第三章 ：模具的电火花加工电火花加工基本原理：在一定介质中，利用两级之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象对材料进行加工，以使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定要求的加工方法基本条件：（1） 工具电极和工件电极之间在加工中必须保持一定的间隙（2） 火花放电必须在一定绝缘性能的介质中进行；对导电材料进行尺寸加工时，极间应有液体介质，表面强化时，极间为气体介质（3） 放电点局部区域的功率密度足够高，这样放电时所产生的热量足以使电极表面的局部金属瞬时熔化甚至气化（4） 火花放电是瞬时的脉冲性放电（5） 先后两次脉冲放电之间，有足够的听写时间，保证每次脉冲放电不在同一点连续放电，避免发生局部烧伤现象特点：（1）电火花加工中，甲供材料的去除是靠放电时的热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电特性及其热学特性，而几乎与力学性能无关，因此适合于难切削材料的加工（2）放电加工中，加工工具电极和工件不直接接触，没有机械加工中的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状的加工（3）电火花加工是直接利用电能进行加工，而电能、电参数较机械量易于数字控制，适应智能控制和无人化操作（4）应用领域日益扩大，可解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题，加工范围广应用范围：（1） 穿孔加工：加工冲模的凹模，挤压模，粉末冶金模等的各种异型孔及微孔（2） 型腔加工：加工注射模、吹塑模、压塑模、压铸模、锻模及拉伸模等的型腔（3） 强化金属表面：凸凹模的刃口（4） 磨削平面及圆柱面机理：电火花加工的微观过程是电力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的结果，过程分为：极间介质的击穿与放电；能量的转换、分布与传递；电极材料的抛出；极间介质的消电离常用参数及选择：1、 工具电极：粗加工负极性，精加工正极性，钢或铸铁做电极对钢之工件加工负极性2、 放电间隙：加工时工具和工件之间产生火花放电的一段距离间隙。0.01-0.5mm，粗加工大精加工小，加工间隙可分为端面间隙和侧面间隙3、 脉冲宽度：加到工具和工件上放电间隙两段的电压脉冲持续时间。脉宽大，电极损耗小，表面粗糙度打，间隙大，生产率高，表面变质层厚，斜度大，加工稳定性较好4、 脉冲间隔：两个电压脉冲之间的间隔时间。间隔大可使加工稳定性提高，电极损耗增加5、 放电时间（电流脉宽）：工作液介质击穿后放电间隙中流过放电电流的时间。6、 击穿延时：从间隙两端加上脉冲电压后，一般均要经过一小时的延续时间，工作液介质才能概率性的被击穿放电。与平均放电间隙大小有关，间隙大则击穿延时大7、 加工电压或间隙平均电压：加工时电压表上指示的放电间隙两端的平均电压。占空比大、欠进给、欠跟踪、间隙偏开路则加工电压偏大8、 加工电流：加工时电流表上指示的流过放电间隙的平均电流。精加工小，粗加工大；间隙偏开路小，合理或偏短路大9、 正负极性加工：工件接脉冲电源正极则为正极性加工，反之为负极性加工。高生产率低损耗粗加工时用负极性长脉冲加工10、 放电状态：开路，火花放电，短路，电弧放电，过渡电弧放电影响电火花加工质量的主要因素：1、影响加工精度的主要因素：（1）放电间隙大小及稳定性（2）电极损耗（3）二次放电：已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电2、影响表面质量的主要因素：（1）表面粗糙度：单个脉冲能量，脉冲能量大使薄棉粗糙度恶化；工具材料；精加工时工具电极的表面粗糙度（2）表面变质层：包括熔化层和热影响层。变质层厚度与工件材料和脉冲电源的电参数有关，随脉冲能量增加而增厚（3）表面力学性能：电火花加工表面由于受到瞬时高温作用并迅速冷却而产生拉应力，往往出现显微裂纹。脉冲能量大，显微裂纹宽且深影响金属蚀除率因素（1） 电参数：提高电蚀量和生产率：提高脉冲频率，增加单个脉冲能量或者说增加平均放电电流和脉冲宽度，减少脉冲间隙。（2） 金属材料热血参数：脉冲放电能量相同时，金属熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热越高，电蚀量越少越难加工（3） 工作也：粗加工往往选用介电性能、粘度较大的机油，中、精加工一般选用粘度小，流动性小，渗透性好的煤油（4） 其他因素：加工过程稳定性电火花成型加工设备组成（1） 主机：主轴头、床身、立柱、工作台等部件（2） 工作液循环系统（3） 脉冲电源系统（4） 控制系统脉冲电源要求：（1） 脉冲电压波形前后沿应该很陡，即脉冲电流及脉冲能量的变化较小，减小因电极间隙的变化或极间介质污染程度等引起工艺过程的波动（2） 脉冲是单向的，即没有负半波或负半波很小，这样才能最大限度地利用极性效应，实现高效低耗的加工（3） 脉冲的主要参数如电流幅值、脉冲宽度、脉冲间隔等应能在很宽的范围内调节，以满足粗中精加工的不同要求（4） 工作稳定可靠，操作维修方便，成本低，寿命长，体积小弛张式脉冲电源：利用电容器充电储存点能，而后瞬时放出，形成火花放电来蚀除金属优缺点：优点：加工精度高，加工表面光洁，工作可靠，装置简单，操作维修方便等 缺点：脉冲参数受到间隙状态制约，加工速度低，工具电极损耗大可控硅脉冲电源优缺点：优点：功率大，效率高，有较好的频率特性，承受电压和电流冲击的性能强等特点。因此可控硅脉冲电源具有电参数调节范围大，功率大，过载能量的特点，在中、大型电火花加工设备中，应用广泛 缺点：高频性能仍不如晶体管脉冲电源，在直流逆变式的可控硅脉冲电源中，可控硅元件的关断及关断的可靠性是制作和使用时较为复杂和困难的问题晶体管脉冲电源：利用功率晶体管作为开关元件而获得单向脉冲电流优缺点：输出功率及其生产率不易做到像可控硅脉冲电源那么大，但脉冲频率高，脉冲参数可调范围广，脉冲波形已与调整，并易于实现多回路加工和自适应控制，所以应用范围非常广泛高、低压复合脉冲电源优缺点：高低压复合大大提高了脉冲的击穿率和利用率，并使放电间隙变大，排屑良好，加工稳定，在“钢打钢”时显出很大优越性多回路脉冲电源：在加工电源的功率级并联分割出相互隔离绝缘的多个输出端，可以同时供给多个回路的放电加工优缺点：不依靠增大单个脉冲放电能量，即不使表面粗糙度值变大而可以提高生产率，适用于大面积、多工具和多孔加工等脉冲电源：每个脉冲在介质击穿后所释放的单个脉冲能量相等优缺点：能自动保持脉冲电流宽度相等，用相同的脉冲能量进行加工，从而可以在保证一定表面粗糙度情况下进一步提高加工速度放电自动进给机构：为了维持适宜的放电条件，在加工过程中，电极与工件之间的间隙必须保持在很小的变化范围内。任务在于维持一定的“平均”放电间隙，保证电火花加工正常而稳定地进行，以获得较好的加工效果基本要求：速度调节范围要广，足够的灵敏度，稳定性要好组成：测量环节，比较环节，信号放大环节和执行环节工作液系统包括：工作液箱，电动机，泵，过滤器，管道，阀，仪表等作用：（1） 压缩放电通道，使放电能量集中在局部区域内，提高材料蚀除效果（2） 加速极间介质的消电离过程，以利于防止持续电弧放电（3） 减少工具电极的损耗（4） 加剧放电时的流体动力过程，以利于熔化金属的抛出（5） 在极间流动，以利于加速蚀除产物的排除工作液循环系统：对工作液进行强迫循环，是加速电蚀产物的排除、改善极间加工状态的有效手段，可分为冲油式和抽油式工作液的过滤：自然沉淀法，介质过滤法，离心过滤法，静电过滤法等电火花加工在模具制造中的应用1、 凹模型孔加工：用电火花加工方法加工通孔成为穿孔加工，在模具制造中主要用于加工用切削加工方法难以加工的凹模型孔（1） 加工工艺方法：直接法：用加长的钢凸模作电极加工凹模的型孔，加工后将凹模上的损耗部分去除，凸凹模的配合间隙靠控制脉冲放电间隙来保证混合法：将凸模的加长部分选用与凸模不同的材料，粘接或纤焊在凸模上，与凸模一起加工，以粘接或纤焊部分作穿孔电极的工作部分，加工后，再将电极部分去除修配凸模法：将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配合间隙二次电极法：利用一次电极制造出二次电极，再分别用一次电极和二次电极加工出凸凹模，并保证配合间隙（2） 电极设计电极材料：损耗小，加工过程稳定，生产率高，机械加工性能良好，来源丰富，价格低廉电极结构：整体式，组合式，镶拼式电极尺寸：横截面尺寸，长度尺寸，横截面尺寸公差（3） 凹模模坯准备（4） 电极、工件的装夹与调整整体电极一般使用夹头将电极装夹在机床主轴的下端镶拼式电极一般采用一块连接板将几个电极拼块连接成一个整体后再撞到机床主轴上校正工件定位：划线法，量块角尺法（5） 电规准的选择与转换2、 型腔加工（1） 工艺方法A. 单电极加工法：用一个电极加工出所需型腔应用范围：用于加工形状简单、精度要求不高的型腔；用于加工经过预加工的型腔；用平动法加工型腔B. 多电极加工法：用多个电极依次更换，加工同一个型腔应用范围：适用于加工尖角，窄缝多的型腔C. 分解电极法：单电极平动加工法和多电极更换加工法的综合应用应用范围：适用于尖角窄缝、沉孔、深槽多的复杂型腔模具加工 （2） 电极设计材料：主要是石墨和紫铜结构：整体式适用于尺寸大小和复杂程度一般的型腔 镶拼式适用于型腔尺寸较大、单块电极坯料尺寸不够或电极形状复杂，将其分块才易于制造的情况 组合式适于一模多腔时采用电机尺寸：水平尺寸，垂直方向尺寸排气孔和冲油孔：为防止排气、排屑不畅而影响加工速度、加工稳定性和加工质量（3） 电极、工件的装甲和调整（4） 电规准的选择与转换粗规准：以高的蚀除速度加工出型腔的基本轮廓，电极损耗要小，电蚀表面不能太粗糙中规准：减小被加工表面的粗糙度，在保持一定加工速度的条件小，电极损耗尽可能小精规准：使型腔达到加工的最终要求3、 电极制造：穿孔用电极，型腔用电极