模具零件的特种加工
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模具零件特种加工课件：孔类零件的加工
教学过程
分析多型孔零件图
教学过程
【任务2】工量具准备
Ф0.18mm钼丝
Q235钢（规格350x450x20）
钢尺（150mm，300mm）、游标卡 尺（0～125mm） 一字和十字螺丝刀、垫板、压块、螺 栓组、校正规等机床附件 钻床
教学过程
【任务3】线切割机床的操作步骤
1.钻工艺 孔
按照图样的尺寸要求划线。
跳步 穿丝在B
教学过程
教学过程
教学总结
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 教学总结
1、多型孔零件切割时线径补偿的应用 在数控切割加工中，由于数控装置所 控制的是电极丝的行走轨迹，而实际 加工轮廓却是由丝径外圆和被切金属 产生电蚀作用而形成的。和数控铣床 加工轮廓时需要考虑补偿一样，线切 割加工时也必须考虑这一尺寸偏差， 这在切割加工中称之为线径补偿 2、数控线切割机床自动找中心的功能
目录
1 教学目标 3 教学过程
2 教学重点 4 教学总结
教学目标
教学目标
1．熟悉模具线切割加工中的“工艺 孔”的形式。
2．能合理准备、使用工量具。 3．掌握数控电火花线切割机床的操
作步骤 4.学会如何自动定位找到孔的中心
教学重点
教学重点
数控电火花线切割 加工中合理准备、 使用工量具。
数控电火花线切割加工 中的“工艺孔”的形式。
熟练掌握数控电 火花线切割机床 的操作步骤。
教学过程
教学过程
【任务1】分析图样，确定操作内容
分析图样，确定操作内容，掌握线 切割加工的特点及测量
“工艺孔”通常可以采用圆形、正 方形或其他多种形状
了解线割机加工中的跳步加工
模具线切割加工中的“工艺孔”
为了保证最终的加工结果更好地满足图纸的 要求，而在线切割加工的特定工序阶段(加工 之前或加工之中)，所作出的具有一定形状和 大小的孔。
模具制造工艺第三章特种加工
(3)脉冲放电的持续时间短，放电时所产生的 热量传递范围小，工件表面的热影响区也很小， 可以保证良好的加丁精度和表面质量。
(4)脉冲参数能在一个较大范围内调节，故可 以在同一台机床上连续进行粗、中、精及 精微加工。
(5)直接利用电能进行加工，便于实现自动控制 和加工自动化。
3．1．2
电火花成形加工过程
二、机床本体
1．基本组成
机床本体指电火花成形机床的机械部 分，如图3．4所示。其主要包括主轴头、 床身、立柱、工作台及工作液槽等部分。
主轴头是电火花成形机床中最关键的部件， 是间隙自动控制系统的执行机构，对加工工艺 指标影响很大。对主轴头的要求是：结构简单， 传动链短，传动间隙小，热变形小，具有足够 的精度和刚度，以适应自动控制系统惯性小， 灵敏度好，能承受一定负载的要求。 床身和立柱是机床的主要基础件，要有足 够的刚度。床身工作台面与立柱导轨面之间应 有一定的垂直度要求，导轨应具有良好的耐磨 性并应充分消除材料的内应力。
工作台一般都可作纵向和横向移动，并带 有坐标测量装置。常用工作台使用刻度手轮来 调整位置。随着机床加T精度的提高，出现了 光学读数装置和磁尺数显装置的工作台。近年 来，由于工艺水平的提高及数控技术的发展， 已生产有三坐标(x、y、z轴)和五坐标(x、y、 z轴，另加z轴回转及工作台回转)数控电火花 成形机床，有的机床还带有电极库，可以自动 更换电极。
由于后挡电规准要求的放电间隙小于前 挡，电极与工件底面之间的放电间隙可通过 主轴进给进行调节，而与四周侧壁间的放 电间隙就需采用平动头进行调节。平动头的 调节原理如图3．9所示。 平动头不但用于型腔模在半精和精加工 时精修侧面，同时还能提高仿形精度，保证 加工稳定性，有利于间隙排屑，防止短路和 拉弧等。
模具制造技术第五章 模具的特种加工
通常电火花加工是工件的最后精加工工序，因此，正确选
择工件的定位基准是十分关键的一步，这关系到工件形位公差、 加工质量的保证。所谓基准，就是图纸或零件上的某些点、线、 面，它们被用来确定其它点、线、面的位置。基准分为设计基 准和工艺基准。设计基准
5.1.6电火花成形加工在模具制造中的应用与实例
1. 电火花成形加工应用 （1）异形法兰凹模型腔的加工
图5-17所示为一型腔凹模，精度一般，材料为3Cr2W8V， 热处理硬度HRC48~52。因其型腔底部圆周要求R3圆弧过渡， 从模具设计来讲只能是整体结构，从加工制造来讲，型腔可
采用数控铣削或电火花加工，下面讨论一下电火花加工的工 艺方法。
一般模具加工的主要工艺流程为备料—粗加工―热处理 ―电火花精加工―钳工修配。 1）备料：该凹模外形尺寸较大，可以选用锻造毛坯或大直径 棒料，留足合适的余量。 2）粗加工：该凹模为回转体零件，可选用车削加工去除大余 量，留后续加工余量双面1~2mm；需要注意的是，由于精加 工采用电火花，因此，粗加工时要尽量多的去除型腔金属， 留适当的电加工量即可，这不仅利于后续电加工，也能使型 腔表面热处理硬度得到保证。 3）热处理：1080℃油淬，630℃回火。 4）精加工。 基准确定：由于型腔不规则且居中，应以端面和外圆为电加
第5章 模具的特种加工
5.1.1电火花加工的基本原理和特点
1. 电腐蚀现象 电火花成形加工 (Electrical Discharge Machining，简称
EDM)是通过稳定可靠的自动控制系统使浸没在工作液中的工 具电极和被加工工件之间不断产生脉冲火花放电,发生不间断 的电腐蚀现象，依靠产生的局部、瞬时高温把工件材料慢慢
电火花加工过程主要分以下四个连续阶段：
（1）介质击穿和放电通道形成 （2）能量转换、分布与传递（介质热分解，电极材料熔化、 汽化、热膨胀）
择工件的定位基准是十分关键的一步，这关系到工件形位公差、 加工质量的保证。所谓基准，就是图纸或零件上的某些点、线、 面，它们被用来确定其它点、线、面的位置。基准分为设计基 准和工艺基准。设计基准
5.1.6电火花成形加工在模具制造中的应用与实例
1. 电火花成形加工应用 （1）异形法兰凹模型腔的加工
图5-17所示为一型腔凹模，精度一般，材料为3Cr2W8V， 热处理硬度HRC48~52。因其型腔底部圆周要求R3圆弧过渡， 从模具设计来讲只能是整体结构，从加工制造来讲，型腔可
采用数控铣削或电火花加工，下面讨论一下电火花加工的工 艺方法。
一般模具加工的主要工艺流程为备料—粗加工―热处理 ―电火花精加工―钳工修配。 1）备料：该凹模外形尺寸较大，可以选用锻造毛坯或大直径 棒料，留足合适的余量。 2）粗加工：该凹模为回转体零件，可选用车削加工去除大余 量，留后续加工余量双面1~2mm；需要注意的是，由于精加 工采用电火花，因此，粗加工时要尽量多的去除型腔金属， 留适当的电加工量即可，这不仅利于后续电加工，也能使型 腔表面热处理硬度得到保证。 3）热处理：1080℃油淬，630℃回火。 4）精加工。 基准确定：由于型腔不规则且居中，应以端面和外圆为电加
第5章 模具的特种加工
5.1.1电火花加工的基本原理和特点
1. 电腐蚀现象 电火花成形加工 (Electrical Discharge Machining，简称
EDM)是通过稳定可靠的自动控制系统使浸没在工作液中的工 具电极和被加工工件之间不断产生脉冲火花放电,发生不间断 的电腐蚀现象，依靠产生的局部、瞬时高温把工件材料慢慢
电火花加工过程主要分以下四个连续阶段：
（1）介质击穿和放电通道形成 （2）能量转换、分布与传递（介质热分解，电极材料熔化、 汽化、热膨胀）
模具的特种加工技术
图3.2 加工表面的局部放大图
二、 电火花成形加工的基本条件
1）脉冲电源 电火花成形时必须具有波形为 单向的脉冲电源，如图3.3所示。 单向的脉冲电源，如图3.3所示。 2）足够的放电能量 脉冲放电点必须有足 够的火花放电强度使局部金属熔化和气化。火花 放电的电流密度应达到10 放电的电流密度应达到105~106A／cm2。 cm2。 3）绝缘介质 为使脉冲放电重复进行，极间 需充有一定的绝缘液体介质，使脉冲放电产生的 电蚀产物及时扩散、排出。 4）间隙 工具与工件之间需始终维持一定的 间隙。
第3章 模具的特种加工技术
特种加工定义： 直接利用电能、化学能、光能和声能对工件 进行加工，以达到一定的形状尺寸和表面粗糙度 要求的加工方法称为特种加工。也称为电加工或 传统加工。 模具特种加工的内容很多，主要包括电火花成形 加工、电火花线切割加工、电铸、电解加工、电 化学加工、激光加工、超声波加工等。
图3.3 脉冲电流波形 ti 脉冲宽度 t0 脉冲间隔 T 脉冲周期 Ie 电流峰值
三、 电火花成形加工的特点
1）可以加工任何硬、脆、韧及高熔点的金属 材料，包括经热处理的钢及合金。 2）加工时，工具与工件不接触，二者之间没 有明显的宏观作用力，能在淬火后进行。 3）放电持续时间短，10-3—10-7s，热量传散 ）放电持续时间短，10 范围小，保证良好的加工精度和表面质。 4）脉冲参数能在较大范围内调节，可以在同 一台机床上连续进行粗、中、精及精微。 5）直接利用电能进行加工，便于实现自动控 制和加工自动化。
电火花加工过程中， 电火花加工过程中， 实现高效低损耗加工，具体途径如下： 实现高效低损耗加工，具体途径如下：
（1）正确选择加工极性 （2）利用吸附效应建立炭黑保护层 （3）选用合适的材料作工具电极 （4）利用电喷镀现象 （5）利用电化学作用
第四章模具特种加工方法
2）多电极加工法
3）分解电极法
（2）电极设计 1）电极材料 型腔加工中常用的电极材料主要是石墨和
紫铜。在特殊型腔加工中采用铜钨合金和银钨 合金是较理想的材料。
2）电极结构：整体式、镶拼式和组合式。
脉冲流波形图
ti—脉冲宽度；t0—脉冲间隔； T—脉冲周期；I0—电流峰值
3.1.3 电火花加工的特点
（1）可以加工用一般机械加工方法难 以加工或无法加工的材料。
（2）工具电极和工件在加工过程中不 接触，不存在明显的机械作用力，工件不 会受力变形，便于加工小孔、深孔、薄壁、 窄缝以及各种型面和型腔零件。
1）电极材料
2）电极结构 a. 整体式电极 b. 组合式电极 c. 镶拼式电极
3）电极尺寸
➢电极尺寸主要包括截面尺寸和长度尺寸。 ➢截面尺寸为垂直于电极进给力向的电极横 截面尺寸。 ➢电极的轮廓尺寸比所加工型孔均匀地小一 个放电间隙。 ➢凸、凹模的尺寸公差住往只标注一个，另 一个与之配作，以保证配合间隙。
3.1.2 电火花加工必须具备的条件
（1）必须使工件电极和工具电极之间经常保持一定的 间隙，一般为0.01～0.2mm。
（2）电火花放电必须是脉冲性和间歇性的，放电延续 时间一般为10-7～10-4s。
（3）电火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质 中进行。液体介质没有一定绝缘性能，就不能击穿放电， 形成火花通道。
3.1.5 电火花加工在模具制造中的应用
1．凹模型孔加工
电火花加工在模具制造中，广泛应用于 各种冲裁模的凹模型孔的加工。型孔越复 杂，采用电火花加工的优越性越明显。对 于型孔形状复杂的凹模，采用电火花加工 可以不用镶拼结构，而采用整体结构。这 样既简化了模具的结构，又提高了模具的 寿命。
3）分解电极法
（2）电极设计 1）电极材料 型腔加工中常用的电极材料主要是石墨和
紫铜。在特殊型腔加工中采用铜钨合金和银钨 合金是较理想的材料。
2）电极结构：整体式、镶拼式和组合式。
脉冲流波形图
ti—脉冲宽度；t0—脉冲间隔； T—脉冲周期；I0—电流峰值
3.1.3 电火花加工的特点
（1）可以加工用一般机械加工方法难 以加工或无法加工的材料。
（2）工具电极和工件在加工过程中不 接触，不存在明显的机械作用力，工件不 会受力变形，便于加工小孔、深孔、薄壁、 窄缝以及各种型面和型腔零件。
1）电极材料
2）电极结构 a. 整体式电极 b. 组合式电极 c. 镶拼式电极
3）电极尺寸
➢电极尺寸主要包括截面尺寸和长度尺寸。 ➢截面尺寸为垂直于电极进给力向的电极横 截面尺寸。 ➢电极的轮廓尺寸比所加工型孔均匀地小一 个放电间隙。 ➢凸、凹模的尺寸公差住往只标注一个，另 一个与之配作，以保证配合间隙。
3.1.2 电火花加工必须具备的条件
（1）必须使工件电极和工具电极之间经常保持一定的 间隙，一般为0.01～0.2mm。
（2）电火花放电必须是脉冲性和间歇性的，放电延续 时间一般为10-7～10-4s。
（3）电火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质 中进行。液体介质没有一定绝缘性能，就不能击穿放电， 形成火花通道。
3.1.5 电火花加工在模具制造中的应用
1．凹模型孔加工
电火花加工在模具制造中，广泛应用于 各种冲裁模的凹模型孔的加工。型孔越复 杂，采用电火花加工的优越性越明显。对 于型孔形状复杂的凹模，采用电火花加工 可以不用镶拼结构，而采用整体结构。这 样既简化了模具的结构，又提高了模具的 寿命。
特种加工名词解释
特种加工名词解释
"特种加工"通常指的是对某些特殊材料或在特定环境下进行的加工处理。
以下是一些常见的特种加工名词解释：
1. 激光切割：使用高能激光束对金属或非金属材料进行切割，适用于高精度要求的材料加工。
2. 电火花加工：利用电脉冲放电原理，在导电材料上形成微小的放电火花，从而加工出精密零部件或模具。
3. 等离子切割：使用等离子弧将金属材料进行切割，适用于较厚的金属板材。
4. 化学加工：通过化学方法对金属表面进行特殊处理，如酸洗、电镀等，以改善其性能或外观。
5. 超声波加工：利用超声波振动进行加工，适用于微细加工和特殊材料的加工。
这些特种加工方式通常用于特殊材料、复杂结构或对精度要求较高的零部件制造中，以满足特定的工艺需求和产品要求。
第三章模具的特种加工
<3> 发生缘由：普通以为在火花放电进程中，正、负电极外 表区分遭到负电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用，在两 极外表所分配到的能量不一样，因此熔化、气化抛出的电蚀 量也不一样。其缘由是电子的质量和惯性均小，容易取得很 高的减速度和速度，在击穿放电的初始阶段就有少量的电子 奔向正极，把能量传递给阳极外表，使电极资料迅速熔化和 气化；而正离子那么由于质量和惯性较大，起动和减速较慢， 在击穿放电的初始阶段，少量的正离子来不及抵达负极外表， 抵达负极外表并传递能量的只要一小部分别子。
〔3〕电场强度>介电强度→电离→放电通道
〔4〕介质击穿的进程十分急促，普通为10-7～10-5s。介质击穿构成导 电通道后，间隙电阻从绝缘形状骤降到几分之一欧姆，间隙电流急速 上升，电流密度可高达105～108A/cm2，间隙电压那么由击穿电压迅速 降至电的火花放电维持电压〔普通为20～25V〕。
〔5〕电压下降。
<1>热学常数：熔点，沸点〔汽化点〕，导热系数，比 热容〔使局部金属资料温度降低直至到达熔点，而每克 金属资料降低1℃〔或1K〕所需热量即为该金属资料的 比热容〕。 ，熔化热〔每熔化1g资料所需热量即为该 金属的熔化热 〕，汽化潜能〔使熔融金属气化，每气 化1g资料所需热量称为该金属的气化热〕等
<2>熔点，沸点〔汽化点〕，比热容，熔化潜能，汽化 潜能高，蚀出率低，导热系数高，蚀出率低
〔二〕物理实质
1．介质击穿和通道构成
〔1〕脉冲电压构成电场，电极外表不平使电场不平均；由于工具和工 件外表存在着微观不平度，在两极间的外表粗糙度峰顶处，电极间隙 绝缘条件相对单薄，电场强度最大，其间的液体介质将首先被击穿构 成放电通道
〔2〕杂质聚集，使级间电场畸变；沿电力线集聚构成特殊的〝桥〞， 延长了实践极间距
〔3〕电场强度>介电强度→电离→放电通道
〔4〕介质击穿的进程十分急促，普通为10-7～10-5s。介质击穿构成导 电通道后，间隙电阻从绝缘形状骤降到几分之一欧姆，间隙电流急速 上升，电流密度可高达105～108A/cm2，间隙电压那么由击穿电压迅速 降至电的火花放电维持电压〔普通为20～25V〕。
〔5〕电压下降。
<1>热学常数：熔点，沸点〔汽化点〕，导热系数，比 热容〔使局部金属资料温度降低直至到达熔点，而每克 金属资料降低1℃〔或1K〕所需热量即为该金属资料的 比热容〕。 ，熔化热〔每熔化1g资料所需热量即为该 金属的熔化热 〕，汽化潜能〔使熔融金属气化，每气 化1g资料所需热量称为该金属的气化热〕等
<2>熔点，沸点〔汽化点〕，比热容，熔化潜能，汽化 潜能高，蚀出率低，导热系数高，蚀出率低
〔二〕物理实质
1．介质击穿和通道构成
〔1〕脉冲电压构成电场，电极外表不平使电场不平均；由于工具和工 件外表存在着微观不平度，在两极间的外表粗糙度峰顶处，电极间隙 绝缘条件相对单薄，电场强度最大，其间的液体介质将首先被击穿构 成放电通道
〔2〕杂质聚集，使级间电场畸变；沿电力线集聚构成特殊的〝桥〞， 延长了实践极间距
模具的特种加工
标准钻夹头装夹和标准螺纹夹头装夹。 见书P103图5-9和图5-10。 （2）安工徽件机电的Βιβλιοθήκη 装业夹技术学院 直接安放在工作台上。
第五章 模具的特种加工
5、电规准的选择 模具电火花加工中所选用的一组电脉冲参数称为电规准。
（1）粗规准 主要用于粗加工
（2）中规准 是粗、精加工间过渡加工采用的电规准，用以减小精加
第五章 模具的特种加工
（1）介质的击穿与放电通道的形成。 电离：电场强度大，液体介质→电子和正离子。 放电：电子—阴，奔向阳极，离子—阳。产生火花
放电，介质绝缘形成电通道。
安徽机电职业技术学院
第五章 模具的特种加工
（2）能量的转化、分布与传递。 热膨胀：电子、离子碰撞，阴、阳极碰撞，形成温度
高达10000~12000℃的高温电源。工件表面熔化、汽化介 质汽化、分离碳黑。
安徽机电职业技术学院
第五章 模具的特种加工
二、模具电火花成形加工的特点和应用范围
1．模具电火花加工的特点
1）不受材料硬度的限制 由于模具工作部分材料一般是 高硬度的合金钢，且需在淬火后加工，用切削加工十分困难。 而用电火花加工，无论其材料硬度多高，都能很容易地加工， 不受材料安硬徽度机的电职限业制技。术学院
2）电极和工件之间作用力小 由于电极和工件在加工过 程中不直接接触，因而两极间的作用力很小。这对于用小电极 加工无变形的薄壁工件十分有利。
第五章 模具的特种加工
3）操作容易，便于自动加工 电火花加工的操作十分简 便，只需要将电极和工件安装好后，开动机床便可实现自动 控制和自动加工。
4）比较容易选择和变更加工条件 电加工过程中可任意 选择和变更加工条件，如任意选择粗加工和精加工，只需变 更参数安而徽不机必电职变业更技设术备学。院
第五章 模具的特种加工
5、电规准的选择 模具电火花加工中所选用的一组电脉冲参数称为电规准。
（1）粗规准 主要用于粗加工
（2）中规准 是粗、精加工间过渡加工采用的电规准，用以减小精加
第五章 模具的特种加工
（1）介质的击穿与放电通道的形成。 电离：电场强度大，液体介质→电子和正离子。 放电：电子—阴，奔向阳极，离子—阳。产生火花
放电，介质绝缘形成电通道。
安徽机电职业技术学院
第五章 模具的特种加工
（2）能量的转化、分布与传递。 热膨胀：电子、离子碰撞，阴、阳极碰撞，形成温度
高达10000~12000℃的高温电源。工件表面熔化、汽化介 质汽化、分离碳黑。
安徽机电职业技术学院
第五章 模具的特种加工
二、模具电火花成形加工的特点和应用范围
1．模具电火花加工的特点
1）不受材料硬度的限制 由于模具工作部分材料一般是 高硬度的合金钢，且需在淬火后加工，用切削加工十分困难。 而用电火花加工，无论其材料硬度多高，都能很容易地加工， 不受材料安硬徽度机的电职限业制技。术学院
2）电极和工件之间作用力小 由于电极和工件在加工过 程中不直接接触，因而两极间的作用力很小。这对于用小电极 加工无变形的薄壁工件十分有利。
第五章 模具的特种加工
3）操作容易，便于自动加工 电火花加工的操作十分简 便，只需要将电极和工件安装好后，开动机床便可实现自动 控制和自动加工。
4）比较容易选择和变更加工条件 电加工过程中可任意 选择和变更加工条件，如任意选择粗加工和精加工，只需变 更参数安而徽不机必电职变业更技设术备学。院
模具零件的特种加工课件-型腔的电火花加工
116
16
电火花成形加工
0.4 4 x φ 1 4 . 6 + 00 . 0 1 8
0.8
φ1
0
+
0. 0
01
5
0.8
6.3 其余
4
20
电 火 花
0.4
S
R1
2
.9
+0 0
.0
18
1100
0.8 0.8
0.8
4
x
φ
1
2
+0 0
.0
18
44××MM66
名称：型腔
成
4 x M48x M 8
材料：45钢
窄缝型腔等部位。
1
电火花成形加工
电
电极材料
火
应选择损耗小、加工过程稳 定、生产率高、机械加工性 能良好、来源丰富、价格低 廉的材料作电极材料。
花 成
常用电极 材料种类
表3.2
形
加
￭ 型腔加工常用电极材料主要是石墨和
工 工
电极材料 的选用
紫铜。紫铜组织致密，适用于形状复杂 轮廓清晰、精度要求较高模具。石墨电 极容易成形，密度小，宜作大、中
电极结构设计和模坯准备
电
火
电极尺寸
花
成 形 加
垂直方向尺寸尺寸：h= h1+ h2
h1=H1+C1H1+ C2S－δj
工
工
艺
排气孔和冲油孔
型腔电极设计
7
电火花成形加工
电极制造
电
火
采用混合法工艺时，电极与凸模连接后加工。
花
成
孔加工用电极切削加工、钳工、电火花线切
模具的特种加工技术
4.1.3 电火花成形机床及附件简介
电火花成型加工机床由 于功能的差异，导致在布 局和外观上有很大的不同， 但其基本组成是一样的， 都由脉冲电源、数控装置、 工作液循环系统、伺服进 给系统、基础部件等组成
图4-4
一、脉冲电源
• 作用 脉冲电源的作用是把工频交流电流转换成一定频率的单
向脉冲电流，以供给火花放电间隙所需要的能量来蚀除金 属。
四、应用范围
由于电火花成型加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因 此其应用领域日益扩大，目前已广泛应用于机械 ( 特别是模具制 造 ) 、宇航、航空、电子、电机、电器、精密微细机械、仪器仪表、 汽车、轻工等行业，以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。 其加工范围已达到小至几十微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型 模具和零件。
脉冲电源对线切割加工的生产率、表面质量、加工速度 、加工过程的稳定性和电极丝损耗等技术经济指标有很大 的影响，应给予足够的重视。
• 分类 1、按其作用原理和所用的主要元件、脉冲波形等可分为多 种类型，见表 7-3 。
2、按功能可分为等电压脉宽 ( 等频率 ) 、等电流脉宽脉 冲电源，以及模拟量、数字量、微机控制、适应控制、智能 化等脉冲电源。
光、热能： 激光加工
化学能：
化学加工、化学抛光
声、机械能： 超声波加工
机械能：
磨料喷射加工、磨料流加工、液体喷射加工
电子束和离子束加工以及同时用几种加工方式的复合加工
§4.1 电火花成形加工
4.1.1 电火花加工的基本原理及特点
4.1.2 电火花加工过程
4.1.3 电火花加工机床
4.1.4 电火花加工的基本规律
电火花成型加工具体应用范围如下 ： 1、高硬脆材料 2、各种导电材料的复杂表面 3、微细结构和形状 4、高精度加工 5、高表面质量加工
第四章_模具特种加工方法
b. 电极垂直尺寸的计算 电极总高度尺寸的确定如图所示。
H＝H1＋H2 H1＝H’1＋C1 H’1＋C2 S－ δ
J
C1－－粗规准加工时端面相对损耗率。 C2－－中、精度规准加工时端面相对损耗 率 S－－中、精度规准加工时端面总进给量 δ J －－精度规准加工时放电间隙。
（3）电极和工件的装夹与校正 1）电极的装夹与校正 型腔模电极的装夹方法与型孔电火花 加工的电极装夹基本相同。电极装夹后常 用的校正方法有三种。 a.固定板基面校正法 b.电极侧面校正法 c.电极端面火花放电校正法。
3）电极尺寸
a. 电极的横截面尺寸 按凹模尺寸和公差设计电极截面尺寸 按凸模尺寸和公差设计电极截面尺寸 Z=2δ ,Z>2δ ,Z<2δ b. 电极的长度尺寸 L＝KH + H1 + H2 +（0.4～0.8）（n－1）KH
c. 电极公差的确定 电极在长度方向的尺寸公差没有严格的 要求。电极横截面的尺寸公差一般取凹模刃 口相应尺寸公差的1/2～2/3。电极侧面的平 行度误差在100mm长度上不大于0.01mm。电 极工作表面的粗糙度不大于型孔的表面粗糙 度。
2．型腔加工
型腔加工的特点；型腔形状复杂、精度要求 高、表面粗糙度值小；盲孔加工工作液循环困难， 电蚀产物排出条件差；电极损耗后不能用增加电 极长度来补偿；加工面积变化较大，加工过程中 电规准的调节范围较大，电极损耗不均为，对精 加工影响较大。 （1）型腔电火花加工的工艺方法 1）单电极加工法：电极加工法指用一个电 极加工出所需型腔的方法。 2）多电极加工法 3）分解电极法
（4）电极和工件的装夹与校正 1）电极的装夹与校正 整体式电极一般使用夹头将电极装夹在 机床主轴的下端。镶拼式电极一般采用一块 联接板将几个电极拼块联接成一个整体后， 再装夹到机床主轴上并找正。组合式电极可 在标准夹具上加定位块进行装夹，或用专用 夹具进行装夹。
项目四模具的特种加工
多个 脉冲
二、 电火花成形加工的特点及应用范围
1.电火花成形加工的特点
﹙1﹚以柔克刚，适合任何难切削材料的加工； ﹙2﹚不存在宏观切削力；(小孔、窄缝等各种精密复杂模具 的加工) ﹙3﹚易于实现自动控制及自动化;
﹙4﹚可以改进结构设计，改善结构工艺性。
缺点
只能加工导电工件。 加工速度慢。 由于存在电极损耗，加工精度受限制。
前苏联科学家拉扎连柯夫妇
表1-1 常用特种加工方法的分类
加工方法
电火花加工
电火花成型加工 电火花线切割加工
电解加工
电解磨削
电化学加工 电解研磨
电铸
涂镀
激光束加工
高能束加工
电子束加工 离子束加工
等离子弧加工
物料切蚀 加工
化学加工
复合加工
超声加工 磨料流加工 液体喷射加工 化学铣削 化学抛光 光刻 电化学电弧加工 电解电化学机械磨削
冲放电持续时间te ，亦即正比于平均放电电流。
﹙3﹚电参数对电蚀量的影响
a. 脉冲宽度
图5-11 极性效应和脉宽对蚀除量的影响
短脉冲加工（ <40微秒） ：正极材料的蚀除速度大于负极 材料的蚀除速度，采用正极性加工； 用于精加工。
长脉冲加工（ >300微秒） ：长脉冲时负极的蚀除速度要 比正极大，采用负极性加工。用于粗 加工。
u
ui
ti to
t
tp
脉冲电源空载电压波形
ti为脉冲宽度 to为脉冲间隔 tp为脉冲周期； ui为脉冲峰值电压 Ip为峰值电流
3.自动进给调节系统
主要控制放电间隙大小、极间物理状态、加工深度等。
❖ 电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含 伺服进给系统和参数控制系统。伺服进给系统主要用 于控制放电间隙的大小，而参数控制系统主要用于控 制电火花成型加工中的各种参数(如放电电流、脉冲 宽度、脉冲间隔等)，以便能够获得最佳的加工工艺 指标等。
模具的特种加工方法
2. 非电参数对电极损耗的影响
•
1) 加工面积的影响
•
在脉冲宽度和峰值电流一定的条件下，加工面积对电
极损耗影响不大，是非线性的(如图所示)。当电极相对损
耗小于l%，并随着加工面积的继续增大，电极损耗减小的
趋势越来越慢。当加工面积过小时，则随着加工面积的减
小而电极损耗急剧增加。 /%
3 电 极 —Cu
峰值电流与电极相对损耗的关系
3) 脉冲间隔的影响
•
在脉冲宽度不变时，随着脉冲间隔的增加，电极
损耗增大(如图所示)。因为脉冲间隔加大，引起放电间
隙中介质消电离状态的变化，使电极上的“覆盖效应”
减少。
•
随着脉冲间隔的减小，电极损耗也随之减少，但
超过一定限度，放电间隙将来不及消电离而造成拉弧
烧伤，反而影响正常加工的进行。尤其是粗规准、大
电流加工时，更应注意。
/%
0.8 0.6 0.4 0.2
电 极 —铜 工 件 —T10A 加 工 极 性 —负
ti＝ 1200s
0 100 200 300 400 500 600 to /s
图3-15 脉冲间隔对电极相对损耗的影响
• 4) 加工极性的影响
•
在其他加工条件相同的情况下，加工极性不同对电极
工作液对电蚀量的影响 电火花加工一般在液体介质中进行。
• 其他条件对加工速度的影响
• 在电火花加工过程中，极间局部区域电蚀产物过高， 加之放电引起的温度升高，常会影响加工过程的稳定性， 以致破坏正常的火花放电，使加工速度降低，甚至无法继 续加工。
•
电极材料也会影响加工过程的稳定性，钢电极加工钢
工件不稳定，改用铜电极较稳定。
2）放电必须在具有一定绝缘性的液 体介质中进行。
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第一节 电火花成型加工
一、电火花加工的原理
电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极 相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产 生瞬时高温，使局部金属熔化，甚至汽化，从而将金属蚀除 下来。这一过程大致分为以下几个阶段:
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第一节 电火花成型加工
教学目标
1.掌握电火花成型加工、电火花线切割加工、电化学加工的 原理、特点及应用。
2.了解电火花成型加工、电火花线切割加工工艺所使用机床 的结构特点。
3.了解超声波加工、激光加工、电子束加工的原理、特点及 应用。
4.尝试综合利用本章所述几种加工工艺对不同零件进行加工。
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第一节 电火花成型加工
(2)火花放电必须在一定绝缘性能的液体介质中进行，例如， 煤油、皂化液或去离子水等。液体介质又称工作液，有压缩 放电通道的作用，同时液体介质还能把电火花加工过程中产 生的金属屑、炭黑等电蚀产物从放电间隙中排出去，并且对 电极和工件有较好的冷却作用。
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第一节 电火花成型加工
(3)火花放电是瞬时的脉冲性放电，放电的持续时间一般为 1~1000 μs。由于放电时间短，能量集中，使放电时产生的热 量来不及扩散到电极材料内部，放电点集中在很小范围内。 如果放电时间过长，就会形成持续电弧放电，使加工表面材 料大范围熔化烧伤而无法用作尺寸加工。
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第一节 电火花成型加工
3.电极材料的抛出 正负电极间产生的电火花现象，使放电通道产生高温高压。
通道中心的压力最高，工作液和金属汽化后不断向外膨胀， 形成内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排 挤，抛出放电通道，大部分被抛入到工作液中。加工中看到 的橘红色火花就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。
(4)在先后两次脉冲放电之间，应有足够的停歇时间，排除电 蚀产物，使极间介质充分消电离，恢复介电性能，以保证每 次脉冲放电不在同点进行，避免发生局部烧伤现象，使重复 性脉冲放电顺利进行。如图4-1所示为矩形波脉冲电源的电压 波形。
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第一节 电火花成型加工
以上这些问题的解决是通过图4-2所示的电火花加工原理来实 现的。工件1和工具4分别与脉冲电源2的两输出端相连接。自 动进给调节装置3(此处为电动机及丝杠螺母机构)使工具和工 件间经常保持一很小的放电间隙，若脉冲电压加到两极之间， 便在当时条件下相对某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿 介质，在该局部产生火花放电，放电点处产生瞬时高温使工 具和工件表面都蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑。 脉冲放电结束后，经过一段间隔时间(即脉冲间隔)，使工作 液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时 极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一 个小凹坑。如此连续不断地重复放电，工具电极不断地向工 件进给就可把工具的形状复制到工件上，加工出所需要的零 件，整个加工表面由无数个小凹坑组成。
第四章 模具零件的特种加工
第一节 电火花成型加工 第二节 电火花线切割加工 第三节 电化学加工 第四节 其他加工技术简介
第四章 模具零件的特种加工
本章概述
随着模具行业的发展，传统的机加工工艺有时已经不能满足 需求，因此近些年发展出了几种特种加工工艺。这些特种加 工工艺有着很好的发展前景，我们有必要了解一下。本章介 绍了几种特种加工技术和工艺，包括电火花成型加工、电火 花线切割加工、电化学加工及其他几种特种加工技术。着重 介绍了它们的原理、特点及应用。
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第一节 电火花成型加工
要使放电腐蚀原理用于对导:
(1)工具电极和工件被加工表面之间必须保持一定的放电间隙， 这一间隙随加工条件而定，通常约为几微米至几百微米。如 果间隙过小，很容易形成短路接触，不能产生火花放电;如果 间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，同样不会产生火花 放电。因此，加工中必须用自动进给调节机构来保证加工间 隙随工作状态而变化。
电火花加工是在液体介质中进行的，机床的自动进给调节装 置使工件和工具电极之间保持适当的放电间隙，当工具电极 和工件之间施加很强的脉冲电压(达到间隙中介质的击穿电压) 时，会击穿介质绝缘强度最低处。由于放电区域很小，放电 时间极短，所以，能量高度集中，使放电区的温度瞬时高达 10000℃~12000℃，工件表面和工具电极表面的金属局部熔化、 甚至汽化蒸发。局部熔化和汽化的金属在爆炸力的作用下抛 入工作液中，并被冷却为金属小颗粒，然后被工作液迅速冲 离工作区，从而使工件表面形成一个微小的凹坑。一次放电 后，介质的绝缘强度恢复等待下一次放电。如此反复使工件 表面不断被蚀除，并在工件上复制出工具电极的形状，从而 达到成型加工的目的。
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第一节 电火花成型加工
2.电极材料的熔化，汽化热膨胀 液体介质被电离、击穿，形成放电通道后，通道间带负电的
粒子奔向正极，带正电的粒子奔向负极，粒子间相互撞击， 产生大量的热能，使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首 先使工作液汽化，进而汽化，然后高温向四周扩散，使两电 极表面的金属材料开始熔化直至沸腾汽化。汽化后的工作液 和金属蒸汽瞬间体积猛增，形成了爆炸的特性。所以在观察 电火花加工时，可以看到工件与工具电极间有冒烟现象并听 到轻微的爆炸声。
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第一节 电火花成型加工
4.极间介质的消电离 在电火花放电加工过程中产生的电蚀产物如果来不及排除和
扩散，那么产生的热量将不能及时传出，使该处介质局部过 热，局部过热的工作液高温分解、结碳，使加工无法进行， 并烧坏电极。因此为了保证电火花加工过程的正常进行，在 两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排出， 恢复放电通道的绝缘性，使工作液介质消电离。实际上，电 火花加工的过程远比上述复杂，它是电力、磁力、热力、流 体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。到目前为止， 人们对电火花加工过程的了解还有限，需要进一步研究。
1.极间介质的电离、击穿，形成放电通道 放电通道是由大量带正电和负电的粒子以及中型粒子组成，
带电粒子高速运动，相互碰撞，产生大量热能，使通道温度 升高，通道中心温度可达到10000℃以上。由于放电开始阶段 通道截面很小，而通道内有高温热膨胀形成的压力高达几万 帕，高温高压的放电通道急速扩展，产生一个强烈的冲击波 向四周传播。在放电的同时还伴随着光效应和声效应，这就 形成了肉眼所能看到的电火花。
第一节 电火花成型加工
一、电火花加工的原理
电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极 相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产 生瞬时高温，使局部金属熔化，甚至汽化，从而将金属蚀除 下来。这一过程大致分为以下几个阶段:
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第一节 电火花成型加工
教学目标
1.掌握电火花成型加工、电火花线切割加工、电化学加工的 原理、特点及应用。
2.了解电火花成型加工、电火花线切割加工工艺所使用机床 的结构特点。
3.了解超声波加工、激光加工、电子束加工的原理、特点及 应用。
4.尝试综合利用本章所述几种加工工艺对不同零件进行加工。
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第一节 电火花成型加工
(2)火花放电必须在一定绝缘性能的液体介质中进行，例如， 煤油、皂化液或去离子水等。液体介质又称工作液，有压缩 放电通道的作用，同时液体介质还能把电火花加工过程中产 生的金属屑、炭黑等电蚀产物从放电间隙中排出去，并且对 电极和工件有较好的冷却作用。
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第一节 电火花成型加工
(3)火花放电是瞬时的脉冲性放电，放电的持续时间一般为 1~1000 μs。由于放电时间短，能量集中，使放电时产生的热 量来不及扩散到电极材料内部，放电点集中在很小范围内。 如果放电时间过长，就会形成持续电弧放电，使加工表面材 料大范围熔化烧伤而无法用作尺寸加工。
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第一节 电火花成型加工
3.电极材料的抛出 正负电极间产生的电火花现象，使放电通道产生高温高压。
通道中心的压力最高，工作液和金属汽化后不断向外膨胀， 形成内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排 挤，抛出放电通道，大部分被抛入到工作液中。加工中看到 的橘红色火花就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。
(4)在先后两次脉冲放电之间，应有足够的停歇时间，排除电 蚀产物，使极间介质充分消电离，恢复介电性能，以保证每 次脉冲放电不在同点进行，避免发生局部烧伤现象，使重复 性脉冲放电顺利进行。如图4-1所示为矩形波脉冲电源的电压 波形。
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第一节 电火花成型加工
以上这些问题的解决是通过图4-2所示的电火花加工原理来实 现的。工件1和工具4分别与脉冲电源2的两输出端相连接。自 动进给调节装置3(此处为电动机及丝杠螺母机构)使工具和工 件间经常保持一很小的放电间隙，若脉冲电压加到两极之间， 便在当时条件下相对某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿 介质，在该局部产生火花放电，放电点处产生瞬时高温使工 具和工件表面都蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑。 脉冲放电结束后，经过一段间隔时间(即脉冲间隔)，使工作 液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时 极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一 个小凹坑。如此连续不断地重复放电，工具电极不断地向工 件进给就可把工具的形状复制到工件上，加工出所需要的零 件，整个加工表面由无数个小凹坑组成。
第四章 模具零件的特种加工
第一节 电火花成型加工 第二节 电火花线切割加工 第三节 电化学加工 第四节 其他加工技术简介
第四章 模具零件的特种加工
本章概述
随着模具行业的发展，传统的机加工工艺有时已经不能满足 需求，因此近些年发展出了几种特种加工工艺。这些特种加 工工艺有着很好的发展前景，我们有必要了解一下。本章介 绍了几种特种加工技术和工艺，包括电火花成型加工、电火 花线切割加工、电化学加工及其他几种特种加工技术。着重 介绍了它们的原理、特点及应用。
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第一节 电火花成型加工
要使放电腐蚀原理用于对导:
(1)工具电极和工件被加工表面之间必须保持一定的放电间隙， 这一间隙随加工条件而定，通常约为几微米至几百微米。如 果间隙过小，很容易形成短路接触，不能产生火花放电;如果 间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，同样不会产生火花 放电。因此，加工中必须用自动进给调节机构来保证加工间 隙随工作状态而变化。
电火花加工是在液体介质中进行的，机床的自动进给调节装 置使工件和工具电极之间保持适当的放电间隙，当工具电极 和工件之间施加很强的脉冲电压(达到间隙中介质的击穿电压) 时，会击穿介质绝缘强度最低处。由于放电区域很小，放电 时间极短，所以，能量高度集中，使放电区的温度瞬时高达 10000℃~12000℃，工件表面和工具电极表面的金属局部熔化、 甚至汽化蒸发。局部熔化和汽化的金属在爆炸力的作用下抛 入工作液中，并被冷却为金属小颗粒，然后被工作液迅速冲 离工作区，从而使工件表面形成一个微小的凹坑。一次放电 后，介质的绝缘强度恢复等待下一次放电。如此反复使工件 表面不断被蚀除，并在工件上复制出工具电极的形状，从而 达到成型加工的目的。
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第一节 电火花成型加工
2.电极材料的熔化，汽化热膨胀 液体介质被电离、击穿，形成放电通道后，通道间带负电的
粒子奔向正极，带正电的粒子奔向负极，粒子间相互撞击， 产生大量的热能，使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首 先使工作液汽化，进而汽化，然后高温向四周扩散，使两电 极表面的金属材料开始熔化直至沸腾汽化。汽化后的工作液 和金属蒸汽瞬间体积猛增，形成了爆炸的特性。所以在观察 电火花加工时，可以看到工件与工具电极间有冒烟现象并听 到轻微的爆炸声。
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第一节 电火花成型加工
4.极间介质的消电离 在电火花放电加工过程中产生的电蚀产物如果来不及排除和
扩散，那么产生的热量将不能及时传出，使该处介质局部过 热，局部过热的工作液高温分解、结碳，使加工无法进行， 并烧坏电极。因此为了保证电火花加工过程的正常进行，在 两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排出， 恢复放电通道的绝缘性，使工作液介质消电离。实际上，电 火花加工的过程远比上述复杂，它是电力、磁力、热力、流 体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。到目前为止， 人们对电火花加工过程的了解还有限，需要进一步研究。
1.极间介质的电离、击穿，形成放电通道 放电通道是由大量带正电和负电的粒子以及中型粒子组成，
带电粒子高速运动，相互碰撞，产生大量热能，使通道温度 升高，通道中心温度可达到10000℃以上。由于放电开始阶段 通道截面很小，而通道内有高温热膨胀形成的压力高达几万 帕，高温高压的放电通道急速扩展，产生一个强烈的冲击波 向四周传播。在放电的同时还伴随着光效应和声效应，这就 形成了肉眼所能看到的电火花。