电火花加工工艺及实例

第四章电火花加工工艺及实例4.1电火花加工方法4.2电火花加工准备工作4.3加工规准转换及加工实例4.4电火花加工中应注意的一些问题习题辽阳职业技术学院4.1电火花加工方法电火花加工一般按图4-1所示步骤进行。由图4-1可以看出，电火花加工主要由三部分组成：电火花加工的准备工作、电火花加工、电火花加工检验工作。其中电火花加工可以加工通孔和盲孔，前者习惯称为电火花穿孔加工，后者习惯上称为电火花成型加工。它们不仅是名称不同，而且加工工艺方法有着较大的区别，本章将分别加以介绍。电火花加工的准备工作有电极准备、电极装夹、工件准备、工件装夹、电极工件的校正定位等。辽阳职业技术学院图4-1电火花加工的步骤分析图纸选择加工方法工件准备材料选择去除余量热处理除锈退磁工件装夹通用压板专用夹具电极准备材料选择尺寸设计加工制作电极装夹通用夹具专用夹具校正定位垂直度平行度相互定位加工参数选择电参数非电参数脉冲宽度脉冲间隔峰值电流加工电压加工极性冲油方式冲油压力液面高度加工深度平动量加工冲油压力调节进给调节规准转换平动量调节检验加工时间加工精度电极损耗表面粗糙度辽阳职业技术学院4.1.1电火花穿孔加工方法电火花穿孔加工一般应用于冲裁模具加工、粉末冶金模具加工、拉丝模具加工、螺纹加工等。本节以加工冲裁模具的凹模为例说明电火花穿孔加工的方法。凹模的尺寸精度主要靠工具电极来保证，因此，对工具电极的精度和表面粗糙度都应有一定的要求。如凹模的尺寸为L2，工具电极相应的尺寸为L1(如图4-2所示)，单边火花间隙值为SL，则L2=L1+2SL辽阳职业技术学院图4-2凹模的电火花加工L2L1SL辽阳职业技术学院其中，火花间隙值SL主要取决于脉冲参数与机床的精度。只要加工规准选择恰当，加工稳定，火花间隙值SL的波动范围会很小。因此，只要工具电极的尺寸精确，用它加工出的凹模的尺寸也是比较精确的。用电火花穿孔加工凹模有较多的工艺方法，在实际中应根据加工对象、技术要求等因素灵活地选择。穿孔加工的具体方法简介如下。辽阳职业技术学院1．间接法间接法是指在模具电火花加工中，凸模与加工凹模用的电极分开制造，首先根据凹模尺寸设计电极，然后制造电极，进行凹模加工，再根据间隙要求来配制凸模。图4-3为间接法加工凹模的过程。图4-3间接法工件(凹模)工具电极主轴头(a)加工前工件(凹模)工具电极主轴头(b)加工后工件(凹模)凸模(另制)主轴头(c)配制凸模辽阳职业技术学院间接法的优点是：(1)可以自由选择电极材料，电加工性能好。(2)因为凸模是根据凹模另外进行配制，所以凸模和凹模的配合间隙与放电间隙无关。间接法的缺点是：电极与凸模分开制造，配合间隙难以保证均匀。辽阳职业技术学院2．直接法直接法适合于加工冲模，是指将凸模长度适当增加，先作为电极加工凹模，然后将端部损耗的部分去除直接成为凸模(具体过程如图4-4所示)。直接法加工的凹模与凸模的配合间隙靠调节脉冲参数、控制火花放电间隙来保证。直接法的优点是：(1)可以获得均匀的配合间隙、模具质量高。(2)无须另外制作电极。(3)无须修配工作，生产率较高。辽阳职业技术学院图4-4直接法工件(凹模)工具电极(冲头)主轴头(a)加工前工件(凹模)主轴头(b)加工后工件(凹模)主轴头(c)切除损耗部分凸模刃口工具电极(冲头)切除部分工具电极(冲头)凸模刃口辽阳职业技术学院直接法的缺点是：(1)电极材料不能自由选择，工具电极和工件都是磁性材料，易产生磁性，电蚀下来的金属屑可能被吸附在电极放电间隙的磁场中而形成不稳定的二次放电，使加工过程很不稳定，故电火花加工性能较差。(2)电极和冲头连在一起，尺寸较长，磨削时较困难。3.混合法混合法也适用于加工冲模，是指将电火花加工性能良好的电极材料与冲头材料粘结在一起，共同用线切割或磨削成型，然后用电火花性能好的一端作为加工端，将工件反置固定，用“反打正用”的方法实行加工。这种方法不仅可以充分发挥加工端材料好的电火花加工工艺性能，还可以达到与直接法相同的加工效果(如图4-5所示)。辽阳职业技术学院图4-5混合法工件(凹模)工具电极(紫铜)主轴头(a)加工前工件(凹模)主轴头(b)加工后工件(凹模)主轴头(c)切除损耗部分凸模刃口切除部分(紫铜电极)凸模刃口凸模(冲头)凸模(冲头)辽阳职业技术学院混合法的特点是：(1)可以自由选择电极材料，电加工性能好。(2)无须另外制作电极。(3)无须修配工作，生产率较高。(4)电极一定要粘结在冲头的非刃口端(见图4-5)。4.阶梯工具电极加工法阶梯工具电极加工法在冷冲模具电火花成型加工中极为普遍，其应用方面有两种：辽阳职业技术学院(1)无预孔或加工余量较大时，可以将工具电极制作为阶梯状，将工具电极分为两段，即缩小了尺寸的粗加工段和保持凸模尺寸的精加工段。粗加工时，采用工具电极相对损耗小、加工速度高的电规准加工，粗加工段加工完成后只剩下较小的加工余量(如图4-6(a)所示)。精加工段即凸模段，可采用类似于直接法的方法进行加工，以达到凸凹模配合的技术要求(如图4-6(b)所示)。(2)在加工小间隙、无间隙的冷冲模具时，配合间隙小于最小的电火花加工放电间隙，用凸模作为精加工段是不能实现加工的，则可将凸模加长后，再加工或腐蚀成阶梯状，使阶梯的精加工段与凸模有均匀的尺寸差，通过加工规准对放电间隙尺寸的控制，使加工后符合凸凹模配合的技术要求(如图4-6(c)所示)。辽阳职业技术学院图4-6用阶梯工具电极加工冲模粗加工段精加工段工具电极(冲头)工件(a)精加工段(b)粗加工段工件工具电极(冲头)工件粗加工段(c)精加工段工具电极冲头辽阳职业技术学院除此以外，可根据模具或工件不同的尺寸特点和尺寸，要求采用双阶梯或多阶梯工具电极。阶梯形的工具电极可以由直柄形的工具电极用“王水”酸洗、腐蚀而成。机床操作人员应根据模具工件的技术要求和电火花加工的工艺常识，灵活运用阶梯工具电极的技术，充分发挥穿孔电火花加工工艺的潜力，完善其工艺技术。辽阳职业技术学院4.1.2电火花成型加工方法电火花成型加工和穿孔加工相比有下列特点：(1)电火花成型加工为盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差。(2)型腔多由球面、锥面、曲面组成，且在一个型腔内常有各种圆角、凸台或凹槽，有深有浅，还有各种形状的曲面相接，轮廓形状不同，结构复杂。这就使得加工中电极的长度和型面损耗不一，故损耗规律复杂，且电极的损耗不可能由进给实现补偿，因此型腔加工的电极损耗较难进行补偿。(3)材料去除量大，表面粗糙度要求严格。(4)加工面积变化大，要求电规准的调节范围相应也大。辽阳职业技术学院根据电火花成型加工的特点，在实际中通常采用如下方法：1.单工具电极直接成型法(如图4-7所示)单工具电极直接成型法是指采用同一个工具电极完成模具型腔的粗、中及精加工。对普通的电火花机床，在加工过程中先用无损耗或低损耗电规准进行粗加工，然后采用平动头使工具电极做圆周平移运动，按照粗、中、精的顺序逐级改变电规准，进行侧面平动修整加工。在加工过程中，借助平动头逐渐加大工具电极的偏心量，可以补偿前后两个加工电规准之间放电间隙的差值，这样就可完成整个型腔的加工。辽阳职业技术学院图4-7单工具电极直接成型法(a)粗加工(b)精加工型腔(左侧)(c)精加工型腔(右侧)粗加工电极粗加工电极粗加工电极辽阳职业技术学院单电极平动法加工时，工具电极只需一次装夹定位，避免了因反复装夹带来的定位误差。但对于棱角要求高的型腔，加工精度就难以保证。如果加工中使用的是数控电火花机床，则不需要平动头，可利用工作台按照一定轨迹做微量移动来修光侧面。2.多电极更换法(如图4-8所示)对早期的非数控电火花机床，为了加工出高质量的工件，多采用多电极更换法。多电极更换法是指根据一个型腔在粗、中、精加工中放电间隙各不相同的特点，采用几个不同尺寸的工具电极完成一个型腔的粗、中、精加工。在加工时首先用粗加工电极蚀除大量金属，然后更换电极进行中、精加工；对于加工精度高的型腔，往往需要较多的电极来精修型腔。辽阳职业技术学院图4-8多电极更换法(a)粗加工(b)更换大电极精加工粗加工电极精加工电极辽阳职业技术学院多电极更换加工法的优点是仿型精度高，尤其适用于尖角、窄缝多的型腔模加工。它的缺点是需要制造多个电极，并且对电极的重复制造精度要求很高。另外，在加工过程中，电极的依次更换需要有一定的重复定位精度。辽阳职业技术学院3．分解电极加工法(如图4-9所示)分解电极加工法是根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔电极和副型腔电极，分别制造。先用主型腔电极加工出主型腔，后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。此方法的优点是能根据主、副型腔不同的加工条件，选择不同的加工规准，有利于提高加工速度和改善加工表面质量，同时还可简化电极制造，便于电极修整。缺点是主型腔和副型腔间的精确定位较难解决。近年来，国内外广泛应用具有电极库的数控电火花机床，事先将复杂型腔面分解为若干个简单型腔和相应的电极，编制好程序，在加工过程中自动更换电极和加工规准，实现复杂型腔的加工。辽阳职业技术学院图4-9分解电极加工法辽阳职业技术学院4．手动侧壁修光法这种方法主要应用于没有平动头的非数控电火花加工机床。具体方法是利用移动工作台的X和Y坐标，配合转换加工规准，轮流修光各方向的侧壁。如图4-10所示，在某型腔粗加工完毕后，采用中加工规准先将底面修出；然后将工作台沿X坐标方向右移一个尺寸d，修光型腔左侧壁(如图4-10(a)所示)；然后将电极上移，修光型腔后壁(如图4-10(b)所示)；再将电极右移，修光型腔右壁(如图4-10(c)所示)；然后将电极下移，修光型腔前壁(如图4-10(d)所示)；最后将电极左移，修去缺角(如图4-10(e)所示)。完成这样一个周期后，型腔的面积扩大。若尺寸达不到规定的要求，则如上所述再进行一个周期。这样，经过多个周期，型腔可完全修光。辽阳职业技术学院图4-10侧壁轮流修光法示意图(a)d(b)(c)(d)(e)辽阳职业技术学院在使用手动侧壁修光法时必须注意：(1)各方向侧壁的修整必须同时依次进行，不可先将一个侧壁完全修光后，再修光另一个侧壁，避免二次放电将已修好的侧壁损伤。(2)在修光一个周期后，应仔细测量型腔尺寸，观察型腔表面粗糙度，然后决定是否更换电加工规准，进行下一周期的修光。这种加工方法的优点是可以采用单电极完成一个型腔的全部加工过程；缺点是操作烦琐，尤其在单面修光侧壁时，加工很难稳定，不易采取冲油措施，延长了中、精加工的周期，而且无法修整圆形轮廓的型腔。辽阳职业技术学院4.2电火花加工准备工作4.2.1电极准备1.电极材料选择从理论上讲，任何导电材料都可以做电极。但由第三章所述，不同的材料做电极对于电火花加工速度、加工质量、电极损耗、加工稳定性有重要的影响。因此，在实际加工中，应综合考虑各个方面的因素，选择最合适的材料做电极。目前常用的电极材料有紫铜(纯铜)、黄铜、钢、石墨、铸铁、银钨合金、铜钨合金等。这些材料的性能如表4-1所示。辽阳职业技术学院表4-1电火花加工常用电极材料的性能电加工性能电极材料稳定性电极损耗机加工性能说明钢较差中等好在选择电规准时注意加工稳定性铸铁一般中等好为加工冷冲模时常用的电极材料黄铜好大尚好电极损耗太大紫铜好较大较差磨削困难，难与凸模连接后同时加工石墨尚好小尚好机械强度较差，易崩角铜钨合金好小尚好价格贵，在深孔、直壁孔、硬质合金模具加工中使用银钨合金好小尚好价格贵，一般少用辽阳职业技术学院1)铸铁电极的特点(1)来源充足，价格低廉，机械加工性能好，便于采用成型磨削，因此电极的尺寸精度、几何形状精度及表面粗糙度等都容易保证。(2)电极损耗和加工稳定性均较一般，容易起弧，生产率也不及铜电极。(3)是一种较常用的电极材料，多用于穿孔加工。2)钢电极的特点(1)来源丰富，价格便宜，具有良好的机械加工性能。(2)加工稳定性较差，电极损耗较大，生产率也较低。(3)多用于一般的穿孔加工。辽阳职业技术学院3)紫铜(纯铜)电极的特点(1)加工过程中稳定性好，生产率高。(2)精加工时比石墨电极损耗