第三章李振平模具制造工艺学资料

2)火花放电必须是瞬时性的脉冲性放电，放电延续一段时 间(放电延续时间一般为10-7～10-3s)后，停歇一段时间， 才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，从 而把每一次的放电点局限在很小的范围内。否则，会造成 持续电弧放电，使放电点表面大量发热、熔化、烧伤。持 续电弧放电只能用于焊接或切割，而无法做成型表面的尺 寸加工，所以电火花加工必须采用脉冲电源。
(3)能够实现多种加工工序 改变加工的工艺参数就可完 成从粗加工、半精加工到精加工的全过程，特别适宜模 具成型零件少件生产的特定要求。 (4)易于实现加工过程自动化 可以通过调整电加工的工 艺参数进行自动加工。加工过程中不需要人工干预，所 以对操作者的技能要求相对较低。
二、电火花加工的控制 1.工具电极损耗 电火花加工中，在工件成型表面被蚀除的同时，工具电极 本身也将被蚀而损耗。影响工具电极损耗的因素主要有电 加工的极性效应、覆盖效应及电极制作材料等。 (1)极性效应 电火花放电过程中，电极的阳极和阴极表面 分别受到电子和离子的轰击而产生瞬时高温，工具电极和 工件表面都将遭到蚀除，但两极的蚀除速度并不一致(即使 工具电极与工件制作材料完全相同，两极的蚀除速度也不 一样)。两极蚀除速度不同的现象称为极性效应，简称极效 应。当阳极蚀除速度大于阴极时，称为正极性效应；反之 则称为负极性效应。
图3-l所示是电火花加工的原理图。电火花加工时， 工具电极接脉冲电源的一极，工件接另一极，并将两极 置于液体介质中。
当工具电极移近工件使两极间达到一定距离(该距离 称作放电间隙)时，极间的液体介质就被击穿而发生脉冲 放电，工件被蚀除一个小凹坑(称为电痕)，同时工具电极 自身也会因放电而出现损耗。放电后的电蚀产物，由液体 介质分离至放电间隙之外，经过短暂的间隔时间，使极间 恢复绝缘(称为消电离)而完成一次脉冲放电腐蚀。然后再 进行下一次的脉冲放电，又使工件蚀除一个小坑。通过不 断地进行放电腐蚀，工具电极不断地向工件移近(由自动 进给调节装置维持适当的放电间隙)，于是就在工件上加 工出与工具电极形状相似的型面。
电火花放电加工设备必须具备以下条件：
1)工具电极和工件被加工表面之间须保持一定的放电间 隙，通常约为几百微米以内。放电间隙过大，极间电压 不能击穿极间介质，不会产生火花放电；过小，将形成 短路接触，同样不能产生火花放电。工具电极的自动进 给调节装置通过自动控制系统自动跟踪调节工具电极和 工件之间的放电间隙。
(4)介质消电离阶段 脉冲放电结束后，极间电场急速减 小到零，此后有一段脉冲间隔时间，使两极间隙内的介质 消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复 本次放电通道处间隙内介质的绝缘强度以及降低两极的表 面温度等，以免下次重复在同一处发生放电而产生电弧放 电，保证在别处按两极间相对最近处或电阻率最小处形成 下一击穿通道。
3.电火花的加工特点 (1)适合难切削材料的加工 电火花采用的是不接触加 工，可加工薄形或具有窄槽、窄缝的工件；也可用于硬 度高、脆性高、软性材料加工。 (2)可加工特殊及复杂的成型零件、精度高 电火花加 工适宜对模具零件的复杂、微细成型表面进行加工。如 电火花可加工型腔表面的文字、立体图案、橘皮或木质 花纹等。电火花进行精加工时，形状尺寸精度可达：0. 001～0.01mm；表面粗糙度可达Ra=0.32～18μm，减少 手工抛光工作量。
极间液体介质中的导电杂质在电场的作用下向电场较 强的地方聚集，进而引起极间电场的畸变。两极间某 一间隙最小处(也是电场强度最大处)电场强度将超过 极向介质的介电强度，从而发生雪崩式的碰撞电离， 击穿两极间的介质，并迅速发展成放电通道，见图3-2。
(2)两极被蚀阶段 极间介质一旦被电离、击穿，形成 放电通道后，脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极， 对正极表面进行高速轰击；同时通道内的正离子则奔向 负极，对负极表面进行高速轰击。通过高速轰击，通道 内的大部分动能转换为热能，于是在通道内正极和负极 表面分别成为瞬时热源，达到很高的温度，使两极放电 点的金属局部熔化或汽化。两极表面材料因此被蚀出。
2.电火花腐蚀的过程 电火花腐蚀的过程是电场力、磁力、热力、流体动力、 电化学和胶体化学等综合作用的过程。这一过程大致 可分为以下4个阶段：
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(1)介质击穿阶段 当脉冲电压施加在工具电极和工件 之间时，两极间立即形成一个电场。随着极间电压的升 高或极间间隙的减小，极间电场强度也将增大。由于工 具电极和工件的微观表面是凸凹不平的，因而两极间的 电场也就不均匀，两极间离得最近的突出处或尖端处的 电场强度最大。
模具制造工艺学
主编 李振平 参编 刘京华 王怀亮
第三章 模具的特种加工
第一节 电火花成形加工
电火花加工是一种将工具电极靠近工件至一定的间 隙，并在工具电极与工件间施加电脉冲，造成电极和工 件之间不断产生脉冲性火花放电，从而产生局部、瞬时 的高温将工件材料逐步蚀除的加工方法。电火花加工广 泛应用于模具成型零件的表面加工。 一、 电火花加工 1.电火花加工原理
(3)蚀出材料分离阶段 由于放电点金属熔化或汽化的过 程极为短促，具有爆炸的特性。爆炸力就把熔化和汽化的 被蚀材料分离电极表面，并在电极表面留下一个小凹坑。 被蚀材料分离时，向四处飞溅，绝大部分抛入工作液中收 缩成小颗粒，还有一部分飞溅、吸附于对面的电极表面。 这种飞溅、吸附现象在某些条件下可用来减少或补偿工具 电极在加工过程中的损耗。实际的分离远比上述情况复杂， 是热爆炸力、电动力、流体动力等综合作用的结果。
3)火花放电必须在具有较高绝缘强度(通常为103～107 Ω·cm)的液体介质中进行，才能有利于产生脉冲性的 火花放电。液体介质又称工作液，工作液还起到分离金 属屑、碳黑等产物的作用，同时又对工具电极和工件表 面进行冷却。
4)工作液必须保持清洁。当工具电极和工件表面的材料 不断蚀除时，工作液中的金属屑、碳黑等含量不断提高， 如不及时清理，将造成工作液的绝缘强度降低，从而造 成瞬时短路接触或持续电弧放电。一般采用工作液循环 过滤系统，对工作液进行清洁。 5)粗加工时，有时因单位时间内的金属蚀除量较大，被 蚀废料来不及转移，这时就要求自动进给调节装置能使 电极进行定时抬升(称为抬刀)，加大工具电极与工件表 面的距离，便于被蚀废料的及时分离。