模具电火花加工

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,安徽机电职业技术学院,模 具 制 造 技 术,第3章 模具电火花加工技术,1、了解特种加工和应用范围；,2、理解电火花成形加工原理、特点和应用范围；掌握电极的设计与制造，电规准的选择；,3、掌握型孔加工和型腔加工技术；,4、了解线切割加工原理、特点；,5、理解线切割加工和电火花成形加工的异同点；掌握线切割加工程序（3B、ISO代码）的编制；,6、掌握典型零件的线切割加工工艺。,本章知识要点,特种加工：,直接利用电能、光能、化学能、电化学能、声能等进行加工。可以加工高强度、高硬度、高韧性、高脆性、耐高温等材料。,应用：,电火花成形加工、电火花线切割加工、电解加工、电铸加工、电化学抛光、化学加工、激光加工和超声波加工,3.1 概述,主要包括：,电火花成形加工;电火花线切割加工；,电火花磨削加工;电火花刻字;,在模具加工中主要使用:,电火花成形加工,电火花线切割加工,电火花加工,又称电蚀加工，指在一定的介质中，通过工具电极和工件之间的脉冲放电产生,电腐蚀作用,，对工件进行加工的一种方法。,一、基本工作原理,3.2 电火花成形加工,1.当在电极和工件之间施加很强的脉冲电压,（使间隙中液体介质被击穿的电压）时，就会击穿介质绝缘强度最低处（间隙最小处）形成瞬间火花放电，电流密度很大，,放电区能量,高度集中，瞬时温度达1000012000，工件和电极表面金属放电点就被熔化，甚至汽化而被蒸发。,2.熔化或汽化的金属在电、热、流体、化学等各种力的作用下被抛入工作液中冷却为金属小颗粒，然后被工作液迅速冲离工作区，,使电极和工件表面形成一个个微小的凹坑，,一次脉冲放电之后，电压又随之迅速降为零，介质绝缘性能恢复，等待下一次放电。,如此反复，电极不断下降，工件不断被蚀除，最后就在工件上复制出工具电极的形状，达到成形加工的目的。,电火花成形设备必须符合以下条件：,1）必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距离以形成放电间隙。,2）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行。,常用的绝缘介质：,煤油、皂化液和去离子水等。,3）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属溶化或气化,脉冲电流波形,I,从电火花成形的机理分析，一次放电的过程必须进行如下,4个阶段:,极间介质的电离、击穿和放电通道的形成,液体介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀,电极与工件材料被抛出,瞬时高温引发的微爆炸产生很高的瞬时压力，将熔化的材料抛向工作液，迅速冷却为微小颗粒，表面留下凹坑。,极间介质消电离,放电结束，通道中的带电粒子复合为中性粒子，介质恢复绝缘强度。必须有一定的脉冲间隔。,二、电火花成形加工工艺特点,优点,以柔克钢，可以加工各种硬材料，电极材料不受工件材料的影响。,不产生切削力，电极和工件都不会产生变形。,调节脉冲参数，可以进行粗加工、精加工和精微加工。,易于实现自动控制和自动化。,缺点：,1,）只能加工导电工件,2,）存在电极损耗，影响零件的加工精度,3,）工具电极的制造有一定难度,型腔或型孔愈复杂，电极形状也就愈复杂，加工制造也就愈困难。,4,）加工过程必须在液体介质中进行,5,）,加工效率较低,电火花加工蚀除率不高，一般情况下，能采用切削机床加工的简单型面就尽量不采用电火花加工。,1、机床主体,主轴头、床身、立柱、工作台和工作液槽等组成。,主轴头由进给系统、导向机构、电极夹具和调节机构组成，是关键部件。,三、电火花成形加工机床,机床的组成：,机床主体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤循环系统、机床附件等组成。,2、脉冲电源（脉冲发生器）,调节电流辐值、脉宽和脉冲间歇等参数，满足粗、中、精加工的需要。,3、自动进给调节系统,确保电极和工件之间在加工过程中始终保持一定的放电间隙。自动补偿间隙的大小。,4、工作液循环过滤系统,起到不断排除电蚀物，提高加工精度的作用。,四、电火花加工的基本工艺规律,1、影响电火花加工速度的基本因素,单位时间内蚀除工件材料的体积（或质量）称为加工速度。,（1）极性效应,正极和负极的表面都会受到电蚀，但蚀除量是不相等的，不同的材料由于导电性能的不同，蚀除量也不同，称为极性效应。,正极性加工：,采用短脉冲加工时，电子轰击作用大于离子，正极的蚀除量较大，工件接正极，一般用于精加工,负极性加工：,采用宽脉冲加工时，负极蚀除量大于正极，工件应接负极，一般用于粗加工和中精度加工。,（2）加工规准的影响,电规准参数指电火花加工时选用的电加工用量。,主要有脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电压和峰值电流等，通常将一组这样的参数称之为一档。,脉冲宽度：,即放电持续时间，用符号t,i,表示。,一般来讲，增大脉宽，生产率提高。,脉冲间隔：,即放电停歇时间，用符号t,0,表示。,一般来讲，脉冲间隔减小，生产率提高。,电流/A,脉冲宽度与加工速度关系曲线,脉冲间隙与加工速度关系曲线 峰值电流与加工速度的关系,脉冲能量：,即脉冲平均功率。脉冲能量愈大，蚀除量就愈大。,单位时间内，正极或负极的总蚀除量：,Qqfkwf,其中：q正极或负极单个脉冲的蚀除量（g或mm3）,f脉冲频率（Hz）,k与电极材料、脉冲参数、工作液有关的系数。,（正负极不同）,w单个脉冲能量（J）,w放电时间内平均放电压u平均电流i放电时间t,（3）材料的热力学性能对蚀除量的影响,电火花加工是依靠放电产生的热来蚀除材料的，材料的,热力学常数会有影响，如熔点高，蚀除困难，导热系数大，,散热快也会降低蚀除量。,2、影响电火花加工质量的主要因素,（1）影响电火花加工精度,1）电极损耗对加工精度的影响,型腔加工；用电极的体积损耗率来衡量。,穿孔加工：用长度损耗率来衡量。,2）放电间隙对加工精度的影响,3)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，,（2）影响表面质量的工艺因素,1）表面粗糙度,脉冲能量越大，加工速度越高，Ra值越大；,工件材料越硬、熔点越高，Ra值越小；,工具电极的表面粗糙度越大，工件的Ra值越大；,2）表面变化层,经电火花加工后的表面将产生包括凝固层和热影响层的表面变化层,凝固层,是工件表层材料在脉冲放电的瞬间高温作用下熔化后未能抛出，在脉冲放电结束后迅速冷却、凝固而保留下来的金属层。,热影响层,位于凝固层和工件基体材料之间，该层金属受到放电点传来的高温影响，使材料的金相组织发生了变化。,五、型孔加工,（一）加工方法,1、直接加工法,直接利用适当加长的凸模作电极加工凹模的型孔，加工后将凸模上的损耗部分去除。工艺简单，电加工性差,2、间接加工法（或混合法）,将凸模的加长部分选用与凸模不同的材料，与凸模一起加工，以粘接或钎焊部分作穿孔电极的工作部分。,3、修配凸模法,凸模和工具电极分别制造，在凸模上留一定的修配余量，按电火花加工好的凹模型孔修配凸模，达到所要求的凸、凹模的配合间隙。,4、二次电极法,利用一次电极制造出二次电极（如图b)，再分别用一次和二次电极加工出凹模（如图a)和凸模（如图c)，并保证凸、凹模配合间隙（如图d)。,1一次电极 2凹模,3二次电极 4凸模,（二）电极设计,1、结构设计,常用的电极结构形式有,整体式、组合式、镶拼式,。,整体式电极,一块材料整体加工而成。适合尺寸较小、结构不太复杂的型孔加工。如果型孔的加工面积较大，需要减轻电极本身的重量，可加工一些“减重孔”或“挖空。,组合式电极,将多个电极装夹在一起，同时完成凹模各型孔的穿孔加工。,1固定板 2电极,1,2,3,4,5电极拼块;6定位销;7固定螺钉,镶拼式电极,复杂电极加工有困难时，分成几块分别加工，再镶拼成整体。,1型孔轮廓 2电极横截面,2、电极尺寸,1),横截面尺寸,以凹模尺寸和公差确定电极横截面尺寸时，则电极的轮廓应比型孔均匀地缩小一个放电间隙值。,a=A-2,b=B+2,c=C,r,1,=R,1,+,r,2,=R,2,-,式中,A,、,B,、,C,、,R,1,、,R,2,型孔基本尺寸,a,、,b,、,c,、,r,1,、,r,2,电极横截面基本尺寸,单边放电间隙,以凸模尺寸和公差确定电极横截面尺寸时，则随凸模、凹模配合间隙,Z(,双面）的不同，分为三种情况：,Z=2,电极与凸模尺寸相同,Z2,电极比凸模尺寸均匀均匀放大一个数值,a,1,形状相似。,电极缩小或放大的数值可按下式计算,或者按凸凹模的配合间隙,X（2X=Z）,与精加工时的放电间隙的关系为依据进行计算。分为三种情况：,（1）X 电极的截面尺寸与凸模的截面尺寸完全相同。,（2）X 电极的截面尺寸在凸模的四周均匀缩小一个（-X）值。如图a所示,（3）X 电极的截面尺寸在凸模的四周均匀增大一个（X-）值。如图b所示。,图a 按凸模均匀减小的电极图 图b 按凸模均匀增大的电极图,2)长度尺寸,电极长度为,L+L,电极有效长度的计算公式：,L=kH+H,1,式中,H,凹模需电火花加工的厚度；,H,1,其大小为（0.40.8）,H,；,L,夹持端长度。约为1020mm）。,k,与电极材料、型孔的复杂程度以及加工方式有关的系数。紫铜2-2.5,黄铜3-3.5,石墨1.7-2,铸铁2.5-3，钢3-3.5,阶梯电极,就是在原电极的基础上适当加长，可将电极做成阶梯型分别进行粗、精加工,。,阶梯电极的加工原理是利用加长部分进行穿孔粗加工，蚀除大部分金属，只留下精加工余量由L部分来完成最后加工。L和d尺寸计算：,L（1.21.4）H mm,d,d2a或者d（0.70.8）d,式中,H为凹模需电火花加工的厚度；,a为单边缩小量。,3)电极公差,电极的制造精度要高于型孔的精度,截面的尺寸公差取凹模刃口相应尺寸公差的1/2-2/3。粗糙度也要比型孔要求低,直线度、平行度在100mm长度上内不大于0.01mm,电火花成形加工,一.基本工作原理,二.工艺特点,三.加工机床,四.基本工艺规律,思考与练习,六.型腔加工,七.电极材料及制造,五.型孔加工,八.电规准及其选择,九.工作液的选择,六、型腔加工,盲孔加工，排屑难;加工面积大，,电规准调节范围大,（一）型腔电火花加工方法,（1）单电极加工法：,指用一个电极加工出所需型腔,1）用于加工形状简单、精度要求不高的型腔。,2）用于加工经过预加工的型腔。,3）用平动法加工型腔。用一个电极完成型腔的粗、中、精加工,平动头,（,2）多电极更换法,采用多个电极,依次更换加工同一个型腔的方法，型腔精度高，用于精密和复杂型腔的加工，但需制造多个电极,（3）分解电极法,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，电极分别制造。,主电极加工型腔的主要部分，副电极加工型腔的尖角、窄缝等部位。,多电极加工,1模坯；2精加工后的型腔；3中加工后的型腔；,4粗加工后的型腔,（二）电极设计,1.结构设计,常用的电极结构形式有,整体式、镶拼式、组合式.,设有,排气孔和冲油孔,1）冲油孔设计在难以排屑的拐角、窄缝等处,2）排气孔设计在蚀除面积较大的位置,设强迫冲油孔的电极 设排气孔的电极,2.电极尺寸的确定,（1）电极水平截面尺寸的确定,单电极精加工时，确定方法与,型孔加工相同,采用单电极平动加工时，其计算,公式为,a=Akb,式中,a,电极水平方向尺寸；,A,型腔的基本尺寸；,k,与型腔尺寸标注有关的系数；,b,电极单边缩放量；,b=c,f,g,式中,c,平动量，取,0.5-0.6mm,f,精加工最后一档规准的单边放电间隙,取,g,精加工电极侧面损耗,不超过,0.1mm,(2）电极垂直方向尺寸：,电极在平行于主轴方向上的尺寸,HH,1,+H,2,式中：,H,1,电极,垂直方向,有效工作尺寸,H2,电极固定板与模块之间的距离，一般 为510mm左右,H,1,型腔的垂直尺寸（型腔深度）；,C,1,粗规准加工时电极端面的相对损耗率，一般1，C,1,H,1,只适用于未进行预加工的型腔；,C,2,中、精规准加工时端面相对损耗率一般为20%25%，,S 中、精