1、 模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工 第三章第三章 电火花成形加工电火花成形加工 模具特种加工：有别于传统机械加工的新型加工方法模具特种加工：有别于传统机械加工的新型加工方法,广泛应用于模具制造的各个部门，是模具制造中必不可少广泛应用于模具制造的各个部门，是模具制造中必不可少的加工方法。直接利用电能、化学能、光能和声能对工件的加工方法。直接利用电能、化学能、光能和声能对工件进行加工。进行加工。模具特种加工的内容：模具特种加工的内容：电火花成形加工，电火花线切割加电火花成形加工，电火花线切割加 工，电解加工，电铸，电化学抛光，化学加工，激光加工，工，电解加工，电铸，电化学抛光，化学
2、加工，激光加工，超声波加工等。超声波加工等。模具材料特点：高熔点，高硬度，高韧性；模具材料特点：高熔点，高硬度，高韧性；结构复杂，工艺要求特殊。结构复杂，工艺要求特殊。特种加工特点：特种加工特点：1.1.不要求工具材料比工件材料硬不要求工具材料比工件材料硬;2.2.不需要在加工过程中施加明显的机械力不需要在加工过程中施加明显的机械力。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工 电火花成形加工电火花成形加工3.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律3.3 电火花加工的设备电火花加工的设备3.4 电火花穿孔加工和电火花穿孔加工和 成形加工
3、成形加工 模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理一、电火花加工的基本原理一、电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理是基于工具电极与工件电极（正是基于工具电极与工件电极（正极与负极）之间脉冲性火花放电时的极与负极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀电腐蚀现象来现象来对工件进行加工，以达到一定形状、尺寸和表面粗对工件进行加工，以达到一定形状、尺寸和表面粗糙度要求。糙度要求。电腐蚀现象电腐蚀现象：由于放电所引起的电极烧蚀现象。（：由于放电所引起的电极烧蚀现象。（1919世纪初发现电腐蚀使电极表面的金属发生瞬时熔化世纪初发现电腐
4、蚀使电极表面的金属发生瞬时熔化和汽化，和汽化，19431943年研制出第一台电火花穿孔机。）年研制出第一台电火花穿孔机。）产生电腐蚀的原因：当极间产生火花放电时，会在放产生电腐蚀的原因：当极间产生火花放电时，会在放电通道中产生大量的热，以致使电极表面的局部金电通道中产生大量的热，以致使电极表面的局部金属瞬时熔化和汽化而被蚀除。属瞬时熔化和汽化而被蚀除。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理 利用电腐蚀现象对金属材料进行加工的条件：利用电腐蚀现象对金属材料进行加工的条件：1 1）脉冲放电点必须有足够的火花放电强度：电流密度）脉冲放电点必须
5、有足够的火花放电强度：电流密度 10105 510106 6 A/mA/m2 2，使局部金属熔化和汽化；使局部金属熔化和汽化；2 2）短时间的脉冲放电：持续时间）短时间的脉冲放电：持续时间1010-7-7 10 10-3-3 s s。放电热。放电热量不会传递到金属内部，保证加工精度和表面质量。量不会传递到金属内部，保证加工精度和表面质量。3 3）两次放电之间有足够的停歇时间）两次放电之间有足够的停歇时间:恢复介电性能，保恢复介电性能，保证每次放电不在重复点进行，防止局部烧伤；证每次放电不在重复点进行，防止局部烧伤；4 4）工具与工件之间维持一定的间隙：）工具与工件之间维持一定的间隙：0.010
6、.010.5 mm0.5 mm；5 5）极间充有一定的液体介质）极间充有一定的液体介质:有利于电蚀产物及时扩散，有利于电蚀产物及时扩散，有利于放电顺利进行。有利于放电顺利进行。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理 模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理电火花加工的物理本质电火花加工的物理本质:了解电火花加工的物理本质有助于我们掌握电火花了解电火花加工的物理本质有助于我们掌握电火花加工规律，控制电火花加工质量。加工规律，控制电火花加工质量。电火花加工的物理过程是非常短暂而又复杂的
7、，电火花加工的物理过程是非常短暂而又复杂的，每次脉冲放电腐蚀都是每次脉冲放电腐蚀都是电动力、电磁力、热动力以电动力、电磁力、热动力以及流体动力及流体动力等综合作用的过程，并可大概地分为等综合作用的过程，并可大概地分为:极极间介质的电离击穿及放电通道形成、能量转换和传间介质的电离击穿及放电通道形成、能量转换和传递、电极材料的抛出、极间介质消电离等几个阶段。递、电极材料的抛出、极间介质消电离等几个阶段。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工电火花加工物理本质电火花加工物理本质 模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理1 1、极间介质
8、的介电击穿和放电通道形成、极间介质的介电击穿和放电通道形成 由于极间距离小以及电极表面的微观不平，极间电场不均匀。由于极间距离小以及电极表面的微观不平，极间电场不均匀。在距离最小的尖点处，介质被击穿而形成放电通道。在距离最小的尖点处，介质被击穿而形成放电通道。放电时间：很短，放电时间：很短，1010-7-7 10 10-3-3 s s ；电流密度：很大，电流密度：很大，10105 510106 6 A/mA/m2 2 ；放电中心温度：很高，放电中心温度：很高，10000-1200010000-12000。物理过程：当极间局部电场强度大于介电液的介电强度，形成放电物理过程：当极间局部电场强度大于
9、介电液的介电强度，形成放电通道；电阻迅速下降，电流迅速上升，脉冲电压迅速降至火花通道；电阻迅速下降，电流迅速上升，脉冲电压迅速降至火花维持电压；极间形成高温高压的等离子体，放电通道沿径向膨维持电压；极间形成高温高压的等离子体，放电通道沿径向膨胀，但受到周围介质的压缩效应和自生磁场作用，放电通道截胀，但受到周围介质的压缩效应和自生磁场作用，放电通道截面很小。伴随等离子振荡、气泡振荡以及光辐射、射频辐射、面很小。伴随等离子振荡、气泡振荡以及光辐射、射频辐射、声辐射等物理现象。声辐射等物理现象。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理2.2.能
10、量转换、分布与传递能量转换、分布与传递 放电过程中电能转换为：热能、动能、磁能、光能、声能以及放电过程中电能转换为：热能、动能、磁能、光能、声能以及电磁波辐射能等。热能与电火花加工有着密切关系，然而由电能电磁波辐射能等。热能与电火花加工有着密切关系，然而由电能转换成的热能并非全部集中在工件表面用于加工，而是分配在转换成的热能并非全部集中在工件表面用于加工，而是分配在阳阳极表面极表面、阴极表面阴极表面以及以及极间放电通道极间放电通道等三个部分，其中只有分配等三个部分，其中只有分配在工件电极表面的热能才有助于工件材料的蚀除。在工件电极表面的热能才有助于工件材料的蚀除。主要传递能量的形式：主要传递能
11、量的形式：带电粒子对电极表面的高速轰击。电子带电粒子对电极表面的高速轰击。电子在电场作用下奔向阳极，正离子在电场作用下奔向阴极。在电场作用下奔向阳极，正离子在电场作用下奔向阴极。放电点处温度最高，远离放电点处温度低，形成一个温度场。放电点处温度最高，远离放电点处温度低，形成一个温度场。放电区结构：气化区、熔化区、热影响层、材料基体。放电区结构：气化区、熔化区、热影响层、材料基体。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理3.3.电极材料的抛出电极材料的抛出 脉冲放电初期，为脉冲放电初期，为热爆力热爆力的抛出作用；的抛出作用；在脉冲放电持续期
12、间，在脉冲放电持续期间，汽化爆炸汽化爆炸，把熔融材料抛出；，把熔融材料抛出；在脉冲放电结束之后，由于在脉冲放电结束之后，由于流体动力流体动力作用，熔融金属还会额外抛出作用，熔融金属还会额外抛出一部分。一部分。总之，电极材料的抛出是总之，电极材料的抛出是热爆炸力、电动力、流体动力热爆炸力、电动力、流体动力等综合作等综合作用的结果。蚀除的金属除一部分以用的结果。蚀除的金属除一部分以气相气相抛出外，大部分将是以抛出外，大部分将是以液相液相抛出。抛出。电蚀产物的形成：被抛出的金属蒸汽和液滴在极间介质中迅速冷却电蚀产物的形成：被抛出的金属蒸汽和液滴在极间介质中迅速冷却凝固聚成球状颗粒而成为电蚀产物。凝固
13、聚成球状颗粒而成为电蚀产物。放电效果：每次放电在电极表面留下一个盆地状的凹坑。放电效果：每次放电在电极表面留下一个盆地状的凹坑。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理4.4.极间介质的消电离极间介质的消电离 放电结束后放电结束后,电场消失，电离停止，放电通道中的消电离过程电场消失，电离停止，放电通道中的消电离过程使带电粒子迅速减少，极间介电液恢复介电性能。使带电粒子迅速减少，极间介电液恢复介电性能。消电离过程：消电离过程：通道中的正负带电粒子复合成中性粒子的过程。通道中的正负带电粒子复合成中性粒子的过程。正负带电粒子的复合速度是比较快的
14、，但极间正负粒子的复合正负带电粒子的复合速度是比较快的，但极间正负粒子的复合并不等于介电性能的恢复，温度和电蚀产物都会影响介电性能。并不等于介电性能的恢复，温度和电蚀产物都会影响介电性能。两次放电之间的停歇时间的选择要考虑介质的消电离极限速两次放电之间的停歇时间的选择要考虑介质的消电离极限速度，而且要考虑热量传散及电蚀产物的扩散。度，而且要考虑热量传散及电蚀产物的扩散。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理二、电火花加工的特点二、电火花加工的特点 1 1脉冲放电的能量密度很高。脉冲放电的能量密度很高。故可加工任何硬、脆、韧及高熔点的导电
15、材料。在一定的条件故可加工任何硬、脆、韧及高熔点的导电材料。在一定的条件下还可以加工半导体和非导电材料。从而扩大了模具的选材下还可以加工半导体和非导电材料。从而扩大了模具的选材范围。范围。2 2加工时，工具电极与工件不接触，二者之间不存在明显的宏观加工时，工具电极与工件不接触，二者之间不存在明显的宏观作用力，而且工具材料也不必比工件硬。作用力，而且工具材料也不必比工件硬。有利于工具电极的制造，有利于加工复杂紧密模具，有利于在有利于工具电极的制造，有利于加工复杂紧密模具，有利于在淬火后加工。淬火后加工。3.3.脉冲放电的持续时间短。热量传递范围小，热影响区小。脉冲放电的持续时间短。热量传递范围小
16、，热影响区小。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理 4.4.加工时脉冲参数能在一个较大范围内调节。加工时脉冲参数能在一个较大范围内调节。可进行粗、中、精及精微加工。可进行粗、中、精及精微加工。精加工误差小于精加工误差小于0.01mm0.01mm，Ra0.63-1.25Ra0.63-1.25m m；精微加工精度可达精微加工精度可达0.002-0.004 mm0.002-0.004 mm，Ra0.04-0.16Ra0.04-0.16m m。5.5.直接利用电能进行加工，便于实现自动化。直接利用电能进行加工，便于实现自动化。模具成型表面的电
17、火花加工模具成型表面的电火花加工3.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理三、电火花加工工艺方法分类三、电火花加工工艺方法分类 按工具电极的形状、工具电极和工件相对运动的方按工具电极的形状、工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致分为式和用途的不同，大致分为电火花穿孔成形加工、电电火花穿孔成形加工、电火花线切割加工、电火花磨削和镗磨、火花线切割加工、电火花磨削和镗磨、电火花表面强电火花表面强化与刻字等化与刻字等。前三类属电火花成形、尺寸加工，是用。前三类属电火花成形、尺寸加工，是用于改变零件形状或尺寸的加工方法；最后一类属表面于改变零件形状或尺寸的加工方法；最后一类属表面加工方法，
18、用于改善或改变零件表面性质。加工方法，用于改善或改变零件表面性质。电火花穿孔加工和电火花线切割电火花穿孔加工和电火花线切割应用最为广泛。应用最为广泛。本章主要介绍电火花成形加工。本章主要介绍电火花成形加工。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律 电火花加工的工艺指标：电火花加工的工艺指标：加工速度加工速度、加工加工精度精度、加工表面质量加工表面质量以及以及工具电极相对损耗工具电极相对损耗。影响这些工艺指标的因素有哪些影响这些工艺指标的因素有哪些？只有掌握了电火花加工的基本规律，才能只有掌握了电火花
19、加工的基本规律，才能利用电火花加工出满足要求的模具零件。利用电火花加工出满足要求的模具零件。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律一、影响加工速度的主要因素一、影响加工速度的主要因素 电火花成形加工的速度，是指在一定的规准下，单位时电火花成形加工的速度，是指在一定的规准下，单位时间间t t内工件被蚀除的体积内工件被蚀除的体积V V或质量或质量m m。体积加工速度：体积加工速度：v vV/t V/t （m m3 3/min/min）质量加工速度：质量加工速度：m mm/tm/t （g/ming/min）规准（又称电规准），是指加工所用的一
20、组脉冲参数。规准（又称电规准），是指加工所用的一组脉冲参数。脉冲参数：脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲周期、电流峰脉冲参数：脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲周期、电流峰值等。值等。影响加工速度的主要因素有电参数、极性效应、工件影响加工速度的主要因素有电参数、极性效应、工件材料的热学性质、工作液、排屑条件等。材料的热学性质、工作液、排屑条件等。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.2电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律 1电参数电参数 根据前面所讨论的电火花加工的物理本质可知，每个脉冲根据前面所讨论的电火花加工的物理本质可知，每个脉冲放电，都会在工件表面形成一个高温热源而使一定的工件材料蚀放电
21、，都会在工件表面形成一个高温热源而使一定的工件材料蚀除，并在工件表面留下一个除，并在工件表面留下一个微小凹坑微小凹坑。而单个脉冲能量。而单个脉冲能量W W愈大，愈大，传递给工件上的热量就愈多，被蚀除的材料也愈多，并近似于正传递给工件上的热量就愈多，被蚀除的材料也愈多，并近似于正比例关系。比例关系。单个脉冲蚀除量：单个脉冲蚀除量：ViK W 一分钟蚀除量：一分钟蚀除量：V60 f KW k-与电极材料、脉冲参数、加工极性、排屑条件等有关；与电极材料、脉冲参数、加工极性、排屑条件等有关；f-f-脉冲放电频率脉冲放电频率(s(s-1-1)；W-W-单个脉冲能量（单个脉冲能量（J J）；）；-有效脉冲
22、利用率。有效脉冲利用率。结论结论：（：（1 1）加工速度正比于）加工速度正比于W W和和f f；（；（2 2）矩形波加工时加工）矩形波加工时加工速度正比于脉冲电流幅值速度正比于脉冲电流幅值ImIm和脉冲放电持续时间和脉冲放电持续时间t tonon。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律2极性效应极性效应概念：在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同概念：在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电腐蚀。即使是正负两极材料相同，也往往会出现正负两程度的电腐蚀。即使是正负两极材料相同，也往往会出现正负两极的蚀除速
23、度不一样，这种由于极性不同而发生蚀除速度不一样极的蚀除速度不一样，这种由于极性不同而发生蚀除速度不一样的现象叫做的现象叫做极性效应极性效应。“正极性正极性”加工和加工和“负极性负极性”加工：工件接正极称为正极性加工，加工：工件接正极称为正极性加工，工件接负极称为负极性加工。工件接负极称为负极性加工。极性效应的产生原因：由于正负电极受到的带电粒子轰击效果不同极性效应的产生原因：由于正负电极受到的带电粒子轰击效果不同而产生。而产生。极性效应与极性效应与ton有关，还与电极材料和单个脉冲的能量有关，还与电极材料和单个脉冲的能量W有关。有关。W一定情况下，每种材料都有一个蚀除量最大的最佳脉宽。一定情况
24、下，每种材料都有一个蚀除量最大的最佳脉宽。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律 在生产实践中，为了提高加工速度和降低工具电在生产实践中，为了提高加工速度和降低工具电极损耗，极损耗，必须充分利用极性效应必须充分利用极性效应：必须采用单向脉冲电源。（防止极性效应相互抵消）必须采用单向脉冲电源。（防止极性效应相互抵消）正确选择加工极性。（精加工时采用正极性短脉冲加正确选择加工极性。（精加工时采用正极性短脉冲加工，工，ton50s。）。）用导热性好、熔点高的材料作工具电极。（降低工具用导热性好、熔点高的材料作工具电极。（降低工具电极的相对耗损
25、）电极的相对耗损）合理选用脉冲放电持续时间，即合适的脉宽合理选用脉冲放电持续时间，即合适的脉宽ton。每种。每种材料都会有一个蚀除量最大的最佳脉宽。材料都会有一个蚀除量最大的最佳脉宽。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律材料的蚀除量材料的蚀除量与脉宽关系与脉宽关系 模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律3 3工件材料的热学常数工件材料的热学常数 脉冲放电的热能主要消耗在：局部金属材料的升温；固脉冲放电的热能主要消耗在：局部金属材料的升温；固相材料熔化；熔融金属汽化等。相材料熔化
26、；熔融金属汽化等。工件材料的热学常数是指：熔点、沸点、导热系数、比工件材料的热学常数是指：熔点、沸点、导热系数、比热容、熔化潜热、汽化潜热等。熔点、沸点、比热容、汽热容、熔化潜热、汽化潜热等。熔点、沸点、比热容、汽化热等愈高，电蚀量愈少，加工速度就慢；导热系数越大，化热等愈高，电蚀量愈少，加工速度就慢；导热系数越大，散失的热量越多，也会降低蚀除量。散失的热量越多，也会降低蚀除量。石墨熔点高：石墨熔点高：35003500，钨熔点：，钨熔点：3367 3367。铜的导热系。铜的导热系数最大。石墨、钨和铜都是常用的电极材料。数最大。石墨、钨和铜都是常用的电极材料。模具成型表面的电火花加工模具成型表面
27、的电火花加工3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律4 4工作液工作液 工作液的作用：工作液的作用：（1 1）介电作用，工作液具有一定的介电能力，有助于火花放电，）介电作用，工作液具有一定的介电能力，有助于火花放电，放电结束后又能恢复极间绝缘状态；放电结束后又能恢复极间绝缘状态；（2 2）压缩放电通道，提高火花放电能量密度；）压缩放电通道，提高火花放电能量密度；（3 3）帮助电蚀产物抛出和排除；）帮助电蚀产物抛出和排除；(4)(4)冷却工具和工件，传散放电通道中的热量。冷却工具和工件，传散放电通道中的热量。密度和粘度大有利于压缩放电通道，但粘度大不利于电蚀产密度和粘度大有利于压缩放电通
28、道，但粘度大不利于电蚀产物的排除。目前，普遍采用粘度小，流动性好，渗透性好的物的排除。目前，普遍采用粘度小，流动性好，渗透性好的煤油煤油作火花工作液。作火花工作液。其它工作液：电火花加工专用油（轻质矿物油加添加剂加工其它工作液：电火花加工专用油（轻质矿物油加添加剂加工而成，无色无味燃点高）；水（加工速度快，但加工表面质量而成，无色无味燃点高）；水（加工速度快，但加工表面质量差）。差）。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律5 5排屑条件排屑条件 电蚀产物：蚀除的金属微粒，热分解产生的气泡和碳粒等。电蚀产物：蚀除的金属微粒，热分解产生的气
29、泡和碳粒等。改善排屑条件是为了限制电蚀产物浓度过大，防止造成结碳改善排屑条件是为了限制电蚀产物浓度过大，防止造成结碳“拉弧拉弧”，以保证加工稳定进行。对于加工深度大，加工面积大，以保证加工稳定进行。对于加工深度大，加工面积大，加工型面复杂的工件更是易产生结碳加工型面复杂的工件更是易产生结碳“拉弧拉弧”，甚至加工难以进，甚至加工难以进行。行。改善措施：改善措施：采用冲油或抽油；采用冲油或抽油；将工具电极定期地自动抬起；将工具电极定期地自动抬起；增大脉间间隙；增大脉间间隙；降低加工平均电流。降低加工平均电流。影响排屑条件的因素：加工面积、深度，型面复杂程度，加工电影响排屑条件的因素：加工面积、深度
30、，型面复杂程度，加工电流，脉冲间隙，工作液等。流，脉冲间隙，工作液等。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工 模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律二、影响加工精度的主要因素二、影响加工精度的主要因素 影响电火花成形加工精度的因素：机床影响电火花成形加工精度的因素：机床制造精度；工具电极制造精度；装夹定位误制造精度；工具电极制造精度；装夹定位误差；放电间隙；电极损耗等。本节只讨论与差；放电间隙；电极损耗等。本节只讨论与电火花成形加工工艺有关的仿形精度。仿形电火花成形加工工艺有关的仿形精度。仿形精度包括尺寸精度和形状精度。精度包
31、括尺寸精度和形状精度。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律1 1、尺寸精度、尺寸精度 放电间隙大小、电参数的选择、工具电极损耗大小都会直接影响放电间隙大小、电参数的选择、工具电极损耗大小都会直接影响加工工件的尺寸精度。加工工件的尺寸精度。如放电间隙不变，可以通过修正工具电如放电间隙不变，可以通过修正工具电极尺寸进行补偿。极尺寸进行补偿。=K=K+K Kt tt t-n-n+K+KR RW W0.40.4+Am+Am-单面放电间隙（单面放电间隙（mmmm）；）；-脉冲电压幅值（脉冲电压幅值（V V）；）；t-t-脉冲电压延续时间（脉冲电
32、压延续时间（s s）；）；W-W-单个脉冲放电能量（单个脉冲放电能量（J J）；）；Am-Am-机械因素因此的扩大量，约为机械因素因此的扩大量，约为0.003mm0.003mm。其余是与液体介质和加工材料有关的常数。其余是与液体介质和加工材料有关的常数。放电间隙：粗加工，放电间隙：粗加工，单单=0.5mm=0.5mm；精加工，；精加工，=0.01mm=0.01mm。加工复杂形状时，间隙愈大，棱角部位电场不均的影响也愈明显，加工复杂形状时，间隙愈大，棱角部位电场不均的影响也愈明显，间隙愈小，加工（仿形）精度也愈高。间隙愈小，加工（仿形）精度也愈高。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工
33、3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律2.2.形状精度形状精度1 1）斜度）斜度 电火花加工时侧面产生斜度，使上端尺寸大而底端尺寸电火花加工时侧面产生斜度，使上端尺寸大而底端尺寸小。这是由于小。这是由于“二次放电二次放电”和工具电极损耗而产生的。和工具电极损耗而产生的。“二次放电二次放电”是指已加工的表面上，由于电蚀产物的混是指已加工的表面上，由于电蚀产物的混入而使极间实际距离减小或是极间工作液介电性能降入而使极间实际距离减小或是极间工作液介电性能降低，而再次发生脉冲放电现象，使间隙扩大。低，而再次发生脉冲放电现象，使间隙扩大。工具电极损耗也会产生斜度。工具电极损耗也会产生斜度。2
34、2）圆角）圆角 工具电极上的尖角和凹角，很难精确地复制在工件上，工具电极上的尖角和凹角，很难精确地复制在工件上，而是形成一个小圆角。而是形成一个小圆角。采用高频窄脉冲精加工时，采用高频窄脉冲精加工时，小，小，R R可以很小，可以很小，R0.01mmR300s,ton300s,1%.1%.正极性加工正极性加工(精加工精加工)时时,ton20,ton20s s时时.(2)(2)选择合适材料作工具电极：选择合适材料作工具电极：常用中大型腔加工电极材料常用中大型腔加工电极材料:石墨石墨(小小,导热性好导热性好););中小型腔加工用电极中小型腔加工用电极:紫铜紫铜(导热性好导热性好,易成形易成形););
35、穿孔加工用电极穿孔加工用电极:黄铜黄铜(损耗较大损耗较大,但加工稳定性好但加工稳定性好)；特殊加工（精密加工等）：铜钨合金或银钨合金。特殊加工（精密加工等）：铜钨合金或银钨合金。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律(3)(3)建立炭黑保护层：建立炭黑保护层：电火花加工时由于工作液（煤油）的热分解而产生大量的游离电火花加工时由于工作液（煤油）的热分解而产生大量的游离碳，这些直径碳，这些直径0.10.1m m以下的微粒在工作液中形成胶体系统，胶粒以下的微粒在工作液中形成胶体系统，胶粒带负电，易被正极吸附，形成炭黑保护层。带负电，易被正极吸
36、附，形成炭黑保护层。利用炭黑保护层的条件：煤油中负极性加工，大脉宽小电流利用炭黑保护层的条件：煤油中负极性加工，大脉宽小电流。带负电的炭胶粒吸附到工具表面，补偿工具电极损耗。可实现带负电的炭胶粒吸附到工具表面，补偿工具电极损耗。可实现1%1%的低损耗加工。的低损耗加工。石墨加工钢：石墨加工钢：ImIm/ton 0.1-0.2/ton 0.1-0.2 A A 铜加工钢：铜加工钢：ImIm/ton 0.06-0.12/ton 0.06-0.12 A A 钢加工钢：钢加工钢：ImIm/ton 0.04-0.08/ton 0.04-0.08 A A 模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.
37、2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律（4 4）利用电喷镀现象。）利用电喷镀现象。在电火花加工中，熔融金属喷爆出来时，在一定条件在电火花加工中，熔融金属喷爆出来时，在一定条件下可以在工具电极表面形成电镀层，以补偿工具电极下可以在工具电极表面形成电镀层，以补偿工具电极的损耗。的损耗。长脉冲、小电流、水质工作液时易出现喷镀层。长脉冲、小电流、水质工作液时易出现喷镀层。（5 5）利用电化学作用。）利用电化学作用。水作工作液时，在电火花加工时易发生阳极溶解、阴极水作工作液时，在电火花加工时易发生阳极溶解、阴极沉淀的电化学现象。正极性加工时出现的阳极溶解提沉淀的电化学现象。正极性加工时出现的阳极溶
38、解提高加工速度，阴极沉淀补偿电极损耗。高加工速度，阴极沉淀补偿电极损耗。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律常用的电极材料有紫铜、黄铜、石墨、铸铁和钢等。常用的电极材料有紫铜、黄铜、石墨、铸铁和钢等。电极材料电火花加工性能机械磨削的可加工性说 明加工稳定性电极损耗紫铜好较小较差常用、磨削困难黄铜好较大一般常用石墨较好较小好常用、强度差、粉尘大铸铁一般一般好常用钢较差一般好常用 模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.3 电火花加工的设备电火花加工的设备电火花成形加工设备及附件：电火花成形加工设备及附件：电火花成形加工是通过
39、工具电极相对于工件电火花成形加工是通过工具电极相对于工件的进给运动，把成形工具电极的形状和尺寸反的进给运动，把成形工具电极的形状和尺寸反拷在工件上，从而加工出所需要的零件拷在工件上，从而加工出所需要的零件。实现。实现这种工艺方法的机床设备通常称为电火花成形这种工艺方法的机床设备通常称为电火花成形加工设备，或称电火花成形机床。加工设备，或称电火花成形机床。电火花机床一般由电火花机床一般由脉冲电源、自动控制系统、脉冲电源、自动控制系统、工作液循环系统工作液循环系统以及以及机床本体机床本体等四部分组成。等四部分组成。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.3 电火花加工的设备电火花加工的
40、设备 模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.3 电火花加工的设备电火花加工的设备一、脉冲电源一、脉冲电源脉冲电源又称脉冲发生器，其作用是把脉冲电源又称脉冲发生器，其作用是把220V或或380V的的50Hz工频交流工频交流电电转换成一定形式的转换成一定形式的单向脉冲电流单向脉冲电流，供给电极产生电火花所需要的放电，供给电极产生电火花所需要的放电能量。电源的性能直接影响加工速度、精度、表面质量、加工稳定性能量。电源的性能直接影响加工速度、精度、表面质量、加工稳定性 工工具电极的损耗。具电极的损耗。对脉冲电源的要求是：对脉冲电源的要求是：1）影响工艺指标的主要参数（电流幅值、脉冲宽度、
41、脉冲停歇时间等）可）影响工艺指标的主要参数（电流幅值、脉冲宽度、脉冲停歇时间等）可调。调。2）有足够的放电能量，在粗、中、精规准下都有一定的加工速度和较低的）有足够的放电能量，在粗、中、精规准下都有一定的加工速度和较低的电极损耗。电极损耗。3）所产生的脉冲是单向脉冲，脉冲前沿要陡，后沿不能延续太长，以利于）所产生的脉冲是单向脉冲，脉冲前沿要陡，后沿不能延续太长，以利于稳定放电能量，提高放电频率。稳定放电能量，提高放电频率。4）性能稳定可靠，模块化结构，以便于检测和维修。）性能稳定可靠，模块化结构，以便于检测和维修。5）无污染、低成本、低能耗、长寿命。）无污染、低成本、低能耗、长寿命。模具成型表
42、面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.3 电火花加工的设备电火花加工的设备电火花加工脉冲电源性能特点比较电火花加工脉冲电源性能特点比较 电火花加工电源种类：弛张式，电子管式、闸流管式、晶体管式、晶闸电火花加工电源种类：弛张式，电子管式、闸流管式、晶体管式、晶闸管式。目前应用最广的是晶闸管式。管式。目前应用最广的是晶闸管式。晶闸管式脉冲电源：晶闸管式脉冲电源：频率：频率：0.25-60KHz，脉宽，脉宽：5-1400 s，最大加工电流：，最大加工电流：300A以上。以上。电极相对损耗：电极相对损耗：500s。负极性加工，较。负极性加工，较低的频率。低的频率。精规准：用于最终实现各项技术指标，
43、如配合精规准：用于最终实现各项技术指标，如配合间隙。间隙。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.4 3.4 电火花穿孔成型加工电火花穿孔成型加工合理选择并及时转换电规准，相应调整平动量合理选择并及时转换电规准，相应调整平动量。粗加工应优先考虑采用较宽的脉冲宽度，然后选择合适的脉粗加工应优先考虑采用较宽的脉冲宽度，然后选择合适的脉冲峰值电流。冲峰值电流。通常，石墨电极加工钢时，平均电流密度为通常，石墨电极加工钢时，平均电流密度为35A/cm2，紫，紫铜电极加工钢时，平均电流密度可大些（铜电极加工钢时，平均电流密度可大些（10A/cm2）。）。中规准与粗规准之间并没有明显的界限，应按
44、具体加工对象中规准与粗规准之间并没有明显的界限，应按具体加工对象划分。一般选用脉宽为划分。一般选用脉宽为20400s。精加工时，电极损耗率较大，单边加工余量不超过精加工时，电极损耗率较大，单边加工余量不超过0.10.2mm，表面粗糙度应优于，表面粗糙度应优于Ra1.6m，一般都选用窄脉宽，一般都选用窄脉宽（220s）、小峰值电流（）、小峰值电流（10A）进行加工。）进行加工。加工规准转换的档数，应根据所加工型腔的精度、形状复杂加工规准转换的档数，应根据所加工型腔的精度、形状复杂程度和尺寸大小等绝缘体条件确定。程度和尺寸大小等绝缘体条件确定。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工3.4
45、 3.4 电火花穿孔成型加工电火花穿孔成型加工7.典型加工工艺（注射模镶块）典型加工工艺（注射模镶块）注射模镶块：材料注射模镶块：材料40Cr，硬度，硬度3840HRC，Ra0.8 m.1)工艺方法工艺方法:单电极平动法单电极平动法,平动量平动量=0.25mm。2)工具电极：锻造紫铜。工具电极：锻造紫铜。3）电极结构和尺寸（电极长度的计算要考虑电极的损耗）。）电极结构和尺寸（电极长度的计算要考虑电极的损耗）。4）电极制造：数控电火花线切割。）电极制造：数控电火花线切割。5）坯料加工和热处理。）坯料加工和热处理。6）装夹和定位。）装夹和定位。7）加工设备：）加工设备：Z轴数控电火花成形机床加工。轴数控电火花成形机床加工。8）电火花加工电规准和）电火花加工电规准和平动量的分配。平动量的分配。模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工注射模镶块及电极结构注射模镶块及电极结构 模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工电极转换和平动量的分配电极转换和平动量的分配巴纳纳巴纳纳
