1、第五章 模具的特種加工,第一節(jié) 電火花成形加工 第二節(jié) 電火花線切割加工 第三節(jié) 電化學(xué)加工 第四節(jié) 超聲波和激光加工,特種加工概述,一、特種加工的產(chǎn)生： 第一階段：第二次世界大戰(zhàn)以前，一直局限在自古以來(lái)傳統(tǒng)的用機(jī)械能量和切削力來(lái)除去多余的金屬，以達(dá)到加工要求。 第二階段：直到1943年，前蘇聯(lián)拉扎林柯夫婦研究開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被蝕除掉，開(kāi)創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。 第三階段：各種特種加工相繼出現(xiàn)并迅速發(fā)展 解決各種難切削材料的加工問(wèn)題 解決各種特殊復(fù)雜表面的加工問(wèn)題 解決各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問(wèn)題,二、特

2、種加工的優(yōu)點(diǎn)： 1）不是主要依靠機(jī)械能，而是主要用其它能量（如電、化學(xué)、光、聲、熱能等）去除金屬材料 2）加工情況與工件的硬度無(wú)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)以柔克剛。工具（電火花成形工具電極、電解加工陰極工具、超聲波加工工具等）硬度可以低于被加工材料的硬度。 3）屬于非接觸式加工：加工過(guò)程中工具與工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力。 4）易于實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)化。,三、特種加工的內(nèi)容：,因此,特種加工技術(shù)是模具制造技術(shù)中的重要組成部分,四、特種加工對(duì)材料可加工性和結(jié)構(gòu)工藝性等的影響 1、提高了材料的可加工性 材料的可加工性不再與硬度、強(qiáng)度、韌性、脆性等成直接正比關(guān)系、對(duì)電火花、線切割加工而言，淬火鋼比未淬火鋼更易加

3、工。 2、改變了零件的典型工藝路線 特種加工的出現(xiàn)，由于它基本上不受工件硬度的影響，而且為了免除加工后再引起淬火熱處理變形，一般都先淬火而后加工。最為典型的是電火花線切割加工、電火花成形加工和電解加工等都必須先淬火，后加工。 3、試制新產(chǎn)品方面 采用光電，數(shù)控電火花線切割，可以直接加工出各種標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)直齒輪（包括非圓齒輪，非漸開(kāi)線齒輪）、微電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子硅鋼片，各種變壓器鐵心，各種特殊、復(fù)雜的二次曲面體零件。這樣可以省去設(shè)計(jì)和制造相應(yīng)刀、夾、量具、模具及二次工具，大大縮短了試制周期。,4、特種加工對(duì)產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)的影響 采用電火花、線切割加工后，即使是硬質(zhì)合金的模具或刀具，也可做成整

4、體結(jié)構(gòu)。 5、對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性的好與壞，需要重新衡量 過(guò)去對(duì)方孔、小孔、彎孔、窄縫等被認(rèn)為是工藝性很“壞”的典型，對(duì)工藝設(shè)計(jì)人員的非常“忌諱”的，有的甚至是“禁區(qū)”。特種加工的采用改變了這種現(xiàn)象。,第一節(jié) 電火花成形加工,一、電火花加工概述 二、型孔的電火花加工 三、型腔的電火花加工,一、電火花加工概述 （一）基本原理 1、原理：基于工具電極和工件電極（正極和負(fù)極）之間脈沖放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來(lái)對(duì)工件進(jìn)行加工，以達(dá)到一定形狀、尺寸和表面粗糙度的要求。 2、加工過(guò)程：電火花加工是在液體介質(zhì)中，機(jī)床的自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置使工件和工具電極之間保持適當(dāng)?shù)拈g隙；當(dāng)工具電極和工件之間施加很強(qiáng)的脈沖電壓并達(dá)到介

5、質(zhì)的擊穿電壓時(shí)，會(huì)使介質(zhì)在絕緣強(qiáng)度最低處被擊穿；由于放電時(shí)間短且放電區(qū)域小，所以能量高度集中，使放電區(qū)溫度高達(dá)1000012000度，,工件表面和工具電極表面金屬局部熔化甚至汽化，局部熔化和汽化的金屬在爆炸力的作用下拋入工作液冷卻為金屬小顆粒，被循環(huán)的工作液沖離工作區(qū)，從而使工件表面形成一個(gè)微小的凹坑。一次放電后，介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度恢復(fù)等待下一次放電。如此反復(fù)，使工件表面不斷蝕除，并在工件上復(fù)制出工具電極的形狀，從而達(dá)到成形的目的。,3、特點(diǎn)： （1）火花放電產(chǎn)生的高溫足以熔化和汽化任何導(dǎo)電材料，一次可以加工任何硬、脆、軟、粘或高熔點(diǎn)的金屬材料，包括熱處理后的鋼和合金。 （2）零件材料不是靠機(jī)械力

6、去除，加工時(shí)無(wú)切削力作用，不受任何工藝因素的限制，因此可以加工小孔、窄槽及各種復(fù)雜的型孔及型腔。 （3）電脈沖參數(shù)的大小可以調(diào)節(jié)，故在一臺(tái)機(jī)床上可完成粗、中、精連續(xù)加工。 （4）直接利用電能加工，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和自動(dòng)化，操作方便。,（5）電火花加工的局限性： A：一般加工速度較慢：因此通常安排工藝時(shí)多采用切削來(lái)去除大部分余量，然后再進(jìn)行電火花加工以求提高生產(chǎn)率，但最近已有新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液進(jìn)行電火花加工，其生產(chǎn)率甚至可不亞于切削加工。 B：存在電極損耗：由于電極損耗多集中在尖角或底面，影響成形精度。但近年來(lái)粗加工時(shí)已能將電極相對(duì)損耗比降至0.1%以下，甚至更小。 4、

7、電火花加工的應(yīng)用： 由于電火花加工具有許多傳統(tǒng)切削加工所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，目前已廣泛應(yīng)用于機(jī)械（特別是模具制造）、宇航、航空、電子、電機(jī)電器、精密機(jī)械、儀器儀表、汽車拖拉機(jī)、輕工等行業(yè)，以解決難加工材料及復(fù)雜形狀零件的加工問(wèn)題。加工范圍已達(dá)到小至幾微米的小軸、孔、縫，大到幾米的超大型模具和零件。,（二）火花放電進(jìn)行零件尺寸加工須具備的條件 1、放電間隙： 一般在數(shù)微米至數(shù)百微米之間，與脈沖電壓和介質(zhì)絕緣強(qiáng)度有關(guān)。由機(jī)床的間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置控制。 2、脈沖電源電壓波形 ： 放電持續(xù)的時(shí)間短； 先后兩次脈沖放電之間，有足夠的停歇時(shí)間使極間介質(zhì)充分消電離，恢復(fù)其介電性能，以保證每

8、次放電不在同一點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行，避免發(fā)生局部燒傷的現(xiàn)象。 3、工作介質(zhì)：形成火花放電條件，排除電蝕產(chǎn)物，冷卻工件表面。多采用煤油。 4、單個(gè)脈沖的放電能量足夠：局部集中的電流密度足夠,（三）電火花放電的基本過(guò)程（物理本質(zhì)） 1、電離：在電場(chǎng)強(qiáng)度大的介質(zhì)處開(kāi)始電離。 2、放電：電離后會(huì)形成放電通道。 3、熱膨脹：放電形成的電子和離子高速運(yùn)動(dòng)且互相碰撞產(chǎn)生熱能，兩極之間形成瞬時(shí)熱源，工件表面金屬熔化和汽化；介質(zhì)則部分被分解，產(chǎn)生氣體而膨脹。 4、拋出電蝕金屬：熱膨脹而使蝕除產(chǎn)物進(jìn)入附近介質(zhì)而形成金屬固態(tài)顆粒。 5、消電離：在脈沖間隔，帶電離子復(fù)合成中性粒子，介質(zhì)恢復(fù)絕緣強(qiáng)度。,（四）電火花加工的基本規(guī)律

9、 主要討論加工速度、加工精度、加工表面質(zhì)量和工具電極的損耗等四個(gè)工藝指標(biāo)的影響因素。 1、影響加工速度的主要因素 加工速度（體積加工速度和質(zhì)量加工速度）：指在一定的電規(guī)準(zhǔn)下單位時(shí)間內(nèi)工件被蝕除的體積或質(zhì)量。 （1）電參數(shù)（電規(guī)準(zhǔn)） 電火花加工的每個(gè)脈沖放電都會(huì)在工件表面形成一個(gè)高溫?zé)嵩炊挂欢ǖ墓ぜ牧衔g除，而且脈沖能量W愈大，被蝕除的材料也愈多，并近似于正比例關(guān)系。 設(shè)單個(gè)脈沖蝕除的材料量為Vi，則有： Vi=KW 根據(jù)疊加原理，一分鐘重復(fù)脈沖放電的蝕除量（即加工速度或稱生產(chǎn)率）Vv為： Vv=Vv=60fkw,Vv=Vv=60fkw,Vi單個(gè)脈沖放電的蝕除量（mm3） f重復(fù)脈沖放電頻率

10、K與電極材料、脈沖參數(shù)、 加工極性及排屑有關(guān)的系數(shù)（mm3/J） 有效脈沖利用率（%） W單個(gè)脈沖放電釋放的能量， 取決于極間電壓u（t）、 放電電流i（t）以及脈沖放電時(shí)間ton,結(jié)論： 電火花成形加工的速度，正比于單個(gè)脈沖能量和脈沖放電頻率 用矩形波脈沖加工時(shí)，加工速度正比與脈沖電流幅值Im和脈沖放電持續(xù)時(shí)間ton，即正比于平均放電電流。 Vv=Vv=60fkw,（2）極性效應(yīng) 概念：在電火花加工過(guò)程中，由于極性不同而發(fā)生蝕除速度不一樣的現(xiàn)象。按工件所連接的極性分為“正極性”加工和“負(fù)極性”加工。 原因：正負(fù)兩極表面分別受到電子和正離子的轟擊。由于電子和正離子在質(zhì)量和慣性上的 差異，所以在

11、短脈沖加工時(shí)，電子的轟擊作用要大于正離子的轟擊作用；而長(zhǎng)脈沖加工時(shí)，效果則相反。 極性效應(yīng)的應(yīng)用： 必須使用單向脈沖電源進(jìn)行加工 正確選擇加工極性：當(dāng)ton小于20微妙的短脈沖進(jìn)行精加工時(shí)，應(yīng)采用正極性加工；當(dāng)ton大于50微妙的長(zhǎng)脈沖進(jìn)行粗、中加工時(shí)，應(yīng)采用負(fù)極性加工。 用導(dǎo)熱性好，熔點(diǎn)高的材料作工具電極，以利于降低其損耗 根據(jù)不同的脈沖放電能量，合理選擇脈沖放電持續(xù)時(shí)間。,（3）工件材料的熱學(xué)常數(shù) 金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、汽化熱、導(dǎo)熱系數(shù) （4）工作液 A:工作液的作用： 形成火花擊穿放電通道，并在放電結(jié)束后迅速恢復(fù)間隙的絕緣狀態(tài)； 對(duì)放電通道產(chǎn)生壓縮作用； 幫助電蝕產(chǎn)物的拋出和

12、排除； 對(duì)工具、工件的冷卻作用。 B:工作液對(duì)加工速度的影響： 介電性能好、密度和粘度大的工作液有利于壓縮放電通道，提高放電的能量密度強(qiáng)化電蝕產(chǎn)生的拋出效應(yīng)，但粘度在大不利于電蝕產(chǎn)物的排出，影響正常放電。,工作液的種類： 油類： 機(jī)油：粗加工時(shí)采用脈沖能量大、加工間隙也較大、爆炸排屑拋也能力強(qiáng)，往往選用介電性能、粘度較大的機(jī)油，且機(jī)油的燃點(diǎn)較高，大能量加工時(shí)著火燃燒的可能性小。 煤油：在中、精加工時(shí)放電間隙比較小，排屑比較困難，故一般均選用粘度小、流動(dòng)性好、滲透性好的煤油作為工作液。 由于油類工作液有味、容易燃燒、尤其在大能量粗加工時(shí)工作液高溫分解產(chǎn)生的煙氣很大，故尋找一種象水那樣的流動(dòng)性好、

13、不產(chǎn)生炭黑、不燃燒、無(wú)色無(wú)味、價(jià)廉的工作液介質(zhì)一直是努力的目標(biāo)。 水類：水的絕緣性能和粘度較低，在同樣加工條件下，和煤油相比，水的放電間隙較大、對(duì)通道的壓縮作用差、蝕除量較少、且易銹蝕機(jī)床，但經(jīng)過(guò)采用各種添加劑，可以改善其性能，且最新的研究成果表明，水基工作液在粗加工時(shí)的加工速度可大大高于煤油，甚至高于切削加工，但在大面積精加工中取代煤油還有一段距離。,（5）排屑條件：要保證良好的排屑條件 在電火花加工過(guò)程中，極間局部區(qū)域電蝕產(chǎn)物（蝕除的金屬微粒，熱分解而形成的氣泡和碳粒等）濃度過(guò)高，加之放電引起的局部溫度升高，常常會(huì)影響加工過(guò)程的穩(wěn)定性，以致破壞正常的火花放電，使加工過(guò)程降低甚至無(wú)法繼續(xù)加工

14、。為此，常采用沖油，將工具電極周期性地自動(dòng)抬起，增大脈沖停歇時(shí)間Toff來(lái)降低平均加工電流等措施，改善排屑條件，保證加工穩(wěn)定進(jìn)行。 隨著加工深度和加工面積增大、加工型面復(fù)雜程度增加、或是工作液粘度增加，都會(huì)不利于排屑而影響加工穩(wěn)定性，降低起加工速度。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成碳“拉弧”，使加工難于繼續(xù)進(jìn)行，甚至把工件燒傷。,2、影響加工精度的因素 （1）尺寸精度: 電火花加工時(shí)工具電極與工件之間都存在一定的放電間隙，如果加工過(guò)程中放電間隙能保持不變，則可以通過(guò)修正工具電極尺寸來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，也能獲得較高的加工精度。然而，放電間隙的大小實(shí)際上是變化的，并可用下述經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)表示 式中 S放電間隙（指單面放電間隙，

15、m）； ui開(kāi)路電壓（V）； Ku與工作液介電強(qiáng)度有關(guān)的常數(shù)，純煤油時(shí)為510-2；含有電蝕產(chǎn)物后Ku增大； KR常數(shù)，與加工材料有關(guān)。一般易熔金屬的值較大，對(duì)鐵，KR=2.5102，對(duì)硬質(zhì)合金，KR=1.4102，對(duì)銅，KR=2.3102； WM單個(gè)脈沖能量（J）； Sm考慮熱膨脹、收縮、振動(dòng)等影響的機(jī)械間隙，約為3m。,由上式不難看出，加工條件的變化必然會(huì)引起放電間隙的變化，直接影響加工精度。實(shí)際上，放電間隙的絕對(duì)值大小也會(huì)影響加工精度，因?yàn)殚g隙愈大，其變化的絕對(duì)值也愈大；特別是在加工復(fù)雜形狀的工件時(shí)，間隙愈大，棱角部位的圓角半徑也愈大。電參數(shù)對(duì)放電間隙影響很大，用粗規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行加工時(shí)，放電間

16、隙可達(dá)0.5mm以上，而精規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)的單面間隙不到0.01mm。此外，工具電極損耗大小，也會(huì)直接影響加工尺寸精度,（2）形狀精度斜度：電火花加工時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生側(cè)面斜度，即上端的尺寸比下端的尺寸大一些，產(chǎn)生側(cè)面斜度的原因是由于二次放電和電極損耗引起的。,二次放電：是指已加工過(guò)的表面，由于電蝕產(chǎn)物的混入而使極間實(shí)際距離減小或是極間工作液介電性能降低，而再次發(fā)生脈沖放電現(xiàn)象，使間隙擴(kuò)大。在進(jìn)行深度加工時(shí)，上端入口處加工的時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生二次放電的機(jī)會(huì)多，間隙擴(kuò)大量也大；而接近底端的側(cè)面，因加工時(shí)間短，二次放電的機(jī)會(huì)少，間隙擴(kuò)大量也小，因而加工時(shí)側(cè)面會(huì)產(chǎn)生斜度。精規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)放電間隙小，側(cè)面斜度也小。,工具

17、電極損耗也會(huì)產(chǎn)生斜度： 因?yàn)楣ぞ唠姌O的下端加工時(shí)間長(zhǎng)，絕對(duì)損耗大；而上端加工時(shí)間短，絕對(duì)損耗量小，使電極形成一個(gè)有斜度的錐形電極。加工沖裁模凹模時(shí)，可以有效地利用電火花加工形成的斜度，即電火花成形的凹模下端為沖模刃口，而斜度正是沖裁模所需的落料斜度。,圓角電火花加工時(shí)，工具電極上的尖角和凹角，很難精確地復(fù)制在工件上，而是形成一個(gè)小圓角。這是因?yàn)椋ぞ唠姌O為凹角時(shí)，在放電加工時(shí)工件上所對(duì)應(yīng)的尖角處放電蝕除的機(jī)率大，容易遭到電腐蝕而形成圓角，如右圖a所示。當(dāng)工具電極為尖角時(shí)，一方面由于放電間隙的等距離特性，工件上只能加工出以電極尖角頂點(diǎn)為圓心，以放電間隙為半徑的小圓角；另一方面工具電極尖角處電場(chǎng)集

18、中，放電融除的機(jī)率大而損耗成小圓角，如右圖b所示。由此可知，采用高頻率窄脈沖進(jìn)行精加工，由于其放電間隙很小，圓角半徑也就很小，一般可以獲得圓角半徑小于0.01mm的尖棱。,3、影響加工表面質(zhì)量的主要因素 （1）表面粗糙度 對(duì)表面粗糙度影響最大的是單個(gè)脈沖能量，因?yàn)槊}沖能量大，每次脈沖放電凹坑既大又深，從而使表面粗糙度惡化。表面粗糙度和脈沖能量之間的關(guān)系，可用如下實(shí)驗(yàn)公式來(lái)表示 式中 Ramax實(shí)測(cè)的表面粗糙度（m）； KR常數(shù)，銅加工鋼時(shí)常取2.3； te脈沖放電時(shí)間（s）； ie 峰值電流（A）。 電火花加工的表面粗糙度和加工速度之間存在著很大的矛盾，例如從Ra2.5m提高到Ra1.5m，加

19、工速度要下降十多倍。 工件材料對(duì)加工表面粗糙度也有影響，熔點(diǎn)高的材料（如硬質(zhì)合金），在相同能量下加工的表面粗糙度要比熔點(diǎn)低的材料（如鋼）好。當(dāng)然，加工速度會(huì)相應(yīng)下降。,（2）加工表面層的組織變化 電火花加工過(guò)程中，在火花放電的瞬時(shí)高溫和工作液的快速冷卻作用下，材料的表面層發(fā)生了很大的變化，粗略地可把它分為熔化凝固層和熱影響層，如圖所示。 熔化凝固層:位于工件表面最上層，它被放電時(shí)瞬時(shí)高溫熔化而又滯留下來(lái)，受工作液快速冷卻而凝固。對(duì)于碳鋼來(lái)說(shuō)，熔化層在金相照片上呈現(xiàn)白色，故又稱之為白層，它與基體金屬完全不同，是一種樹(shù)枝狀的淬火鑄造組織，與內(nèi)層的結(jié)合也不甚牢固。它由馬氏體大量晶粒極細(xì)的殘余奧氏體和

20、某些碳化物組成。 熔化層的厚度隨脈沖能量增大而變厚 ，大約為12倍的Ramax， 但一般不超過(guò)0.1mm。,（2）熱影響層 ： 它介于熔化層和基體之間。熱影響層的金屬材料并沒(méi)有熔化，只是受到高溫的影響，使材料的金相組織發(fā)生了變化，它和基體之間并沒(méi)有明顯的界限。 （3）顯微裂紋 ：電火花加工表面由于受到瞬時(shí)高溫作用并迅速冷卻而產(chǎn)生拉應(yīng)力，往往出現(xiàn)顯微裂紋。 4、工具電極的相對(duì)損耗 在生產(chǎn)實(shí)際中用來(lái)衡量工具電極是否耐損耗，不只是看工具損耗速度VE，還要看同時(shí)能達(dá)到的加工速度Vw，因此，采用相對(duì)損耗或稱損耗比作為衡量工具電極耐損耗的指標(biāo)。即： 式中，當(dāng)VE 和Vw用mm3/min為單位計(jì)算時(shí)，為其體

21、積相對(duì)損耗； VE 和Vw用g/min為單位計(jì)算時(shí)，為質(zhì)量相對(duì)損耗。,（1）正確選擇加工極性 根據(jù)電火花加工的極性效應(yīng)可知，采用窄脈沖進(jìn)行精加工時(shí)，應(yīng)選用正極性加工（即工件接脈沖電源正極），而采用較長(zhǎng)脈沖進(jìn)行粗、中加工時(shí)則應(yīng)選用負(fù)極性加工。 （2）選用合適的材料作工具電極 要選用加工穩(wěn)定性好，損耗又小的材料作工具電極；同時(shí)兼顧材料的可加工性，以利于電極成形。如紫銅的導(dǎo)熱性好，損耗較小，又易加工成形；石墨不僅導(dǎo)熱性好，而且氣化點(diǎn)高，特別耐電腐蝕，都是做電極的好材料 （3）建立炭黑保護(hù)層 創(chuàng)造必要的條件（正極性加工）形成炭黑保護(hù)層，以保護(hù)和彌補(bǔ)電極損耗，實(shí)現(xiàn)低損耗或無(wú)損耗加工。 （4）利用電噴鍍現(xiàn)

22、象 （5）利用電化學(xué)現(xiàn)象,（五）電火花加工設(shè)備和附件 1、設(shè)備 由脈沖電源、自動(dòng)控制系統(tǒng) 機(jī)床本體、 工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng) 四部分組成。 （1）脈沖電源 電火花加工用脈沖電源的作用： 把工頻交流電流轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流，以供給電極放電間隙所需要的能量來(lái)蝕除金屬，脈沖電源對(duì)電火花加工的生產(chǎn)率、表面質(zhì)量、加工精度、加工過(guò)程穩(wěn)定性和工具電極損耗等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有很大的影響，應(yīng)給予足夠的重視。,電火花加工脈沖電源的具體要求： 所產(chǎn)生的脈沖應(yīng)該是單向的，沒(méi)有負(fù)半波或負(fù)半波很小，這樣才能最大限度地利用極性效應(yīng)，提高生產(chǎn)率和減少工具電極的損耗。 脈沖電壓波形的前后沿應(yīng)該較陡，這樣才能減少電極間隙的變化及

23、油污程度等對(duì)脈沖放電寬度和能量等參數(shù)的影響，使工藝過(guò)程較穩(wěn)定。因此一般常采用矩形波脈沖電源。 脈沖的主要參數(shù)，如峰值電流、脈沖寬度、脈沖間隔等應(yīng)能在很寬的范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，以滿足粗、中、精加工的要求。 脈沖電源不僅要考慮工作穩(wěn)定可靠、成本低、壽命長(zhǎng)、操作維修方便和體積小等問(wèn)題，還要考慮節(jié)省電能。 電火花加工脈沖電源包括非獨(dú)立式弛張式脈沖電源和獨(dú)立式脈沖電源。非獨(dú)立式弛張式脈沖電源（RC、RLC等）的脈沖參數(shù)與放電間隙大小及其物理狀態(tài)有關(guān)。獨(dú)立式脈沖電源（電子管式、晶體管式）的脈沖參數(shù)由電源內(nèi)部決定。,RC線路脈沖電源 這類脈沖電源的工作原理是利用電容器充電儲(chǔ)存電能，而后瞬時(shí)放出，形成火花放電來(lái)蝕

24、除金屬。因?yàn)殡娙萜鲿r(shí)而充電，時(shí)而放電，一弛一張，故又稱“弛張式”脈沖電源。 RC線路脈沖電源的最大優(yōu)點(diǎn)為： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低； 在小功率時(shí)可以獲得很窄的脈寬（小于0.1s）和很小的單個(gè)脈沖能量，可用作光整加工和精微加工。 電容器瞬時(shí)放電可達(dá)很大的峰值電流， 能量密度高，放電爆炸、拋出能力強(qiáng)， 金屬在氣化狀態(tài)下被蝕除的百分比大， 不易產(chǎn)生表面裂紋，加工穩(wěn)定。,RC線路脈沖電源的缺點(diǎn)是： 電容器放電速度很快，無(wú)法獲得較大的脈寬（例如大于100s），因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈寬、低損耗的加工，很難在型腔加工中獲得應(yīng)用。 電能利用效率很低，最大不超過(guò)36%，因大部分電能經(jīng)過(guò)電阻R時(shí)轉(zhuǎn)化為熱能損失掉了，

25、這在大功率加工時(shí)是很不經(jīng)濟(jì)的。 生產(chǎn)效率低，因?yàn)殡娙萜鞯某潆姇r(shí)間比放電時(shí)間長(zhǎng)50倍以上脈沖間歇系數(shù)太大。 工藝參數(shù)不穩(wěn)定，因?yàn)檫@類電源本身并不（獨(dú)立）形成和發(fā)生脈沖，而是靠電極間隙中工作液的擊穿和消電離使脈沖電流導(dǎo)通和切斷，所以間隙大小、間隙中電蝕產(chǎn)物的污染程度及排出情況等，都影響脈沖參數(shù)，因此脈沖頻率、寬度、單個(gè)脈沖能量都不穩(wěn)定，而且放電隙經(jīng)過(guò)限流電阻始終和直流電源直接聯(lián)通，沒(méi)有開(kāi)關(guān)元件使之隔離開(kāi)來(lái)，所以隨時(shí)都有放電的可能，并容易轉(zhuǎn)為電弧放電。,新型的電火花加工電源： 高低壓復(fù)合脈沖電源：在每個(gè)工作電壓（6080V）波形疊加一個(gè)小能量的高壓脈沖。高壓擊穿，低壓加工。 等脈沖電源：每個(gè)脈沖能量

26、相同，可獲得較好的表面質(zhì)量。 自適應(yīng)控制脈沖電源：利用完善的控制系統(tǒng)，根據(jù)某一給定的目標(biāo)來(lái)連續(xù)檢測(cè)放電加工狀態(tài)，與最佳模型比較，然后將其結(jié)果控制各脈沖參數(shù)，以獲得最佳加工效果。 晶體管微精加工電路：實(shí)際是用晶體管控制RC電路，該電源加工穩(wěn)定性好，而且在小脈沖能量的情況下，由于電容瞬時(shí)放電，可以獲得很高的能量密度，使極小的表面金屬熔化和汽化。,（2）自動(dòng)控制系統(tǒng)： 自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)在于維持一定的“平均”放電間隙S，保證電火花加工正常而穩(wěn)定地進(jìn)行，以獲得較好的加工效果，這可以用間隙蝕除特性曲線和進(jìn)給調(diào)節(jié)特性曲線來(lái)說(shuō)明。 圖中，橫坐標(biāo)為放電間隙S值 或?qū)?yīng)的放電間隙平均電壓ue， 它與縱坐標(biāo)的

27、蝕除速度vw有 密切關(guān)系。,對(duì)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一般要求如下： （1）有較廣的速度調(diào)節(jié)跟蹤范圍 在電火花加工過(guò)程中，加工規(guī)準(zhǔn)、加工面積等條件的變化，都會(huì)影響其進(jìn)給速度，調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)有較寬的調(diào)節(jié)范圍，以適應(yīng)加工的需要。 （2）有足夠的靈敏度和快速性 放電加工的頻率很高，放電間隙的狀態(tài)瞬息萬(wàn)變，要求進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)間隙狀態(tài)的微弱信號(hào)能相應(yīng)地快速調(diào)節(jié)。為此整個(gè)系統(tǒng)的不靈敏區(qū)、時(shí)間常數(shù)、可動(dòng)部分的質(zhì)量慣性要求要小，放大倍數(shù)應(yīng)足夠，過(guò)渡過(guò)程應(yīng)短。 （3）有必要的穩(wěn)定性 電蝕速度一般不高，加工進(jìn)給量也不必過(guò)大，所以應(yīng)有很好的低速性能，均勻、穩(wěn)定地進(jìn)給，避免低速爬行，超調(diào)量要小，傳動(dòng)剛度應(yīng)高，傳動(dòng)鏈中不得有明

28、顯間隙，抗干擾能力要強(qiáng),（3）機(jī)床本體：包括主軸頭、床身、立柱、工作臺(tái)及工作液槽，技術(shù)規(guī)格,機(jī)床本體部分： 主機(jī)主要包括：主軸頭、床身、立柱、工作臺(tái)及工作液槽幾部分，機(jī)床的整體布局，按機(jī)床型號(hào)的大小，可采用如圖所示結(jié)構(gòu)，圖2-27a為分離式，圖2-27b為整體式，油箱與電源箱放入機(jī)床內(nèi)部成為整體。一般以分離式的較多。 主軸頭： 主軸頭是電火花成型機(jī)床中最關(guān)鍵的部件，是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響極大。對(duì)主軸頭的要求是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)間隙小、熱變形小、具有足夠的精度和剛度，以適應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的慣性小，靈敏度好、能承受一定負(fù)載的要求。主軸頭主要由進(jìn)給系統(tǒng)、導(dǎo)向防扭機(jī)構(gòu)、

29、電極裝夾及其調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)組成。 主要附件： 工具電極夾具:常用附件，多采用通用夾具，特殊情況才設(shè)計(jì)專用夾具 電極裝夾與校正的目的，是把電極牢固地裝夾在主軸的電極夾具上，并使電極軸線與主軸進(jìn)給軸線一致，保證電極與工作臺(tái)面及工件垂直；電極水平面的X軸軸線與工作臺(tái)和工件的X軸軸線平行。 平動(dòng)頭：在半精、精加工中采用單電極加工時(shí)需要的附件,（4）工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng) 為了不使工作液越用越臟，影響加工性能，必須加以凈化、過(guò)濾。按極間電蝕產(chǎn)物的排除方式，循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)分為： 沖油式：將清潔的工作液強(qiáng)迫沖入放電間隙，使工作液連同電蝕產(chǎn)物一起從電極側(cè)面排出。間隙小時(shí)沖油壓力大，側(cè)面易形成斜度。 抽油式：從電極間隙抽出

30、工作液，使用過(guò)的工作液連同電蝕產(chǎn)物一起經(jīng)工件的待加工面而排出。其壓力要求較小，加工精度較高，但排屑能力比沖油小,二、凹模型孔的電火花加工（電火花穿孔加工） 1、電火花穿孔加工的工藝路線：,分析圖樣 選擇加工方法,電極的準(zhǔn)備,工件的準(zhǔn)備,加工參數(shù)選擇 電參數(shù)和非電參數(shù),電極裝夾,工件裝夾,校正定位,加工,檢驗(yàn),2、凹模加工方法的選擇 （1）直接法 概念：用加長(zhǎng)的鋼凸模作電極加工凹模的型孔，加工后凸模上的損耗部分去除。 優(yōu)點(diǎn)：凸、凹模的配合間隙靠控制脈沖放電間隙來(lái)保證，可獲得均勻的配合間隙，模具質(zhì)量高；不需要另外制造電極，工藝簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：鋼凸模作電極加工速度低；且易磁化，使電蝕產(chǎn)物被吸附在電極放

31、電間隙的磁場(chǎng)中形成不穩(wěn)定的二次放電。 應(yīng)用：形狀復(fù)雜的凹?；蚨嘈涂椎陌寄！Ｈ纾弘姍C(jī)定子，轉(zhuǎn)子的沖模。,（2）混合法（間接法） 概念：將凸模的加長(zhǎng)部分選用與凸模不同的材料，粘接或釬焊在凸模上，以粘接或釬焊部分作穿孔加工的電極的工作部分；加工后，將電極部分去除。 優(yōu)點(diǎn)：電極材料可選擇，電加工性能好；電極和凸模連接在一起加工，電極的形狀、尺寸與凸模一致，加工后凸、凹模配合間隙均勻，當(dāng)凸、凹模配合間隙很小時(shí)，可將電極的工作部分用化學(xué)浸蝕法蝕除一層金屬，使端面尺寸均勻縮小-（Z/2）（Z為凸、凹模雙邊配合間隙， 為單邊放電間隙），以利用放電間隙的控制。反之，當(dāng)凸、凹模配合間隙較大，則可用電鍍法將電極的工

32、作部位的尺寸均勻擴(kuò)大（Z/2）- ，以滿足加工時(shí)的要求。 缺點(diǎn)：電極的制造工藝較復(fù)雜。 應(yīng)用：使用較廣泛。,（3）修配凸模法 概念：凸模和工具電極分別制造，在凸模上留一定的修配余量，按電火花加工好的凹模型孔修配凸模，達(dá)到所需的凸、凹模配合間隙。 優(yōu)點(diǎn)：電極可以選擇電加工性能好的材料；不論凸、凹模配合間隙的大小均可采用此方法。 缺點(diǎn)：增加了制造電極和鉗工修配的工作量，而且不容易獲得均勻的配合間隙。 應(yīng)用：適合于加工形狀簡(jiǎn)單的沖模。,（4）二次電極法 概念：利用一次電極和二次電極分別加工出凹模和凸模，并保證凸、凹模配合間隙。 加工過(guò)程：若二次電極為凹型，其工藝過(guò)程為： 根據(jù)模具尺寸要求設(shè)計(jì)并制造一

33、次凸型電極 用一次電極加工出凹模 用一次電極加工出凹型二次電極 用二次電極加工出凸模 凸、凹模配合，保證配合間隙。 優(yōu)點(diǎn)：能通過(guò)合理調(diào)整放電間隙，可加工無(wú)間隙或間隙極小的精沖模。 缺點(diǎn)：由于操作過(guò)程復(fù)雜，一般不常用。 應(yīng)用：加工無(wú)間隙或間隙極小的精沖模。對(duì)于硬質(zhì)合金模具，在無(wú)成形磨削設(shè)備時(shí)可采用此法。,3、電極設(shè)計(jì)及制造 （1）電極材料的選擇 要求：選擇損耗小，加工過(guò)程穩(wěn)定，生產(chǎn)率高，機(jī)械加工性能好、來(lái)源豐富、價(jià)格低廉的材料來(lái)作為電極材料。 依據(jù)：根據(jù)加工對(duì)象、工藝方法、脈沖電源類型等因素來(lái)確定。 選擇方法： 加工淬火或未淬火鋼件 黃銅或鑄鐵 加工硬質(zhì)合金零件 灰鑄鐵、黃銅或紫銅 加工黃銅零件

34、 鋼制電極 加工小孔或窄縫 鎢絲、鉬鉻絲 加工表面質(zhì)量及尺寸要求高的零件 黃銅、紫銅,（2）電極的結(jié)構(gòu)形式 整體式電極：當(dāng)尺寸較大時(shí)，可采用空心結(jié)構(gòu)，同時(shí)開(kāi)設(shè)通氣孔。 組合式電極：加工多孔時(shí)，采用該結(jié)構(gòu)形式，用焊接法焊牢，并保證相對(duì)位置精度。,鑲拼式電極：由幾塊組成，采用螺釘、焊接或粘接的方法固定成凹模孔相應(yīng)的形狀。 （3）電極的技術(shù)要求 幾何形狀：與凹模型孔的幾何形狀相適應(yīng) 尺寸精度：精度等級(jí)不低于IT6 表面粗糙度：Ra1.600.8微米，表面不允許有砂眼 形位公差：在100mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)平行度允差為0.010.02mm 強(qiáng)度要求:強(qiáng)度足夠，加工過(guò)程中不變形、不扭曲。,（4）電極尺寸的確定

35、 電極長(zhǎng)度尺寸：取決與模具的結(jié)構(gòu)形式、模板厚度、電極材料、型孔的復(fù)雜程度、裝夾形式、使用次數(shù)等因素。 計(jì)算公式：L=KH+H1+H2+（0.40.8)(n-1)KH 其中：H凹模的有效厚度，即要求加工的厚度 H1一些模板后部挖空時(shí)電極需加長(zhǎng)的部分 H2電極的裝夾長(zhǎng)度，約1020毫米 n電極的使用次數(shù) K?？紫禂?shù)，當(dāng)電極材料損耗小，型孔簡(jiǎn)單，電極輪廓無(wú)尖角要求時(shí)，K取小值，反之取大值。K的一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：黃銅33.5,紫銅22.5.石墨1.72,鋼33.5,鑄鐵2.53,電極截面尺寸： 以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：電極截面尺寸在凹模型孔的尺寸上均勻縮小或放大一個(gè)單面放電間隙。 基本公式： a=A+（或-）

36、K 其中：a電極的名義尺寸 A凹模的名義尺寸 單面放電間隙 +（或-） 電極輪廓凸起部分取“-”，凹部分為“+” K單邊（半徑）為1，雙邊（直徑）為2，無(wú)縮放的為0。 電極的尺寸公差通常取凹模型孔相應(yīng)尺寸公差的1/21/3。,以凸模尺寸和公差為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)： 分三種情況： 凹、凸模的配合間隙等于放電間隙，電極截面尺寸和凸模截面尺寸完全相同。 凹、凸模的配合間隙大于放電間隙，電極的輪廓應(yīng)比凸模的輪廓均勻放大一個(gè)數(shù)值，但形狀相似。 凹、凸模的配合間隙小于放電間隙，電極的輪廓應(yīng)比凸模的輪廓均勻縮小一個(gè)數(shù)值，但形狀相似。 電極每邊放大或縮小量為： a1=1/2(-2 ） 其中： 為凹、凸模的雙面配合間隙

37、a1為單邊放大或縮小量 電極的尺寸公差取凸模尺寸公差的1/21/3,（5）階梯電極 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：將原來(lái)的電極適當(dāng)加長(zhǎng)，而加長(zhǎng)部分的截面尺寸適當(dāng)減小，呈階梯形狀。,d1,L1,L2,a,d2,階梯電極加工型孔的過(guò)程：先用加長(zhǎng)部分的電極在粗規(guī)準(zhǔn)下加工，然后用原來(lái)的電極在精規(guī)準(zhǔn)下進(jìn)行精修。 優(yōu)點(diǎn)：采用階梯電極可充分發(fā)揮粗規(guī)準(zhǔn)加工速度高，電極損耗低的優(yōu)點(diǎn)；減少電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換次數(shù)；又能使精加工余量降低到最小值，獲得精度高、刃口高度均勻、表面質(zhì)量好的模具。 階梯電極的尺寸的確定： L2=L0+h ( L0為電極長(zhǎng)度損耗， h為刃口高度） d2= d1-2a a= 中- 精+h1 中中規(guī)準(zhǔn)的放電間隙 精精規(guī)準(zhǔn)的

38、放電間隙 h1系數(shù)（0.020.04),（6）電極的制造 采用線切割或機(jī)械加工方法獲得電極。 4、電規(guī)準(zhǔn)的選擇與轉(zhuǎn)換 （1）概念 電規(guī)準(zhǔn)：電火花加工過(guò)程中的一組電參數(shù)。包括：電流幅值、電壓、脈沖寬度、脈沖間隔等。 按參數(shù)不同分為三類：粗規(guī)準(zhǔn)、中規(guī)準(zhǔn)、精規(guī)準(zhǔn)（在每一類規(guī)準(zhǔn)中按參數(shù)強(qiáng)弱分為若干檔） 電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換：從一個(gè)規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)到另一個(gè)規(guī)準(zhǔn)。 （2）粗、中、精規(guī)準(zhǔn)的特征 粗規(guī)準(zhǔn)：主要用于蝕除加工余量大的部分，要求加工速度高，電極損耗小，整個(gè)加工過(guò)程穩(wěn)定。,因此，粗規(guī)準(zhǔn)主要采用較大的電流，較長(zhǎng)的脈沖寬度（ ton=2060微妙），采用鋼電極時(shí)的相對(duì)損耗應(yīng)低于10%。它主要用于粗加工階段，采用與凸模截面尺

39、寸相同的電極時(shí)，粗規(guī)準(zhǔn)是形成漏（落）料斜度的主要規(guī)準(zhǔn)。 中規(guī)準(zhǔn)：由粗規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)為精規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)的過(guò)渡性加工規(guī)準(zhǔn)。目的是減少精加工的余量，促進(jìn)加工穩(wěn)定性和提高加工速度，采用的脈沖寬度為ton=620微妙。 精規(guī)準(zhǔn)：最終加工規(guī)準(zhǔn)，是用來(lái)保證模具的配合要求、表面粗糙度、刃口高度等各項(xiàng)指標(biāo)。脈寬一般為26微妙。,（3）電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換 目的：保證一定的凹模刃口高度和型孔的精度。 意義：通過(guò)粗、精規(guī)準(zhǔn)的配合，能適當(dāng)解決電火花加工時(shí)的質(zhì)量和速度之間的矛盾，獲得較好的加工工藝指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效果。 依據(jù)：電極端部的 損耗情況以及型孔的周長(zhǎng)和型孔的復(fù)雜程度。 電規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的原則：電極材料損耗大的比損耗小的提前轉(zhuǎn)換；模具刃口部分

40、要求長(zhǎng)的比刃口要求短的提前轉(zhuǎn)換；形狀復(fù)雜且?guī)Ъ饨呛酮M槽的應(yīng)提前轉(zhuǎn)換；凹模加工余量小的比余量大的要提前轉(zhuǎn)換；采用階梯電極加工時(shí)，直接使用粗規(guī)準(zhǔn)加工到刃口處，然后用精規(guī)準(zhǔn)修出刃口。,型孔加工規(guī)準(zhǔn)的選擇要點(diǎn)：,5、電火花穿孔加工工藝 （1）各類沖模電火花加工的特點(diǎn) 單工序模的凹模加工： 方法混合法，即電極和凸模粘接加工成形后，將電極進(jìn)行化學(xué)腐蝕成階梯電極，并達(dá)到所需尺寸。 加工過(guò)程粗規(guī)準(zhǔn)加工到刃口處后，用放電間隙等于配合間隙的精規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行加工，保證模具的配合間隙值和刃口高度。 復(fù)合模的凸凹模的加工 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：外形尺寸和凹模孔的尺寸要求高，同時(shí)兩者的相對(duì)位置精度也要求高。 加工過(guò)程：首先用電火花加工出凹

41、模型孔，然后用機(jī)加工或線切割加工外形，加工時(shí)注意保證相對(duì)位置的準(zhǔn)確性。在凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量將高度設(shè)計(jì)尺寸小些，以利于加工和質(zhì)量的保證。 連續(xù)模（級(jí)進(jìn)模）的凹模加工：多用組合式電極加工出多個(gè)凹模型孔,能較好保證模具的精度。,（2）凹模坯的準(zhǔn)備 常用凹模坯的準(zhǔn)備工序見(jiàn)P124頁(yè)表35 （3）電極和工件的裝夾和定位 電極裝夾：整體式電極多采用通用夾具直接將電極裝在機(jī)床主軸下端；多電極則用夾具加定位塊裝夾，或用專用夾具裝夾；鑲拼式電極一般采用一塊連接板，將幾塊電極連接成所需的整體，裝夾后安裝在機(jī)床上校正。 工件裝夾：一般工件被安裝在工作臺(tái)上的油杯和墊塊上，與電極互相定位后，再用壓板和螺釘壓緊。

42、 校正：電極裝夾后進(jìn)行校正 ，使其軸心線垂直于機(jī)床的工作臺(tái)面（或凹模上平面）。校正方法采用精密角尺或百分表校正。 定位：確定電極和工件之間的相對(duì)位置，以達(dá)到一定的精度要求，通常采用劃線法和塊規(guī)角尺法。,（4）電火花穿孔加工工藝過(guò)程 加工方法的選擇 電極的設(shè)計(jì)和制造（采用修配凸模法和二次電極法） 凹模坯的準(zhǔn)備（零件上下面劃出對(duì)應(yīng)的型孔線，去掉中間余量，留單邊加工余量0.251mm） 電極和工件的裝夾與定位（檢查電極尺寸及形狀的準(zhǔn)確性，并進(jìn)行退磁處理；電極和工件裝夾及定位正確） 選擇加工參數(shù)（電規(guī)準(zhǔn)的選擇、加工極性的選擇、進(jìn)給速度的確定、加工深度裝置的調(diào)整、沖（抽）油壓力的確定） 開(kāi)機(jī)加工（注意加

43、工過(guò)程的連續(xù)性，中間檢查和規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換） 加工完畢卸下零件并檢驗(yàn)。,6、電火花型孔加工常見(jiàn)故障及消除,三、型腔的電火花加工 1、電火花加工型腔的要求和特點(diǎn)： （1）要求電極損耗小，否則直接影響加工精度。 （2）要求蝕除量大，否則生產(chǎn)率太低。 （3）需要的附件多，如平動(dòng)頭、深度測(cè)量裝置和重復(fù)定位裝置等 （4）排屑困難，加工難度大。 （5）突出優(yōu)點(diǎn)：提高了模具的制造精度和剛度，簡(jiǎn)化了模具的結(jié)構(gòu)，縮短了模具的制造周期，延長(zhǎng)了模具的使用壽命。,2、加工工藝方法的選擇 （1）單電極平動(dòng)法 概念：利用機(jī)床的平動(dòng)頭，用一個(gè)電極完成粗、中、精加工。 加工過(guò)程：加工時(shí)先采用低損耗（電極相對(duì)損耗小于1%）高生產(chǎn)率的

44、電規(guī)準(zhǔn)，對(duì)型腔進(jìn)行粗加工；然后啟動(dòng)平動(dòng)頭作平面圓周運(yùn)動(dòng)，按照中、精的順序逐級(jí)轉(zhuǎn)換電規(guī)準(zhǔn)并相應(yīng)加大電極的平動(dòng)量，將型腔加工到所要求的尺寸和表面粗糙度。 特點(diǎn)：?jiǎn)坞姌O平動(dòng)法的一次裝夾定位達(dá)到0.05mm的加工誤差，其缺點(diǎn)是難以獲得高精度的型腔，特別是難加工清棱、清角的型腔；此外，電極在粗加工中容易引起表面 不平的龜裂狀的積碳層，影響型腔的表面粗糙度。其優(yōu)點(diǎn)是只需設(shè)計(jì)和制造一個(gè)工具電極。,（2）多電極更換法 概念：采用多個(gè)電極依次更換加工同一個(gè)型腔的方法。 加工過(guò)程：每個(gè)電極都對(duì)型腔的全部被加工表面進(jìn)行加工，但可采用不同的電規(guī)準(zhǔn)。 特點(diǎn)： 在電極設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)每個(gè)電極所使用電規(guī)準(zhǔn)的放電間隙確定電極的

45、尺寸，每個(gè)電極加工時(shí)必須把前一個(gè)的電極產(chǎn)生的電蝕痕跡完全蝕除。 一般采用兩個(gè)電極進(jìn)行粗、精加工即可滿足要求，當(dāng)型腔的精度和質(zhì)量很高時(shí)，才采用更多的電極加工。 多電極更換法加工型腔的仿形精度高，尤其適用于加工尖角及窄縫多的型腔；但其要求多個(gè)電極的一致性好，制造精度高，更換電極時(shí)要求定位精度高。一般用于精密型腔的加工。,（3）分解電極法 概念：該方法是單電極平動(dòng)法和多電極更換法的綜合應(yīng)用。它是根據(jù)型腔的幾何形狀把電極分解成主型腔電極、副型腔電極，分別加工制造后；先加工出主型腔后用副電極加工型腔的尖角及窄縫等部位。 特點(diǎn)：加工時(shí)可根據(jù)主、副型腔不同的加工條件，選擇不同的電規(guī)準(zhǔn)，有利于提高加工速度和改

46、善加工質(zhì)量，同時(shí)電極易于制造和修整。但電極在更換時(shí)主、副型腔電極之間的裝夾精度要高。,（4）單電極修正平動(dòng)加工法 用一個(gè)電極對(duì)型腔進(jìn)行粗、中加工，然后卸下電極并對(duì)其表面進(jìn)行修正；再重新裝夾定位進(jìn)行精加工。可獲得表面質(zhì)量要求高的型腔。但需要一套高精度的重復(fù)定位裝置。 （5）電極零件相對(duì)移動(dòng)修光法 利用機(jī)床工作臺(tái)精密坐標(biāo)或在主軸頭上裝一個(gè)微動(dòng)十字滑板，使零件與電極產(chǎn)生微量的相對(duì)位移，從而達(dá)到逐檔修整型腔的目的。,（6）電火花銑削加工電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是用高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需

47、要制造復(fù)雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國(guó)外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計(jì)這一技術(shù)將得到發(fā)展。,3、電極設(shè)計(jì)及制造 （1）電極材料的選擇（參考穿孔加工電極材料） 石墨：應(yīng)選用質(zhì)細(xì)、致密、顆粒均勻、氣孔小、強(qiáng)度高的石墨。其主要特點(diǎn)：易成形，大型電極可采用拼塊組成 ，具有良好的加工性能，電極損耗小，一般采用機(jī)械加工或燒結(jié)成形；適合于大、中、小型腔的電極材料。 紫銅：一般要選用無(wú)雜質(zhì)，經(jīng)鍛造后的電解銅；紫銅的電加工性能好，但加工較困難，一般采用電鑄成形，適用于加工小型、高精度的型腔的電極材料。 （2）電極的結(jié)構(gòu)形式 包括：整體式電極、鑲塊式電極、組合式電極,（3）電

48、極尺寸的確定（單電極平動(dòng)法加工的電極） 1）電極水平尺寸： 基本公式： a=AKb 其中：a電極名義尺寸 A型腔名義尺寸 b修正量 +（或-） 電極輪廓凸起部分取“-”，凹部分為“+” K單邊（半徑）為1，雙邊（直徑）為2，無(wú)縮放的為0。 b= 精+ 0-r側(cè)損（0：精加工的平動(dòng)量） 或b=粗+Rmax+-r側(cè),2）電極垂直方向尺寸： 基本公式：L=l+K 其中：L有效加工尺寸 l型腔深度方向的尺寸 加工時(shí)放電間隙和電極損耗要求電極端面的修正量 = r- 精（ r為電極端面的損耗總量） 電極總高度H H=L+L1+L2 L1當(dāng)加工型腔位于另一個(gè)型腔中時(shí)需增加的高度 L2考慮加工結(jié)束后，電極夾具

49、和固定板不與模塊或壓板發(fā)生碰撞而增加的高度。 上述電極尺寸的確定，均考慮了型腔的拋光余量。電極各尺寸的公差范圍，取型腔相應(yīng)尺寸允許公差的1/21/3,圖4-1所示的模具型腔，要求用一個(gè)工具電極進(jìn)行粗、精加工。已知模具材料為CrWMn,硬度為HRC50，電極側(cè)損不計(jì)。粗加工時(shí)，=0.15mm，Ra=15m，損耗1%；精加工時(shí)，=0.02mm，Ra=1.5m，損耗10%。要求：（1）設(shè)計(jì)工具電極，并繪制電極零件圖；（2）標(biāo)注工具電極的尺寸及其制造公差；（3）計(jì)算精加工時(shí)所用的平動(dòng)量。,參考答案：（1）工具電極設(shè)計(jì)選用損耗小的紫銅材料，并采用整體電極?？s放量：b=粗+Rmax+-r側(cè)粗+1.5x5x

50、Ra=0.15+1.5x5x0.015=0.2625mm取b=0.3mm。電極零件圖 （2）精加工時(shí)平動(dòng)量R平=b-精=0.3-0.02 =0.28mm。,（4）排氣孔和沖油孔設(shè)計(jì)（孔的大小和位置） 1）沖油孔設(shè)計(jì)在難以排屑、窄縫等處 2) 排氣孔設(shè)計(jì)在蝕除面積較大的位置，,（5）電極的制造（以石墨為例）P129,4、電規(guī)準(zhǔn)的選擇和平動(dòng)量的分配 （1）型腔加工的電規(guī)準(zhǔn)設(shè)置原則,（2）平動(dòng)量的分配 決定因素：主要取決于被加工表面修光余量的大小，電極損耗情況，主軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的精度等因素。例如，加工形狀復(fù)雜，較淺深度，尺寸小的 型腔，平動(dòng)量應(yīng)小些。反之要大些。 平動(dòng)量的計(jì)算： 平動(dòng)量=粗加工放電間隙+

51、電極損耗-精加工放電間隙,平動(dòng)量分配的原則： 因?yàn)榇?、中、精各檔電規(guī)準(zhǔn)加工產(chǎn)生的放電凹坑深淺不同，所以平動(dòng)量不能按電規(guī)準(zhǔn)檔數(shù)平均分配。一般中規(guī)準(zhǔn)加工的平動(dòng)量為75%80%，端面進(jìn)給量為余量的75%80%。中規(guī)準(zhǔn)留很小的余量用精規(guī)準(zhǔn)來(lái)修光?？紤]到中規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)電極損耗，主軸進(jìn)給和平動(dòng)頭運(yùn)動(dòng)有誤差以及電極本身的制造精度和裝夾精度的影響。中規(guī)準(zhǔn)加工到最后一檔結(jié)束時(shí)必須測(cè)量實(shí)際的型腔尺寸，并按測(cè)量結(jié)果調(diào)整平動(dòng)頭偏心量的大小，以補(bǔ)償電極損耗及其它誤差的影響，提高型腔尺寸精度。,調(diào)節(jié)平動(dòng)量需注意的方面： 每檔平動(dòng)量宜采用微量調(diào)節(jié)、多次調(diào)整的方法，才能獲得較好的工藝效果。每增加一次平動(dòng)量，必須使電極在型腔內(nèi)上

52、下多次往復(fù)修整，平動(dòng)速度不宜太快，使型腔各面充分放電。同時(shí)型腔表面不與電極發(fā)生碰撞、短路。待充分蝕除后在繼續(xù)加大平動(dòng)量，直至修整到型腔各面均勻，達(dá)到所用規(guī)準(zhǔn)的表面粗糙度之后再轉(zhuǎn)入到下一規(guī)準(zhǔn)加工。,5、電極及工件的裝夾與定位 （1）電極的裝夾及校正 目的：把電極牢固地裝夾在機(jī)床主軸的電極夾具上，并使電極軸線與主軸進(jìn)給軸線一致，保證電極與工作臺(tái)面和工件垂直；電極水平面的X軸與工作臺(tái)和工件的X軸軸線平行。 校正方法： 按電極的側(cè)面校正電極: 側(cè)面為較大的直壁面，用千分表校正電極的上下、左右移動(dòng)時(shí)的位置。 按電極（固定板）的上端面作輔助基準(zhǔn)面校正的垂直度；按它們的平直側(cè)面校正電極的水平位置。 按電極端

53、面火花放電校正。如果電極端面為平面，可用精規(guī)準(zhǔn)使電極與模塊平面進(jìn)行火花放電，通過(guò)調(diào)節(jié)使四周均勻地出現(xiàn)放電火花。,（2）工件的裝夾與校正： 將工件直接裝夾在墊塊或工作臺(tái)上，通過(guò)工作臺(tái)的移動(dòng)，使工件的中心與十字滑板移動(dòng)方向一致，以便于電極和工件間的校正。 注意在型腔模的上、下模加工后應(yīng)不出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象。 具體方法有： 十字線定位法 定位板定位法 塊規(guī)角尺定位法 以基準(zhǔn)面進(jìn)行數(shù)控定位,6、型腔電火花加工的典型工藝,第二節(jié) 電火花線切割加工,一、概述 二、線切割數(shù)控程序的編制 三、間隙補(bǔ)償和斜度切割的控制原理 四、電火花線切割加工工藝過(guò)程 五、影響電火花線切割加工工藝效果的主要 因素,一、概述 1、基本

54、原理：通過(guò)電極和工件之間的脈沖放電的電腐蝕作用對(duì)工件進(jìn)行加工。 電火花線切割是采用金屬絲作電極，脈沖電源的正極接工件，負(fù)極接電極絲。電極絲以一定的速度沿長(zhǎng)度方向連續(xù)運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)（工件）相對(duì)電極絲按預(yù)定的要求運(yùn)動(dòng)，從而使電極絲按所要求的切割路線進(jìn)行電腐蝕，實(shí)現(xiàn)切割加工。,2、特點(diǎn)： （1）不需要制造電極?？晒?jié)約電極設(shè)計(jì)、制造費(fèi)用；縮短生產(chǎn)周期。 （2）一般不需中途轉(zhuǎn)換電規(guī)準(zhǔn)。 （3）電極絲沿其長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)，電極絲損耗小對(duì)加工精度影響小，并且有利于電蝕物的排除。 （4）便于加工復(fù)雜形狀的內(nèi)、外成型面，微孔及窄縫等；加工下來(lái)的材料還可再利用。 （5）自動(dòng)化程度高，操作方便，加工周期短，成本低。 3、

55、線切割加工為新產(chǎn)品試制、精密零件加工及模具制造開(kāi)辟了一條新的工藝途徑，主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面。 1）加工模具 使用于各種形狀的沖模。 2）加工電火花成形加工用的電極 3）加工零件 4）加工微細(xì)槽，任意曲面窄縫。,其它應(yīng)用：,應(yīng)用：,4、設(shè)備 數(shù)控電火花線切割設(shè)備，主要由機(jī)械裝置、脈沖電源、工作液供給裝置及數(shù)控裝置等四大部分組成。根據(jù)它們的電極絲運(yùn)動(dòng)方式不同，數(shù)控電火花線切割設(shè)備又可分成慢速走絲和快速走絲兩大類別，它們的結(jié)構(gòu)形式及工藝特點(diǎn)均有明顯不同。 高速走絲電火花線切割機(jī)床（WEDM-HS） 這類機(jī)床的電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一般走絲速度為8-10m/s，這是我國(guó)生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種，也是我國(guó)

56、獨(dú)創(chuàng)的電火花線切割加工模式； 低速走絲電火花切割機(jī)床（WEDM-LS） 這類機(jī)床的電極絲作低速單向運(yùn)動(dòng)，一般走絲速度低于0.2m/s，這是國(guó)外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。 快、慢走絲機(jī)床的切割工藝效果見(jiàn)表P134,（1）機(jī)床 床身：支撐和固定坐標(biāo)工作臺(tái)、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)等的基體。 坐標(biāo)工作臺(tái)：通過(guò)坐標(biāo)工作臺(tái)與絲架的相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)零件進(jìn)行加工。坐標(biāo)工作臺(tái)具有很高的坐標(biāo)精度和運(yùn)動(dòng)精度，而且要求運(yùn)動(dòng)靈敏、輕巧；一般都采用“十”字滑板、滾柱導(dǎo)軌、傳動(dòng)絲桿和螺母之間必須消除間隙，以保證滑板的運(yùn)動(dòng)精度和靈敏度。,錐度切割裝置 為了切割有落料斜度的沖模和某些有錐度（斜度）的內(nèi)外表面，有些線切割機(jī)床具有的錐度切割功能。實(shí)現(xiàn)錐度

57、切割的方法有多種，下面只介紹兩種。 1） 偏移式絲架 主要用在高速走絲線切割機(jī)床上實(shí)現(xiàn)錐度切割。其工作原理如圖所示。,a為上（下）絲臂平動(dòng)法，上（下）絲臂沿x、y方向平移，此法錐度不宜過(guò)大。 b為上、下絲臂同時(shí)繞一定中心移動(dòng)的方法，此法錐度也不宜過(guò)大。 c為上、下絲臂分別沿導(dǎo)輪徑向平動(dòng)和軸向擺動(dòng)的方法。，此法錐度可達(dá)5,2）雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)裝置 在低速走絲線切割機(jī)床上廣泛采用，主要依靠上導(dǎo)向器亦能做縱橫兩軸（稱u、v軸）驅(qū)動(dòng)，與工作臺(tái)的x、y 軸在一起構(gòu)成NC四軸同時(shí)控制（圖3-6），這種方式的自由度很大，依靠功能豐富的軟件，可以實(shí)現(xiàn)上下異形截面形狀的加工。最大的傾斜角度一般為5 ，有的甚至可達(dá)30

58、 （與工件厚度有關(guān)）。 在錐度加工時(shí)，保持導(dǎo)向間距（上下導(dǎo)向器與電極絲接觸點(diǎn)之間的直線距離）一定，是獲得高精度的主要因素，為此有的機(jī)床具有Z軸設(shè)置功能，并且一般采用圓孔方式的無(wú)方向性導(dǎo)向器。,運(yùn)絲機(jī)構(gòu)：加工時(shí)，通過(guò)它使電極絲不斷移動(dòng)。據(jù)走絲速度的快慢分為快走絲和慢走絲機(jī)床。 工作液及循環(huán)系統(tǒng)： 工作液的要求：具有一定的介電能力、較好的消電離能力和滅弧能力、滲透性好、生產(chǎn)效率高、穩(wěn)定性好、對(duì)電極絲壽命影響小、較好的防腐蝕能力和潤(rùn)滑性能、使用安全等?，F(xiàn)主要使用乳化油水溶液。 工作液及循環(huán)系統(tǒng)的作用：及時(shí)從加工區(qū)域中排除電蝕產(chǎn)物，并連續(xù)充分供給清潔的工作液，以保證脈沖放電過(guò)程穩(wěn)定而順利地進(jìn)行。循環(huán)裝

59、置一般由工作液泵、液箱、過(guò)濾器、管道和流量控制閥等組成。,（2）高頻脈沖電源 電火花線切割脈沖電源與電火花成形加工所用的在原理上相同，不過(guò)受加工表面粗糙度和電極絲允許承載電流的限制，線切割加工脈沖電源的脈寬較窄（260s），單個(gè)脈沖能量、平均電流（15A）一般較小，所以線切割加工總是采用正電容型電源和低損耗電流等。 a晶體管矩形波脈沖電源 b高頻分組脈沖電源 c并聯(lián)電容型脈沖電源 d低損耗電源,（3）數(shù)字程序控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是進(jìn)行電火花線切割加工的重要環(huán)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、控制精度及自動(dòng)化程度都直接影響到加工工藝指標(biāo)和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 控制系統(tǒng)的主要作用: 切割軌跡控制:按加工要求自動(dòng)控制電極絲相對(duì)工