1、 用电火花加工方法加工通孔称为穿孔加工。电火花穿孔加工一般应用于冲裁模具加工、粉末冶金模具加工、拉丝模具加工、螺纹加工等。用电火花加工的冲模，容易获得均匀的配合间隙和所需的落料斜度。，刃口平直耐磨，可以相应地提高冲件质量和模具的使用寿命。一、电火花穿孔加工的工艺方法电火花穿孔加工的工艺方法1.直接法 直接法适合于加工冲模，是指将凸模长度适当增加，先作为电极加工凹模，然后将端部损耗的部分去除直接成为凸模(具体过程如图4-4所示)。直接法加工的凹模与凸模的配合间隙靠调节脉冲参数、控制火花放电间隙来保证。直接法的优点是：(1) 可以获得均匀的配合间隙、模具质量高。(2) 无须另外制作电极。(3) 无
2、须修配工作，生产率较高。工件(凹模)工具电极(紫铜)主轴头(a) 加工前工件(凹模)主轴头(b) 加工后工件(凹模)主轴头(c) 切除损耗部分凸模刃口切除部分(紫铜电极)凸模刃口凸模(冲头)凸模(冲头)图3-1 直接法直接法的缺点是：(1) 电极材料不能自由选择，工具电极和工件都是磁性材料，易产生磁性，电蚀下来的金属屑可能被吸附在电极放电间隙的磁场中而形成不稳定的二次放电，使加工过程很不稳定，故电火花加工性能较差。(2) 电极和冲头连在一起，尺寸较长，磨削时较困难。2.混合法 混合法是将凸模的加长部分选用与凹模不同的材料，粘结在凸模上，并与凸模一起加工，作为穿孔电极的工作部分。 混合法的特点是
3、： (1) 可以自由选择电极材料，电加工性能好。 (2) 无须另外制作电极。 (3) 无须修配工作，生产率较高。3.修配凸模法 凸模和工具电极分别制造，在凸模上留有一定的修配余量，按电火花加工好的凹模型孔修配凸模，达到所要求的凸、凹模配合间隙。 优点： （1）可以自由选择电极材料，电加工性能好。 （2）修配工作多，配合间隙不均匀。4.二次电极法 利用一次电极制造出二次电极，再分别用一次和二次电极加工出凹模和凸模，并保证凸、凹模的配合间隙。a用一次电极加工凹模b用一次电极加工才凹型二次电极c用二次电极加工出凸模d凸凹配合，保证配合间隙二、电极设计1.电极的一般技术要求（1）尺寸精度不低于IT7级
4、（2）表面粗糙度Ra值不大于1.25（3）各表面的平行度误差在100长度上不大于0.012.电极的材料 从理论上讲，任何导电材料都可以做电极。但由第三章所述，不同的材料做电极对于电火花加工速度、加工质量、电极损耗、加工稳定性有重要的影响。因此，在实际加工中，应综合考虑各个方面的因素，选择最合适的材料做电极。电加工性能 电极材料 稳定性 电极损耗 机加工 性 能 说 明 钢 较差 中等 好 在选择电规准时注意加工稳定性 铸铁 一般 中等 好 为加工冷冲模时常用的电极材料 黄铜 好 大 尚好 电极损耗太大 紫铜 好 较大 较差 磨削困难，难与凸模连接后同时加工 石墨 尚好 小 尚好 机械强度较差，
5、易崩角 铜钨合金 好 小 尚好 价格贵，在深孔、直壁孔、硬质合金模具加工中使用 银钨合金 好 小 尚好 价格贵，一般少用 表4-1 电火花加工常用电极材料的性能3.电极的形式 电极的结构形式可根据型孔或型腔的尺寸大小、复杂程度及电极的加工工艺性等来确定。常用的电极结构形式如下：(1) 整体电极。整体式电极由一整块材料制成(如图4-12(a)所示)。若电极尺寸较大，则在内部设置减轻孔及多个冲油孔(如图4-12(b)所示)。电极柄减轻孔电极冲油孔(a)(b)图4-12 整体电极(2) 组合电极。组合电极是将若干个小电极组装在电极固定板上，可一次性同时完成多个成型表面电火花加工的电极。图4-14所示
6、的加工叶轮的工具电极是由多个小电极组装而构成的。采用组合电极加工时，生产率高，各型孔之间的位置精度也较准确。但是对组合电极来说，一定要保证各电极间的定位精度，并且每个电极的轴线要垂直于安装表面。校正棒电极连接杆01. 0 03. 0 10图4-14 组合电极(3) 镶拼式电极。镶拼式电极是将形状复杂而制造困难的电极分成几块来加工，然后再镶拼成整体的电极。如图4-15所示，将E字形硅钢片冲模所用的电极分成三块，加工完毕后再镶拼成整体。这样即可保证电极的制造精度，得到尖锐的凹角，而且简化了电极的加工，节约了材料，降低了制造成本。但在制造中应保证各电极分块之间的位置准确，配合要紧密牢固。图4-15
7、镶拼式电极4.电极尺寸（1）电极横截面积尺寸的确定 垂直于电极进给方向的电极尺寸称为电极的横截面积尺寸。 a=A-2 b=B+2 c=C r1=R1+ 当按凸模尺寸和公差确定的电极尺寸时随着配合间隙Z的不同情况分三种： 配合间隙等于放电间隙，电极与凸模截面尺寸相同。 配合间隙小于放电间隙，电极轮廓与凸模均匀的缩小一个数值，形状相似。配合间隙大于放电间隙，电极轮廓与凸模均匀放大一个数值，形状相似。 放大或缩小按：a=1/2lZ-2l（2）电极长度尺寸的确定电极的长度尺寸取决于凹模的结构形式、型孔的复杂程度、加工深度、电极材料等。可按下公式计算： L=Kt+h+l+(0.40.8)Kt t为凹模有
8、效深度 h为凹模挖空时，电极需要长度 l为夹持电极而增加的长度 n电极使用次数 K为经验系数四、电规准的选择与转换 电规准应根据工件的加工要求、电极和工件材料、加工的工艺指标等因素来选择。 电规准转换时对电极损耗的控制最主要的是要掌握低损耗加工转向有损耗加工的时机，也就是用低损耗规准加工到什么粗糙度，加工余量多大的时候才用有损耗规准加工，每个规准的加工余量取多少才比较适当电极的校正 电极装夹好后，必须进行校正才能加工，即不仅要调节电极与工件基准面垂直，而且需在水平面内调节、转动一个角度，使工具电极的截面形状与将要加工的工件型孔或型腔定位的位置一致。电极与工件基准面垂直常用球面铰链来实现，工具电
9、极的截面形状与型孔或型腔的定位靠主轴与工具电极安装面相对转动机构来调节，垂直度与水平转角调节正确后，都应用螺钉夹紧，如图4-30所示。8796AB - B45231110BA - AB11调节螺钉；2摆动法兰盘；3球面螺钉；4调角校正架；5调整垫；6上压板；7销钉；8锥柄座；9滚珠；10电源线；11垂直度调节螺钉(a ) 结构图图4-30 垂直和水平转角调节装置的夹头电极装夹到主轴上后，必须进行校正，一般的校正方法有：(1) 根据电极的侧基准面，采用千分表找正电极的垂直度，如图4-31所示。(2) 电极上无侧面基准时，将电极上端面作辅助基准找正电极的垂直度，如图4-32所示。14231凹模；2
10、电极；3千分表；4工作台 图4-31 用千分表校正电极垂直度图 图4-32 型腔加工用电极校正n目前瑞士EROWA公司生产出一种高精度电极夹具，可以有效地实现电极快速装夹与校正。这种高精度电极夹具不仅在电火花加工机床上使用，还可以在车床、铣床、磨床、线切割等机床上使用，因而可以实现电极制造和电极使用的一体化，使电极在不同机床之间转换时不必再费时去找正。1) 高精度电极装夹系统简介图4-33是EROWA公司的工具电极精密快速装夹、更换系统。该系统装夹固定在电火花机床主轴端面上。电极装夹系统的卡盘通过夹紧插销与定位板连接，在卡盘外部有两种相互垂直的基准面，当卡盘装夹在机床主轴头上时，该基准面分别与
11、机床的X、Y轴平行。在基准面下面又有四个分别与基准面垂直的定心菱形体。电极可以直接装在定位板上(如图4-34所示，多用于大电极装夹)，也可以通过另外的电极夹头装夹在定位板上(如图4-35所示，多用于中小电极装夹)。当电极及定位板与卡盘连接时，四个定心棱形体插入定心板上相应的四个定心槽中进行定位，并由夹紧插销进行夹紧，定位板上的四个支承脚起限位作用。图4-33 电极装夹系统图4-34 定位板直接与电极连接 图4-35 定位板与电极夹相连n2) 电极夹前面讲过电极夹装在电极装夹系统的定位板上，电极又装在电极夹上。电极夹有多种形式，有兴趣的读者不妨参考EROWA公司的相关资料。(1) 方形电极夹。方
12、形电极夹如图4-36所示，有不同的规格。插在电极夹方孔中的电极柄是经过专门精密加工制作而成的。它可以直接作为制造电极的坯料(如图4-37(a)所示)，也可以只作为专门的电极柄。专门的电极柄与电极可以用焊接或粘结的方法固定(如图4-37(b)所示)，也可以用螺钉进行机械固定(如图4-37(c)所示)。(a)(b)图4-36 方形电极夹 (a)(b)(c) 图4-37 方形电极柄 (2) 圆形电极夹。圆形电极夹的结构如图4-38(a)所示，电极夹安装在定位板上。在圆形电极夹的内孔中装入像大多数数控铣床一样的弹簧套筒夹头(如图4-38(b)所示)，可用来装夹圆形电极。图4-38(c)所示为精密钻夹头
13、，可装入圆形电极夹的内孔中，钻夹头可以夹持的范围为0.23.1 mm，一般用来装夹直径很小的电极。 842.520(a)(b)(c)2052图4-38 圆形电极夹结构 (3) 标准电极夹。标准电极夹如图4-39所示。标准电极夹通用性更强，适合夹持各种形状的电极。图4-39(a)所示为小型万用块电极夹。它具有51 mm51 mm的基面，在底部有相距40 mm的两个M6螺钉，用来将电极坯料固定在万用块电极夹的基面上。图4-39(b)所示为方形块电极夹。它具有边长26.5 mm的内正方，侧面带有两个固紧螺钉，适合装夹电极柄直径(或方径)最大为25 mm的电极坯料。电极柄插入内正方后，用固紧螺钉锁紧，
14、如果电极中心需要与电极夹中心重合时，可在内正方的固定基准两边内插入垫片以调整中心。图4-39(c)所示为U形块电极夹。 它具有20 mm的内槽和两个固紧螺钉，适合装夹最大柄宽为20 mm的电极，插入电极后，用固紧螺钉锁紧，如电极柄较薄需要调整中心时，可在内槽的固定基准一侧插入垫片以调整电极中心。图4-39(d)所示为坯料电极夹。这是一个未做加工的电极夹，可根据电极的形状、尺寸和装夹方式随意制造。图4-39(e)所示为V型块电极夹。它具有两个相互垂直的基准面，夹紧螺钉设置在外侧的对角线处，适合装夹圆形、方形、菱形体的小型电极，电极中心到基准面的距离最大为10 mm，如需要调整电极中心，可在基准面
15、处插入垫片。min50M641405151(a)(b)26.526.551514120(c)(d)(e)51514112.5max2051514170.6101043.2图4-39 标准电极夹磁性吸盘XY工件百分表架主轴头图4-41 工件的校正0.050100.05010(a) 零件图02.010眪苶02.020眪苶45(b ) 毛坯图02.010眪苶500.050(c ) 电极图9054530苶24苶3540155520132700.050500.050700.05002.030眪苶02.040眪苶02.030眪苶02.040眪苶第二节 型腔加工 电火花加工型腔比加工凹模型孔困难。型腔加工属
16、于盲孔加工，主要特点（缺点）：金属蚀除量大，工作液循环困难，电蚀产物排除难；加工面积大，加工过程中电规准调节范围大；型腔复杂，电极损耗不均匀，影响加工精度。优点：加工质量好、表面粗糙度值小、减少切削加工和手工劳动。机加工（立铣、仿形铣）冷挤压电火花加工对个类型腔的适应性大型腔较好较差好深型腔较差低碳钢等塑性好的材料尚好较好复杂型腔立铣稍差，仿形铣较好较差，有的药分次挤压较好文字图案差较好好硬材料较差较高好加工质量精度立铣较高，仿形铣差较高比机加工高，比冷挤压低表面粗糙度值立铣较小，仿形铣大小比机加工小，比冷挤压大后工序抛光量立铣较小，仿形铣大小较小效率辅助时间长较差较短成形时间长很短较短辅助工
17、具种类成形刀具、靠模等挤头、套圈等电极、装夹工具等重复使用性可多次使用可使用几次一般不能多次使用适用范围较简单的型腔，并在淬火前加工小型型腔、塑性好的材料在退火状态下加工各种材料均可，淬火后也能加工表表3-3 3-3 型腔加工方法比较型腔加工方法比较一、型腔加工工艺方法根据电火花成型加工的特点，在实际中通常采用如下方法：1. 单工具电极直接成型法 单工具电极直接成型法是指采用同一个工具电极完成模具型腔的粗、中及精加工。对普通的电火花机床，在加工过程中先用无损耗或低损耗电规准进行粗加工，然后采用平动头使工具电极做圆周平移运动，按照粗、中、精的顺序逐级改变电规准，进行侧面平动修整加工。在加工过程中
18、，借助平动头逐渐加大工具电极的偏心量，可以补偿前后两个加工电规准之间放电间隙的差值，这样就可完成整个型腔的加工。2. 多电极更换法 多电极更换法是指根据一个型腔在粗、中、精加工中放电间隙各不相同的特点，采用几个不同尺寸的工具电极完成一个型腔的粗、中、精加工。在加工时首先用粗加工电极蚀除大量金属，然后更换电极进行中、精加工；对于加工精度高的型腔，往往需要较多的电极来精修型腔3分解电极加工法分解电极加工法是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。先用主型腔电极加工出主型腔，后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。此方法的优点是能根据主、副型腔不同的加工条件，选择不同的
19、加工规准，有利于提高加工速度和改善加工表面质量，同时还可简化电极制造，便于电极修整。缺点是主型腔和副型腔间的精确定位较难解决。 多电极更换加工法的优点是仿型精度高，尤其适用于尖角、窄缝多的型腔模加工。它的缺点是需要制造多个电极，并且对电极的重复制造精度要求很高。另外，在加工过程中，电极的依次更换需要有一定的重复定位精度。 图4-9 分解电极加工法 分解电极法是根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔和副型腔分别制造。有利于提高加工速度和质量，是电极易于修整，但电极的安装精度要求高。3.分解电极法二、电极的设计1.电极材料和结构的选择（1）电极材料（2）电极结构2.电极尺寸的确定（1）电极的水平尺
20、寸 即电极在垂直于主轴进给方向上的尺寸。采用单电极加工时，计算公式： a =AKb a为电极水平方向上的基本尺寸 A为型腔的基本尺寸 K为与型腔尺寸标注有关的系数 b为电极单边缩放量 b=e+ +v e为平动量 为精加工后最后一挡规准的单边放电间隙 v为精加工电极侧面损耗 在a =AKb式中“”号及K值的确定原则：与型腔凸出部分相对应电极凹入部分的尺寸应放大，用“+”号，反之与型腔凹入部分相对应的电极凸出部分应缩小，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；若蚀除方向相同，取K=0。当型腔尺寸以中心线或非加工面为基准标注，取K=1。凡与型腔中心线之间的位置
21、尺寸以及角度尺寸相对应的电极尺寸不缩不放，取K=0.（2）电极垂直方向的尺寸计算公式： h=h1+h2 h1=H1+C1H1+C2S- h为电极垂直方向的总高度 h1为电极垂直方向的有效工作尺寸 （3) 电极的排气孔和冲油孔电火花成型加工时，型腔一般均为盲孔，排气、排屑条件较为困难，这直接影响加工效率与稳定性，精加工时还会影响加工表面粗糙度。为改善排气、排屑条件，大、中型腔加工电极都设计有排气、冲油孔。一般情况下，开孔的位置应尽量保证冲液均匀和气体易于排出。 排气孔和冲油孔的直径约为平动量的12倍，一般取12 mm；为便于排气排屑，常把排气孔、冲油孔的上端孔径加大到58 mm；孔距在2040
22、mm左右，位置相对错开，以避免加工表面出现“波纹”。三、电规准的选择与转换1.电规准的选择 正确的选择电规准，实现低损耗、高生产效率，对保证型腔的加工精度和经济效益是很重要的。（1）粗规准（2）中规准（3）精规准四、电极的制造1.电极的加工方法 应根据电极的类型、尺寸大小、电极材料和电极结构来选择加工方法和方式。例如：石墨材料加工时容易碎裂、粉末飞扬，所以在加工前需将石墨放在工作液中浸泡23天，这样可以有效减少崩角及粉末飞扬。紫铜材料切削较困难，为了达到较好的表面粗糙度，经常在切削加工后进行研磨抛光加工。2.电极的连接方法 可用环氧树脂和聚乙烯醇缩醛来胶粘合；也可采用焊接的方法；或者采用螺钉连接。3.电极的电蚀和电镀第三节 塑料模具简单加工实例一、电动机转子冲孔落料模的电火花加工
