模具制造工藝學(xué)第4章 模具零件的電加工

模具制造工藝學(xué) 電火花加工 電火花線切割加工 電化學(xué)加工 第 4章 模具零件的電加工 返回目錄 第 4章 模具零件的電加工 電火花加工 電火花加工是在特定介質(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)行加工的一種方法，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，廣泛用于模具制造中。 電加工是利用電能轉(zhuǎn)變成為熱能從而對(duì)模具零件進(jìn)行成型加工的一種工藝方法。它不僅克服了常規(guī)金屬切削加工時(shí)要求工具的硬度必須大于工件硬度的弊端，而且能加工形狀復(fù)雜、精度要求高的零件，因而在模具制造中得到了廣泛的應(yīng)用。 返回 隨著生產(chǎn)的發(fā)展人們對(duì)電腐蝕現(xiàn)象的研究逐漸深入，認(rèn)識(shí)到在液體介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行重復(fù)性脈沖放電能對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行加工，因而開(kāi)創(chuàng)了電火花加工。脈沖放電用于零件加工應(yīng)具備以下基本條件。 (1)接在不同極性上的工具和工件之間必須保持一定距離以形成放電間隙。間隙大小與加工電壓、加工介質(zhì)等有關(guān)，一般為 了使脈沖放電能連續(xù)進(jìn)行，在加工過(guò)程中必須保持放電間隙不變。 (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)能將電蝕產(chǎn)物從放電間隙中排除并對(duì)電極表面進(jìn)行冷卻。 大多數(shù)電火花機(jī)床采用煤油做工作液進(jìn)行穿孔和型腔加工。在大功率工作條件下，為避免煤油著火，應(yīng)采用高燃點(diǎn)潤(rùn)滑油或煤油與潤(rùn)滑油的混合油等做工作液。近年來(lái)，新開(kāi)發(fā)的水基工作液可使粗加工效率大大提高。 電火花加工原理 返回 (3) 脈沖波形基本是單向的，如圖 沖寬度 (放電延續(xù)時(shí)間 )0使放電所產(chǎn)生的熱量來(lái)不及從放電點(diǎn)過(guò)多地傳導(dǎo)到其他部位，從而集中在極小范圍內(nèi)使金屬局部熔化，直至氣化。相鄰脈沖之間的間隔時(shí)間 使放電介質(zhì)有足夠時(shí)間恢復(fù)到絕緣狀態(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。 電火花加工的原理如圖 動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置能使工件和工具電極經(jīng)常保持給定的放電間隙。由脈沖電源輸出的電壓加在液體介質(zhì)中的工件和工具電極 (以下稱電極 )上。當(dāng)電壓升高到間隙中介質(zhì)的擊穿電壓時(shí)，使介質(zhì)在絕緣強(qiáng)度最低處被擊穿，產(chǎn)生火花放電，如圖 間高溫使工件和電極表面都被腐蝕掉一小塊材料，形成小凹坑。 返回 圖 脈沖流波形 脈沖寬度； 脈沖間隔； T 脈沖周期； 電流峰值 返回 圖 電火花加工原理 1 工件； 2 脈沖電源； 3 自動(dòng)進(jìn)給裝置 4 工具電極； 5 工作液； 6 過(guò)濾器； 7 泵 返回 圖 放電狀況微觀圖 1 陽(yáng)極； 2 陽(yáng)極氣化、熔化區(qū)； 3一熔化的金屬微粒； 4 工作介質(zhì) 5 凝固的金屬微粒； 6 陰極氣化、熔化區(qū)； 7 陰極； 8 氣泡； 9 放電通道 返回 一次脈沖放電過(guò)程可分為電離、放電、熱膨脹、拋出金屬和消電離等幾個(gè)連續(xù)階段。 (1)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。 (2)放電 在電場(chǎng)作用下，電子高速奔向陽(yáng)極，正離子奔向陰極，并產(chǎn)生火花放電，形成放電通道。在放電過(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)力和周圍液體介質(zhì)的壓縮，其截面積極小，電流強(qiáng)度可達(dá) 105 A/06A/電狀況如圖 。 圖 放電凹坑剖面示意圖 返回 (3) 熱膨脹 由于放電通道中電子和離子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞，產(chǎn)生大量熱能。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)化為熱能，因此，在兩極之間沿通道形成一個(gè)溫度高達(dá)1000012000 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)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 (100完成的，因此，具有突然膨脹、爆炸的特性 (可聽(tīng)到噼啪聲 )。 (4)拋出金屬 熱膨脹具有的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，其直徑因脈沖能量而異。一般為 500m ，電極表面則形成一個(gè)周圍凸起的微小圓形凹坑，如圖 (5)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)有一段時(shí)間間隔，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。 返回 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)度最小的地方重復(fù)上述放電過(guò)程。多次脈沖放電使整個(gè)被加工面由無(wú)數(shù)小的放電凹坑構(gòu)成，如圖 具電極的輪廓形狀被復(fù)制在工件上，達(dá)到加工目的。 圖 加工表面局部放大圖 返回 在脈沖放電過(guò)程中，工件和電極都要受到電腐蝕，但正、負(fù)兩極的蝕除速度不同，這種蝕除速度不同的現(xiàn)象稱極性效應(yīng)。產(chǎn)生極性效應(yīng)的原因是電子質(zhì)量小、慣性小，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)采用較長(zhǎng)的脈沖加工時(shí)，正離子有足夠的時(shí)間加速得到較大的速度，也有足夠的時(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)極的蝕除量大于正極。 電極和工件的蝕除量不僅與脈沖寬度有關(guān)，還受電極和工件材料、加工介質(zhì)、電源種類、單個(gè)脈沖能量等因素的影響。在電火花加工過(guò)程中，極性效應(yīng)愈顯著愈好。充分利用極性效應(yīng)，合理選擇加工極性，可以提高加工速度，減少電極損耗。生產(chǎn)中將工件接正極的加工稱“正極性加工”或“正極性接法”，將工件接負(fù)極的加工稱“負(fù)極性加工”或“負(fù)極性接法”。極性的選擇主要靠實(shí)驗(yàn)確定。 返回 (1) 便于加工用機(jī)械加工難以加工或無(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、窄縫等零件，而不受電極和工件剛度的限制。 (3)電極材料不要求比工件材料硬。 (4)直接利用電、熱能進(jìn)行加工，便于實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)控制。 由于電火花加工的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，加上數(shù)控電火花機(jī)床的普及，已在模具制造等部門廣泛用于解決各種難加工材料和復(fù)雜形狀零件的加工問(wèn)題。 電火花加工的特點(diǎn) 返回 (1)放電間隙 電火花加工時(shí)，電極和工件之間發(fā)生脈沖放電須保持一定的距離，該距離稱為放電間隙。 由于放電間隙的存在。使加工出的工件型孔或型腔尺寸與電極尺寸相比，周圍要均勻地大一個(gè)間隙值 (一般間隙值為 加工精度與放電間隙的大小是否穩(wěn)定與間隙是否均勻有關(guān)。間隙愈穩(wěn)定均勻，其加工精度就愈高，工件加工質(zhì)量也愈好。 (2)電極損耗 在電火花加工過(guò)程中，隨著工件不斷被腐蝕，電極也必然要產(chǎn)生損耗。電極損耗會(huì)影響工件的加工精度，因此，研究與電極損耗有關(guān)的因素，并設(shè)法減少電極損耗及不良影響是十分重要的。影響電極損耗的因素主要是電極形狀及電極材料。 影響電火花加工的主要工藝因素 返回 在電火花加工過(guò)程中，電極不同部位的損耗程度是不同的。如電極的尖角、棱邊等凸出部位的電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)，易形成尖端放電。所以，這些部位損耗快。由于電極損耗速度不均勻，必然會(huì)引起加工精度的下降。 電極的材料不同，電極的損耗程度也不同。其損耗主要受電極材料熱學(xué)物理常數(shù)的綜合影響。當(dāng)脈沖放電能量相同時(shí)，以鈦鎢和石墨為材料的電極，熔點(diǎn)高、沸點(diǎn)高、耐腐蝕性強(qiáng)、電極損耗小，因此在型腔加工中，常利用石墨材料作電極。 單位時(shí)間內(nèi)從工件上腐蝕的金屬量，稱為電火花加工的生產(chǎn)率。生產(chǎn)率的高低受諸多因素的影響。 (1)脈沖寬度 對(duì)于矩形波脈沖電源，在脈沖電流峰值一定時(shí)，脈沖能量與脈沖寬度成正比，即能量越大，加工效率就越高。 返回 (2)脈沖間隙 在脈沖寬度一定的條件下，脈沖間隙小，加工效率高。但脈沖間隙小于某一數(shù)值后，隨著脈沖間隙的繼續(xù)減小，加工效率反而降低。帶有脈沖間隙自適應(yīng)控制系統(tǒng)的脈沖電源，能夠根據(jù)放電間隙的狀態(tài)在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)脈沖間隙，既能保持穩(wěn)定加工，又可獲得較大的加工效率。 (3)電流峰值 當(dāng)脈沖寬度和脈沖間隙一定時(shí)，隨著電流峰值的增加，加工效率也增加。但電流峰值增大將增大工件的表面粗糙度值和增加電極損耗。在生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)不同的要求選擇合適的電流峰值。 (4)加工面積的影響 加工面積較大時(shí)，對(duì)加工效率沒(méi)有多大影響；當(dāng)加工面積小至某一臨界值時(shí)，加工效率就會(huì)顯著降低，這種現(xiàn)象叫做面積效應(yīng)。應(yīng)根據(jù)不同的加工面積確定工作電流，并估算出所需的電流峰值。 返回 (5)排屑條件 加工中除較淺型腔可用打排氣孔方法排屑外，一般都用沖油或抽油排屑。適當(dāng)增加沖油壓力會(huì)使加工效率提高，但壓力超過(guò)某一數(shù)值后，隨壓力的增加加工效率會(huì)略有降低。為了有利于排屑，除采用沖油外還經(jīng)常采用抬起電極排屑的方法。 (6)電極材料和加工極性 采用石墨電極，在同樣的加工電流時(shí)正極性比負(fù)極性加工效率高，但在粗加工時(shí)電極損耗甚大。采用負(fù)極性加工時(shí)會(huì)降低加工效率，但電極損耗將大大減少，加工穩(wěn)定性將有所提高。 因此在精加工脈沖寬度較窄時(shí)，一般采用正極性加工，而粗加工脈沖寬度較寬時(shí)，一般采用負(fù)極性加工。 (7)工件材料 一般來(lái)說(shuō)，工件材料的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)越高，比熱容、熔化潛熱和氣化潛熱就越大，加工效率就越低，即難以加工。如硬質(zhì)合金的加工效率比鋼要低 40 60。對(duì)導(dǎo)熱性好的材料，因熱量散失快，所以加工效率也會(huì)降低。 返回 (8)工作液 用石墨、紫銅等電極加工鋼件時(shí)，采用煤油比機(jī)油的加工效率高。當(dāng)采用水或酒精溶液時(shí)，加工效率低，但電極損耗可減少。改變油的粘度對(duì)加工效率也有影響，如在煤油中加入一半機(jī)油，可使加工效率有所提高。 返回 采用電火花加工，對(duì)于型孔復(fù)雜的凹模，可以不用鑲拼結(jié)構(gòu)，而采用整體結(jié)構(gòu)，這樣既節(jié)約模具設(shè)計(jì)和制造工時(shí)，又能提高凹模強(qiáng)度。用電火花加工的沖模，容易獲得均勻的配合間隙和所需的落料斜度，刃口平直耐磨，可以相應(yīng)地提高沖件質(zhì)量和模具的使用壽命。但加工中電極的損耗影響加工精度，難以達(dá)到小的表面粗糙度，要獲得小的棱邊和尖角也比較困難。隨著電火花加工技術(shù)的日臻完善，這些問(wèn)題也會(huì)逐步得到解決。 模配合間隙的方法 冷沖模的配合間隙是一個(gè)很重要的技術(shù)指標(biāo)，在電火花加工中，常用的保證配合間隙要求的工藝方法有以下幾種。 凹模型孔的電火花加工 返回 (1)直接配合法 直接配合法是用加長(zhǎng)的鋼凸模作電極加工凹模的型孔，加工后將凸模上的損耗部分去除。凸、凹模的配合間隙靠控制脈沖放電間隙來(lái)保證。用這種方法可以獲得均勻的配合間隙，模具質(zhì)量高，另外制造電極，工藝簡(jiǎn)單。但是，用鋼凸模作電極，加工速度低，在直流分量的作用下易磁化，使電蝕產(chǎn)物被吸附在電極放電間隙的磁場(chǎng)中形成不穩(wěn)定的二次放電。此方法適用于形狀復(fù)雜的凹模或多型孔凹模，如電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子矽鋼片沖模等。 (2)間接配合法 間接配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，電加工性能比直接配合法好；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 返回 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。 (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。二次電極法有兩種情況：其一，是一次電極為凹型，用于凸模制造有困難者；其二，是一次電極為凸型，用于凹模制造有困難者。圖 工藝過(guò)程為： 返回 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 (見(jiàn) 4.6(a)，用一次電極加工出凹型二次電極 (圖 4.6(b)，用二次電極加工出凸模 (圖 4.6(c)，將凸、凹模配合，保證配合間隙 (圖 4.6(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。 圖 二次電極法 (a) 加工凹模； (b) 制造二次電極； (c) 加工凸模； (d) 凸、凹模配合 1 一次電極； 2 凹模； 3 二次電極； 4 凸模 返回 用二次電極法加工，操作過(guò)程較為復(fù)雜，一般不常采用。但此法能合理調(diào)整放電間隙 1、 2、 3，可加工無(wú)間隙或間隙極小的精沖模。對(duì)于硬質(zhì)合金模具，在無(wú)成型磨削設(shè)備時(shí)可采用二次電極法加工凸模。 由于電火花加工要產(chǎn)生加工斜度，型孔加工后其孔壁要產(chǎn)生傾斜，為防止型孔的工作部分產(chǎn)生反向斜度影響模具正常工作，在穿孔加工時(shí)應(yīng)將凹模的底面向上，如圖 4.6(a)所示。加工后將凸模、凹模按照?qǐng)D 4.6(d)所示方式進(jìn)行裝配。 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。 (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。 返回 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(kāi)孔以減輕電極重量，但孔不能開(kāi)通，孔口應(yīng)朝上。如圖 圖 整體式電極 返回 組合式電極 在同一凹模上有多個(gè)型孔時(shí)，某些情況下可以把多個(gè)電極組合在一起，一次穿孔可完成各型孔的加工，這種電極稱為組合電極，如圖 型孔間的位置精度，取決于各電極的位置精度。 圖 組合式電極 1 固定板； 2 電極 返回 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(kāi)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)，落料模將公差注在凹模上，沖孔模將公差注在凸模上，另一個(gè)只注基本尺寸。因此，電極截面尺寸分別按下述兩種情況計(jì)算。 返回 當(dāng)按凹模型孔尺寸及公差確定橫截面尺寸時(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： a=b=B+2 c=C 1+ 2式中 A、 B、 C、 型孔基本尺寸， a、 b、 c、 電極橫截面基本尺寸， 單邊放電間隙， 當(dāng)按凸模尺寸和公差確定電極的截面尺寸時(shí)，隨凸模、凹模配合間隙 Z(雙面 )的不同，分為三種情況： 配合間隙等于放電間隙 (Z=2 )時(shí)，電極與凸模截面基本尺寸完全相同； 配合間隙小于放電間隙 (Z 2 )時(shí)，電極輪廓應(yīng)比凸模輪廓均勻地縮小一個(gè)數(shù)值 形狀相似。 返回 圖 按型孔尺寸計(jì)算電極橫截面尺寸 1 型孔輪廓； 2 電極橫截面 返回 配合間隙大于放電間隙 (Z2 )時(shí)，電極輪廓應(yīng)比凸模輪廓均勻地放大一個(gè)數(shù)值 形狀相似。 電極單邊縮小或放大的數(shù)值可用下式計(jì)算： 式中： 電極橫截面輪廓的單邊縮小或放大量， Z 凸、凹模雙邊配合間隙， 單邊放電間隙， 電極長(zhǎng)度尺寸的確定。電極的長(zhǎng)度取決于凹模結(jié)構(gòu)形式、型孔的復(fù)雜程度、電極使用次數(shù)、裝夾形式及電極制造工藝等一系列因素，可按圖 L Kt+h+l+(t 式中： t 凹模有效厚度 (電火花加工的深度 )， h 當(dāng)凹模下部挖空時(shí)，電極需要加長(zhǎng)的長(zhǎng)度， l 為夾持電極而增加的長(zhǎng)度 (約為 100 n 電極的使用次數(shù)； K 與電極材料、型孔復(fù)雜程度等因素有關(guān)的系數(shù)。 返回 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：紫銅為 2銅為 3墨為 ，鋼為 3電極材料損耗小、型孔簡(jiǎn)單、電極輪廓無(wú)尖角，之取大值。 圖 電極長(zhǎng)度尺寸 返回 若加工硬質(zhì)合金時(shí)，由于電極損耗較大，電極長(zhǎng)度應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)些，但其總長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，太長(zhǎng)會(huì)帶來(lái)制造上的困難。 在生產(chǎn)中為了減少脈沖參數(shù)的轉(zhuǎn)換次數(shù)，簡(jiǎn)化操作，有時(shí)將電極適當(dāng)增長(zhǎng)，并將增長(zhǎng)部分的截面尺寸均勻地縮小，做成階梯狀，成為階梯電極，如圖 梯部分的長(zhǎng)度 L，梯部分的均勻縮小量階梯部分不便進(jìn)行切削加工的電極，常用化學(xué)浸蝕方法將斷面尺寸均勻縮小。 圖 階梯電極 返回 電極公差的確定。截面的尺寸公差取凹模刃口相應(yīng)尺寸公差的 1/22/3。電極在長(zhǎng)度方向上的尺寸公差沒(méi)有嚴(yán)格要求。電極側(cè)面的平行度誤差在 極工作表面的粗糙度不大于型孔的表面粗糙度。 凹模模坯準(zhǔn)備是指完成電火花加工前的全部工序。常用的凹模模坯準(zhǔn)備工序如下。 (1)下料 用鋸床鋸割所需的材料，包括需切削的材料。 (2)鍛造 鍛造所需的形狀，并改善其內(nèi)部組織。 (3)退火 消除鍛造后的內(nèi)應(yīng)力，并改善其加工性能。 (4)刨 (銑 ) 刨 (銑 )四周及上下兩平面，厚度留余量 . 6 (5)平磨 磨上下平面及相鄰兩側(cè)面，對(duì)角尺，達(dá) (6)劃線 鉗工按型孔及其他安裝孔劃線。 (7)鉗工 鉆排孔，去除型孔廢料。 返回 (8)插 (銑 ) 插 (銑 )出型孔，單邊留余量 (9)鉗工 加工其余各孔。 (10)熱處理 按圖樣要求淬火。 (11)平磨 磨上下兩面，為使模具光整，最好將四側(cè)面再磨一遍。 (12)退磁 退磁處理。 為了提高電火花加工的生產(chǎn)率和便于工作液強(qiáng)迫循環(huán)，凹模模坯應(yīng)去除型孔廢料，只留很少的余量作為電火花穿孔余量。為了避免淬火變形的影響，電火花穿孔加工應(yīng)在淬火后進(jìn)行。 電火花加工中所選用的一組電脈沖參數(shù)稱為電規(guī)準(zhǔn)。電規(guī)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)工件的加工要求、電極和工件材料、加工的工藝指標(biāo)等因素來(lái)選擇。選擇的電規(guī)準(zhǔn)是否恰當(dāng)，不僅影響模具的加工精度，還直接影響加工的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性，在生產(chǎn)中主要通過(guò)工藝試驗(yàn)確定。通常要用幾個(gè)規(guī)準(zhǔn)才能完成凹模型孔加工的全過(guò)程。電規(guī)準(zhǔn)分為粗、中、精三檔。從一個(gè)規(guī)準(zhǔn)調(diào)整到另一個(gè)規(guī)準(zhǔn)稱為電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換。 返回 粗規(guī)準(zhǔn)主要用于粗加工。對(duì)它的要求是生產(chǎn)率高，工具電極損耗小。被加工表面的粗糙度 12. 51m 。所以粗規(guī)準(zhǔn)一般采用較大的峰值電流，較長(zhǎng)的脈沖寬度 (0s 60s) ，采用鋼電極時(shí)，電極相對(duì)損耗應(yīng)低于 10。 精規(guī)準(zhǔn)用來(lái)進(jìn)行精加工。要求在保證模具各項(xiàng)技術(shù)要求 (如配合間隙、表面粗糙度和刃口斜度 )的前提下盡可能提高生產(chǎn)率。故多采用小的峰值電流、高頻率和短的脈沖寬度 (2s 6s) 。被加工表面粗糙度可達(dá) 中規(guī)準(zhǔn)是粗、精加工間過(guò)渡性加工所采用的電規(guī)準(zhǔn)，用以減小精加工余量，促進(jìn)加工穩(wěn)定性和提高加工速度。中規(guī)準(zhǔn)采用的脈沖寬度一般為 6s20s 。被加工表面粗糙度 粗、精規(guī)準(zhǔn)的正確配合，可以較好地解決電火花加工的質(zhì)量和生產(chǎn)率之間的矛盾。凹模型孔用階梯電極加工時(shí)，電規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的程序是：當(dāng)階梯電極工作端的階梯進(jìn)給到凹模刃口處時(shí)，轉(zhuǎn)換成中規(guī)準(zhǔn)過(guò)渡加工1轉(zhuǎn)入精規(guī)準(zhǔn)加工；若精規(guī)準(zhǔn)有兩檔，還應(yīng)依次進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)，其他工藝條件也要適當(dāng)配合。 返回 粗規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)，排屑容易，沖油壓力應(yīng)小些；轉(zhuǎn)入精規(guī)準(zhǔn)加工后加工深度增加，放電間隙小，排屑困難，沖油壓力應(yīng)逐漸增大；當(dāng)穿透工件時(shí)，沖油壓力適當(dāng)降低。對(duì)加工斜度、粗糙度要求較小和精度要求較高的模具零件加工，要將上部沖油改為下部抽油，以減小二次放電的影響。 返回 用電火花加工型腔要比加工凹模型孔困難得多。因?yàn)樾颓粚儆诿た准庸ぃ饘傥g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、減少了切削加工手工勞動(dòng)量，使生產(chǎn)周期縮短的優(yōu)點(diǎn)。特別是近年來(lái)由于電火花加工設(shè)備和工藝的日趨完善，它已成為解決型腔半精加工、精加工的一種重要手段。 (1)單電極加工法 單電極加工法是指用一個(gè)電極加工出所需的型腔。用于下列幾種情況。 型腔的加工 返回 用于加工形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的型腔。 用于加工經(jīng)過(guò)預(yù)加工的型腔。為了提高電火花加工效率，型腔在電加工之前采用切削加工方法進(jìn)行預(yù)加工，并留適當(dāng)?shù)碾娀鸹庸び嗔浚谛颓淮慊鸷笥靡粋€(gè)電極進(jìn)行精加工，因到型腔的精度要求。一般型腔可用立式銑床進(jìn)行預(yù)加工；復(fù)雜型腔或大型型腔可先用立式銑床去除大量的加工余量，再用仿形銑床精銑。在能保證加工成型的條件下電加工余量越小越好。一般型腔側(cè)面余量單邊留 面余量 果是多臺(tái)階復(fù)雜型腔則余量應(yīng)適當(dāng)減小。電加工余量應(yīng)均勻，否則將使電極損耗不均勻，影響成型精度。 用平動(dòng)法加工型腔。對(duì)有平動(dòng)功能的電火花機(jī)床，在型腔不預(yù)加工的情況下也可用一個(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 )做平動(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)加大電極做平動(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。 返回 (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)生的電蝕痕跡完全去除。 圖 多電極加工示意圖 1 模坯； 2 精加工后的型腔； 3 中加工后的型腔； 4 粗加工后的型腔 返回 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，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。 (1)電極材料和結(jié)構(gòu)選擇 電極材料 型腔加工常用的電極材料主要是石墨和純銅，純銅組織致密，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，難以成型磨削。由于其密度大、價(jià)格貴、不宜作大、中型電極。石墨電極容易成型，密度小，所以宜 返回 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： 返回 a A 中： a 電極水平方向上的基本尺寸， A 型腔的基本尺寸， K 與型腔尺寸標(biāo)注有關(guān)的系數(shù)； b 電極單邊縮放量， 計(jì)算公式為： b=e+ j 式中： e 平動(dòng)量，一般取 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 00s) ，大的峰值電流，用負(fù)極性進(jìn)行粗加工。但應(yīng)注意加工電流與加工面積之間的關(guān)系，一般用石墨電極加工鋼的電流密度為 3A/A/紫銅電極加鋼的電流密度可稍大一些。 中規(guī)準(zhǔn) 中規(guī)準(zhǔn)的作用是減小被加工表面的粗糙度 (一般中規(guī)準(zhǔn)加工時(shí) ，為