43电火花

第四节电火花穿孔成形加工穿孔加工型腔加工冲模、粉末冶金模、挤压模、拉丝模小孔、深孔、异型孔等特殊零件型腔模：锻模、压铸模、塑料模、胶木模型腔零件一、冲模的加工（一）冲模的电火花加工方法冲模的主要质量指标：尺寸精度、表面粗糙度、刃口高度h刃口斜度、配合间隙等L2Hh凹模尺寸精度主要靠工具电极和脉冲参数来保证L2=L1+2SL保证配合间隙的方法：1.“钢打钢”直接配合法（1）用加长的冲头即钢凸模作电极（2）配合间隙靠火花放电间隙保证（3）高低压复合脉冲电源（4）“反打正用”2.间接配合法（1）电极材料与冲头非刃口端粘接在一起加工成型（2）电极材料可选用紫铜、铸铁或石墨等3.修配冲头法先用电极加工凹模，再修配冲头获配合间隙4.修配电极法按冲头尺寸加工电极，再按配合间隙修电极工具电极（冲头）精加工段粗加工段工具电极（冲头）精加工段精加工段粗加工段粗加工段工件工件工件5.阶梯电极加工法（1）无预孔或加工余量较大时（2）加工小、无间隙冲模时（二）工具电极1.电极材料的选择一般选T8A、T10A、铬钢Cr12、GCr15、硬质合金等2.电极的设计工具电极的截面尺寸根据凸模设计，并考虑配合间隙、火花放电间隙等。尺寸精度和表面粗糙度比凹模高一级，一般精度不低于IT7,表面粗糙度小于Ra1.25um（三）工件的准备3.电极的制造机械加工→成型磨削(或钳工精修)或线切割加工冲模配合间隙超过放电间隙范围，电极部分在凸模基础上缩小(化学浸蚀)或增大(镀铜、镀锌)成阶梯形。阶梯长度l=(1.2~2.4)hh为冲模刃口高度单边缩小量s粗—s精＋bb为精加工单面余量0.02～0.04mm1.加工预孔2.热处理一般留单边余量0.3～1.5mm，并力求均匀4.除锈退磁3.磨光基准面工件的安装电极的安装（四）电极工艺基准的校正电极工艺基准应平行于主轴头的轴线，常用措施：1.电极柄定位面与电极成型部位使用同一工艺基准2.无柄电极的水平定位面与电极的成型部位使用同一基准3.电极柄或电极的水平定位面均未与电极成型部位使用同一工艺基准，须采用人工校正（五）电规准的选择及转换电规准指加工过程中一组电参数，如电压、电流、脉宽等，根据工件的要求、电极和工件材料、经济效果等因素确定。粗规准采用较大电流，长脉宽（ti=100~500us)，电极损耗1~10%,加工速度100～1000mm3/min中规准ti=10～100us,20～100mm3/min,台阶进给到工件时转换成中规准，加工1～2mm，再转成精规准。精规准保证模具各项质量指标，采用小电流（ie10A),窄脉宽（ti=2～10us）,高频率，速度7～10mm3/min（六）加工实例凹模材料40Cr,预孔22,电极材料Cr12，电极前端阶梯高度15mm,双边缩小量0.25mm,采用粗、精加工规准，高低压复合电源，下冲油式二、型腔模加工加工特点均是盲孔，工作液循环和排屑条件差，电极损耗后无法靠主轴进给补偿精度型腔复杂，加工面积大，电极损耗不均加工较困难（一）常用加工工艺方法1.单电极直接成形法2.单电极平动/摇动法3.多电极更换法4.分解电极法5.指状电极数控创成法1.单电极直接成形法主要用于加工浅型腔模，如各种纪念章、证章的花纹模，在模具表面加工商标、厂标、字母及工艺美术图案、浮雕等。因浅型腔模要求花纹清晰，不能采用平动或摇动加工。也用于无直壁的型腔模具或成型表面，工具电极在向下垂直进给时，对倾斜的型腔表面有一定的修整修光作用。2.单电极平动/摇动法单电极平动法应用广泛，一个电极完成粗中精加工加工原理先粗加工，再利用平动头作平面小圆运动，按照粗、中、精的顺序逐级改变电规准，依次加大电极的平动量，实现型腔侧面仿形修光。粗加工平动加工单电极平动法优点只需一个电极，一次装夹定位，可达0.05mm的加工精度，且便于电蚀产物的排除，使加工过程稳定。缺点难加工出高精度型腔，特别是棱角清晰型腔、窄缝等，清角半径由平动头偏心半径决定。粗加工中电极损耗较大，表面龟裂缺陷影响精加工质量，可将电极取下修光再重复定位装夹。采用数控电火花加工机床时，利用工作台按一定轨迹做微量移动来修光侧面，将其称作摇动。摇动模式灵活多样，能适应复杂形状侧面修光的需要，尤其可做到尖角处清根。图4-24a为基本摇动模式。图4-24b为工作台变半径圆形摇动，主轴上下数控联动，可修光或加工锥面、球面等。利用简单电极配合侧向移动、转动、分度等进行多轴数控，可加工复杂曲面、螺旋面、坐标孔、槽等，缩短生产周期和展示出数控技术柔性及适应能力。图4-24c为加工实例。利用计算机输入图形文字，再生成数控程序，用紫铜管作电极在数控电火花成形机上加工3.多电极更换法多个电极依次加工同一个型腔要求多电极的一致性好，制造精度高更换电极时要求定位装夹精度高用于精密型腔的加工,如盒式磁带、收录机、电视机等机壳的模具电极形状千变万化，加工中各点的损耗不同，应根据预测进行补偿4.分解电极法根据型腔形状，把电极分解成主副电极分别制造先加工出主型腔，再用副型腔电极加工尖角窄缝等部位。灵活选规准，简化电极制造，仿形精度高，适于复杂型腔加工。主副型腔电极之间要求有精确的定位。电极库数控机床电火花加工中心电极自动交换装置（AEC）5.手动侧壁修光法在无平动头或数控加工机床的条件下，对较简单形状型腔模具，可用此法。它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。优点是可用单电极完成一个型腔的全部加工。缺点是操作烦琐，加工不稳定，时间长，且无法修圆形轮廓型腔。6.对开模加工实例对开模又称哈呋（Half)模，要求模具的分型面非常密合，没有毛边飞刺。（a）用“钢打钢”加工上下分型面（b）取下上模，装上电极进行加工（c）电极装入下模，取下电极柄（d）装上上模，改变极性加工上模（e）去掉电极部分如此制作的模具，压制塑料制品不出现毛边（二）型腔模加工用工具电极1.电极材料的选择纯铜、石墨（常用）、铜钨合金、银钨合金（成本高）（二）型腔模加工用工具电极1.电极材料的选择纯铜、石墨（常用）、铜钨合金、银钨合金（成本高）纯铜电极的特点：1）不易产生电弧，加工稳定2）精加工比石墨电极损耗小3）精微加工可优于Ra1.25um4）材料利用率高5）机械加工性能不如石墨好6）适于复杂形状精度高模具（二）型腔模加工用工具电极1.电极材料的选择纯铜、石墨（常用）、铜钨合金、银钨合金（成本高）石墨电极的特点：1）机械加工性能好，易修整2）电火花加工性能好，宽脉冲粗加工时电极损耗小3）易产生电弧4）加工精度较低，Ra2.5um5)适于中大型的型腔模具加工2.电极的设计电极结构有整体式、镶拼式、组合式等电极尺寸与模具大小、形状、复杂程度有关，还与电极材料、加工电流、深度、余量、间隙及平动量等因素有关。（1）电极水平截面尺寸a=AKba—电极水平方向尺寸A—型腔图样上名义尺寸K—与型腔尺寸注法有关的系数b—电极单边缩放量b＝SL+Hmax+hmax（2）电极垂直方向尺寸H=l+LH—除装夹部分外电极总高度l—垂直方向的有效高度l=BKdd=SF-lL—安全及重复使用而增加的高度3.冲油孔和排气孔设计•型腔加工均为盲孔加工，排气、排屑较困难•在不易排屑的拐角、窄缝处开有冲油孔在蚀除面积较大及电极端部有凹入的部位开排气孔•冲油孔和排气孔直径为1～2mm孔的数目以不产生蚀除物堆积为宜孔距20～40mm,适当错开（三）工作液强迫循环的应用采用单个圆柱电极仿形加工复杂型腔时，常用空心圆管强迫冲油，为消除工件表面上的残留凸起，可用图2-34所示方法。小铜管或方轴都和圆管电极同时旋转。当型腔小而较深时，往往需要采用强迫冲油。冲油压力一般为20kPa左右可随深度的增加而增加。随着冲油压力的增加，电极损耗增加，如图2-35所示。电极损耗又影响加工精度，所以能不用冲抽油时尽量不用，并将冲抽油压力控制在较小范围内。对要求高的锻模往往不采用冲油而用定时抬刀的方法排屑。（四）电规准的选择、转换，平动量的分配粗加工要求高生产率低电极损耗脉宽ti400us，电流ie25A石墨打钢电流密度3～5A/cm2中规准脉宽ti＝20～400us电流峰值ie＝10～25A精规准脉宽ti＝2～20us电流峰值ie10A加工规准转换档数根据型腔精度、复杂程度、大小等条件确定平动量分配取决于被加工面由粗变细的修光量等，中规准占75～80%（五）电火花加工工艺参数曲线图表为了正确选择加工规准，根据电极和工件材料、加工极性、脉宽、峰值电流等参数对电极损耗、表面粗糙度、蚀除速度和放电间隙的影响作成图表，以供选择。选择电规准的顺序应根据主要矛盾来决定：粗加工按电极损耗比1%选择电参数，兼顾生产率精加工按表面粗糙度选择，加工冲模时应考虑放电间隙加工预孔按高生产率选择三、小孔电火花加工加工特点1.加工面积小，直径0.05～2mm，深径比达20以上，不易散热，电极易变形损耗大2.均为盲孔，排屑困难电极应选择刚性好，损耗小的材料，如铜钨合金丝、钨丝、钼丝等。应设导向装置常用电磁或超声振动头或用空心电极高压强迫冲油高速小孔加工工艺•管状电极回转并沿轴向进给，1～5MPa高压工作液（去离子水、乳化液等）排屑,加工速度达60mm/min左右，孔深径比可超过100。•国外公司样品直径为3mm,深度达330mm。应用用于线切割零件的预穿丝孔、喷嘴及耐热合金等难加工材料的小孔加工。除设备贵、生产率较低外，加工指标均优于机械钻孔。四、异型小孔的电火花加工电火花不仅能加工圆形小孔，且能加工各种异型小孔电极制造方法线切割并修磨制成拉丝模，拉制电极，效率高，适于大量生产1.冷拔整体电极法2.线切割加工整体电极精密线切割加工整体电极，周期短，精度高3.电火花反拷加工整体电极电极定位装夹方便且误差小加工微细而复杂的异型小孔，关键是电极的制造和装夹加工异型小孔的工具电极结构复杂，装夹定位较困难，需要专用夹具。第五节其它电火花加工电火花领域不断扩大，除穿孔成型加工、线切割外，还出现许多其它加工方法。主要包括：1.工具电极相对工件采用不同组合运动方式（包括回转运动）的加工方法，如电火花磨削、共轭回转加工等。2.在气体介质中进行放电的加工方法。如表面强化、刻字等。3.工件为非金属材料的加工方法，如半导体、聚晶金刚石等。（非接触式）一、电火花小孔磨削精度和表面粗糙度要求高的深小孔，用内圆磨削很困难，采用电火花磨削或镗磨较好。电火花磨削工具电极和工件均作旋转运动，电极或工件作往复运动和进给运动。机床结构复杂。电火花镗磨只有工件作旋转运动，电极不转动。电极或工件作往复运动和进给运动。容易实现。电火花镗磨生产率虽较低，但容易实现，且加工精度高，圆度可达0.003～0.005mm，Ra值小于0.32um,故生产中应用较多。二、低刚度细长锥杆外圆磨削工件长30～65mm，小端直径0.6mm，大端直径1.5～2.3mm，刚性差，Ra0.2um，精车、磨削易变形。电火花磨削时工件旋转，电极沿锥面往复运动沿径向间歇进给。三、共轭同步回转加工螺纹在淬火钢或硬质合金上电火花加工内螺纹，过去利用导向螺母，效率低。共轭同步回转加工螺纹综合了电火花和机械加工的特点，工件与电极同向同步旋转，工件径向进给。工件内孔按螺纹内径制作，电极外经比工件内径小0.3～2mm。四、聚晶金刚石等高阻抗材料的加工聚晶金刚石等材料仍有一定的导电性能，可用电火花加工。加工要点1.采用400～500V较高的峰值电压2.采用较大的峰值电流50A以上国内外学者对非导电陶瓷材料的复合电火花加工进行了研究，工件端装有导电的辅助电极，在工具电极和辅助电极间产生火花放电以蚀除材料。五、金属表面强化和刻字1.表面强化工艺强化原理：接直流或交流电，由于振动器的作用，使电极和工件间的放电间隙频繁变化，在空气中不断产生火花放电，从而实现对金属表面的强化。强化过程a）振动器带动电极向工件运动b）火花放电，电极和工件材料局部熔化c）接触短路加热加压工件，熔化材料粘接扩散形成熔渗层d）电极离开工件，靠近工件的熔化层冷凝粘接覆盖工件上2.电