模具成型表面的电火花加工

模具成型表面的电火花加工电火花加工又称放电加工或电蚀加工，它包括电火花成型加工、电火花线切割加工、电火花成型磨削、电火花同步回转加工、电火花表面强化和刻字等工艺方法。在模具制造中主要用电火花成型加工和电火花线切割加工1943年，前苏联拉扎林柯夫妇研究开关触电遭受火花放电腐蚀损坏的现象原因，发现电火花的瞬时高温可以使局部金属融化、气化而被腐蚀除掉。4．1电火花加工的基本原理1．电火花加工原理电火花加工是在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电时的电腐蚀作用，对工件进行加工的一种工艺方法。实现放电加工必须具备以下条件：1）在脉冲放电点必须有足够的火花放电强度，即局部集中的电流密度高，使局部的金属溶解和气化。2）放电是短时间的脉冲放电。由于放电持续时间短，放电时所产生的热量将来不及传散到电极材料内部，以保证良好的加工精度和表面质量。3）先后两次脉冲放电之间，要有足够的停歇时间是极间介电液充分消电离，恢复其介电性能，以保证每次脉冲放电不在同一点重复进行，避免发生局部烧伤现象。4）工具电极与工件之间始终维持一定的间隙。（数微米至数百微米）5）极间充有一定的液体介质，并使脉冲放电产生的电蚀物及时扩散、排出，使重复性放电顺利进行。1、工件；２、脉冲电源３、自动进给装置；４、工具电极5、工作液；6、过滤器；7、泵电火花加工是不断放电蚀除金属的过程。虽然一次脉冲放电的时间很短，但它是电磁学、热力学和流体力学等综合作用的过程，是相当复杂的。综合起来，一次脉冲放电的过程可分为以下几个阶段：(1)极间介质的电离、击穿及放电通道的形成电场强度与电压成正比，与距离成反比，随着极间电压的升高或极间距离的减小，极间电场强度将随着增大。当电场强度增大到一定数量时，介质被击穿，放电间隙电阻从绝缘状态迅速降低到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大值。由于通道直径很小，所以通道中的电流密度很高。(2)介质热分解，电极(工件)材料熔化、汽化热膨胀脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极，正离子奔向负极。电能变成动能，动能通过碰撞又转变为热能。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。通道高温将工作液介质汽化，进而热裂分解汽化。这些汽化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增，在放电间隙内成为气泡，迅速热膨胀并具有爆炸的特性。(3)电极(工件)材料的抛出通道中心的压力最高，使汽化了的气体不断向外膨胀，压力高处的熔融金属液体和蒸气就被排挤、抛出而进入工作液中。由于表面张力和内聚力的作用，使抛出的材料具有最小的表面积，冷凝时凝聚成细小的圆球颗粒。(4)极间介质的消电离随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速降为零，但此后仍应有一段间隔时间，使间隙介质消电离，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介质的绝缘强度，以及降低电极表面温度等，以免下次总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，从而保证在两极间最近处或电阻率最小处形成下一次击穿放电通道。4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程的自动控制。＊2．电火花加工的特点1）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料。2）电极和工件在加工过程中不接触，便于加工小孔、深孔、窄缝零件。3）电极材料不必比工件材料硬。优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。缺点窄缝深槽加工花纹、文字加工型腔加工冷冲模穿孔加工多孔窄缝加工冷冲凸模的加工电火花成型加工应用举例这是大量生产的塑料勺子示意图1.首先进行产品设计,然后按照设计的图样制作铜电极2.铜电极安装到EDM机床上,作为塑料凹模的工件也安装到工作台上3.利用火花放电原理加工4.完成凹模的加工5.凸凹模分别安装到注塑机上,及可生产出合格的塑料产品4．2电火花加工与编程4.2.1电极的设计与制造电火花加工模具的尺寸精度主要靠工具电极来保证，因此对工具电极要求也较高。(1)型孔电火花加工方法设凹模孔口的尺寸为Ｌ２，工具电极相应的尺寸为Ｌ１(如图4—2所示)，单面电火花放电间隙值为δ，则：Ｌ２＝Ｌ１＋２δ其中放电间隙δ主要取决于电参数和机床精度。当选择电规准恰当和加工稳定时，δ的误差就很小。这样就可以用尺寸精确的工具电极加工出比较精确的凹模型孔对于冲裁模，凹模和凸模的双边配合间隙z是一个很重要的技术参数，它的大小与均匀性都直接影响冲裁件的质量及模具的寿命，在加工中必须给予保证。保证配合间隙的电火花加工方法主要有凸模修配法、直接配合法和混合法3种。凸模修配法是把凸模和工具电极分别用机械加工方法制出，凸模留一定的修配余量，在电极“打”出凹模后，以凹模为基准件修配凸模，以保证凸、凹模的间隙。直接配合法是用加长的钢凸模作电极加工凹模型孔，加工后将凸模上的损耗部分切除，凸、凹模的配合间隙靠控制脉冲放电间隙直接保证。用这种方法可以获得均匀的配合间隙，模具质量高，钳工工作量少。此法适用于加工形状复杂的凹模或多型腔凹模。混合法是把不同材料的电极和凸模锡焊或黏接起来，然后一起加工成形，最后将电极与凸模分开的方法。这样，既达到直接配合法的工艺效果，又提高了生产率。(2)电极材料和结构形式设计电极前应首先了解电火花加工机床的特性(包括主轴头的承载能力、工作台的尺寸及负荷)与电规准的加工工艺指标(包括加工速度、电极损耗、加工间隙)。然后再根据工件型孔要求，确定电极材料、结构形式、尺寸及技术要求等。电极材料电火花加工性能机械加工性能说明加工稳定性电极损耗钢较差中等好在选择电参数时应注意加工的稳定性铸铁一般中等好石墨尚好较小尚好机械强度较差，易崩角黄铜好大尚好电极损耗太大紫铜好较小尚好磨削困难铜钨合金好小尚好价格贵，多用于深孔、直壁孔、硬质合金穿孔银钨合金好小尚好价格昂贵，用于精密及有特殊要求的加工电极的结构形式应根据型孔的大小与复杂程度、电极的结构工艺性等因素来确定。常用的电极结构有3种：①整体式电极它采用整块材料加工而成，是最常用的结构形式。对于体积小、易变形的电极，可在有效长度上部放大截面尺寸以提高刚度；对于体积大的电极，可在其上开一些孔以减轻重量。③镶拼式电极它一般在整体加工有困难时采用。②组合式电极它是把多个电极组合在一起，用于多型孔的凹模，一次穿孔可完成各型孔的加工。采用组合式电极加工，生产率高，各型孔的位置精度也较为准确，但对电极的定位有较高要求。常用电极夹具电极柄电极套筒U形夹头钻夹头管状电极夹头用直角尺、百分表测定人工校正一般以工作台面x、y水平方向为基准，用百分表、千分表、块规或角尺，在电极横、纵(即x、y方向)两个方向作垂直校正和水平校正，保证电极轴线与主轴进给轴线一致，保证电极工艺基准与工作台面x、y基准平行。按电极固定板基准面校正电极在制造电极时电极轴线必须与电极固定板基准面垂直，校正时用百分表保证固定板基准面与工作台平行，保证电极与工件对正。①尺寸精度应不低于ＩＴ７级，公差一般小于型孔公差的1／2，并按人体原则标注；②各表面平行度在100mm长度上小于0.01mm；③表面粗糙度Ｒa小于1．25μm，一般取等于型孔表面粗糙度值。电极尺寸主要包括截面和长度尺寸。(3)电极的尺寸与技术要求对电极的要求是：电极尺寸主要包括截面和长度尺寸。截面尺寸为垂直于电极进给方向的电极横截面尺寸。电极的轮廓尺寸要比所加工型孔均匀地小一个放电间隙。凸、凹模的尺寸公差往往只标注一个，另一个与之配作，以保证配合间隙。因此电极截面尺寸的设计可分如下两种情况：①按凹模尺寸和公差设计电极截面尺寸因为穿孔加工所获得的凹模型孔和电极截面轮廓相差一个放电间隙(双点画线表示电极轮廓)，如图4—4所示。根据凹模尺寸和放电间隙便可算出电极截面上相应的尺寸。3.Z2δ时，电极截面轮廓为凸模截面轮廓每边内偏1／2(z—2δ)②按凸模尺寸和公差确定电极截面尺寸1.凸、凹模的双面配合间隙等于双面放电间隙(z=2δ)时，电极与凸模截面尺寸完全相同；2.Z2δ时，电极截面轮廓为凸模截面轮廓每边外偏l／2(Z—2δ)；电极长度取决于凹模有效深度、型孔复杂程度、电极材料、装夹形式及制造工艺等一系列因素。L=KH+H1+H2+(0.4~0.8)(n-1)KH式中：L:电极长度；H:凹模有效深度(需要电火花加工的深度)；H1:--凹模板底部挖空时电极需加长的部分；H2:夹持部分长度，一般10~20mm；n:电极使用的次数；K:与电极材料、加工方式、型孔复杂程度等有关的系数。紫铜2~2．5；黄铜3~3．5；石墨1.7~2；铸铁2.5~3；钢3—3.5。电极材料损耗小、型孔简单、轮廓无尖角时，k取小值，反之取大值。3．线切割加工的特点（1）不需要制作电极，可节约电极设计、制造费用，缩短生产周期。（2）能方便地加工出形状复杂、细小的通孔和外表面。（3）电极损耗极小，有利于加工精度的提高。（4）采用四轴联动，可加工锥度和上下面异形体等零件。4．线切割加工的应用加工淬火钢、硬质合金模具零件、样板、各种形状的细小零件、窄缝等。3．影响电火花加工质量的主要因索加工质量包括零件的加工精度和电蚀表面的质量。(1)影响加工精度的工艺因素电火花加工过程是一个复杂的、多参数输入和输出的过程，影响加工精度的工艺因素很多，主要有机床本身的制造精度、工件的装夹精度、电极制造及装夹精度、电极损耗、放电间隙、加工斜度等工艺因素。电极损耗对加工精度的影响在电火花加工过程中，电极会受到电腐蚀而损耗。电极损耗是影响加工精度的一个重要因素，因此掌握电极损耗规律，从各方面采取措施尽量减少电极损耗，对保证加工精度是很重要的。a.型腔加工时，多用电极的体积损耗率来衡量电极的损耗情况。CV=VE/VW×100%CV——电极的体积损耗率；VE——电极的体积损耗速度，mm3／min；VW——工件的体积蚀除速度，mm3／min。b.型孔加工时，多用长度损耗来衡量电极的损耗。CL——电极的长度损耗率；hE——电极长度方向上的损耗尺寸，mm；hw——工件上己加工山的深度尺寸，mm。CL=hE/hw加工过程中电极的不同部位，其损耗是不同的。电极的尖角、棱边等凸起部位的电场强度较强，易形成尖端放电，所以这些部位比平坦部位损耗要快。电极的不均匀损耗使加工精度下降。放电间隙对加工精度的影响电火花加工时，电极和工件之间发生脉冲放电需保持一定的放电间隙，由于放电间隙的存在，使加工出的工件型孔(或型腔)尺寸和电极尺寸相比，沿加工轮廓要相差一个放电间隙(单边间隙)。若不考虑电蚀产物引起的二次放电(由于电蚀产物在侧面间隙中滞留引起的电极侧面和已加工面之间的放电现象)和电极进给时机械误差的影响.要使放电间隙保持稳定，必须使脉冲电源的电参数保持稳定。同时还应使机床精度和刚度也保持稳定，特别要注意电蚀产物在间隙中的滞留而引起的二次放电对放电间隙的影响。加工精度与放电间隙的大小是否稳定和均匀有关，间隙愈稳定、均匀，加工精度愈高。一般单边放电间隙值为0．01—0．1mm。加工斜度对加工精度的影响在加工过程中随着加工深度的增加，二次放电次数增多，侧面间隙逐渐增大，使被加工孔入口处的间隙大于出口处的间隙，出现加工斜度，使加工表面产生形状误差，二次放电的次数越多，单个脉冲的能量越大，则加工斜度越大，二次放电的次数与电蚀产物的排除条件有关。因此，应从工艺上采取措施及时排除电蚀产物，使加工斜度减小。目前精加工时斜度可控制在10，以下。(2)影响表面质量的工艺因素影响表面粗糙度的因素电火花加工后的表面，是由脉冲放电时所形成的大量凹坑排列重叠而形成的。在一定的加工条件下，脉冲宽度和电流峰值增大使单个脉冲能量增大，电蚀凹坑的断面尺寸也增大，所以表面粗糙度主要取决于单个脉冲能量。单个脉冲能量愈大，表面愈粗糙。要使表面粗糙度减小，必须减小单个脉冲能量。4.3电火花线切割加工与编程一、概述1．工作原理电火花线切割加工是通过电极和工件之间脉冲放电时的电腐蚀作用，对工件进行加工的一种方法。如图3-25所示，工件接脉冲电源的正极，电极丝接负极，工件相对电极丝按预定的要求运动，从而使电极丝沿着所要求的切割线路进行电腐蚀，实现切