特种加工论文

53

基

于

电

解

原

理

的

模

具

特

种

加

工

09机电三班

杨金峰

090153012

基于电火花原理模具的特种加工

杨金峰

（黄科科技学院工学院，河南郑州450006）

[摘要]：本文以常用成型模具为实例，浅谈了电火花加工、电解加工、超声加工等加工技术在现代模具加工中的应用，熟悉常用特种加工技术对模具设计制造具有很好的指导意义，对于缩短加工周期，提高模具加工质量都十分重要。

关键词：模具特种加工电火花线切割超声

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：

0引言

特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法。特种加工主要有电火花加工、电化学加工、激光加工、电子束加工技术、离子束加工、超声加工、化学加工及快速成形等技术。在模具特种加工技术中电火花加工、电化学加工中的电解加工和超声加工运用较多，本文对以上主要加工方法的加工原理，加工过程及参数选择等做简要分析。

1 电火花加工

电火花加工主要是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属。用以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。研究发现点火放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、气化而被蚀除，形成放电凹坑。如图1所示：

图1，电火花加工原理示意图

1-工件 2-脉冲电源 3-自动进给调节装置 4-工具 5-工作液 6-过滤器 7-工作液泵

2 电火花加工过程及参数选择

一般认为，点火加工可分为以下四个连续过程：极间介质的电离、击穿，形成放电通道；介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀；电极材料的抛处；极间介质的消电离。

电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介

质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～0.05mm）。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（10～107W／mm），放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。

3 模具电火花加工实例

如汽车车灯模具，在对模具型腔轮廓进行加工时，运用了电火花加工。汽车灯具模具由于特殊的凹槽结构，已不能使用传统的切削加工工艺。在电火花加工时，既要保证对型腔内整体的蚀除量大，提高加工效率，也要求电极损耗低。由于灯具表面的高光泽度和灯具安装时极小的安装缝隙，也要求电火花加工时能保证很好的加工精度和粗糙度。

图2，汽车车灯模具

型腔加工时为了提高加工精度，在电极选择方面，首先要寻找耐蚀性高的材料，如纯铜、铜钨合金和石墨电极等。一般石墨电极和纯铜选用较多，可以实现在宽脉冲粗加工时的电极低损耗。线切割是冲模零件的主要加工方式，然而进行合理的工艺分析，正确计算数控编程中电极丝的设计走丝轨迹，关系到模具的加工精度。通过穿丝孔的确定与切割路线的优化，改善切割工艺，这对于提高切割质量和生产效率，是一条行之有效的重要途径。

4 电解加工原理

电解加工主要是利用金属在电解液中发生阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种加工方法。根据电化学原理，在含正、负离子的溶液中，通电的阴、阳极表面发生得失电子的化学反应，溶液中的正负离子向带电相反的负、正极表面定向移动而发生电荷迁移，从而导致如“阳极溶解”和“阴极沉淀”的现象。利用该现象进行的加工即称电化学加工，其原理图如如3所示。

图3，电解加工原理图

电化学加工具有加工范围广、生产率高、表面质量好、工具阴极无损耗等显著优点，尤其适合于难加工材料和复杂形状零件的加工，如型孔、型腔、复杂型面、小直径深孔、膛线及进行去毛刺、刻印等。

5 电解加工过程及参数选择

电解加工时，工件接直流电源正极，工具接电源负极。工具向工件缓慢进给，使得两极间保持较小的间隙（0.1-1mm），具有一定压力（0.5-2MPa）的电解液从间隙中流过，这时阳极工件的金属被逐渐电解腐蚀，电解产物被高速（5-20m/s）的电解液带走，直至公家表面形成与阴极工作面基本相似的形状。

6 模具电解加工实例

对于摩托车发动机缸体模具，所需模具型腔复杂，且具有高光泽，高亮度，通常使用了电解加工工艺，成型模具型腔表面。在非模具加工的其他工件成型上，如飞机涡轮发动机叶轮，枪炮线膛加工等，电解加工也有着极其重要的应用。

7 电解微精加工的深入研究

电解加工技术具有加工机理的独特优势以及在微精甚至在纳米加工领域进一步研究探索的空间，但还必须在自身工艺规律认识和完善的基础上不断创新。具体应关注以下两点：

a,进一步完善硬件系统，如微进给系统及微控工作台的性能及可靠性的提升；加工过程自动检测与适应控制研发的深化。 b,微精加工机理的研究,尤其是在中、高频率脉冲电流条件下，微精加工电解反应系统动力学等方面的深入研究。如：脉冲参数(脉冲宽度及占空比)对加工效果的影响，流场的影响，冲液加工的可行性及相应的参数选择。微秒级脉冲电源的工程化完善以及在工业领域的大力推广应用。纳秒级脉冲电源、群脉冲电源、逆变式脉冲电源的性能完善。电解加工机床(包括其控制系统)及电解液系统性能的进一步改善。精密加工、微细加工等新技术对电解加工设备提出了更高的要求，如：机床的高定位精度及低速进给的稳定性、电解液系统的高清洁度及参数的稳定等，这些都需要引起足够重视

8 结束语