模具特种加工

1.电极材料的选择 导电好、损耗小、加工稳定性好、加工速度高、机械加工性好、 来源丰富、价格便宜。 如穿孔时强调稳定性，可以用长度来补偿加工损耗（常用黄铜）
2.电极的结构形式
（1）整体式电极 （2）镶拼式电极 （3）组合式电极
第一节 电火花成型加工
3.电极长度尺寸的确定
L=KH+H1+H2+(0.4~0.8)(n-1)KH
利用电火花放电时的电腐蚀现象，通过工具电极相对于工件作 进给运动，而把成型电极的侧面形状和尺寸反拷贝在工件上，而加
工出所需要的通孔模具。
特点： 1）可在淬火坯上加工，不受材料硬度限制 2）间隙均匀、刃口耐磨、提高了模具质量 3）可加工出复杂凹模，而不要镶拼结构，提高了强度
第一节 电火花成型加工
（二）工具电极的设计与制造
（一）脉冲电源
对脉冲电源的要求 （1）要有足够的脉冲放电能量 （2）单向脉冲 （3）脉冲参数要宽范围可调
（4）一定的加工速度和较低的电极损耗
（5）脉冲电压前沿陡，后沿不能太长 （6）性能稳定可靠，操作简单，维修方便
第一节 电火花成型加工
（二）自动调节控制系统
1.作用：控制放电间隙大小 2.要求： （1）有较宽的速度调节跟踪系统 （2）有足够的灵敏度和快速性
第一节 电火花成型加工
4.利用电喷镀（电弧喷涂）现象 凹坑中的熔融金属喷爆出来，在一定条件下也能工具电极表面形 成镀层，以补偿工具电极的损耗。 长脉冲、脉冲电流幅值小、脉冲电流变化缓慢都有可能产生电喷
镀层。
第一节 电火花成型加工
三、电火花成型加工的设备与附件
电火花加工机床
第一节 电火花成型加工
（3）有必要的稳定性
（4）要求整个系统结构简单可靠、体积小、操作维修方便 3.基本组成：测量、比较、放大、执行四个基本环节
第一节 电火花成型加工
（三）机床本体 机床本体包括：
主轴头 床身 立柱 工作台 工作液槽
第一节 电火花成型加工
（四）工作液循环过滤系统
电蚀产物包括：金属微粒、碳粒、气泡 电蚀产物的排除方式： （1）冲油式：效果好，但易造成二次放电 （2）抽油式：效果差些，但不会造成二次 放电 工作液的过滤方式： （1）自然沉淀法：简便，速度慢，效果差 （2）介质过滤法：效果较好 过滤的介质有：黄沙、木屑、活性碳、过 滤纸
黄铜的加工稳定性好，多用于穿孔加工。
第一节 电火花成型加工
常见电极材料的性质
电极 材料 钢 铸铁 石墨 黄铜 紫铜 铜钨 合金 电火花加工性能 加工稳定性 较差 一般 较好 好 好 好 电极损耗 中等 中等 较小 大 较小 小 机械加 工性能 好 好 较好 较好 较差 较好 机械强度较差，易崩角 电极损耗太大 磨削困难 价格贵，多用于深孔、直壁孔、 硬质合金穿孔 说明 在选择电参数时应注意加工的 稳定性，可用凸模作电极
第一节 电Baidu Nhomakorabea花成型加工
（六）电火花加工凹模的特点
1.可采用整体结构 2.存在刃口及落料斜度 3.型孔尖角为小圆角
4.直接法加工凹模型孔，增强互换性
第二节 电火花线切割加工
一、电火花线切割的原理与特点
（一）基本原理
原理同电火花成型加工的原理是一样的，都是基于电极间脉冲放 电时的电火花腐蚀原理，不同的是电火花切割加工不需要制作复杂 的成型电极，而是用不断移动的电极丝作为工具，工件按预定的轨 迹进行运动而切割出所需的复杂零件。 １．线切割机床工作原理 脉冲电源发出一连串的脉冲电压，加到工件电极和钼丝电极上。 钼丝与工件之间喷入具有绝缘性能的工作液。当钼丝与工件的距离 小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，工作液被击穿，在钼丝与 工件之间形成瞬间放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至 汽化而被蚀除下来。若工作台带动工件不断进给，就能切割出所需 要的形状。
2.加工表面层的组织变化 变化的组织可以分为3层 （1）熔融凝固层 （2）淬火层 （3）热影响层
电火花加工表面 熔化层 热影响层
基体金属
第一节 电火花成型加工
3.表面微观裂纹 被加工层的表面高温急冷而产生拉应力，往往形成微观裂纹，一 般出现在熔融凝固层，只有采用大脉冲的情况下才有可能扩散到热 影响层。 影响表面微观裂纹的因素3： 脉冲能量 被加工材料的性质 材料中原先存在的应力
第一节 电火花成型加工
（二）影响加工精度的主要因素5
机床本身制造精度 工具电极制造精度 工具与工件的装夹定位误差 放电间隙
电极损耗
第一节 电火花成型加工
1.尺寸精度
放电间隙能否保持一致 放电间隙能否保持一致时，放电间隙的大小 工具电极损耗的大小，也会直接影响加工尺寸精度
2.形状精度
零件。
（3）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程的自动控制。
第一节 电火花成型加工
二、电火花加工的基本规律
4
影响加工工艺指标的因素称为电火花加工的基本规律。
电火花成形加工的工艺指标主要有：
加工速度
加工精度
加工表面质量 工具电极相对损耗
第一节 电火花成型加工
（一）影响加工速度的主要因素
在一定电规准下，单位时间t内工件被蚀去的体积V或质量M，叫 加工速度。它受下列因素影响： 电参数 极性效应
工件材料的热学参数
工作液
第一节 电火花成型加工
1．电参数
电火花成形加工的速度正比于 单脉冲能量和脉冲放电频率。 用矩形波脉冲加工时，加工速
度正比于脉冲电流幅值Im和脉冲
则电极单边放大或缩小的量为：
a1＝0.5(⊿-2 δ) 5）保证配合间隙的加工方法
•凸模修配法
•直接配合法 •混合法
第一节 电火花成型加工
5.阶梯电极
精规准 加工
粗规准 加工
第一节 电火花成型加工
6. 电极制造 电极一般用线切割或机械加工，然后成型磨削。 电极为铸铁：将铸铁和凸模连接在一起磨削。
工件材料
工 作 液
排屑条件和 二次放电
第一节 电火花成型加工
3.建立碳黑保护层 由工作液分解的游离碳由于带负电荷，会吸附在正极上，在局部 温度持续高于700度的情况下形成炭黑保护层，以实现低、无损耗加 工。 建立炭黑保护层的条件： 在煤油中采用负极性加工 增大脉冲宽度，降低电流幅值
保证加工稳定性的情况下，尽量缩短脉冲停歇时间。
电极为钢：将钢与凸模做成一个整体再磨削。
放电间隙大于配合间隙，则用电镀法扩大电极尺寸。 放电间隙小于配合间隙，则用腐蚀的方法缩小电极尺寸。 2
1
3
1—电极；2—粘结面；3—凸模
第一节 电火花成型加工
（三）凹模模坯准备 （四）电极和工件的装夹与定位 （五）电规准的选择与转换
1. 粗规准：用来进行粗加工，蚀除加工余量大的部分，加工速度快， 要求电极损耗要小，较长脉宽，较大电流峰值，较低频率 2. 中规准：过渡 3. 精规准：短脉冲
第三章 模具的特种加工
引言
第一节 电火花成形加工
第二节 电火花线切割加工
第三节 电化学加工
第四节 超声波加工与激光加工
第三章 模具的特种加工
第一节 电火花成型加工
一、电火花加工的基本原理与特点
（一）电火花加工的基本原理
工作原理：利用工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电，产生瞬 时高温，工件材料被熔化和气化。同时，该处绝缘液体也被局部加 热，急速气化，体积发生膨胀，随之产生很高的压力。在这种高压 作用下，已经熔化、气化的材料就从工件的表面迅速被除去。 工具电极 直流 脉冲 电源 进给 系统 放电间隙 工件电极
其他工作液
被加工的金属材料
第一节 电火花成型加工
4．工作液
工作液的作用4： （1）介电作用 （2）压缩放电通道 （3）帮助电蚀产物的抛出和排除
（4）冷却工具与工件
第一节 电火花成型加工
5．排屑条件
在电火花加工过程中，极间局部区域电蚀产物（蚀除的金属微 粒、热分解而形成的气泡与碳粒）浓度过高，加之放电引起的温度 升高，常会影响加工的过程的稳定性，以致破坏正常的火花放电， 使加工速度降低甚至无法进行。 排屑不良会带来以下影响： 影响加工速度 造成“结碳”拉弧、烧伤
第一节 电火花成型加工
4.电极截面尺寸 1)基本尺寸
r1=R1+δ c=C
a=A±Kδ K=0,1,2,-1
r2=R2-δ
b=B+2δ
a=A-2δ
第一节 电火花成型加工
2）电极的尺寸精度: 电极的尺寸公差常取凹模型孔尺寸公差的1/2~1/3 3）表面粗糙度: 电极的表面粗糙度一般取Ra0.8~1.6 4）用凸模尺寸和公差确定电极截面尺寸
工作液
电火花加工原理图
第一节 电火花成型加工
第一节 电火花成型加工
（二）电火花加工的基本条件4
（1）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属熔化或气化； （2）必须采用单向脉冲电源、提供瞬间脉冲放电；脉冲放电时间短 且要有一定的脉冲间隔时间使极间介电液充分消电离； （3）工具与工件间须保持一定的放电间隙； （4）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行。
放电持续时间tm，也正比于平均 放电电流。
第一节 电火花成型加工
2．极性效应 （1）定义
极性效应：由于极性不同而发生蚀除速度不一样的现象。
工 具 电 极
工 具 电 极
＋ 脉 冲 电 源 －
－ 脉 冲 电 源 ＋
工件电极
工件电极
负极性加工:工件接脉冲电源负极
正极性加工：工件接脉冲电源正极
第一节 电火花成型加工
（2）极性效应的使用
1）采用单向脉冲电源 2）正确的选择加工极性 精加工：短脉冲、正极性 粗、中加工：长脉冲、负极性
3）使用导热好、熔点高的电极材料
4）根据不同的脉冲放电能量选择不同的脉宽。
第一节 电火花成型加工
3．工件材料的热学常数3
（1）热学常数是指熔点、沸点、导热系数、比热容、融化潜热、汽 化潜热。 （2）正负电极放电产生的热量主要传散到： 电极
第一节 电火花成型加工
（五）机床附件 1.电极夹具
将工具电极装夹固定在主轴上，并调整电极垂直度
第一节 电火花成型加工
2.平动头
平动头一般用于型腔模的半精加工和精加工 提高仿形精度，保证加工稳定性，有利于从间隙中排屑 防止短路和拉弧
第一节 电火花成型加工
四、模具电火花穿孔加工 （一）穿孔工艺特点及基本工艺路线
第一节 电火花成形加工
火花放电与电弧放电的区别
火花放电是短时间的脉冲放电，是可控制的，每一个脉冲可以蚀 去一定量的被加工物质，那么被加工的表面就比较均匀。 电弧放电是不可控的，放电的时间通常比脉冲放电长很多。脉冲 放电的持续时间一般是零点几微秒到一毫秒。而电弧放电一般最少 有几十毫秒。 在正常加工时如果有电弧放电会把工件表面烧成斑斑点点的，非 常粗糙，严重影响表面质量。
银钨 合金
好
小
较好
价格昂贵，用于精密及有特殊 要求的加工
第一节 电火花成型加工
表3-1 影响电极损耗的因素
电极材料 常用电极材料中黄铜的损耗最大，紫铜、铸铁、 钢次之，石墨和铜钨、银钨合金较小。紫铜在一定 的电规准和工艺条件下，也可以得到低损耗加工 加工硬质合金工件时电极损耗比钢工件大 常用的煤油、机油获得低损耗加工需具备一定的 工艺条件；水和水溶液比煤油容易实现低损耗加工 (在一定条件下)， 如硬质合金工件的低损耗加工， 黄 铜和钢电极的低损耗加工 在损耗较小的加工时， 排屑条件愈好则损耗愈大， 在许可条件下，最好 如紫铜，有些电极材料则对此不敏感，如石墨。损 不采用强迫冲(抽)油 耗较大的规准加工时，二次放电会使损耗增加 石墨做粗加工电极， 紫铜做精加工电极 用高压脉冲加工或用 水作工作液，在一定条 件下可降低损耗
斜度 圆角
第一节 电火花成型加工
（三）影响加工表面质量的主要因素
表面质量包括：表面粗糙度、表面组织变化及表面微观裂纹。 1.表面粗糙度(Ra和Rmax) 影响表面粗糙度的主要因素4 单个脉冲的能量
被加工的材料特性
加工部位（侧表面的粗糙度比底面小一级） 电极本身的表面质量
第一节 电火花成型加工
现代的电加工设备都有防止电弧放电的技术。
第一节 电火花成型加工
（三）电火花加工的物理本质4
（1）介质的击穿和通道的形成 （2）能量转换、分布与传递 （3）工件、电极材料的抛出 （4）极间介质的消电离
第一节 电火花成型加工
（四）电火花加工的特点3
（1）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料，电极材料不 必比工件材料硬。 （2）电极和工件在加工过程中不接触，便于加工小孔、深孔、窄缝
第一节 电火花成型加工
（四）工具电极的相对损耗
相对损耗是指工具电极的损耗速度与加工速度的比值。 1.正确的选择加工极性2 窄脉冲精加工选正极性加工（工件接脉冲电源的正极） 长脉冲粗、中加工选负极性加工。
2.选择合适的材料作工具电极
考虑到电极加工时的稳定性好、损耗小以及电极材料本身的加工 性。 紫铜、黄铜、石墨、铸铁、铜钨、银钨3 紫铜导热好、损耗少又可以制成复杂的形状常作为中小型型腔的 加工电极 石墨导热好，在长脉冲下还能吸附游离的碳来补偿电极损耗。