工可達(dá) ( m；微細(xì)加工可達(dá) ( m。加工熔點(diǎn)高的硬質(zhì)合金等可獲得比鋼更小一些的粗糙度。由于電極的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，側(cè)壁粗糙度比底面小。近年來(lái)研制的超光脈沖電源已使電火花成形加工的粗糙度達(dá)到 ( (2) 表面變化層 經(jīng)電火花加工后的表面將產(chǎn)生包括凝固層和熱影響層的表面變化層 (見圖 它的化學(xué) (工作介質(zhì)和石墨電極的碳元素滲入工件表層 )、物理、力學(xué)性能均有所變化。 凝固層是工件表層材料在脈沖放電的瞬時(shí)高溫作用下熔化后未能拋出，在脈沖放電結(jié)束后迅速冷卻、凝固而保留下來(lái)的金屬層。其晶粒非常細(xì)小，有很強(qiáng)的抗腐蝕能力。 熱影響層位于凝固層和工件基體材料之間，該層金屬受到放電點(diǎn)傳來(lái)的高溫影響，使材料的金相組織發(fā)生了變化。對(duì)未淬火鋼，熱影響層就是淬火層。對(duì)經(jīng)過(guò)淬火的鋼，熱影響層是重新淬火層。由于所采用的電參數(shù)、冷卻條件及工件材料原來(lái)的熱處理狀況不同，變化層的硬度變化情況也不一樣。圖 表面變化層的厚度與工件材料及脈沖電源的電參數(shù)有關(guān)，它隨著脈沖能量的增加而增厚。 粗加工時(shí)變化層一般為 0.1 0.5 加工時(shí)一般為 固層的硬度一般比較高，故電火花加工后的工件耐磨性比機(jī)械加工好。但是隨之而來(lái)的是增加了鉗工研磨、拋光的困難。 影響電火花加工質(zhì)量的主要工藝因素 型孔加工 用電火花加工通孔的方法稱為電火花型孔加工。它在模具制造中主要用于加工用常規(guī)切削加工方法難于加工的凹模型孔。型孔加工的特點(diǎn)是：能加工型孔復(fù)雜的整體式凹模；可直接利用其斜度加工凹模的斜度；加工的沖裁模間隙均勻，刃口平直耐磨，壽命長(zhǎng)。但對(duì)小的棱邊及尖角處的加工比較困難。隨著電火花加工技術(shù)的日臻完善，這些問題也會(huì)逐步得到解決。 1. 常用的電火花型孔加工方法 有直接配合法、混合法、修配凸模法、二次電極法和階梯工具電極加工法等。 (1) 直接法 這種方法是直接利用適當(dāng)加長(zhǎng)的凸模非刃口端作為電極對(duì)凹模進(jìn)行加工，加工后將損耗的加長(zhǎng)部分切除。加工時(shí)將凹模刃口端朝下，電火花加工完畢后會(huì)形成向上的“喇叭口”，如圖 際使用時(shí)，作為電極的凸模應(yīng)反過(guò)來(lái)安裝使刃口向下，同時(shí)凹模也反過(guò)來(lái)安裝使刃口向上，電火花加工時(shí)形成的“喇叭口”正好有利于沖模落料。由于凸凹模電火花加工時(shí)的安裝方向與它們工作時(shí)的方向都相反，因此，這種加工方法也稱為“反打正用法”。 用此法可以獲得均勻的凸、凹模配合間隙，且能節(jié)省制造電極的費(fèi)用和時(shí)間。但其加工速度低，易形成不穩(wěn)定的二次放電。用直接配合法加工出的凸、凹模，其配合間隙的大小可利用改變電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)。 此方法適用于形狀復(fù)雜的凹?；蚨嘈涂装寄?，如電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子矽鋼片沖模等。 (2) 混合法 混合法是將凸模的加長(zhǎng)部分選用與凸模不同的材料，如鑄鐵等粘接或釬焊在凸模上，與凸模一起加工，以粘接或釬焊部分作穿孔電極的工作部分。加工后，再將電極部分去除。此方法電極材料可選擇，因此，電加工性能比直接法好；電極與凸模連接在一起加工，電極形狀、尺寸與凸模一致，加工后凸、凹模配合間隙均勻。是一種使用較廣泛的方法。 上述加工方法是靠調(diào)節(jié)放電間隙來(lái)保證配合間隙的。當(dāng)凸、凹模配合間隙很小時(shí)，必須保證放電間隙也很小，但過(guò)小的放電間隙使加工困難。在這種情況下可將電極的工作部分用化學(xué)浸蝕法蝕除一層金屬，使斷面尺寸均勻縮小 (Z/2)(模雙邊配合間隙； 為單邊放電間隙 )，以利于放電間隙的控制。反之，當(dāng)凸、凹模的配合間隙較大，可以用電鍍法將電極工作部位的斷面尺寸均勻擴(kuò)大 Z/2 ，以滿足加工時(shí)的間隙要求。 型孔加工 (3) 修配凸模法 凸模和工具電極分別制造，在凸模上留一定的修配余量，按電火花加工好的凹模型孔修配凸模，達(dá)到所要求的凸、凹模的配合間隙。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是電極可以選用電加工性能好的電極材料。由于凸、凹模的配合間隙是靠修配凸模來(lái)保證，所以，不論凸、凹模的配合間隙大小均可采用這種方法。其缺點(diǎn)是增加了制造電極和鉗工修配的工作量，而且不易得到均勻的配合間隙。故修配凸模法只適合于加工形狀比較簡(jiǎn)單的沖模。 (4) 二次電極法 二次電極法加工是利用一次電極制造出二次電極，再分別用一次和二次電極加工出凹模和凸模，并保證凸、凹模配合間隙。有兩種情況：其一是一次電極為凹型，用于凸模制造有困難者；二是一次電極為凸型，用于凹模制造有困難者。圖 二次電極為凸型電極時(shí)的加工方法，其工藝過(guò)程為：根據(jù)模具尺寸要求設(shè)計(jì)并制造一次凸型電極 用一次電極加工出凹模 (a) 用一次電極加工出凹型二次電極 (見圖 b) 用二次電極加工出凸模 (見圖 c) 凸、凹模配合，保證配合間隙 (見圖 d)。圖中 1、 2、 3分別為加工凹模、二次電極和凸模時(shí)的放電間隙。 對(duì)于階梯電極的加工，首先用直接成型法對(duì)整個(gè)電極進(jìn)行加工，然后在電極端部一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)用化學(xué)腐蝕法均勻腐蝕掉一定的厚度。較常用的腐蝕方法是酸洗法，如草酸、硫酸、硝酸等，具體配方及適用材料可參見有關(guān)手冊(cè)。 型孔加工 型孔加工 型孔加工 型孔加工 2. 電極設(shè)計(jì) 凹模型孔的加工精度與電極的精度和穿孔時(shí)的工藝條件密切相關(guān)。為了保證型孔的加工精度，在設(shè)計(jì)電極時(shí)必須合理選擇電極材料和確定電極尺寸。此外，還要使電極在結(jié)構(gòu)上便于制造和安裝。 (1) 電極材料 根據(jù)電火花加工原理，可以說(shuō)任何導(dǎo)電材料都可以用來(lái)制作電極。但在生產(chǎn)中應(yīng)選擇損耗小、加工過(guò)程穩(wěn)定、生產(chǎn)率高、機(jī)械加工性能良好、來(lái)源豐富、價(jià)格低廉的材料作電極材料。常用電極材料的種類和性能見表 擇時(shí)應(yīng)根據(jù)加工對(duì)象、工藝方法、脈沖電源的類型等因素綜合考慮。 (2) 電極結(jié)構(gòu) 電極的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)電極外形尺寸的大小與復(fù)雜程度、電極的結(jié)構(gòu)工藝性等因素綜合考慮。 整體式電極 整體式電極是用一塊整體材料加工而成，是最常用的結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于橫斷面積及重量較大的電極，可在電極上開孔以減輕電極重量，但孔不能開通，孔口向上如圖 組合式電極 在同一凹模上有多個(gè)型孔時(shí)，在某些情況下可以把多個(gè)電極組合在一起如圖 示，一次穿孔可完成各型孔的加工，這種電極稱為組合電極。用組合電極加工，生產(chǎn)率高，各型孔間的位置精度，取決于各電極的位置精度。 鑲拼式電極 對(duì)于形狀復(fù)雜的電極整體加工有困難時(shí)，常將其分成幾塊，分別加工后再鑲拼成整體，這樣既節(jié)省材料又便于電極制造。 電極不論采用哪種結(jié)構(gòu)都應(yīng)有足夠的剛度，以利于提高加工過(guò)程的穩(wěn)定性。對(duì)于體積小、易變形的電極，可將電極工作部分以外的截面尺寸增大以提高剛度。對(duì)于體積較大的電極，要盡可能減輕電極的重量，以減小機(jī)床的變形。電極與主軸連接后，其重心應(yīng)位于主軸中心線上，這對(duì)于較重的電極尤為重要，否則會(huì)產(chǎn)生附加偏心力矩，使電極軸線偏斜，影響模具的加工精度。 (3) 電極尺寸 電極橫截面尺寸的確定。垂直于電極進(jìn)給方向的電極截面尺寸稱為電極的橫截面尺寸。在凸、凹模圖樣上的公差有不同的標(biāo)注方法。當(dāng)凸模與凹模分開加工時(shí)，在凸、凹模圖樣上均標(biāo)注公差；當(dāng)凸模與凹模配合加工時(shí)，落料模將公差標(biāo)注在凹模上，沖孔模將公差標(biāo)注在凸模上，另一個(gè)只標(biāo)注基本尺寸。因此，電極截面尺寸分別按下述兩種情況計(jì)算。 當(dāng)按凹模型孔尺寸及公差確定的橫截面尺寸時(shí)，則電極的輪廓應(yīng)比型孔均勻地縮小一個(gè)放電間隙值。如圖 型孔尺寸相對(duì)應(yīng)的尺寸為： 型孔加工 型孔加工 型孔加工 型孔加工 型孔加工 型孔加工 型孔加工 型孔加工 型孔加工 型腔加工 用電火花加工方法進(jìn)行型腔加工比加工凹模型孔困難得多。型腔加工屬于盲孔加工，金屬蝕除量大，工作液循環(huán)困難，電蝕產(chǎn)物排除條件差，電極損耗不能用增加電極長(zhǎng)度和進(jìn)給來(lái)補(bǔ)償；加工面積大，加工過(guò)程中要求電規(guī)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)范圍也較大；型腔復(fù)雜，電極損耗不均勻，影響加工精度。因此，型腔加工要從設(shè)備、電源、工藝等方面采取措施來(lái)減小或補(bǔ)償電極損耗，以提高加工精度和生產(chǎn)率。 與機(jī)械加工相比，電火花加工的型腔具有加工質(zhì)量好、粗糙度小、減少了切削加工和手工勞動(dòng)，使生產(chǎn)周期縮短。特別是近年來(lái)由于電火花加工設(shè)備和工藝的日臻完善，它已成為解決型腔中、精加工的一種重要手段。表 1. 型腔加工方法 利用電火花加工型腔的方法，主要有單電極平動(dòng)法、單極 修正 平動(dòng)法、多電極加工法等。 (1) 單電極加工法 指用一只電極由粗至精直接加工出所需要型腔的工藝方法。使用這種方法加工大中型模具時(shí)，由于電極在粗加工時(shí)表面有剝落，精加工時(shí)電極損耗較大，致使型腔表面容易產(chǎn)生裂紋，從而會(huì)影響到模具的表面質(zhì)量和加工精度。 (2) 多電極加工法 多電極加工法是用多個(gè)電極，依次更換加工同一個(gè)型腔，如圖 個(gè)電極都要對(duì)型腔的整個(gè)被加工表面進(jìn)行加工，但電規(guī)準(zhǔn)各不相同。所以設(shè)計(jì)電極時(shí)必須根據(jù)各電極所用電規(guī)準(zhǔn)的放電間隙來(lái)確定電極尺寸。每更換一個(gè)電極進(jìn)行加工，都必須把被加工表面上由前一個(gè)電極加工所產(chǎn)生電蝕痕跡完全去除。 用多電極加工法加工的型腔精度高，尤其適用于加工尖角、窄縫多的型腔。其缺點(diǎn)是需要制造多個(gè)電極，并且對(duì)電極的制造精度要求很高，更換電極需要保證高的定位精度。因此，這種方法一般用于精密和復(fù)雜型腔的加工。 (3) 分解電極法 分解電極法是根據(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。先用主型腔電極加工出型腔的主要部分，再用副型腔電極加工型腔的尖角、窄縫等部位。此法能根據(jù)主、副型腔的不同加工條件，選擇不同的電規(guī)準(zhǔn)，有利于提高加工速度和加工質(zhì)量，使電極易于制造和修整。但主、副型腔電極的安裝精度要求高。 (4) 用平動(dòng)法加工型腔 對(duì)有平動(dòng)功能的電火花機(jī)床，可用一個(gè)或多個(gè)電極加工出所需型腔。在加工過(guò)程中，先采用低損耗、高生產(chǎn)率的電規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行粗加工，然后啟動(dòng)平動(dòng)頭帶動(dòng)電極 (或數(shù)控坐標(biāo)工作臺(tái)帶動(dòng)工件 )作平面圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)按粗、中、精的加工順序逐級(jí)轉(zhuǎn)換電規(guī)準(zhǔn)，并相應(yīng)加大電極作平面圓周運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)半徑，將型腔加工到所規(guī)定的尺寸及表面粗糙度要求 (參考圖 (平動(dòng)量一般為 1 8其加工方法有： 型腔加工 型腔加工 型腔加工 2. 電極設(shè)計(jì) (1) 電極材料和結(jié)構(gòu)選擇 電極材料 型腔加工常用電極材料主要是石墨和純銅，其性能見表 銅組織致密，適用于形狀復(fù)雜、輪廓清晰、精度要求較高的塑料成型模、壓鑄模等，但機(jī)械加工性能差，難以成形磨削；由于密度大、價(jià)貴、不宜作大、中型電極。石墨電極容易成形，密度小，所以宜作大、中型電極。但機(jī)械強(qiáng)度較差，在采用寬脈沖大電流加工時(shí)，容易起弧燒傷。銅鎢合金和銀鎢合金是較理想的電極材料，但價(jià)格貴，只用于特殊型腔加工。 電極結(jié)構(gòu) 整體式電極，適用于尺寸大小和復(fù)雜程度一般的型腔。鑲拼式電極，適用于型腔尺寸較大、單塊電極坯料尺寸不夠或電極形狀復(fù)雜，將其分塊才易于制造的情況。組合式電極，適于一模多腔時(shí)采用，以提高加工速度，簡(jiǎn)化各型腔之間的定位工序。易于保證型腔的位置精度。 (2) 電極尺寸的確定 加工型腔的電極，其尺寸大小與型腔的加工方法、加工時(shí)的放電間隙、電極損耗及是否采用平動(dòng)等因素有關(guān)。電極設(shè)計(jì)時(shí)需確定的電極尺寸如下： 電極的水平尺寸 電極在垂直于主軸進(jìn)給方向上的尺寸稱為水平尺寸。當(dāng)型腔經(jīng)過(guò)預(yù)加工，采用單電極進(jìn)行電火花精加工時(shí)，其電極的水平尺寸確定與穿孔加工相同，只需考慮放電間隙即可。當(dāng)型腔采用單電極平動(dòng)加工時(shí)，需考慮的因素較多，其計(jì)算公式為 a = A K b (7 式中： a 電極水平方向上的基本尺寸，單位為 A 型腔的基本尺寸，單位為 K 與型腔尺寸標(biāo)注有關(guān)的系數(shù)； b 電級(jí)單邊縮放量，單位為 b = e + j j (7 式中： e 平動(dòng)量，一般取 0.5 0.6 j 精加工最后一檔規(guī)準(zhǔn)的單邊放電間隙。最后一檔規(guī)準(zhǔn)通常指粗糙度 |時(shí)，取 | |時(shí)，取 |= |時(shí)，取 對(duì)于圓弧，按圖 弧終點(diǎn)坐標(biāo) (陰影區(qū)域內(nèi)，計(jì)數(shù)方向取 之取 斜線相反。若終點(diǎn)正好在 45 斜線上時(shí)，計(jì)數(shù)方向可以任意選取。即： | |時(shí)，取 | |時(shí)，取 |= |時(shí)，取 3 3 3 3 加工圓弧時(shí)，若被加工圓弧的加工起點(diǎn)在坐標(biāo)系的四個(gè)象限中，并按順時(shí)針插補(bǔ)，如圖 c)所示，加工指令分別用 逆時(shí)針方向插補(bǔ)時(shí)，分別用 圖 加工起點(diǎn)剛好在坐標(biāo)軸上，其指令應(yīng)選圓弧跨越的象限。 例 加工圖 A，終點(diǎn) e = 17 Y e = 5 出加工程序。 其程序?yàn)椋?例 圖 長(zhǎng)度為 21.5 出程序。相應(yīng)的程序?yàn)椋?例 加工圖 工起點(diǎn)的坐標(biāo)為 (0)，試編制程序。 其程序?yàn)椋?例 加工如圖 ，加工起點(diǎn)為 A (試編制程序。 相應(yīng)的程序?yàn)椋?由于終點(diǎn)恰好在 45 線上，故也可取 ： 3 3 3 3 3 切割型孔時(shí)電極絲中心至圓心 半徑 )為 R = ( (4) 編寫程序單 切割凸凹模時(shí)，不僅要切割外表面，而且還要切割內(nèi)表面，因此在凸凹模型孔的中心 切割型孔，然后再按 B C D E F G H I K A 切割程序單見表 加工程序單是按加工順序依次逐段編制的，每加工一條線段就應(yīng)編寫一個(gè)程序段。加工程序單中除安排切割工件圖形線段的程序外，還應(yīng)安排切入、退出、空走以及停機(jī)、拆絲、裝絲等程序。如圖 應(yīng)有從穿絲孔到圖形起始切割點(diǎn)的切入程序；切割完成后使電極絲回到坐標(biāo)原點(diǎn) 絲后加工外形輪廓的切入程序等。 切割圖形上各條線段交點(diǎn)的坐標(biāo)是按計(jì)算坐標(biāo)系計(jì)算的。而加工程序中的數(shù)碼和指令是按切割時(shí)所選的坐標(biāo)系 (即切割坐標(biāo)系 )來(lái)填寫的。如切割直線 割坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)為 割圓弧 點(diǎn)。因此，在填寫程序單時(shí)應(yīng)根據(jù)各交點(diǎn)在計(jì)算坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，利用坐標(biāo)平移求得它們?cè)谙鄳?yīng)切割坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。 3 4 4 4 1. 概述 為了便于國(guó)際交流，按照國(guó)際統(tǒng)一規(guī)范 階段，生產(chǎn)廠家和使用單位可以采用3B、 4了適應(yīng)這種新的要求，生產(chǎn)廠家制造的數(shù)控系統(tǒng)必須帶有可以接受 4戶單位不論是手工編程還是計(jì)算機(jī)輔助編程，都應(yīng)具備生成 過(guò)這一段時(shí)間的過(guò)渡，逐步淘汰 3B、 4編程和控制全部規(guī)范為 2. 程序段格式與程序格式 (1) 程序字 程序字簡(jiǎn)稱為字，它是機(jī)床數(shù)字控制的專用術(shù)語(yǔ)。它的意義是：一套有規(guī)定次序的字符可以作為一個(gè)信息單元存儲(chǔ)、傳遞和操作，如 ”。一個(gè)字所含的字符個(gè)數(shù)叫做字長(zhǎng)。一般加工程序中的字都是由一個(gè)英文字母與隨后的若干位十進(jìn)制數(shù)字組成。這個(gè)英文字母稱為地址符，地址符由字母 A 址符的含義見表 址符與后續(xù)數(shù)字間可加正、負(fù)號(hào)。 程序字包括順序號(hào)字、準(zhǔn)備功能字、尺寸字、輔助功能字等。 順序號(hào)字。也叫程序段號(hào)或程序段序號(hào)。順序號(hào)位于程序段之首，它的地址符是 N。后續(xù)數(shù)字一般 2 4位。如 程序中可以在程序段前任意設(shè)置順序號(hào)，可以不寫，也可以不按順序編號(hào)，或只在重要程序段前按順序編號(hào)。順序號(hào)的作用是便于對(duì)程序進(jìn)行檢查、校對(duì)和修改；便于調(diào)用子程序。 準(zhǔn)備功能字。準(zhǔn)備功能字的地址符是 G，所以又稱為 指令。它的定義是：建立機(jī)床或控制系統(tǒng)工作方式的一種命令。準(zhǔn)備功能中的后續(xù)數(shù)字大多為兩位正整數(shù)，即 置“ 0”可以省略，如 際上是 尺寸字。也叫尺寸指令。尺寸字在程序段中主要用來(lái)指令電極絲運(yùn)動(dòng)到達(dá)的坐標(biāo)位置。線切割加工常用地址符有 X、 Y、 U、 V、 A、 I、寸地址符后續(xù)數(shù)字為整數(shù)，單位為 m ，可加正、負(fù)號(hào)。 輔助功能字。它由地址符 位數(shù)字組成，即 稱為 指令。它是用來(lái)指令機(jī)床輔助裝置的接通和斷開，表示機(jī)床各種輔助動(dòng)作及其狀態(tài)。 (2) 程序段 程序段是由若干個(gè)程序字組成，它實(shí)際上是數(shù)控加工程序的一句。 例如 Y - 5000 多數(shù)程序段是用來(lái)指令機(jī)床完成 (執(zhí)行 )某一個(gè)動(dòng)作。在書寫、打印和光屏顯示程序時(shí)，每個(gè)程序段一般占一行。 (3) 程序段格式 程序段格式是指程序段中的字、字符和數(shù)據(jù)的安排形式。 一個(gè)程序可以由若干個(gè)程序段組成，而一個(gè)程序段又由若干個(gè)字組成。字的功能類別由地址符決定。在此格式的程序中，前面的程序段中已寫明，本程序段里又不變化的那些字仍然有效，可以不再重寫。 例如 000 第二句中的 在這種格式中，每個(gè)字長(zhǎng)不固定，各個(gè)程序段長(zhǎng)度、程序字的個(gè)數(shù)都是可變的，故屬于可變程序段格式。 (4) 程序格式 一個(gè)完整的加工程序由程序名及若干程序段 (程序主體 )和程序結(jié)束指令組成。它們?cè)诔绦蛑械陌才鸥袷椒Q程序格式。一般數(shù)控加工的程序格式為： 程序名 (單列一段 )+ 程序主體 + 程序結(jié)束指令 (單列一段 ) 程序名。即程序文件名，每個(gè)程序都必須有文件名，程序文件名用字母和數(shù)字表示。注意：文件名不能重復(fù)。 程序主體。程序主體由若干程序段組成，分為主程序和子程序。有時(shí)候，一組程序段在一個(gè)程序中會(huì)多次出現(xiàn) (如依次加工幾個(gè)相同的形面 )，或者在幾個(gè)程序中都要使用它。我們可以把這組程序摘出來(lái)，命名后單獨(dú)儲(chǔ)存，這組程序段就是子程序。子程序是可由控制程序調(diào)用的一般加工程序，它在加工中一般具有獨(dú)立意義。調(diào)用子程序所在的加工程序叫做主程序。子程序可以嵌套，最多可嵌套多少層，由具體的數(shù)控系統(tǒng)決定。 程序結(jié)束指令 安排在程序的最后，一般單列一段，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行到 自動(dòng)停止進(jìn)給、停止工作液，并使數(shù)控系統(tǒng)復(fù)位。 3. 表 以漢川 常用的 國(guó)際上使用的標(biāo)準(zhǔn)基本一致。 (3) 順時(shí)針加工圓弧的插補(bǔ)指令。 逆時(shí)針加工圓弧的插補(bǔ)指令。 這兩種指令對(duì)于各種數(shù)控系統(tǒng)都是一樣的。對(duì)于一些老式數(shù)控系統(tǒng)， 果加工的圓弧跨越兩個(gè)及以上象限，那么就要分兩段以上的程序來(lái)指令。先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)可以跨象限一次指令。 書寫格式： X _ Y _ I _ X _ Y _ I _ X、 Y表示圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)。 I、 J表示圓心坐標(biāo)，是圓心相對(duì)圓弧起點(diǎn)的增量值， 方向坐標(biāo)值， 方向坐標(biāo)值。圓心坐標(biāo)在圓弧插補(bǔ)時(shí)不得省略。例如： 如圖 (4) 絕對(duì)坐標(biāo)指令。該指令表示程序段中的編程尺寸是按絕對(duì)坐標(biāo)給定的。即移動(dòng)指令終點(diǎn)的坐標(biāo)值 X、 程序零點(diǎn) )為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)算的。 書寫格式： 列一段 ) 說(shuō)明：系統(tǒng)通電時(shí)機(jī)床處于 增量坐標(biāo)指令。該指令表示程序段中的編程尺寸是按增量坐標(biāo)給定的，即坐標(biāo)值均以前一個(gè)坐標(biāo)位置作為起點(diǎn)來(lái)計(jì)算下一點(diǎn)的坐標(biāo)值。 書寫格式： 列一段 ) 絕對(duì)坐標(biāo)指令。 定電極絲當(dāng)前位置在編程坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，一般此坐標(biāo)作為加工程序的起點(diǎn)。如圖 10， 10)，然后切割兩段圓弧。 書寫格式： X _ 例如 加工圖 電極絲直徑與放電間隙忽略不計(jì) )。 (程序名 ) (確定加工程序的起點(diǎn) ) (程序名 ) 表示后面的坐標(biāo)值均為增量坐標(biāo) ) (5