模具制造工藝學(xué)-課件第3章

第3章模具電火花加工與電火花線切割加工123.1電火花加工3.2電火花線切割加工目錄2024/10/43.1電火花加工

3.1.1電火花加工的原理、特點、分類及應(yīng)用

1.電火花加工的原理電火花加工就是利用兩電極間脈沖放電時產(chǎn)生的電腐蝕作用，對工件進行加工的。

電火花加工應(yīng)具備的條件：模具加工方法條件1.工具和工件之間在加工時必須保持一定的間隙。2.電火花放電必須在有一定絕緣性能的介質(zhì)中進行。3.電火花放電點局部區(qū)域的功率密度足夠高，即放電通道要有很高的電流密度（一般為105~106A/cm2）。4.電火花放電必須具有脈沖性、間歇性。2024/10/4圖3-1脈沖電壓波形圖圖3-2電火花加工系統(tǒng)1—工件；2—脈沖電源；3—自動進給調(diào)節(jié)裝置；4—工具電極；5—工作液；6—過濾器；7—工作液泵2024/10/4一次電火花放電的四個階段

圖3-3一次電火花放電的四個階段1—陽極；2—陽極汽化、熔化區(qū)；3—放電通道熔化的金屬微粒；4—熱膨脹；5—陰極汽化、熔化區(qū)；6—陰極；7—凸起；

8—凝固的金屬微粒：9—工作介質(zhì)；10—凹坑2024/10/42.我國電火花加工常用術(shù)語和符號1）工具電極電火花加工用的工具2）放電間隙指加工時工件和電極之間產(chǎn)生電火花放電的距離。3）電規(guī)準指電火花加工時選用的電加工用量

圖3-4脈沖參數(shù)與脈沖電壓與脈沖電流關(guān)系的波形2024/10/4（1）脈沖寬度（電壓脈寬）ti

（2）脈沖間隔to

（3）放電時間（電流脈寬）te

（4）擊穿延時td

（5）脈沖周期tp

（6）脈沖頻率fp

（7）有效脈沖頻率fe

（8）脈沖利用率λ

（9）占空比ψ

（10）峰值電壓（開路或空載電壓）ui

（11）加工電流I

（12）峰值電流ie

4）正、負極性加工電火花加工時以工件為準，工件接脈沖電源正極，稱為正極性加工；工件接脈沖電源負極，稱為負極性加工。5）覆蓋效應(yīng)指在材料放電腐蝕過程中，一個電極的電蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到另一個電極表面，形成一定厚度的覆蓋層的現(xiàn)象。2024/10/4放電狀態(tài)開路（空載脈沖）狀態(tài)電火花放電（工作脈沖，或稱為有效脈沖）狀態(tài)。電弧放電（穩(wěn)定電弧放電）狀態(tài)。過渡電弧放電（不穩(wěn)定電弧放電，或稱不穩(wěn)定電火花放電）狀態(tài)。短路（短路脈沖）狀態(tài)。以上五種放電狀態(tài)在實際加工中是交替、概率性地出現(xiàn)的（與加工規(guī)準和進給量、沖油等有關(guān)），甚至在一次單脈沖放電過程中，也可能交替出現(xiàn)兩種以上的放電狀態(tài)。2024/10/4

3.電火花加工的主要特點優(yōu)點：（1）不受材料硬度的限制。（2）工件和電極之間作用力小。（3）操作容易，便于自動加工。（4）比較容易選擇和變更加工條件。缺點：（1）必須制作電極。

（2）加工部分形成殘留變質(zhì)層。

（3）放電間隙使加工誤差增大。

（4）加工精度受到電極損耗的影響。

2024/10/44.電火花加工方法的分類電火花成形加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜削、電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工、電火花高速小孔加工、電火花表面強度與刻字等。5.電火花加工在模具制造中的應(yīng)用（1）加工各種模具零件的型孔。（2）加工復(fù)雜形狀的型腔。（3）加工小孔。（4）電火花磨削。（5）強化金屬表面。（6）其他加工。如刻文字、花紋、電火花攻螺紋等。2024/10/43.1.2電火花加工設(shè)備簡介1.電火花加工機床（a）結(jié)構(gòu)組成(b)外觀圖3-5電火花加工機床1-床身；2-液壓油箱；3-工作液槽；4-主軸頭；5-立柱；6-工作液過濾箱；7-電源箱2024/10/41）主機部分（1）床身和立柱。（2）工作臺。

（3）主軸頭。2）工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)工作液的作用如下：（1）放電結(jié)束后使放電間隙消電離，以便下一個脈沖電壓再次形成電火花放電。為此，要求工作液有一定的絕緣強度。（2）使電蝕產(chǎn)物較易從放電間隙中懸浮、排泄出去，免得放電間隙嚴重污染，導(dǎo)致電火花放電點不分散而形成有害的電弧放電。（3）降低工件表面瞬時放電產(chǎn)生的局部高溫和冷卻電極，否則電極和工件表面會因局部過熱而產(chǎn)生結(jié)炭、燒傷并形成電弧放電。（4）工作液還可壓縮電火花放電通道，增加通道中壓縮氣體、等離子體的膨脹及爆炸力，以拋出更多熔化和汽化了的金屬，增加蝕除量。2024/10/4工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)的作用:采用強迫循環(huán)的辦法把清潔工作液由液壓泵加壓，強迫沖入電極與工件之間的放電間隙，將放電間隙中的電蝕產(chǎn)物（金屬微粒，碳粒，氣泡及加工余熱）隨同工作液一起從放電間隙中排出，以達到穩(wěn)定加工的目的。按極間電蝕產(chǎn)物的排除方式，工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)有沖油和抽油兩種方式，如圖3-6所示。

圖3-6沖、抽油方式2024/10/43）電源箱（1）脈沖電源。脈沖電源的作用是把工頻交流電轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流，供提電火花加工所需要的放電能量?，F(xiàn)在普及型（經(jīng)濟型）的電火花加工機床都采用高低壓復(fù)合的晶體管脈沖電源，中、高檔的電火花加工機床都采用微機數(shù)字化控制的脈沖電源，且內(nèi)部存有電火花加工電規(guī)準數(shù)據(jù)庫，可以通過微機設(shè)置和調(diào)用各檔電規(guī)準參數(shù)。（2）自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)是保證電極與工件間的正確放電間隙，同時檢測兩極間電壓或電流的變化，并通過伺服機構(gòu)使主軸頭上的電極不斷地、及時地調(diào)節(jié)進給速度，以維持所需的放電間隙，從而使電火花加工能夠正常進行。自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)按執(zhí)行元件大致可分為電液壓式、伺服電機式、步進電機式和寬調(diào)速力矩電機式自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。2024/10/42.電火花加工機床附件1）平動頭平動頭包括兩部分，一是由伺服電動機驅(qū)動的偏心機構(gòu)，二是平動軌跡保持機構(gòu)。通過偏心機構(gòu)和平動軌跡保持機構(gòu)，平動頭將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成電極上每一個質(zhì)點都在水平面內(nèi)圍繞其原始位置做平面圓周平移運動，如圖3-7所示，各個小圓的外包絡(luò)線就形成加工表面，小圓的圓周半徑（即平動量Δ），通過平動頭偏心量來調(diào)節(jié)可由零逐步擴大，δ為放電間隙。

圖3-7平動加工時電極的運動軌跡2024/10/4采用平動頭加工的特點是：用一個電極就能由粗至精直接加工出工件，在加工過程中，電極的軸線偏移工件的軸線，這樣，除了處于放電區(qū)域的部分外，在其他地方電極與工件之間的間隙都大于放電間隙，這有利于電蝕產(chǎn)物的排出，提高加工穩(wěn)定性，但由于有平動軌跡半徑的存在，因此，無法加工出有直角的型腔。平動頭的結(jié)構(gòu)形式有多種，常使用的有停機手動調(diào)偏心量平動頭、不停機調(diào)偏心量平動頭、數(shù)控平動頭。2）電極夾具電極夾具是裝夾電極并將其固定在主軸上的電火花加工機床附件。通過調(diào)節(jié)它能使電極的軸線與主軸軸線重合或者平行。電極的裝夾及調(diào)節(jié)裝置的形式很多，常用的有十字鉸鏈式和球面鉸鏈式兩種，如圖3-8和圖3-9所示。當(dāng)電極的直徑較小時，可直接采用鉆夾頭進行裝夾。當(dāng)電極的直徑較大時，可以采用如圖3-10所示的螺紋夾頭進行裝夾，其連接螺桿是與主軸相連接的。

2024/10/4圖3-10螺紋夾頭圖3-9球面鉸鏈式電極夾具調(diào)節(jié)裝置緊固螺母調(diào)節(jié)螺釘十字板上板導(dǎo)線固定螺釘下板緊定螺釘電極裝夾套絕緣板圓柱銷圖3-8十字鉸鏈式電極夾具調(diào)節(jié)裝置2024/10/43.電火花加工機床的主要技術(shù)參數(shù)電火花加工機床的主要技術(shù)參數(shù)通常包括工作臺縱橫行程、主軸伺服行程、最大工件質(zhì)量、最大電極質(zhì)量、X和Y坐標讀數(shù)精度、最大加工電流、最大電源功率、最大生產(chǎn)率、最小電極損耗和所能達到的表面粗糙度等。

機床型號工作臺縱橫行程/mm×mm主軸伺服行程/mm最大工件質(zhì)量/kg最大電極質(zhì)量/kgX和Y坐標讀數(shù)精度/mm最大加工電流/A最大電源功率/KW最大生產(chǎn)率mm3/min最小電極損耗％表面粗糙度Ra/μmDM7140300×200250600100±0.011008850＜11.25DM71801000×7003001000300±0.01200102000＜0.30.632024/10/4

3.1.3影響電火花加工工藝指標的因素

1.影響加工速度的主要因素電火花加工的加工速度是指在一定電規(guī)準下，單位時間t內(nèi)工件被蝕除的體積V或質(zhì)量m。一般常用體積加工速度vv=V/t來表示，單位為mm3/min，有時為了測量方便，也可用質(zhì)量加工速度vm=m/t表示，單位為g/min。

1）電參數(shù)的影響（1）脈沖寬度的影響。隨著脈沖寬度的增加，單個脈沖能量增大，使加工速度提高。但若脈沖寬度過大，加工速度反而下降，這是因為單個脈沖能量雖然增大，但轉(zhuǎn)換的熱能有較大部分散失在電極與工件之中，不起蝕除作用。同時，在其他加工條件相同時，隨著脈沖能量過分增大，蝕除產(chǎn)物增多，排氣排屑條件惡化，間隙消電離時間不足導(dǎo)致拉弧，使得加工穩(wěn)定性變差，因此，導(dǎo)致加工速度反而降低。

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（2）脈沖間隔的影響。在脈沖寬度一定的條件下，若脈沖間隔減小，則加工速度提高。這是因為脈沖間隔減小導(dǎo)致單位時間內(nèi)工作脈沖數(shù)目增多，加工電流增大，故加工速度提高；但若脈沖間隔過小，會因放電間隙來不及消電離而導(dǎo)致加工穩(wěn)定性變差，使得加工速度降低。

（3）峰值電流的影響。當(dāng)脈沖寬度和脈沖間隔一定時，隨著峰值電流的增加，加工速度也增加。因為加大峰值電流等于加大單個脈沖能量，所以加工速度也就提高了。但峰值電流的增大將降低工件表面粗糙度和增加電極損耗。在生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)不同的要求，選擇合適的峰值電流。

2）非電參數(shù)的影響（1）加工面積的影響。加工面積較大時，對加工速度沒有多大影響。但若加工面積小到某一臨界面積時，加工速度會顯著降低，這種現(xiàn)象稱為面積效應(yīng)。

2024/10/4（2）排屑條件的影響。為了便于排屑，一般都用沖油或抽油和抬起電極的辦法。適當(dāng)增加沖油或抽油壓力會使加工效率提高，但壓力超過某一數(shù)值后，隨著壓力的增加，加工效率會略有降低。同樣加工深度，采用自適應(yīng)“抬刀”方式比定時抬刀方式需要的加工時間短，加工速度高。（3）加工極性和電極材料的影響。極性效應(yīng)：兩極蝕除速度不同的現(xiàn)象。當(dāng)采用窄脈沖進行加工時，工件應(yīng)接正極，電極應(yīng)接負極，即形成“正極性加工”。當(dāng)采用寬脈沖進行加工時，工件應(yīng)接負極，電極應(yīng)接正極，即形成“負極性加工”。

影響極性效應(yīng)的主要因素有脈沖寬度、脈沖能量及電極材料。

在同樣加工條件和加工極性情況下，采用不同的電極材料，加工速度也不相同。

2024/10/4（4）工件材料的影響。一般來說，工件材料的熔點、沸點越高，比熱容、熔化熱和汽化熱就越大，加工效率就越低，即難以加工。如硬質(zhì)合金的加工效率比鋼的加工效率要低40%~60％。對導(dǎo)熱性好的工件材料，因熱量散失快，所以加工效率也會降低。（5）工作液的影響。用石墨、紫銅等電極加工鋼件時，采用煤油比機油的加工效率高。當(dāng)采用水或酒精溶液時，加工效率低，但可減少電極損耗。改變油的黏度對加工效率也有影響，如在煤油中加入一半機油，可使加工效率有所提高。2.影響電極損耗的主要因素單位時間內(nèi)，電極被蝕除的金屬量稱為電極損耗速度，用符號vE表示。常用相對損耗或損耗比θ作為衡量電極耐損耗的指標：θ=×100%或θ=×100%2024/10/41）電參數(shù)的影響（l）脈沖寬度的影響。在峰值電流一定的情況下，隨著脈沖寬度的減小，電極損耗增大。脈沖寬度越小，電極損耗θ上升的趨勢越明顯。所以精加工時的電極損耗比粗加工時的電極損耗大。（2）脈沖間隔的影響。在脈沖寬度不變時，隨著脈沖間隔的增大，電極損耗增大。隨著脈沖間隔的減小，電極損耗減小，但超過一定限度，放電間隙將來不及消電離而造成拉弧燒傷，反而影響正常加工的進行，尤其是粗規(guī)準、大電流加工時，更應(yīng)注意。（3）峰值電流的影響。用紫銅電極加工鋼時，隨著峰值電流的增加，電極損耗也增加。要降低電極損耗，應(yīng)減小峰值電流。因此，對一些不適宜用大脈沖寬度進行粗加工且又要求損耗小的工件，應(yīng)使用小脈沖寬度、低峰值電流的方法。由上可見，脈沖寬度和峰值電流對電極損耗的影響效果是綜合性的。只有脈沖寬度和峰值電流保持一定關(guān)系，才能實現(xiàn)低損耗加工。2024/10/42）非電參數(shù)的影響（1）加工面積的影響。在脈沖寬度和峰值電流一定的條件下，加工面積對電極損耗影響不大。當(dāng)電極損耗小于1％時，隨著加工面積的不斷增大，電極損耗減小的趨勢越來越慢；反之，隨著加工面積的不斷減小，電極損耗增加的趨勢越來越快。（2)沖油或抽油的影響。對形狀復(fù)雜、深度較大的型孔或型腔進行加工時，若采用適當(dāng)?shù)臎_油或抽油的方法進行排屑，有助于提高加工速度。但沖油或抽油壓力過大反而會加大電極的損耗。當(dāng)然，不同的電極材料對沖油和抽油的敏感性不同。（3)電極的形狀和尺寸的影響。在電極材料、電參數(shù)和其他工藝條件完全相同的情況下，電極的形狀和尺寸對電極損耗影響也很大，如電極的尖角、棱邊、薄片等。2024/10/4（4）加工極性的影響。當(dāng)峰值電流一定，不論是正極性加工還是負極性加工，隨著脈沖寬度的增加，電極的相對損耗都會下降。而在脈沖寬度小于15μs范圍內(nèi)，正極性加工時電極損耗比負極性加工時電極損耗要小。一般情況下，采用石墨電極和銅電極加工鋼時，粗加工用負極性加工，精加工用正極性加工。但采用鋼電極加工鋼時，無論粗加工或精加工都要用負極性加工，否則電極損耗將大大增加。（5)電極材料的影響。電極損耗與電極材料有關(guān)，各電極材料電極損耗的大致順序為銀鎢合金<銅鎢合金<石墨（粗規(guī)準）<紫銅<鋼<鑄鐵<黃銅。2024/10/4

3.影響加工精度的主要因素

1）放電間隙的影響放電間隙是隨電參數(shù)、電極材料、工作液的絕緣性能等因素變化而變化的，從而影響了加工精度。此外，放電間隙的大小對加工的尺寸精度也有影響，尤其是對形狀復(fù)雜的加工表面，如棱角部位，該處的電場強度分布不均勻，放電間隙越大，這種分布不均勻的影響越嚴重。

2）加工斜度的影響電極損耗會產(chǎn)生加工斜度

圖3-11電火花加工時的加工斜度2024/10/4二次放電是指在已加工表面上，由于電蝕產(chǎn)物的介入，使極間實際距離減少或使極間工作液絕緣性能降低，而再次發(fā)生非正常放電現(xiàn)象。加工斜度是不可避免的，但在加工工藝上采取一些措施可使加工斜度減小或利用加工斜度。如加工通孔時，將電極穿過工件達到被加工厚度的1~2倍，可大大減小加工斜度；加工凹模時，將凹模刃口面朝下，直接利用其加工斜度作為凹模刃口的斜度。3）電極形狀的影響4）機床熱變形的影響（a）（b）圖3-12工具電極的尖角效應(yīng)1—工件；2—工具電極圖3-13電火花加工機床熱變形2024/10/44.影響加工質(zhì)量的主要因素1）表面粗糙度的影響電火花加工表面粗糙度隨單個脈沖能量的增加而增大。當(dāng)峰值電流一定時，脈沖寬度越大，單個脈沖的能量越大，放電腐蝕的凹坑也就越大、越深，所以表面粗糙度就越差。在脈沖寬度一定的條件下，隨著峰值電流的增加，單個脈沖能量也增加，使得表面粗糙度變差。在一定的脈沖能量下，不同的電極材料表面粗糙度的大小不同，熔點高的電極材料表面粗糙度要比熔點低的電極材料表面粗糙度小。電極表面粗糙度的大小也影響工件的加工表面粗糙度。由于電極的相對運動，工件側(cè)邊的表面粗糙度比端面的表面粗糙度小。干凈的工作液有利于得到理想的表面粗糙度。2024/10/42）表面變化層的影響圖3-14電火花加工表面變化層（1）凝固層。凝固層的組織不同于基體金屬，它是一種淬火組織，與內(nèi)層金屬結(jié)合不甚牢固，其厚度隨脈沖能量的增大而增厚，一般為0.01~0.1mm。（2）熱影響層。由于加工材料、加工前熱處理狀態(tài)及加工脈沖參數(shù)的不同，使得熱影響層的變化也不同。對于淬火鋼將產(chǎn)生二次淬火區(qū)、高溫回火區(qū)和低溫回火區(qū)；對于未淬火鋼主要是產(chǎn)生淬火區(qū)。

2024/10/43）顯微裂紋的影響電火花加工表面由于受高溫作用后又迅速冷卻而產(chǎn)生殘余應(yīng)力，該殘余應(yīng)力大部分表現(xiàn)為拉應(yīng)力。脈沖能量對顯微裂紋的影響非常明顯，能量越大，顯微裂紋越寬、越深，且會擴展到熱影響區(qū)。脈沖能量小，一般不出現(xiàn)顯微裂紋。因此，對加工表面質(zhì)量要求高的工件應(yīng)盡量避免使用較大的脈沖能量，并注意工件加工前的熱處理質(zhì)量。減少工件表面的殘余應(yīng)力是消除裂紋的有效措施。

4）表面變化層力學(xué)性能的影響一般說來，加工表面最外層的硬度比較高，耐磨性好。但對于滾動摩擦，尤其是干摩擦，由于受交變載荷作用，在熔化層和基體結(jié)合不牢固處，容易剝落而磨損。電火花加工后的表面由于存在著較大拉應(yīng)力，甚至存在顯微裂紋，其耐疲勞性能比機械加工表面低很多。采用回火處理、噴丸處理等有助于降低拉應(yīng)力，或使拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，從而提高其耐疲勞性能。

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3.1.4電火花穿孔加工1.電火花穿孔加工方法1）直接配合法直接配合法是直接利用適當(dāng)加長的凸模非刃口端作為電極對凹模進行加工，加工后將損耗的加長部分切除的一種工藝方法。

圖3-15直接配合法用這種加工方法可以獲得均勻的凸、凹模配合間隙，且能節(jié)省制造電極的費用和時間。但該加工方法的加工速度低，易形成不穩(wěn)定的二次放電。如果將凸模的加長部分改為黏結(jié)或焊上電加工性能好的電極材料，并用成形磨削磨出后作為電極，則可以克服上述缺點。2024/10/42）間接配合法間接配合法是將凸模和電極分別制造，但凸模需留有一定修配余量，用制好的電極加工出凹模后，再按凹模的實測尺寸鉗工修配凸模，以達到所要求的配合間隙的一種工藝方法。間接配合法的優(yōu)點是可直接使用電極材料進行加工獲得較好的加工性能，加工間隙不受配合間隙的限制，配合間隙可由修配凸模來保證。其缺點是需要兩次加工，增加了加工工作量，分別制作電極與凸模難以保證它們的形狀完全相同，用凹模尺寸修配凸模時難以保證凸、凹模配合間隙的均勻一致性。因而這種方法只能加工形狀較簡單的沖模。3）二次電極法二次電極法是用“一次電極”制造“二次電極”，并由此加工出凸、凹模，并保證凸、凹模配合間隙的一種工藝方法。

2024/10/4（1）當(dāng)凸模加工較困難時，采用一次電極為凸型。

圖3-16一次電極為凸型的二次加工法

配合間隙Z/2=δ1－δ2＋δ3

（2）當(dāng)凹模加工較困難時，采用一次電極為凹型。即用凹型的一次電極加工出兩個凸型件，其中一個為凸模，另一個為二次電極，再用二次電極反拷貝加工出凹模。二次電極法較復(fù)雜，在普通沖裁模的型孔加工中使用較少，常用于精密沖裁的模具加工。

2024/10/44）階梯電極法階梯電極法是將電極制成階梯狀。該加工方法分為粗加工段和精加工段，可分別完成型孔的粗、精加工。(1)無預(yù)孔或加工余量較大時，可將電極制成階梯狀，將電極分為兩段，即縮小了尺寸的粗加工段和保持凸模尺寸的精加工段。(2)在加工小間隙、無間隙的冷沖模具時，配合間隙小于最小的電火花穿孔加工放電間隙，用凸模作為精加工段是不能實現(xiàn)加工的，可將凸模加長后，再加工或腐蝕成階梯狀，使階梯的精加工段與凸模有均勻的尺寸差，通過加工規(guī)準對放電間隙尺寸的控制，使加工后符合凸、凹模配合的技術(shù)要求。圖3-17用階梯電極加工冷沖模

2024/10/42.電火花穿孔加工用電極設(shè)計1）電極材料的選擇表3-2常用電極材料的性能電極材料電火花加工性能機械磨削加工性能說明加工穩(wěn)定性電極損耗紫銅好較小較差常用的電極材料，磨削困難石墨尚好較小尚好常用的電極材料，但機械強度差，易崩角鑄鐵一般中等好常用的電極材料鋼較差中等好常用的電極材料，選擇電規(guī)準時應(yīng)注意其加工穩(wěn)定性黃銅好大尚好電極損耗太大銅鎢合金好小尚好價格昂貴，多用于深孔、直壁孔、硬質(zhì)合金的穿孔銀鎢合金好小尚好價格昂貴，多用于精密沖模或有特殊要求的加工2024/10/42）電極結(jié)構(gòu)形式圖3-19組合式電極圖3-20鑲拼式電極圖3-18整體式電極2024/10/43）電極尺寸的確定

（1）電極技術(shù)要求的確定。①電極的幾何形狀要和模具型孔或型腔的幾何形狀完全相同，其尺寸大小根據(jù)模具型孔或型腔的尺寸及公差，放電間隙的大小，凸、凹模配合間隙來決定。②電極的尺寸精度等級應(yīng)比凹模高一級，一般電極的尺寸精度等級應(yīng)不低于IT7。③電極的表面粗糙度Ra應(yīng)在1.25～0.63μm以上，當(dāng)采用鑄鐵或鑄銅時，其表面不能有砂眼。④電極各表面的平行度，在l00mm長度內(nèi)不能大于0.01～0.02mm。

（2）電極截面尺寸的確定。電極截面尺寸是根據(jù)凹模型孔的截面尺寸均勻地減小一個單面放電間隙δ而得來的，其尺寸公差可取凸模相應(yīng)尺寸公差的1/3～1/2，表面粗糙度一般取Ra1.6～0.8μm。2024/10/4圖3-21電極與凹模的尺寸關(guān)系①按凹模尺寸和公差確定電極截面尺寸。電極的截面尺寸可由下式計算a=A±k

δ電（3-1）式中，a為電極的截面尺寸（mm）；A為型腔的名義尺寸（mm）；k為系數(shù)，雙邊尺寸取2，單邊尺寸取1，無縮放的取0；δ電為精加工時的放電間隙，也就是電極單邊縮放量（mm）。當(dāng)電極輪廓為凹下時，取“＋”；當(dāng)電極輪廓為凸起時，取“－”。2024/10/4②按凸模尺寸和公差確定電極截面尺寸。i)凸、凹模的配合間隙等于放電間隙，即δ配＝δ電。此時，電極的截面尺寸與凸模的截面尺寸完全相同。ii)凸、凹模的配合間隙大于放電間隙，即δ配＞δ電。電極的截面尺寸在凸模的四周均勻增大一個（δ配－δ電）值。iii)凸、凹模的配合間隙小于放電間隙，即δ配＜δ電。電極的截面尺寸在凸模的四周均勻縮小一個（δ電－δ配）值。圖3-22按凸模均勻增大的電極圖圖3-23按凸模均勻減小的電極圖2024/10/4（3）電極長度尺寸的確定。L=KH＋H1＋(0.4～0.8)(n－1)KH

＋H2（3-2）式中，L為電極長度（mm）；

H為凹模加工的厚度（mm）；H1為加工起點與工件表面最高點之間的距離(mm）；H2為電極裝夾所需長度（mm）；n為電極重復(fù)使用的次數(shù)；圖3-24電極長度計算說明圖K的經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下：紫銅2.0～2.5，黃銅3.0～3.5，石墨1.7～2.0，鋼3.0～3.5，鑄鐵2.5～3.0。此外應(yīng)根據(jù)其他條件適當(dāng)增、減K值，當(dāng)工件材料熔點低時，應(yīng)減小K值；當(dāng)工件材料熔點高時，應(yīng)增大K值；當(dāng)型孔幾何形狀簡單時，應(yīng)減小K值；當(dāng)型孔幾何形狀復(fù)雜時，應(yīng)增大K值。2024/10/4（4）階梯電極尺寸的確定階梯部分的截面尺寸由下式計算d2=d1－2f

（3-3）式中，d2為階梯部分橫截面直徑（mm）；d1為原有電極橫截面直徑（mm）；f為階梯部分單面縮小量（mm），通常取0.08~0.15mm。階梯部分長度由下式計算L2＝τh

（3-4）式中，L2為階梯部分長度（mm）；τ為電極長度損耗系數(shù)，當(dāng)電極材料為鑄鐵和純銅時，τ取1.1～1.5，當(dāng)電極材料為鋼和黃銅時，τ取1.2～1.6；對形狀簡單的電極，τ值可取小些，當(dāng)加工硬質(zhì)合金模具時τ值取大些；h為型孔厚度（mm）。

圖3-25階梯電極尺寸確定2024/10/43.工件的準備1)工件的預(yù)加工工件型孔進行預(yù)加工，并留適當(dāng)?shù)募庸び嗔?，加工余量的大小?yīng)能補償電火花穿孔加工的定位，找正誤差及機械加工誤差。若加工余量太大，則應(yīng)增加工時；若加工余量過小，則不易定位找正，甚至使工件加工不出所需的表面粗糙度。一般單邊加工余量取0.15~0.3mm，并力求均勻，對形狀復(fù)雜的型孔，要適當(dāng)增大加工余量。2)熱處理工件型孔預(yù)加工及螺孔、銷孔加工出來后，應(yīng)按技術(shù)要求進行熱處理。電火花穿孔加工應(yīng)在熱處理后進行，以避免熱處理變形的影響。3)磨光、除銹、退磁為消除熱處理的變形，磨光工件上、下兩平面后，再磨基準面，并對工件進行除銹、退磁。

2024/10/44.電規(guī)準的選擇與轉(zhuǎn)換從一個電規(guī)準轉(zhuǎn)換到另一個電規(guī)準稱為電規(guī)準的轉(zhuǎn)換。電規(guī)準按其加工所得到的表面粗糙度及間隙大小可分為粗規(guī)準、中規(guī)準、精規(guī)準。1）粗規(guī)準粗規(guī)準的表面粗糙度Ra小于12.5μm，具有加工速度快的特點，主要用于粗加工，以去除大部分的加工余量。如鋼電極加工鋼工件的脈沖寬度為20~60μs，電極損耗低于10%，表面粗糙度Ra≥6.3μm，加工速度為50～100mm3/min。

2）中規(guī)準中規(guī)準是粗規(guī)準轉(zhuǎn)換為精規(guī)準的過渡規(guī)準，用以減小精加工余量，促進加工穩(wěn)定和提高加工速度。中規(guī)準采用的脈沖寬度為6~20μs，表面粗糙度Ra為6.3~3.2μm。

3）精規(guī)準精規(guī)準是達到加工中各項技術(shù)指標，如配合間隙、刃口斜度、表面粗糙度等的主要規(guī)準。精規(guī)準采用的脈沖寬度為2~6μs，表面粗糙度Ra為1.6~0.8μm，加工速度為7~10mm3/min。2024/10/4根據(jù)粗、精加工要求，并考慮加工中提高加工速度和改善表面質(zhì)量的關(guān)系，在選擇精規(guī)準時，應(yīng)根據(jù)不同的加工要求合理選用。如型孔的表面粗糙度低、精度高、斜度小，因此，精規(guī)準應(yīng)選得小些；型孔形狀復(fù)雜、有尖角，因此，精規(guī)準也應(yīng)選得小些。電規(guī)準的轉(zhuǎn)換程序是先用粗規(guī)準加工到刃口處或?qū)㈦A梯電極的臺階進給到刃口部分，就轉(zhuǎn)換成中規(guī)準加工，加工1~2mm后，再轉(zhuǎn)換成精規(guī)準加工。在轉(zhuǎn)換規(guī)準時，其他條件也應(yīng)配合。如精規(guī)準加工時，隨著加工深度增加，加工間隙減小，使排屑困難，因此，要求增大沖油壓力；電極快要穿透工件時，沖油壓力要適當(dāng)降低；加工斜度很小的和精度高的型孔時，排屑方式要改沖油為抽油，還可采用超聲波振動方法排屑。2024/10/4

1.電火花型腔加工方法1）單電極直接成型法單電極直接成型法是指用一個電極加工出所需型腔。它可以直接加工形狀簡單、精度要求不高的型腔。為了提高加工效率，型腔在電火花型腔加工前應(yīng)先采取機械切削加工方法進行預(yù)加工，留出加工余量，待型腔淬火后用一個電極進行精加工。留出的加工余量要均勻，要適當(dāng)。一般情況下，電極側(cè)面單邊加工余量留0.1~0.5mm，底面加工余量留0.2~0.7mm。對于多臺階復(fù)雜型腔的加工余量需適當(dāng)減小。

3.1.5電火花型腔加工2024/10/4圖3-26平動加工的優(yōu)點2）單電極平動法和搖動加工法單電極平動法在電火花型腔加工中應(yīng)用最為廣泛。它是指用一個電極完成型腔的粗規(guī)準、中規(guī)準、精規(guī)準加工。首先采用低損耗、高生產(chǎn)率的粗規(guī)準進行加工，然后利用平動頭作平面小圓周運動，按照粗規(guī)準、中規(guī)準、精規(guī)準的順序逐級改變電規(guī)準。與此同時，依次加大電極的平動量，以補償前、后兩個電規(guī)準之間型腔側(cè)面放電間隙差和表面微觀不平度差，實現(xiàn)型腔側(cè)面仿形修光，完成整個型腔的加工。用單電極平動法的最大優(yōu)點是只需一個電極，一次裝夾、定位，便可達到±0.05mm的加工精度，并方便了電蝕產(chǎn)物的排除，使加工過程穩(wěn)定。其缺點是難以獲得高精度的型腔，特別是難以加工出清棱、清角的型腔。2024/10/4采用數(shù)控電火花型腔加工機床時，可利用工作臺按一定軌跡做微量移動來修光側(cè)面，為區(qū)別于夾持在主軸頭上的平動頭的運動，通常將其稱為搖動。由于搖動軌跡是靠數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生的，所以其具有更靈活多樣的模式，除了小圓運動軌跡外，還有方形、十字形運動軌跡，因此，更適應(yīng)復(fù)雜形狀側(cè)面修光的需要，尤其可以做到尖角處的“清根”，這是一般平動頭無法做到的。

復(fù)雜曲面?zhèn)认蚩鬃鴺丝追侄炔郏╝）基本搖動模式（b）錐變搖動模式螺旋面（c）數(shù)控聯(lián)動加工實例2024/10/43）多電極更換法采用多個電極依次更換加工同一型腔，如圖3-28所示。每個電極加工時必須把上一規(guī)準的放電痕跡去掉。一般用兩個電極進行粗、精加工就可滿足要求。當(dāng)型腔的精度和表面質(zhì)量要求很高時，可采用三個或更多個電極進行加工，但要求多個電極的一致性好、制造精度高。另外，更換電極時要求定位、裝夾精度高，因此，一般只用于加工精度高、表面粗糙度小、棱角清晰的型腔。圖3-28多電極更換法1—粗加工后的型腔；2—精加工后的型腔；3—精加工后的型腔；4—模塊2024/10/44）分解電極法根據(jù)型腔的幾何形狀，把電極分解為主型腔電極和副型腔電極分別制造，分別使用。主型腔電極一般完成去除量大、形狀簡單的主型腔加工，如圖3-29（a）所示，副型腔電極一般完成去除量小、形狀復(fù)雜（如尖角、窄槽、花紋等）的副型腔加工，如圖3-29（b）所示。（a）主型腔加工（b）副型腔加工圖3-29分解電極法這種加工方法的優(yōu)點是可以根據(jù)主、副型腔不同的加工條件，選擇不同的電規(guī)準，有利于提高加工速度和改善加工表面質(zhì)量，同時還可以簡化電極制造，便于修整電極。其缺點是更換電極時主、副型腔電極之間要求有精確的定位。

2024/10/45）創(chuàng)成加工法創(chuàng)成加工法是指用簡單形狀的電極來完成型腔的加工。創(chuàng)成加工法的基本原理是用簡單形狀的圓柱形電極（相當(dāng)于銑床的銑刀）對工件進行成形加工。加工時，電極按照數(shù)控程序給出的軌跡移動，對工件進行“銑削”加工，如圖3-30所示。電極運動軌跡工件電極圖3-30創(chuàng)成加工法創(chuàng)成加工法的最大特點是省略了復(fù)雜的電極加工，大大縮短了模具制造周期。同時，加工時由于放電面積很小，因而加工穩(wěn)定性好。2024/10/42.電火花型腔加工用電極設(shè)計1）電極材料的選擇常用的電極材料是紫銅和石墨。紫銅電極常用于形狀復(fù)雜，輪廓清晰，精度要求高的型腔加工。而石墨電極則適用于大、中型模具的型腔加工。銅鎢合金和銀鎢合金是較理想的電極材料，但其成形性能差，價格貴，只有在特殊情況下才會使用。表3-3紫銅電極和石墨電極加工工藝比較比較項目紫銅電極石墨電極對型腔預(yù)加工要求可采用預(yù)加工，縮短粗加工時間一般不需要預(yù)加工（電源容量較大時）電規(guī)準選擇采用更大的脈沖寬度和較低的峰值電流作為粗規(guī)準加工，其中，加工電流和脈沖間隔不能太大采用較大的脈沖寬度和較高的峰值電流的低損耗粗規(guī)準加工可以達到很高的加工速度排屑方法不采用電極沖油方式，粗加工用排氣孔，精加工用平動頭、自動抬刀等方法改善排屑方式（沖油時，電極損耗增大）盡可能采用電極沖油方式，必要時也可采用其他排屑方式2024/10/42）電極結(jié)構(gòu)的選擇（1）整體式電極。整體式電極適用于型腔大小和復(fù)雜程度均為一般的加工，它分為無固定板的整體式電極和有固定板的整體式電極兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖3-31所示。無固定板的整體式電極多用于型腔尺寸較小，形狀簡單，只有單孔沖油或排氣的情況；有固定板的整體式電極用于型腔尺寸較大，形狀較復(fù)雜，采用多孔沖油或排氣的情況。

（a）無固定板的整體式電極（b）有固定板的整體式電極圖3-31整體式電極的結(jié)構(gòu)形式1—沖油孔；2—石墨電極；3—電極固定板2024/10/4（a）壓制時的施壓方向（b）不合理鑲拼（c）合理鑲拼圖3-32石墨電極的方向性與鑲拼法（2）組合式電極。組合式電極適用于一模多腔的情況。采用組合式電極加工，可提高加工速度，簡化了各型腔之間的定位，保證定位精度。（3）鑲拼式電極。當(dāng)電極尺寸較大，單塊坯料不夠，或形狀復(fù)雜，分塊便于加工時采用鑲拼式電極。鑲拼式電極可以采用機械緊固或黏結(jié)劑黏合。石墨電極鑲拼時，必須注意石墨的方向性和石墨牌號，鑲拼的各塊材料必須是同一牌號的石墨，石墨壓制時的施壓方向與電火花型腔加工時的進給方向垂直，如圖3-32所示，因為不同牌號的石墨及石墨的不同方向其損耗速度是不一樣的。2024/10/43）電極尺寸的確定（1）電極水平方向尺寸的確定。電極的水平方向尺寸也稱為電極橫截面尺寸。當(dāng)使用多電極更換法和分解電極法加工型腔時，電極水平方向尺寸的確定方法與穿孔橫截面尺寸的確定方法相同，當(dāng)使用單電極平動法加工時，還要考慮平動頭側(cè)面修光時單邊偏心量的影響。電極水平尺寸可由下式計算

a=A±Kb

式中，a為電極的截面尺寸(mm)；A為型腔的名義尺寸(mm)；b為電極的單邊縮放量（mm），可由下式計算b=δj+δ0－rj

式中，δj為精加工最后一檔規(guī)準的單面放電間隙(mm)，通常是指表面粗糙度Ra<0.8μm的δj值，一般為0.02~0.03mm；δ0為精加工時的平動量(mm)，一般取0.5~0.6mm；

rj為精加工（平動）時電極的側(cè)面損耗（單邊）(mm)，一般不超過0.1mm。2024/10/4（2）電極垂直方向尺寸的確定。電極的垂直方向尺寸是指電極在平行于主軸軸線方向的剖面尺寸，如圖3-33所示，可由下式計算

H=H1＋H2＋H3

H1=h1＋θ1h1＋θ2h2－δj

式中，H為除裝夾部分以外的電極總高度（mm）；H1為電極加工一個型腔的有效高度（mm）；H2為加工起點與工件表面最高點之間的距離(mm)；H3為加工結(jié)束時，為避免電極固定板和模板相碰以及同一電極能多次使用等因素而增加的高度(mm)，一般取5~20mm；h1為型腔垂直方向高度（mm）；θ1為粗規(guī)準加工時，電極端面的相對損耗率，其值小于1%，適用于未預(yù)加工的型腔；θ2為中、精規(guī)準加工時，電極端面相對損耗率，其值為20%~25%；h2為中、精規(guī)準加工時，電極端面總的進給量(mm)。圖3-33電極垂直方向尺寸的確定2024/10/44）排氣孔和沖油孔的設(shè)計為了防止排屑、排氣不暢對加工穩(wěn)定性、加工速度和加工質(zhì)量的不利影響，應(yīng)在排屑、排氣較為困難的拐角和窄縫處開設(shè)沖油孔，而在蝕除面積較大以及電極端部有凹下的部位開設(shè)排氣孔，如圖3-34所示。

(a)設(shè)計沖油孔的電極(b)設(shè)計排氣孔的電極圖3-34設(shè)沖油孔和排氣孔的電極用單電極平動法加工時，沖油孔和排氣孔的直徑約為平動量的1~2倍，一般為1~2mm。為了方便排屑、排氣和便于鉆孔加工，通常把沖油孔和排氣孔的上端孔徑加大到5~8mm，孔距設(shè)為20~40mm，以不存在蝕除物堆積為宜。孔要適當(dāng)錯開，以免加工表面產(chǎn)生波紋。對于形狀復(fù)雜、細小的精密型腔，一般不允許在電極上開孔，加工時可采用抬起電極和側(cè)面沖油來解決排屑、排氣問題。2024/10/43.工件準備電火花型腔加工的工件準備主要考慮工件的預(yù)加工和熱處理工序的安排。工件預(yù)加工后則可進行熱處理淬火，這樣可避免熱處理變形對電火花型腔加工后的影響。但電火花型腔加工去掉了一層淬火層，影響熱處理質(zhì)量，并使鉗工拋光困難。有些型腔模，如壓鑄模、塑料模、鍛模等的電火花型腔加工安排在熱處理前進行。這樣，鉗工拋光比較容易，最后淬火時的淬透性也比較好。但是，熱處理變形無法消除。生產(chǎn)中要根據(jù)型腔模具的要求，工件材料熱處理的變形情況等具體條件，合理地安排熱處理工序。2024/10/44.電規(guī)準的選擇、轉(zhuǎn)換和平動量的分配1)電規(guī)準的選擇（1）粗規(guī)準。粗規(guī)準加工時應(yīng)優(yōu)先考慮采用寬的脈沖寬度(大于400μs)，選擇合適的峰值電流，并應(yīng)注意加工面積與加工電流之間的配比關(guān)系。通常用石墨電極加工鋼時，最高電流密度為3~5A/cm2，而用紫銅電極加工鋼時，最高電流密度可稍大些。（2）中規(guī)準。中規(guī)準和粗規(guī)準之間沒有明顯的界限，中規(guī)準選用的脈沖寬度為20~400μs，峰值電流為10~25A。加工小孔窄縫等型腔時，可直接用中規(guī)準加工成型。（3）精規(guī)準。精規(guī)準是在中規(guī)準加工的基礎(chǔ)上進行加工的，精加工去除的加工余量很少，單邊加工余量不超過0.1~0.2mm。精規(guī)準的表面粗糙度Ra<2.5μm，通常都選用脈沖寬度為2~20μs，峰值電流小于10A的小規(guī)準進行加工。精加工時電極的相對損耗為10%~25%，但由于精加工余量很小，電極的絕對損耗不大，不會對加工精度造成很大的影響。精加工的脈沖放電間隙約為0.01~0.02mm。為保持加工穩(wěn)定性，通常應(yīng)使用大于2μs的脈沖間隔。

2024/10/42）電規(guī)準轉(zhuǎn)換和平動量的分配當(dāng)加工出來的型腔輪廓尺寸的加工余量約1mm時，就應(yīng)進行電規(guī)準的轉(zhuǎn)換。電規(guī)準轉(zhuǎn)換的擋數(shù)，必須根據(jù)具體情況而定，對尺寸小、形狀簡單的淺型腔加工，電規(guī)準轉(zhuǎn)換擋數(shù)可少些；對尺寸大、形狀復(fù)雜的深型腔加工，電規(guī)準轉(zhuǎn)換擋數(shù)要多一些。粗規(guī)準加工時，一般選能達到粗加工要求的粗規(guī)準中的某一檔；中規(guī)準加工時，選2~4檔；精規(guī)準加工時，選2~4檔。電規(guī)準轉(zhuǎn)換的原則是每檔電規(guī)準加工的凹坑底部與上一檔電規(guī)準加工的凹坑底部一樣平，即加工表面剛好達到應(yīng)達到的表面粗糙度時就應(yīng)該及時轉(zhuǎn)換電規(guī)準。平動量的計算，如圖3-35所示。其計算公式為平動量=粗加工放電間隙+電極損耗－精加工放電間隙。

圖3-35平動量的計算2024/10/4平動量的分配是單電極平動加工方法的關(guān)鍵。由于粗規(guī)準、中規(guī)準、精規(guī)準產(chǎn)生的放電凹坑不同，因而電極的平動量不能按每檔電規(guī)準平均分配。一般中規(guī)準加工的平動量為總平動量的75%~80%，端面進給量為端面加工余量的75%~80%，中規(guī)準加工后，型腔基本成形，只留很少的加工余量供精規(guī)準修光。考慮到電極損耗，平動頭及主軸運動的誤差，必須在中規(guī)準最后一檔加工完畢后，實測型腔尺寸，用改變平動量的大小來補償電極損耗及其他誤差，以得到較高的尺寸精度。

2024/10/43.1.6電極制造目前常用的電極制造方法有普通機械加工、數(shù)控加工、電火花線切割加工、塑性加工（擠壓加工）、電鑄及其他加工方法。穿孔電極除采用普通的機械加工和數(shù)控加工方法外，還廣泛采用成形磨削的方法進行精密加工。成形磨削的電極是與凸模用黏結(jié)劑黏結(jié)在一起同時磨削的，也可以用錫焊將電極與凸模連接在一起。多型孔穿孔電極，可采用數(shù)控加工方法制造，也可按組合式電極制造。組合式電極的固定方法有焊接、鉚接、螺釘連接和低熔點金屬澆注等。有些電極形狀較為復(fù)雜，可采用數(shù)控加工方法制造，也可按鑲拼式電極制造。當(dāng)機械加工難于勝任時，還可以采用電火花線切割加工制造。階梯電極的小端也可以采用成形磨削，但大多數(shù)情況下都采用腐蝕的方法。下面介紹幾種電極材料的制造方法。

2024/10/4

1.石墨電極加工石墨電極的制造基本上都采用切削加工和成形磨削。由于石墨性脆，機械加工時容易產(chǎn)生粉塵，因此，在加工前要先在煤油中浸泡若干天。石墨電極還可以壓力振動的方法加工。無論是整體式電極還是鑲拼式電極，都應(yīng)使壓制時的施壓方向與加工時的進給方向垂直。此外，各拼塊的材料應(yīng)選用同一牌號的石墨。2.銅電極加工銅屬軟金屬材料，加工時易變形，加工的電極表面粗糙度較差。切削加工時要以肥皂水作為工作液，同時，進刀量要盡可能小。銅電極的磨削特別困難，非常容易堵塞砂輪，磨削時砂輪粒度不能太細，還要加磨削液，同時采用低轉(zhuǎn)速磨削，砂輪進給量要小。紫銅電極可以用鍛造或放電壓力成形法制造。3.銅鎢合金、銀鎢合金電極加工銅鎢合金、銀鎢合金是采用高溫?zé)Y(jié)而成的。制造時宜選用硬質(zhì)合金刀具進行切削加工。由于磨削加工時容易堵塞砂輪，因而選擇的砂輪粒度不能太細，宜選用白剛玉砂輪。2024/10/4表3-4常用電極的機械加工工藝序號工序加工內(nèi)容及技術(shù)要求1銑

(或刨)或車銑(或刨)六方，按外形尺寸留1～2mm的加工余量。若是圓柱體，就用車削加工2平磨磨削六個面并對角尺3劃線鉗工按圖劃線4普通銑或數(shù)控銑按圖加工，留成形磨削余量0.2～0.6mm5鉗工鉆、攻裝夾螺孔，大電極加工減重孔6熱處理采用鋼電極時，按圖樣要求淬火7膠合采用鑄鐵電極時，與凸模膠合或焊接在一起8成形磨削或仿形刨加工對于鑄鐵或鋼制電極，可用成形磨削加工成形；而對于銅電極，不能用成形磨削加工，可將其夾在仿形刨床的工作臺上進行仿刨成形。9退磁處理退磁處理10化學(xué)腐蝕或電鍍階梯電極或加工小間隙模具時采用化學(xué)腐蝕，加工大間隙模具時采用電鍍11鉗工修整對電極的精修成形2024/10/4

3.1.7電火花加工工藝實例1.電火花穿孔加工工藝實例電機轉(zhuǎn)子凹模型孔電火花穿孔加工工藝實例見表3-5。（a）工件圖（b）電極（沖頭）及定位心軸

技術(shù)要求：材料CrWMn；55~60HRC；凸、凹模配合間隙0.04~0.06mm

2024/10/42.電火花型腔加工工藝實例塑料葉輪注塑模型腔電火花型腔加工工藝實例見表3-6。

葉輪電極（材料：紫銅)2.電火花型腔加工工藝實例2024/10/43.2.1電火花線切割加工的原理、特點、分類及應(yīng)用1.電火花線切割加工的原理電火花線切割加工技術(shù)是電火花加工技術(shù)的特例，是一種線電極電火花加工技術(shù)。如圖3-36所示為電火花線切割機床加工的工作原理圖。圖3-36電火花線切割機床加工的工作原理圖

3.2電火花線切割加工2024/10/4電火花線切割機床采用鉬絲或黃銅絲作為電極絲。被切割的工件作為工件電極，連續(xù)移動的電極絲作為電極。脈沖電源發(fā)出連續(xù)的高頻脈沖電壓，加到工件電極和電極上，同時在電極絲與工件之間注有足夠的、具有一定絕緣性能的工作液，當(dāng)電極絲與工件間的距離小到一定程度時（通常認為電極絲與工件之間的放電間隙δ電=0.01mm左右），工作液介質(zhì)被擊穿，電極絲與工件之間形成瞬時電火花放電，產(chǎn)生瞬間高溫，產(chǎn)生大量的熱，使工件表面的金屬局部熔化甚至汽化，再加上工作液體介質(zhì)的沖洗作用，使得金屬被蝕除下來。這就是電火花線切割金屬的加工原理。從上面的工作原理可以看出，電火花線切割加工必須具備以下三個條件：（1）合適的電規(guī)準參數(shù)。（2）一定絕緣性能的工作液。（3）滿足要求的運動，即電極絲做走絲運動，工作臺做進給運動。

2024/10/4電火花線切割加工的主要部件可分別完成如下功能：（1）輸入輸出設(shè)備。輸入輸出設(shè)備可向數(shù)控系統(tǒng)輸送加工指令或?qū)?shù)控系統(tǒng)的運算指令輸送到執(zhí)行機構(gòu)或操作面板上。（2）數(shù)控裝置。數(shù)控裝置可接受輸入指令，進行數(shù)據(jù)處理（譯碼及間隙補償）與運算（插補運算），對進給運動進行伺服控制及其他輔助控制。（3）儲絲走絲部件。儲絲走絲部件可控制電極絲以一定的張力和平穩(wěn)的速度進行走絲，并保證電極絲不重疊地、整齊地排列在儲絲筒上，減少電極絲的損耗。（4）縱橫向進給機構(gòu)?？v橫向進給機構(gòu)可按照數(shù)控系統(tǒng)的指令要求，使上、下工作臺在各自伺服機構(gòu)的驅(qū)動下帶動工作臺做縱向、橫向進給運動，以實現(xiàn)要求的加工軌跡。（5）工作液循環(huán)系統(tǒng)。電火花線切割加工的兩個電極必須處于絕緣的液體中。工作液循環(huán)系統(tǒng)創(chuàng)造電火花線切割加工所需的環(huán)境并及時地帶走加工熱量及從工件上剝離下來的金屬顆粒。（6）脈沖電源。脈沖電源可提供一定脈寬的一系列矩形脈沖。2024/10/4

2.電火花線切割加工的特點（1）電火花線切割加工采用一根很細的金屬絲作為電極，因此，加工工件時不需要再制作相應(yīng)的電極，從而大大降低了由于制作電極所需的工作量，節(jié)約了貴重的有色金屬。（2）在電火花線切割加工時，由于電極絲的連續(xù)移動，使新的電極絲不斷地補充和替換在電蝕加工區(qū)受到損耗的電極絲，避免了電極損耗對加工精度的影響。（3）利用電火花線切割可以加工出精密細小、形狀復(fù)雜的工件。例如，通過電火花線切割可加工出0.05~0.07mm的窄縫和圓角半徑小于0.03mm的銳角等。（4）電火花線切割加工零件的精度可達±0.01~±0.005mm，表面粗糙度Ra可達1.6~0.4μm。（5）在電火花線切割加工時，一般采用一個電規(guī)準一次加工完成，中途不需要轉(zhuǎn)換電規(guī)準。（6）一般不需要對被加工工件進行預(yù)加工，只需在工件上加工出穿電極絲的穿絲孔即可。（7）在電火花線切割加工的切縫寬度與凸、凹模配合間隙相當(dāng)時，有可能一次切出凸、凹模來。2024/10/43.電火花線切割加工的分類1）根據(jù)工作臺縱橫向運動的控制方式分（1）靠模仿形加工。

（2）光電跟蹤加工。

（3）數(shù)字程序控制加工。

2）根據(jù)電極絲的運行速度分（1）高速走絲機床加工。高速走絲機床加工的電極絲做高速往復(fù)運動，一般走絲速度為8~10m/s，這是我國生產(chǎn)和使用主要的，也是我國獨創(chuàng)的電火花線切割加工模式。（2）低速走絲機床加工。低速走絲機床加工的電極絲做低速單向運動，一般走絲速度低于0.2m/s，這是國外生產(chǎn)和使用的主要加工模式。

2024/10/44.電火花線切割加工的應(yīng)用加工冷沖模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，塑料模的模套、固定板及拼塊，以及粉末冶金模、硬質(zhì)合金模、拉深模、擠壓模等各種結(jié)構(gòu)類型模具中的部分零件，也可對模具零件中的微型孔槽、窄縫、任意曲線等進行微細加工。還可加工金屬電極和各種模板及樣板等。2024/10/43.2.2影響電火花線切割加工的主要工藝指標和因素1.影響電火花線切割加工的主要工藝指標1）切割速度

通常高速走絲線切割速度為40~80mm2/min，它與加工電流大小有關(guān)，為比較不同輸出電流脈沖電源的切割效果，將每安培電流的切割速度稱為切割效率，一般切割效率為20mm2/（min·A）。

2）表面粗糙度高速走絲線切割的表面粗糙度Ra一般可達到5~2.5μm，最佳可達到1μm。低速走絲線切割的表面粗糙度Ra一般可達到1.25μm，最佳可達到0.2μm。3）電極絲損耗量一般每切割10000mm2后，鉬絲直徑的減小量不應(yīng)大于0.01mm。

4）加工精度高速走絲線切割的可控加工精度在0.01~0.02mm左右，低速走絲線切割的可控加工精度在0.002~0.005mm左右。2024/10/42.影響電火花線切割加工的主要工藝因素1）脈沖寬度脈沖寬度越寬，單個脈沖的能量就越大，切割效率也越高。由于放電間隔較大，因而加工較穩(wěn)定，但表面粗糙度差。工件越厚，脈沖寬度應(yīng)酌情增大，為保證一定的表面粗糙度要求，原則上應(yīng)以機床走步均勻和不短路為宜。在實際加工過程中，脈沖寬度與加工表面粗糙度的關(guān)系見表3-7。表3-7脈沖寬度與表面粗糙度的關(guān)系脈沖寬度ti/μs5102040表面粗糙度Ra/μm2.02.53.24.0脈沖寬度ti增大能提高加工速度，但同時會增大表面粗糙度。一般ti=2~60μs內(nèi)，當(dāng)ti>40μs后，加工速度提高不多，但電極絲損耗卻在增大。2024/10/42）脈沖間隔脈沖間隔大小與表面粗糙度無關(guān)，但與平均電流有很大的關(guān)系，平均電流大小又與加工效率成正比，因此，在一定的脈沖寬度和一定功放管輸出數(shù)量的前提下，脈沖間隔越小，加工效率越高，但穩(wěn)定性就越差；反之，脈沖間隔越大，加工效率越低，穩(wěn)定性越好。在實際加工過程中，脈沖間隔與的被加工工件厚度關(guān)系見表3-8。表3-8脈沖間隔與工件厚度的關(guān)系脈沖間隔t0/μs5791115被加工工件厚度h/mm10~40506070≥80在表3-8中脈沖間隔與被加工工件的厚度呈正比。脈沖間隔的選擇開關(guān)最小時為1，最大時為15。2024/10/43）脈沖峰值電壓電火花線切割加工電壓幅值常在60~120V之間進行選擇。由于機型不同，因而所選擇電壓幅值也有差別，控制檔位也有所不同，一般可通過檔位可調(diào)的波段開關(guān)來控制脈沖峰值電壓。4）脈沖峰值電流脈沖峰值電流是決定單脈沖能量大小的主要因素之一。當(dāng)電流幅值增大時，切割速度提高，表面粗糙度變差，電極絲損耗增大甚至斷絲。一般加工電流幅值小于40A，平均電流小于5A。2024/10/45）脈沖放電波形脈沖放電波形的前沿和后沿以陡些為好。如圖3-37所示，如果脈沖前沿不陡，則汽化爆炸力不強，使金屬蝕除量少，且擊穿點早晚不統(tǒng)一，單個脈沖放電能量有差別，使表面粗糙度不均勻，前沿和后沿不陡，會限制脈沖頻率的提高；必須指出，前沿和后沿太陡，會加快電極絲損耗?？傊谙嗤墓に嚄l件下，高頻分組脈沖常常能獲得較好的加工效果。電流波形的前沿上升比較緩慢時，電極絲損耗較少。不過當(dāng)脈寬很窄時，必須有陡的前沿才能進行有效的加工。圖3-37脈沖放電波形

2024/10/46）極性電火花線切割加工因脈寬較窄，所以都用正極性加工，工件接電源的正極，電極絲接電源負極。否則切割速度變低而導(dǎo)致電極絲損耗增大。7）工作臺進給速度調(diào)節(jié)預(yù)置進給速度的原則是應(yīng)緊密跟蹤工件蝕除速度，以保持加工間隙恒定在最佳值上。這樣可使有效放電狀態(tài)的比例增大，使開路和短路的比例減小，使切割速度達到給定加工條件下的最大值，相應(yīng)的加工精度和表面質(zhì)量也會變好。應(yīng)按電壓表、電流表調(diào)節(jié)進給旋鈕，使表針穩(wěn)定不動，此時進給速度均勻、平穩(wěn)，是電火花線切割加工速度和表面粗糙度的最佳狀態(tài)。

2024/10/48）電極絲材料的種類、名稱和規(guī)格高速走絲機床的電極絲主要有鉬絲、鎢絲和鎢鉬絲。常用鉬絲的規(guī)格為φ0.10~φ0.18mm，當(dāng)需要切割較小的圓角或縫槽時也用φ0.06mm的鉬絲。鎢絲耐腐蝕，抗拉強度高，但脆而不耐彎曲，且因價格昂貴僅在特殊情況下使用。低速走絲機床一般用黃銅絲作為電極絲。為了提高切割性能，國內(nèi)外都研制電火花線切割機床專用的銅電極絲，有的是內(nèi)為黃銅絲和外鍍?nèi)埸c較低的鋅或鋅合金，在電火花放電時有較大的汽化爆炸力，使切割速度較高，其規(guī)格為φ0.10~φ0.30mm。同樣在切割細微縫槽或要求圓角較小時，應(yīng)采用鎢絲或鉬絲，其規(guī)格為φ0.03~φ0.06mm。表3-9常用電極絲材料的性能指標電極絲材料適用溫度/°C伸長率（％）抗張力/MPa熔點/°C電阻率/(Ω·cm）備注長期短期鎢W2000250001200~140034000.0612較脆鉬Mo200023003070026000.0472較韌鎢鉬W50Mo20002400151000~110030000.0532脆韌適中2024/10/49）工件厚度及材質(zhì)工件材料薄，工作液容易進入并充滿放電間隙，對排屑和消電離有利，加工穩(wěn)定性好。但工件太薄，放電脈沖率和切割效率偏低，且電極絲易產(chǎn)生抖動，對加工精度和表面粗糙度不利。工件材料厚，工作液難于進入和充滿放電間隙，加工穩(wěn)定性差，但由于電極絲不易抖動，因而使得加工精度較高，表面粗糙度較小。如圖3-38所示為工件厚度與切割速度的關(guān)系。圖3-38工件厚度與切割速度的關(guān)系2024/10/410）工作液常用的工作液有煤油、去離子水、蒸餾水、洗滌劑、酒精溶液、乳化液等。這些工作液通常具有一定的絕緣性能、較好的洗滌性能、較好的冷卻性能和對環(huán)境無污染的性能。采用快速走絲方式、矩形波脈沖電源時，工作液具有下面的結(jié)論：（1）煤油工作液切割速度低，但不易斷絲。（2）自來水、去離子水、蒸餾水等水類工作液，對放電間隙冷卻效果較好，特別是在工件較厚的情況下，冷卻效果更好。然而采用水類工作液時，切割速度低，易斷絲。此外，水類工作液洗滌性能差，不利于放電產(chǎn)物的排除，放電間隙狀態(tài)差，故加工表面黑臟，加工速度低。（3）水中加入少量洗滌劑、皂片等，切割速度就可能成倍增長。（4）乳化液比非乳化液的切割速度高?？傊?，工藝條件相同時，改變工作液的種類或濃度，就會對加工效果發(fā)生較大影響。

2024/10/43.2.3電火花數(shù)控線切割機床的型號及主要技術(shù)參數(shù)1.電火花數(shù)控線切割機床的型號我國機床型號的編制是根據(jù)GB/T16768-1997《金屬切削機床型號編制方法》的規(guī)定進行的，機床型號由漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成，分別表示機床的類別、組別、結(jié)構(gòu)特性和基本參數(shù)?；緟?shù)代號（工作臺橫向行程250mm）型別代號（7為高速走絲機床，6為慢速走絲機床）組別代號（電火花加工機床）機床特性代號（數(shù)控）機床類別代號（電加工機床）DK77252.電火花數(shù)控線切割機床的主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)包括工作臺行程(橫向行程×縱向行程)、切割工件最大厚度、表面粗糙度、加工精度、切割速度以及數(shù)控系統(tǒng)的控制功能等。國家已頒布的電火花線切割機床參數(shù)標準（GB/T7925—2005）見表3-10。

2024/10/43.2.4電火花數(shù)控線切割程序編制1.電火花數(shù)控線切割機床控制系統(tǒng)（1）軌跡控制功能。軌跡控制是指電火花數(shù)控線切割機床控制系統(tǒng)根據(jù)指令要求反復(fù)做插補運算，不斷地生成縱橫向工作臺的運動指令，精確地控制工件相對于電極絲的運動軌跡，以獲得工件的形狀和尺寸。（2）加工控制功能。加工控制主要包括對伺服進給速度、電源裝置、走絲機構(gòu)、工作液系統(tǒng)以及其他的機床操作控制等。其中伺服進給速度的控制實際上是控制電極與工件之間的平均電火花放電間隙，使之穩(wěn)定在某一個常數(shù)，即使電極的進給速度與工件材料的電火花蝕除速度相平衡。圖3-39電火花數(shù)控線切割機床控制系統(tǒng)的工作流程2024/10/42.電火花數(shù)控線切割機床的編程電火花數(shù)控線切割機床控制系統(tǒng)是按照人的“指令”，即程序去控制機床加工的。因此，必須事先把要切割的圖形，用機器所能接受的“語言”編排好“指令”。這項工作稱為電火花數(shù)控線切割編程，簡稱為編程。編程方法分手工編程和自動編程。手工編程是電火花線切割工作者的基本功，它能使電火花線切割工作者比較清楚地了解編程過程并讀懂電火花線切割程序。但手工編程的計算工作比較復(fù)雜。其程序格式有3B格式、4B格式、5B格式、ISO（國際標準化組織）格式和EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）格式等。目前高速走絲機床一般采用3B格式，慢速走絲機床多采用4B格式、ISO格式和EIA格式。1）3B格式編程（1）計算坐標系。計算坐標系是針對工件整個幾何圖形建立的坐標系，通常選工件的對稱軸為計算坐標軸，確定工件幾何圖形上的拐點、直線或圓弧的起點與終點，圓弧與圓弧或直線與圓弧的切點，圓弧中心等在計算坐標系中的坐標值。

2024/10/4圖3-40凸模計算坐標系的建立（2）切割坐標系。切割坐標系是針對單個的直線或圓弧建立的坐標系。對于直線是將切割坐標系的坐標原點取在直線的切割起點上，坐標軸的方向通常與計算坐標軸平行而建立坐標系；對于圓弧是將切割坐標系的坐標原點取在圓弧的圓心上，坐標軸的方向通常與計算坐標軸平行。3B格式編程時，通常是針對單段的直線或曲線編程，即是在各曲線的切割坐標系中編程，因此，通常要將計算坐標中各點的坐標值轉(zhuǎn)換成各曲線相應(yīng)的切割坐標系中的坐標值。例如，如圖3-40中的直線AB，假設(shè)切割起點是A，則以A為坐標原點，平行于原計算坐標系而建立切割坐標系。2024/10/4電火花數(shù)控線切割加工是基于逐點比較法的原理進行的，如圖3-41所示。(a)加工斜線(b）加工圓弧圖3-41逐點比較法加工原理圖逐點比較法就是在加工過程中，工作臺每進給一步，都要比較一下加工點位置與規(guī)定圖形的位置（實際上是將加工點的坐標值與規(guī)定圖形的方程進行比較），一步一步的逼近加工圖形，以達到加工要求的一種加工控制方法。2024/10/4加工斜線或加工圓弧的加工原理圖中可以看出，拖板每走一步都要完成如圖3-42所示的四個工作節(jié)拍。圖3-42工作節(jié)拍框圖（1）偏差判別。判別加工點與規(guī)定圖形的位置，如判別圓弧加工點是在圓內(nèi)還是圓外，以決定工作臺是向X方向進給一步還是向Y方向進給一步。（2）拖板進給。根據(jù)判別的結(jié)果，控制工作臺沿X方向或Y方向進給一步，使加工點向規(guī)定圖形靠攏。2024/10/4（3）偏差計算。電火花數(shù)控線切割控制系統(tǒng)計算進給后加工點的位置（坐標值）與規(guī)定圖形（圖形方程）之間的偏差，以作為工作臺下一步進給方向的判別依據(jù)。（4）終點判斷。電火花數(shù)控線切割控制系統(tǒng)完成偏差計算后，還應(yīng)判斷是否已加工到圖形的終點，若加工點已到終點，則停止加工；若加工點未到終點，則應(yīng)再次進入偏差判別等工作節(jié)拍，直至加工到圖形終點為止。終點判斷實際上是用來自動控制工件圖形的加工長度。而加工長度的控制是通過控制加工圖形在X、Y軸上的投影長度來實現(xiàn)的，該投影長度就是工作臺在X方向或Y方向的進給總長度，也稱為計數(shù)長度。選取工作臺在X方向的進給長度來計數(shù)時稱為計X，即計數(shù)方向為X方向，用GX表示；選取工作臺在Y方向的進給長度來計數(shù)時稱為計Y，即計數(shù)方向為Y方向，用GY表示。計數(shù)方向的選取應(yīng)以最后一個加工點是否能達到圖形終點為標準，否則會產(chǎn)生加工偏差。對任何一條曲線（斜線、圓?。瑧?yīng)取其在坐標軸上投影最長的那一坐標方向為計數(shù)方向。2024/10/4加工斜線時，應(yīng)以斜線切割起點作為坐標原點并建立切割坐標系，其計數(shù)方向由斜線在坐標系中45°斜線所劃分的區(qū)域來確定。如圖3-43（a）所示。加工圓弧時，應(yīng)以圓弧圓心為坐標原點并建立切割坐標系，其計數(shù)方向由圓弧終點坐標在坐標系中45°斜線所劃分的區(qū)域來確定，如圖3-43（b）所示。（a）加工斜線（b）加工圓弧圖3-43加工斜線和圓弧時計數(shù)方向的確定2024/10/4表3-11我國目前采用的3B程序格式BXBYBJGZD分隔符號X坐標值分隔符號Y坐標值分隔符號計數(shù)長度計數(shù)方向加工指令停機碼（1）分隔符號B。分隔符號將X、Y、J三項數(shù)碼分開，以免執(zhí)行指令時混淆。（2）坐標值（X，Y）。加工線路的起點或終點坐標值單位為μm。為簡化數(shù)控裝置，規(guī)定只能輸入坐標的絕對值。加工斜線（直線）時取加工的起始切割點為坐標系的原點，X、Y為斜線（直線）終點坐標值，當(dāng)X或Y的坐標值為0時，可以不寫，但必須保留分隔符號；加工圓弧時取圓心為坐標系的原點，X、Y為圓弧切割起點的坐標值。坐標值（X，Y）允許按相同的比例放大或縮小。（3）計數(shù)長度J。計數(shù)長度是指被加工圖形在計數(shù)方向上的投影長度（取絕對值）的總和，其單位為μm。對于計數(shù)長度不足六位的，應(yīng)寫成六位(近年生產(chǎn)的線切割機，由于數(shù)控功能較強，也可不必補足六位，只寫有效位數(shù)即可）。

2024/10/4（a）加工直線時加工指令的范圍（b）加工圓弧時加工指令的范圍圖