模具制造工藝第三章特種加工

直接利用電能、化學(xué)能、光能和聲能對(duì)工件進(jìn)行加工，以達(dá)到一定的形狀尺寸和表面粗糙度要求的加工方法稱為特種加工。模具特種加工的內(nèi)容很多，主要包括電火花成形加工、電火花線切割加工、激光加工、超聲波加工等。第3章模具的特種加工技術(shù)

3．1電火花成形加工電火花成形加工又稱放電加工或電蝕加工(ElectricalDischargeMachining，簡稱EDM)，是指在一定的介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極間脈沖放電時(shí)的電腐蝕作用對(duì)工件進(jìn)行加工的一種工藝方法。電火花成形可加工多種高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高純度、高韌性材料，可加工特殊及復(fù)雜形狀的零件，因此被廣泛用于各類模具的加工。

一、電火花成形加工原理生活中可以發(fā)現(xiàn)電器開關(guān)在斷電或閉合時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生火花，而火花又把觸點(diǎn)腐蝕成粗糙不平的凹坑，并逐漸損壞開關(guān)。這是一種有害的電腐蝕現(xiàn)象，但它給我們一種啟示，即利用兩電極的火花放電可對(duì)電極材料進(jìn)行蝕除。電火花成形加工正是基于這一現(xiàn)象工作的。3.1.1電火花成形加工的基本原理及特點(diǎn)

圖3．1所示是電火花成形加工的原理圖。脈沖電源2輸出的單向脈沖電壓作用在工件電極(以下簡稱T件)l和工具電極(以下簡稱電極)4上。當(dāng)電壓升高至電極和丁件間隙中填充的工作液5的擊穿電壓時(shí)，會(huì)使工作液在絕緣強(qiáng)度最低處被擊穿，產(chǎn)生火花放電?；鸹ǚ烹娨鸬乃查g高溫使T件和電極表面都被蝕除掉一小塊材料。一次脈沖放電在工件和電極表面各形成一個(gè)小凹坑，多次脈沖放電后，使整個(gè)丁件加工表面形成無數(shù)個(gè)小放電凹坑，電極的輪廓形狀便被復(fù)制到T件上(如圖3．2所示)，從而完成工件的加工。

二、電火花成形加工的基本條件進(jìn)行電火花成形加工時(shí)需具備的條件為：1．脈沖電源

電火花成形時(shí)必須具有波形為單向的脈沖電源，如圖3．3所示。其中放電延續(xù)時(shí)間t．稱為脈沖寬度；相鄰脈沖之間的間隙時(shí)間t0。稱為脈沖間隔；T=t1+t0稱為脈沖周期；工件和電極間隙火花放電時(shí)脈沖電流最大瞬時(shí)值Ie稱為峰值電流；工件和電極間隙開路時(shí)電極間的最高電壓μi稱為峰值電壓。

2．足夠的放電能量脈沖放電點(diǎn)必須有足夠的火花放電強(qiáng)度使局部金屬熔化和氣化?；鸹ǚ烹姷碾娏髅芏葢?yīng)達(dá)到

3．絕緣介質(zhì)為使脈沖放電重復(fù)進(jìn)行，工件和電極間需充有一定的絕緣液體介質(zhì)，使脈沖放電產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物及時(shí)擴(kuò)散、排出。

4．間隙工具電極與工件之間需始終維持一定的間隙。這一間隙隨加工條件而定，通常為數(shù)微米至數(shù)百微米。

三、電火花成形加工的特點(diǎn)與機(jī)械加工相比，電火花成形加工有如下特點(diǎn)：

(1)由于脈沖放電的能量密度很高，產(chǎn)生的高溫足以熔化任何導(dǎo)電材料，因此可以加工任何硬、脆、韌及高熔點(diǎn)的金屬材料，包括經(jīng)過熱處理的鋼及合金。在一定的條件下其還可以加工半導(dǎo)電和非導(dǎo)電材料。

(2)加工時(shí)，電極與工件不接觸，二者之間沒有明顯的宏觀作用力。沒有機(jī)械加_丁中因切削力而產(chǎn)生的設(shè)備和工藝問題。有利于加工小孔、窄槽、復(fù)雜形狀的型腔和型孔以及各種復(fù)雜精密模具，并能在淬火之后進(jìn)行。

(3)脈沖放電的持續(xù)時(shí)間短，放電時(shí)所產(chǎn)生的熱量傳遞范圍小，工件表面的熱影響區(qū)也很小，可以保證良好的加丁精度和表面質(zhì)量。

(4)脈沖參數(shù)能在一個(gè)較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故可以在同一臺(tái)機(jī)床上連續(xù)進(jìn)行粗、中、精及精微加工。

(5)直接利用電能進(jìn)行加工，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和加工自動(dòng)化。

3．1．2電火花成形加工過程

電火花成形加工過程可分為介質(zhì)擊穿和通道形成，能量轉(zhuǎn)換、分布和傳遞，電極產(chǎn)物的拋出以及間隙介質(zhì)消電離等幾個(gè)階段。

一、介質(zhì)擊穿和通道形成在一定的液體介質(zhì)中，當(dāng)脈沖電壓施加在電極與工件之間時(shí)，兩極間立即形成一個(gè)電場。當(dāng)極間距離逐漸縮小或極間脈沖電壓不斷增大時(shí)，極間某一距離最小尖端處(電場強(qiáng)度最大處)的電場強(qiáng)度將超過極間的介電強(qiáng)度，電子高速向陽極運(yùn)動(dòng)，撞擊介質(zhì)中的分子和原子，發(fā)生雪崩式的碰撞電離，形成放電通道。

此刻，極間電阻在很短的時(shí)間內(nèi)從絕緣狀態(tài)驟降至數(shù)歐姆以下，而電流則急劇上升，電流密度達(dá)到，極間脈沖電壓也相應(yīng)地迅速降至火花維持電壓(20～25V)。

二、能量轉(zhuǎn)換、分布與傳遞電極和工件間的介質(zhì)一旦被擊穿放電，電源就通過放電通道瞬時(shí)釋放能量，電能轉(zhuǎn)換為熱能、動(dòng)能、磁能、光能、聲能以及電磁波輻射能等。其中大部分轉(zhuǎn)換為熱能，產(chǎn)生高溫，使兩極放電點(diǎn)的局部金屬熔化或氣化，使通道周圍的介質(zhì)氣化和產(chǎn)生熱分解。還有少部分能量在放電過程中以光、聲、無線電波等形式被消耗掉。

三、電蝕產(chǎn)物的拋出傳遞給電極上的能量在放電點(diǎn)形成一個(gè)瞬時(shí)的高溫?zé)嵩?。在脈沖放電初期，高溫?zé)嵩词闺姌O放電點(diǎn)部分材料氣化，產(chǎn)生很大的熱爆炸力，把熔融金屬拋出，并在電極表面留下一個(gè)小凹坑。由于表面張力和內(nèi)聚力的作用，使拋出的材料具有最小的表面積，冷凝時(shí)凝聚成細(xì)小的圓球顆粒(直徑約0．1～300μm，隨脈沖能量而異)。的電極表面上。

實(shí)際上熔化和氣化的金屬在拋離電極表面時(shí)向四處飛濺，除絕大部分拋入T作液中收縮成小顆粒外，有一小部分飛濺、鍍覆、吸附在對(duì)面

四、間隙介質(zhì)的消電離間隙介質(zhì)消電離是指放電通道中的帶電粒子復(fù)合為中性粒子，恢復(fù)放電通道處介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。間隙介質(zhì)消電離可以避免總是重復(fù)在同一處發(fā)生放電而導(dǎo)致電弧放電，保證在兩極最近相對(duì)位置處或電阻率最小處形成下一個(gè)擊穿放電的通道。在電火花加T過程中，為了保證加工的正常進(jìn)行，在先后兩次脈沖放電之間一般都應(yīng)有足夠的脈沖間隔時(shí)間。

3．1．3電火花成形機(jī)床及附件簡介電火花成形機(jī)床如圖3．4所示。一般由脈沖電源、自動(dòng)控制系統(tǒng)、機(jī)床本體以及工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)等四部分組成。

一、脈沖電源脈沖電源的作用是把工頻交流電流轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流，以供給電極放電所需要的能量。脈沖電源直接影響電火花加工的生產(chǎn)率、表面質(zhì)量、加工精度、加工過程的穩(wěn)定性和電極損耗等工藝指標(biāo)。

脈沖電源要有足夠的脈沖放電能量，否則金屬只能被加熱而不能瞬時(shí)熔化和氣化；所產(chǎn)生的脈沖應(yīng)該是單向脈沖，以最大限度地利用極性效應(yīng)，提高加T速度和減少工具電極損耗；脈沖主要參數(shù)(峰值電流Ie、脈沖寬度ti、脈沖間隔to等)能在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以滿足粗、中、精加工的需要；性能穩(wěn)定可靠，成本低，壽命長，操作簡單，維修方便。

二、機(jī)床本體1．基本組成機(jī)床本體指電火花成形機(jī)床的機(jī)械部分，如圖3．4所示。其主要包括主軸頭、床身、立柱、工作臺(tái)及工作液槽等部分。

主軸頭是電火花成形機(jī)床中最關(guān)鍵的部件，是間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)加工工藝指標(biāo)影響很大。對(duì)主軸頭的要求是：結(jié)構(gòu)簡單，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)控制系統(tǒng)慣性小，靈敏度好，能承受一定負(fù)載的要求。床身和立柱是機(jī)床的主要基礎(chǔ)件，要有足夠的剛度。床身工作臺(tái)面與立柱導(dǎo)軌面之間應(yīng)有一定的垂直度要求，導(dǎo)軌應(yīng)具有良好的耐磨性并應(yīng)充分消除材料的內(nèi)應(yīng)力。

工作臺(tái)一般都可作縱向和橫向移動(dòng)，并帶有坐標(biāo)測量裝置。常用工作臺(tái)使用刻度手輪來調(diào)整位置。隨著機(jī)床加T精度的提高，出現(xiàn)了光學(xué)讀數(shù)裝置和磁尺數(shù)顯裝置的工作臺(tái)。近年來，由于工藝水平的提高及數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，已生產(chǎn)有三坐標(biāo)(x、y、z軸)和五坐標(biāo)(x、y、z軸，另加z軸回轉(zhuǎn)及工作臺(tái)回轉(zhuǎn))數(shù)控電火花成形機(jī)床，有的機(jī)床還帶有電極庫，可以自動(dòng)更換電極。

2．機(jī)床主要規(guī)格

根據(jù)我國機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電火花成形機(jī)床均采用“D7l”附加工作臺(tái)臺(tái)面寬度的l／10表示，各種型號(hào)機(jī)床的規(guī)格如表3．1所示。

三、間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)

電火花成形加工，當(dāng)放電間隙控制在最佳放電間隙δj附近時(shí)，加工速度最高。間隙太大，不僅極間介質(zhì)不能及時(shí)擊穿而使脈沖效率降低，而且會(huì)使放電通道中傳遞到工件上的能量明顯減少；間隙太小，又會(huì)因電蝕產(chǎn)物難以及時(shí)排除，產(chǎn)生二次放電，使能量消耗在電蝕產(chǎn)物的重熔上，同樣會(huì)使加工速度降低，甚至還會(huì)引起短路和燒傷。佳放電間隙。

間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)通過改變、調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，使進(jìn)給速度接近并等于蝕除速度，以維持最佳放電間隙。間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)類型很多，按其執(zhí)行環(huán)節(jié)的不同，主要有三大類：電磁懸浮式(目前已少見)、電液壓式(噴嘴擋板式)、電動(dòng)機(jī)式(伺服電動(dòng)機(jī)式、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式、寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)式、力矩電動(dòng)機(jī)式)。電液壓式間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)目前仍有應(yīng)用，但已停止生產(chǎn)。

電液壓式自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能雖然可以滿足電火花加工的需要，但液壓部分體積大，噪聲也大，且不易穩(wěn)定在某一個(gè)位置。直流力矩電動(dòng)機(jī)式自動(dòng)控制系統(tǒng)是用力矩電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件直接帶動(dòng)滾珠絲杠，驅(qū)動(dòng)主軸頭上下移動(dòng)，圖3．5所示為直流力矩電動(dòng)機(jī)式自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖。

測量環(huán)節(jié)將反映間隙大小及狀態(tài)的電壓檢測信號(hào)進(jìn)行分壓和積分，并傳送給比較環(huán)節(jié)與給定值進(jìn)行比較，所得出的偏差信號(hào)再輸入反饋及放大環(huán)節(jié)，與測速發(fā)電機(jī)的負(fù)反饋信號(hào)進(jìn)行比較，并將差值放大后輸入跟隨器環(huán)節(jié)進(jìn)行電流放大，再輸入差動(dòng)放大器和功率放大環(huán)節(jié)，將信號(hào)功率放大，以控制力矩電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)電極上下移動(dòng)，以消除間隙偏差。

直流力矩電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)反應(yīng)速度快，靈敏度高，不靈敏區(qū)小，熱變形小，噪聲極低，有利于提高加工質(zhì)量。而且其不存在漏油等問題。

四、工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)

工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)的作用是使一定壓力的工作液流經(jīng)放電間隙，將電蝕產(chǎn)物排出，并對(duì)使用過的工作液進(jìn)行過濾和凈化。工作液循環(huán)系統(tǒng)可以分為沖油式和抽油式兩種，如圖3．6所示。沖油式是將清潔的丁作液強(qiáng)迫沖入放電間隙，使T作液連同電蝕產(chǎn)物一起從電極側(cè)面間隙排出。抽油式則是從電極間隙抽出工作液，使用過的工作液連同電蝕產(chǎn)物一起經(jīng)工件待加丁面排出。

沖油式排屑方法的壓力可在0～0．2MPa范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，精加丁時(shí)因間隙小而需要更大的沖油壓力，一般為0．4～0．6MPa。抽油壓力一般只需0～5×104Pa。利用抽油式排屑方法可以獲得較高的加工精度，但排屑能力比前者小。

五、機(jī)床主要附件1．電極夾具電極夾具是把工具電極裝夾固定在主軸上的機(jī)床附件。圖3．7所示為球面鉸鏈?zhǔn)秸{(diào)節(jié)裝置。電極裝夾在彈性夾頭中，電極的垂直度由四個(gè)調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)。這種夾具結(jié)構(gòu)緊湊，軸向尺寸短，制造容易，調(diào)節(jié)也方便。但其自身扭轉(zhuǎn)剛度不足，調(diào)節(jié)力大時(shí)會(huì)引起主軸扭轉(zhuǎn)。

圖3．8所示為十字鉸鏈?zhǔn)诫姌O夾具。電極裝夾在標(biāo)準(zhǔn)套1內(nèi)，用緊固螺釘2固緊，電極垂直度通過四個(gè)調(diào)節(jié)螺釘7調(diào)節(jié)。這種夾具結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，但軸向尺寸長，剛度差，多用于加工精度不高的模具。

2．平動(dòng)頭平動(dòng)頭是一個(gè)能使電極向外產(chǎn)生機(jī)械補(bǔ)償動(dòng)作的工藝附件。電火花加工時(shí)，粗加工的放電間隙比半精加工大，而半精加工又比精加工大一些。當(dāng)用同一個(gè)電極進(jìn)行粗加工時(shí)，工件大部分余量蝕除后，其底面和側(cè)壁四周的表面粗糙度很差，為了提高加工精度和表面粗糙度，就需轉(zhuǎn)換成較弱的電規(guī)準(zhǔn)逐擋進(jìn)行半精加工和精加工。

由于后擋電規(guī)準(zhǔn)要求的放電間隙小于前擋，電極與工件底面之間的放電間隙可通過主軸進(jìn)給進(jìn)行調(diào)節(jié)，而與四周側(cè)壁間的放電間隙就需采用平動(dòng)頭進(jìn)行調(diào)節(jié)。平動(dòng)頭的調(diào)節(jié)原理如圖3．9所示。

平動(dòng)頭不但用于型腔模在半精和精加工時(shí)精修側(cè)面，同時(shí)還能提高仿形精度，保證加工穩(wěn)定性，有利于間隙排屑，防止短路和拉弧等。

最近幾年隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)控平動(dòng)頭，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)偏心和微量進(jìn)給，從而進(jìn)一步提高了加工精度和精修效率，使型腔精修精度從±0．05mm提高到±0．02mm。另外，為了擴(kuò)大電火花成形加工的應(yīng)用范圍，又研制出三坐標(biāo)平動(dòng)頭，使成形精度有了新的提高。

3．1．4電火花成形加工的基本規(guī)律

電火花成形加工時(shí)，評(píng)價(jià)加工質(zhì)量的指標(biāo)有：加工速度、加工精度、加工表面質(zhì)量以及電極相對(duì)損耗。

一、影響加工速度的主要因素電火花成形加工速度是指在一定的電規(guī)準(zhǔn)(脈沖電源的參數(shù))下，單位時(shí)間內(nèi)工件的電蝕量。一般采用體積加工速度Vv(mm’／min)表示；為了測定方便，有時(shí)也采用質(zhì)量加工速度Vm(g／min)表示。電火花成形加工中，影響加工速度的主要因素有：電規(guī)準(zhǔn)、極性效應(yīng)、工件材料的熱學(xué)性質(zhì)、工作液、排屑條件等。

1．電規(guī)準(zhǔn)根據(jù)前面所討論的電火花加工的物理原理可知，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，并在T件表面留下一個(gè)微小的凹坑。而且脈沖的能量愈大，傳遞給工件上的熱量就愈多，被蝕除的材料也愈多，并近似為正比關(guān)系。

2．極性效應(yīng)在脈沖放電過程中，工件和電極都要受到電腐蝕。實(shí)踐證明，即使工件和電極的材料完全相同，也會(huì)因?yàn)樗与娫吹臉O性不同而有不同的蝕除速度，這種由于極性不同而發(fā)生電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。通常把工件接脈沖電源正極時(shí)的加工稱為正極性加工；工件接負(fù)極時(shí)的加工稱為負(fù)極性加工。

產(chǎn)生極性效應(yīng)的主要原因是：在放電過程中，因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量和慣性均較小，容易獲得很高的加速度和速度，在擊穿放電的初始階段就有大量的電子流向正極，并轟擊正極表面而蝕除金屬；正離子則因質(zhì)量和慣性較大，起動(dòng)較慢，在擊穿放電的初期，大量的正離子尚來不及到達(dá)負(fù)極表面，所以傳遞給負(fù)極的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電子傳遞給正極的能量。

因而在用短脈沖加工時(shí)，電子的轟擊作用要大于正離子的轟擊作用，正極的蝕除速度必然要大于負(fù)極的蝕除速度；當(dāng)用長脈沖加工時(shí)，質(zhì)量和慣性大的正離子將有足夠的時(shí)間加速，同樣也有大量的正離子到達(dá)并轟擊負(fù)極表面，正因?yàn)檎x子的質(zhì)量和慣性大，對(duì)負(fù)極表面的轟擊破壞作用將大大超過電子對(duì)正極表面的轟擊作用，此時(shí)負(fù)極的蝕除速度也必然要大于正極的蝕除速度。

從提高加工生產(chǎn)率和減少電極損耗的角度來看，極性效應(yīng)愈顯著愈好，故在電火花加_T過程中必須充分利用該效應(yīng)。電火花加工時(shí)，可以采取以下措施：

(1)電火花成形加工必須采用單向脈沖電源，如果采用交變的脈沖電流加工，單個(gè)脈沖的極性效應(yīng)便相互抵消，增加了電極的損耗。

(2)正確選擇加工極性。用￡．<20μs的短脈沖進(jìn)行精加工時(shí)，應(yīng)采用正極性加工；用ti>50μs的較長脈沖進(jìn)行粗、中加工時(shí)，應(yīng)采用負(fù)極性加工。(3)用導(dǎo)熱性好，熔點(diǎn)高的材料作電極可有效降低電極的損耗。

(4)根據(jù)不同的脈沖放電能量，合理選用脈沖放電持續(xù)時(shí)間(即脈寬ti)。每種材料都會(huì)有一個(gè)蝕除量最大的最佳脈寬，脈寬縮小會(huì)使大部分能量損耗在材料高溫氣化上，增大脈寬則會(huì)使傳遞的熱量增多。加工時(shí)應(yīng)選用使工件材料蝕除速度最大的脈寬。

3．金屬材料的熱學(xué)常數(shù)所謂熱學(xué)常數(shù)是指熔點(diǎn)、沸點(diǎn)(氣化點(diǎn))、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱等。每次脈沖放電時(shí)，通道內(nèi)及正、負(fù)電極放電點(diǎn)都瞬時(shí)獲得大量熱能。而正、負(fù)電極放電點(diǎn)所獲得的熱能除一部分由于熱傳導(dǎo)散失到電極其他部分和工作液中外，其余部分將依次用于：使局部金屬材料溫度升高至熔點(diǎn)；使熔點(diǎn)時(shí)的固相材料熔化成液相材料，即熔化潛熱；使熔化的金屬材料繼續(xù)升溫至沸點(diǎn)；使熔融金屬氣化，提供相應(yīng)的汽化熱；使金屬蒸氣繼續(xù)加熱成過熱蒸氣。

顯然，當(dāng)脈沖放電能量相同時(shí)，金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、汽化熱等愈高，電蝕量將愈少，加T速度就越慢；另外，導(dǎo)熱系數(shù)愈大的金屬，由于較多地把瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)散失到其他部位，因而降低了本身的蝕除量，加工速度也變慢。

4．工作液工作液的作用為：

(1)介電作用，即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)。

(2)壓縮放電通道，提高火花放電能量密度。

(3)幫助拋出和排除電蝕產(chǎn)物。

(4)冷卻作用，即對(duì)電極、工件進(jìn)行冷卻。

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)物的拋出效應(yīng)。但粘度大則不利于電蝕產(chǎn)物的排出，影響正常放電。為了兼顧上述眾多作用和粗、精加工的需要，目前普遍采用粘度小、流動(dòng)性好、滲透性好的煤油作為工作液。但油類工作液有異味，容易燃燒，尤其在大能量粗加工時(shí)工作液高溫分解產(chǎn)生的煙氣大。為了提高電火花加工的工藝效果，國內(nèi)外都開發(fā)生產(chǎn)了電火花加工專用油，它是以輕質(zhì)礦物油為基礎(chǔ)，加上一定的重質(zhì)礦物油和其他添加劑加工而成，無色無味，燃點(diǎn)也比較高。

5．排屑條件在電火花加工過程中，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與碳粒)濃度過高，加之放電引起的溫度升高，常會(huì)影響加工過程的穩(wěn)定性，以致破壞正常的火花放電，使加工速度降低甚至無法繼續(xù)加工。為此，常常采用沖油或抽油，將電極定期自動(dòng)抬起等措施，改善排屑條件，限制電蝕產(chǎn)物濃度過大，以保證加工穩(wěn)定進(jìn)行。

二、影響加工精度的主要因素1．尺寸精度電火花加工時(shí)，電極與工件之間都存在一定的放電間隙，如果加工過程中放電間隙能保持不變，則可以通過修正電極尺寸進(jìn)行補(bǔ)償來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，影響著加工精度。

除了間隙能否保持一致性外，間隙大小對(duì)加工精度也有影響。對(duì)于復(fù)雜形狀的加工表面，其棱角部位電場強(qiáng)度分布不均，間隙越大，影響越嚴(yán)重。因此，為了減少加工誤差，應(yīng)該采用較小的加工電規(guī)準(zhǔn)，縮小放電間隙，這樣不但能提高仿形精度，而且放電間隙愈小，可能產(chǎn)生的間隙變化量也愈小。電極損耗大小也會(huì)直接影響尺寸的加工精度。

2．形狀精度影響電火花加工形狀精度的主要因素是二次放電，二次放電是指在已加『I=表面，由于電蝕產(chǎn)物的混入而使極間實(shí)際距離減小或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。二次放電的影響集中體現(xiàn)在加工深度方向產(chǎn)生斜度和加工棱角、棱邊變鈍等方面。

產(chǎn)生加工斜度的情況如圖3．10所示。上面人口處加工的時(shí)間長，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，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。另外因?yàn)殡姌O的下端加工時(shí)間長，絕對(duì)損耗量大，而上端加工時(shí)間短，絕對(duì)損耗量小，使電極變成一個(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，即電火花成形加工時(shí)的凹模下端為沖模刃口，而斜度正是沖裁所需的落料斜度。

電火花加工時(shí)，電極上的尖角和凹角很難精確地復(fù)制在工件上，而是形成小圓角。這是因?yàn)楫?dāng)電極為凹角時(shí)，工件上對(duì)應(yīng)尖角處放電蝕除的幾率大，容易遭受腐蝕而形成圓角，如圖3．1l(a)所示。當(dāng)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尖角頂點(diǎn)為圓心，放電間隙δ為半徑的圓??；另一方面電極尖角處電場集中，放電蝕除的幾率很大而損耗成圓角，如圖3．11(b)所示。

采用高頻窄脈沖進(jìn)行精加工時(shí)，由于放電間隙小，圓角半徑也可以很小，一般可以獲得圓角半徑小于0．0lmm的尖棱。

三、影響加工表面質(zhì)量的主要因素電火花加工的表面質(zhì)量主要包括加工表面粗糙度、表面變質(zhì)層及表面微觀裂紋等三部分。

1．表面粗糙度電火花加工表面和機(jī)械加工表面不同，是由無數(shù)的放電小凹坑組成，因而無光澤，它的潤滑性能和耐磨損性能都比機(jī)械加工表面好。

對(duì)表面粗糙度影響最大的是單個(gè)脈沖放電能量。這是因?yàn)槊}沖放電能量大，放電凹坑既大又深，從而使表面粗糙度變差。工件材料對(duì)加工表面粗糙度也有影響，高熔點(diǎn)材料(如硬質(zhì)合金)在相同的脈沖能量下加工的表面粗糙度值要比低熔點(diǎn)材料(如鋼)小。當(dāng)然，加工速度會(huì)相應(yīng)下降。此外，工件被加工側(cè)表面的表面粗糙度值會(huì)比底面表面粗糙度值小一級(jí)。

電火花加工表面粗糙度通常用微觀不平度的平均算術(shù)偏差Ra表示，也有用不平度的最大值尺…表示的。電火花加工的表面粗糙度與加工速度之間存在著很大矛盾。例如將表面粗糙度從Ra2．5μm減小到Ra1．25μm時(shí)，加工速度幾乎要下降十多倍。

2．表面變質(zhì)層電火花加丁過程中，在火花放電瞬時(shí)高溫和工作液冷卻的作用下，工件加工表面層會(huì)發(fā)生組織變化(如圖3．12所示)。表面變質(zhì)層可以分為熔融凝固層(包括新附著的松散層和急冷凝固層)、淬火層和熱影響層。

熔融凝固層和淬火層硬度較大，厚度隨脈沖放電能量的增大而變厚，大約為Rmax的1—2倍。而熱影響層與基體之間沒有明顯的界限。由于溫度場分布及冷卻速度的影響，熱影響層硬度不如熔融凝固層高，但對(duì)未淬火的材料來說仍有一定的淬硬作用。熱影響層的深度也與加工條件有關(guān)，一般為Rmax的2～3倍。

由此可知，電火花加工后的工件表面都是比較硬的，而且整個(gè)變質(zhì)層的厚度與電規(guī)準(zhǔn)有關(guān)，大約為Rmax的3倍。由此可以看出，精加工時(shí)的表面變質(zhì)層厚度很薄。

3．顯微裂紋電火花加工表面由于受到高溫作用并迅速冷卻而產(chǎn)生拉應(yīng)力，往往會(huì)出現(xiàn)顯微裂紋。實(shí)驗(yàn)表明，一般顯微裂紋僅在熔融凝固層內(nèi)出現(xiàn)，只有在脈沖能量很大的情況下(用粗規(guī)準(zhǔn)加工時(shí))才有可能擴(kuò)展到熱影響層。

四、電極相對(duì)損耗在電火花加工過程中，無論是工件還是電極都會(huì)受到不同程度的電腐蝕作用。在評(píng)價(jià)電極是否耐損耗時(shí)，不僅要看電極的損耗速度Ve，而且還要看同時(shí)能達(dá)到的加工速度Vw。因此，常采用電極相對(duì)損耗(簡稱電極損耗)θ作為評(píng)價(jià)電極耐損耗的指標(biāo)。

電火花加工過程中，降低電極的損耗具有重大意義。為了降低電極的相對(duì)損耗，必須很好地利用電火花加工過程中的各種效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高效低損耗加工，具體途徑如下：1．正確選擇加工極性一般來說，采用窄脈沖精加工時(shí)應(yīng)選用正極性加工，而在較長脈沖進(jìn)行粗、中粗加工時(shí)則采用負(fù)極性加工。

2．利用吸附效應(yīng)建立炭黑保護(hù)層電火花加工時(shí)，碳?xì)浠衔锕ぷ饕涸诜烹娺^程中將發(fā)生熱分解，而產(chǎn)生大量的游離碳，它們和金屬結(jié)合形成金屬碳化物的微粒，即膠團(tuán)。碳的膠粒一般帶負(fù)電荷，因此在電場作用下會(huì)向正極移動(dòng)，并吸附在正極表面。如果電極表面的局部持續(xù)溫度高于700℃(但低于電極材料熔點(diǎn))，且能保持一定時(shí)間，這些吸附在電極表面的碳粒便能從物理吸附轉(zhuǎn)變成化學(xué)吸附，形成牢固的碳化層即炭黑保護(hù)層。

炭黑保護(hù)層有很好的抗蝕作用，如果建立在電極表面，就可以起到保護(hù)和補(bǔ)償作用，實(shí)現(xiàn)低損耗或無損耗加工。

3．選用合適的材料做電極為了獲得高效低損耗加工，應(yīng)選用加工穩(wěn)定性好，損耗小，加工工藝性好的材料做電極，常用電極材料的性能見表3．2。

目前應(yīng)用最多的電極材料是石墨和紫銅。紫銅組織致密，適用于形狀復(fù)雜，輪廓清晰，精度要求較高的塑料模、膠木模、壓鑄模等。但紫銅加工工藝性差，難以成形磨削，而且由于密度大，價(jià)格貴，不宜做大、中型電極。石墨電極加工容易，密度小，所以適宜做大、中型電極。但石墨電極機(jī)械強(qiáng)度差，制造精度難以保證，且精加工時(shí)損耗較大。也容易引起穩(wěn)定電弧之類的非正常放電，使_T件燒傷。鎢、鉬的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較高，損耗小，但其機(jī)械加工性能不好，價(jià)格又貴，所以除線切割外很少采用。

3．1．5模具的電火花加工模具加工電火花加工主要用于凹模類零件的加工。常見的模具中，凹模類零件主要包括兩類，即型腔和型孔。由于型孔類凹模可以采用線切割加工工藝加工，所以這里主要討論型腔類模具的加工。

一、型腔模電火花加工的工藝特點(diǎn)與工藝方法

型腔模的種類有很多，如塑料模、鍛模、壓鑄模、膠木模、擠壓模等。由于型腔模一般呈盲孔，其他方法難以加工，特別是型腔模加工是三維曲面加工，工件三個(gè)方向的形狀和尺寸精度要求都很高，所以經(jīng)常采用電火花成形加工。

型腔模電火花成形加工有如下特點(diǎn)：

(1)要求電極損耗小，以保證型腔模的成形精度。

(2)加工過程蝕除量大，要求加工速度快，生產(chǎn)效率高。

(3)型腔側(cè)面較難進(jìn)行修光，必須更換精加工電極或利用平動(dòng)頭進(jìn)行側(cè)面修光。型腔模電火花加工的方法主要有：單電極平動(dòng)加工法、多電極更換加工法及分解電極加工=法等。

1．單電極平動(dòng)加工法單電極平動(dòng)法是指采用一個(gè)電極完成型腔的粗、中、精加工的工藝方法。加工時(shí)，先用高效低損耗電規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行粗加工；然后利用平動(dòng)頭使電極作平動(dòng)，按粗、中、精的順序逐級(jí)改變電規(guī)準(zhǔn)，同時(shí)依次加大平動(dòng)頭的平動(dòng)量，以補(bǔ)償前后兩個(gè)加工規(guī)準(zhǔn)之間的放電間隙差及表面修光量，實(shí)現(xiàn)型腔側(cè)面逐級(jí)修光，完成整個(gè)型腔模的加工。單電極平動(dòng)法只需一個(gè)成形電極，一次裝夾定位，但對(duì)于棱角要求高的型腔，其加工精度難以保證。

2．多電極更換加工法多電極更換加工法是指采用多個(gè)電極依次更換加工同一個(gè)型腔的工藝方法。各個(gè)電極的尺寸必須根據(jù)所選用的電規(guī)準(zhǔn)產(chǎn)生的放電間隙及下一個(gè)規(guī)準(zhǔn)加工所需的加工余量來修正。

多電極更換加下法仿形精度高，尤其適用于尖角、窄縫多的型腔模的加工。但這種工藝方法對(duì)電極重復(fù)制造精度要求高，電極更換時(shí)的裝夾及重復(fù)定位精度也難以保證，因此一般只用于精密型腔的加工。

3．分解電極加工法分解電極加工法是單電極平動(dòng)加工法和多電極更換加工法的綜合應(yīng)用。這種方法以單電極平動(dòng)加工為基礎(chǔ)，根據(jù)型腔的幾何形狀把電極分解成主型腔電極和副型腔電極分別制造。其先用主型腔電極加工出主型腔，后用副型腔電極加工尖角、窄縫等副型腔部位。

分解電極加工法可根據(jù)主、副型腔不同的加工條件選擇不同的加工規(guī)準(zhǔn)，從而提高加工速度和改善加工表面質(zhì)量；同時(shí)還可以簡化電極制造，便于電極修整。其缺點(diǎn)是主型腔和副型腔間的精確定位較難解決。

二、電極1．電極結(jié)構(gòu)形式的確定常用的電極結(jié)構(gòu)形式有整體式、組合式、鑲拼式，如圖3．13所示。

1)整體式整體式電極適用于尺寸大小和復(fù)雜程度都一般的型腔的加工。它可以分為有固定板和無固定板兩種形式。無固定板式多用于型腔尺寸小，形狀簡單，只用單孔沖油或排氣的情況。有固定板則用于尺寸較大，形狀較復(fù)雜，采用多孔沖油或排氣的情況。

2)組合式組合式電極適用于一模多腔的情況，可以大大提高加工速度，簡化各型腔之間的定位工序，提高定位精度。

3)鑲拼式鑲拼式電極適用于型腔尺寸較大，或型腔形狀復(fù)雜，分塊之后才容易制造的電極。

2．電極尺寸的確定型腔模的底面和斜壁在半精和精加工時(shí)，只需要垂直進(jìn)給就可以修光，相應(yīng)的電極尺寸也比較容易確定。但在加工直壁型腔時(shí)，由于粗加工的放電間隙較大，需要修光的變質(zhì)層又厚，僅靠垂直進(jìn)給難以修光側(cè)面，除非更換一個(gè)尺寸較大的精加工電極。而我國普遍采用的是單電極平動(dòng)法進(jìn)行加工，這樣，電極尺寸就必須考慮加上一個(gè)平動(dòng)量瓦來決定電極的縮放量。

1)電極水平尺寸電極水平尺寸也稱電極橫截面尺寸，即電極與主軸進(jìn)給方向垂直的尺寸(如圖3．14所示)，用公式(3．2)確定：

式(3．2)中的“±”號(hào)及K、6值按下列原則決定：

(1)凡圖樣上型腔凸出部分，其相對(duì)應(yīng)的電極凹入部分的尺寸應(yīng)放大，即用“+”號(hào)；反之，凡圖樣上型腔凹入部分，其相對(duì)應(yīng)的電極凸出部分的尺寸應(yīng)縮小，即用“一”號(hào)。

(2)當(dāng)圖中型腔尺寸完全標(biāo)注在邊界上(即相當(dāng)于直徑方向尺寸)時(shí)，K取2；一端以中心或非邊界線為基準(zhǔn)(即相當(dāng)于半徑方向尺寸)時(shí)，K取1。對(duì)于圖樣上型腔中心線之間的位置尺寸以及角度值，電極上相對(duì)應(yīng)的尺寸不增不減，K取0。對(duì)于圓弧半徑，亦按上述原則確定。

(3)在實(shí)際應(yīng)用中，由于平動(dòng)量可在較寬的范圍內(nèi)調(diào)整，足以補(bǔ)償電極的側(cè)面損耗及其他因素引起的修正量，因此可以簡化電極的設(shè)計(jì)。一般中、小型電極的單邊縮放量6粗加T時(shí)可在0．15～0．5mm范圍內(nèi)選取，精加工時(shí)可在0．07—0．15mm范圍內(nèi)選取。

2)電極垂直方向尺寸電極垂直方向尺寸，即電極與主軸進(jìn)給方向平行的剖面尺寸可用公式(3．4)確定：

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)尺寸容許公差。

3)電極總高度型腔加工的電極總高度H必須根據(jù)工藝需要、電極使用次數(shù)以及裝夾要求等因素來確定

(如圖3．15所示)，并用公式(3．5)表示：

3．排氣孔與沖油孔設(shè)計(jì)為改善排氣、排屑條件，加工大、中型型腔模時(shí)電極都設(shè)計(jì)有排氣、沖油孔。一般情況下，沖油孔要開在不易排屑的拐角、窄縫處；而排氣孔則開在蝕除面積較大以及電極端部凹人的位置。沖油孔的布置需注意不可出現(xiàn)無工作液流經(jīng)的死區(qū)。排氣孔和沖油孔的直徑約為平動(dòng)量的1—2倍，一般取φ(1一1．5)mm。為有利于排氣排屑，常把排氣孔、沖油孔的上端孔徑加大到φ(5～8)mm?？拙嘣?0～40mm左右，位置相對(duì)錯(cuò)開，以避免加工表面出現(xiàn)波紋。

三、型腔電火花加工工藝過程

1．加工前的準(zhǔn)備

1)工藝方法選擇應(yīng)選擇合適的型腔電火花加工工藝方法。目前，國內(nèi)普遍采用的是單電極平動(dòng)法。

2)電極準(zhǔn)備按要求進(jìn)行電極設(shè)計(jì)，并將其制作出來。

3)工件準(zhǔn)備對(duì)工件進(jìn)行備料、機(jī)械加工及熱處理等各工序。

2．電極的裝夾與校正電極的裝夾與校正是指把電極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)面和工件垂直以及電極水平面的x軸軸線與工作臺(tái)和工件的x軸軸線平行。常用的校正方法如下：

(1)按電極側(cè)面校正電極。當(dāng)電極側(cè)面面積為較大的直壁面時(shí)，可用千分表(或百分表)校正電極上下、左右(或前后)移動(dòng)時(shí)的位置。(2)將電極(或固定板)的上端面作輔助基準(zhǔn)面校正電極的垂直度，如圖3．16所示。圖中按電極的平直側(cè)面校正電極的水平位置。

(3)按電極端面火花放電校正。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，通過調(diào)節(jié)使四周均勻地出現(xiàn)放電火花，即可完成電極的校正。

3．工件的裝夾與校正在一般情況下，可將工件直接裝夾在墊塊或工作臺(tái)上，然后通過工作臺(tái)的坐標(biāo)移動(dòng)，使工件中心線和十字滑板移動(dòng)方向一致，以便于電極和工件間的校正。最后用壓板壓緊。型腔模一般都由上、下模組成，為使制品不產(chǎn)生拼縫，應(yīng)采取措施保證上、下模定位準(zhǔn)確，合模時(shí)不致發(fā)生上、下模錯(cuò)位現(xiàn)象，具體方法有如下幾種：

1)十字線定位法在電極或電極固定板二側(cè)面劃出中心十字線，同時(shí)在模塊上也劃出中心線，加工時(shí)保證電極與模塊相應(yīng)的十字線對(duì)準(zhǔn)即可。這種方法簡便易行，但精度不高，定位精度只能達(dá)到±(0．3～0．5)mm。

2)定位板定位法在電極固定板和工件上分別加工出一對(duì)角尺的基準(zhǔn)面，并在電極定位基準(zhǔn)面上固定兩塊平直的定位板。定位時(shí)將工件的角尺面和相應(yīng)的定位板緊貼，再將工件壓緊卸去定位板即可。這種定位法的精度較十字線法高。也有使用定位套的類似定位法，主要用于小型模具。

3)以基準(zhǔn)面進(jìn)行數(shù)控定位用數(shù)控電火花成形機(jī)床加工時(shí)，以T件側(cè)面為基準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)值式坐標(biāo)定位也可以自動(dòng)找中心，其定位精度可達(dá)±(0．0l～0．02)mm，是一種理想的定位方法。如果是帶數(shù)顯裝置的普通電火花成形機(jī)床，也可以進(jìn)行數(shù)值式坐標(biāo)定位，不過其定位校正過程不是自動(dòng)的，而是依靠人工操作完成。

4．電規(guī)準(zhǔn)的選擇與轉(zhuǎn)換

1)電規(guī)準(zhǔn)的選擇為了獲得好的工藝效果，在電火花加工過程中一般都是用粗規(guī)準(zhǔn)加工出型腔的基本輪廓，以獲得較高的加工速度和較低的電極損耗；然后用中、精規(guī)準(zhǔn)逐級(jí)修光，以達(dá)到所需的表面粗糙度和加T精度。

粗規(guī)準(zhǔn)一般選脈沖寬度ti>400μs，脈沖電流幅值大的一組脈沖參數(shù)來進(jìn)行粗加T。加工時(shí)，應(yīng)根據(jù)加工面積大小及排屑條件決定其加工電流，通常平均電流密度為3～5A／cm，過大則容易引起拉弧燒傷，影響加工表面質(zhì)量。選用粗規(guī)準(zhǔn)加工速度高，表面粗糙，電極耗損低。中規(guī)準(zhǔn)是粗、精規(guī)準(zhǔn)之間的過渡參數(shù)，其脈沖寬度在50～400μs之間，加工時(shí)應(yīng)在保證加工速度的情況下，盡量降低電極損耗。加工小孔、窄槽等復(fù)雜型腔時(shí)，可直接用中規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行精加工成形。

精規(guī)準(zhǔn)是在中規(guī)準(zhǔn)加工的基礎(chǔ)上進(jìn)行最后精加工的參數(shù)，可以獲得所需的加工表面粗糙度和加工精度。精規(guī)準(zhǔn)的脈沖寬度一般在20μs以下，工作電流也很小。為了減少精加T時(shí)間，精加工余量不宜太大，一般都不超過0．1～0．2mm。雖然精加工時(shí)的電極相對(duì)損耗較大(約為10％～40％)，但由于加工余量小，故其絕對(duì)損耗并不會(huì)給加工精度帶來太大的影響。

近幾年來廣泛使用的伺服電動(dòng)機(jī)主軸控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地控制加工深度，因而精加工余量可以小到0．05mm左右。加上脈沖電源上又附有精微加工電路，精加工可達(dá)Ra0．4μm以下，而且精修時(shí)間較短。

2)電規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為了提高生產(chǎn)率和降低電極損耗，并且獲得符合要求的型腔表面質(zhì)量和精度，應(yīng)該在電火花加工過程中合理選用電規(guī)準(zhǔn)，并及時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的擋數(shù)必須根據(jù)具體對(duì)象確定。對(duì)于尺寸小，形狀簡單的淺型腔加工，規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換擋數(shù)可少些；對(duì)尺寸大、深度大，形狀復(fù)雜的型腔，規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的擋數(shù)要多些。粗加工規(guī)準(zhǔn)一般選定l擋，半精加工規(guī)準(zhǔn)選2—4擋，精加工規(guī)準(zhǔn)選2—4擋。

在加工開始時(shí)。應(yīng)選用粗規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行加工，但加工電流應(yīng)隨加工面積的增大而逐步增大。粗加近幾年來廣泛使用的伺服電動(dòng)機(jī)主軸控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地控制加工深度，因而精加工余量可以小到0．05mm左右。加上脈沖電源上又附有精微加工電路，精加工可達(dá)Ra0．4μm以下，而且精修時(shí)間較短。T時(shí)的最大加工電流視型腔復(fù)雜程度、加工面積大小以及電極尺寸的縮放量而定。

當(dāng)加工出來的型腔基本輪廓接近目標(biāo)加工深度時(shí)(大約留lmm的余量)，應(yīng)減小電規(guī)準(zhǔn)，依次轉(zhuǎn)換成中、精規(guī)準(zhǔn)各擋參數(shù)加工，直至達(dá)到所需的尺寸精度和表面粗糙度。轉(zhuǎn)換的原則是下一擋規(guī)準(zhǔn)加工的表面粗糙度是上一擋的1／3一l／2，而所留的加工余量(或稱修光余量)大約為3Rmax左右。

四、典型加工實(shí)例圖3．17所示注射模鑲塊材料為40Cr，硬度為38～40HRC，加工表面粗糙度為Ra0．8μm，要求型腔側(cè)面棱角清晰，圓角半徑R小于0．2mm。1．工藝方法選擇選用單電極平動(dòng)法進(jìn)行電火花成形加工時(shí)，為保證側(cè)面棱角清晰(R<0．3mm)，其平動(dòng)量應(yīng)小，取δ。<0．25mm。

2．工具電極設(shè)計(jì)與制造

1)電極材料電極材料選用紫銅。

2)電極結(jié)構(gòu)與尺寸電極結(jié)構(gòu)及尺寸如圖3．18所示。電極水平尺寸單邊縮放量取6=0．25mm，根據(jù)公式(3．3)可知，平動(dòng)量6。=0．25mm一6精<0．25mm。由于電極尺寸縮放量較小，用于基本成形的粗規(guī)準(zhǔn)參數(shù)不宜太大，由經(jīng)驗(yàn)可知，實(shí)際使用的粗加工規(guī)準(zhǔn)會(huì)產(chǎn)生1％的電極損耗。

因此，對(duì)應(yīng)著圖3．17所示型腔主體20mm深度與正三角形搭子及型腔8mm深度的電極長度之差應(yīng)是(20—8)×(1+l％)mm=12．12mm。精修時(shí)盡管也有損耗，但由于兩部分精修量一樣，故不會(huì)影響二者深度之差。圖3．18所示電極結(jié)構(gòu)的總長度無嚴(yán)格要求。

3)電極制造因電極有2個(gè)正三角形搭子，故一般采用數(shù)控線切割加工。主要工序?yàn)椋孩賯淞?；②刨上、下面；③劃線；④加工M8×8的螺孔；⑤線切割加工水平尺寸；⑥按圖示方向前后轉(zhuǎn)動(dòng)90。用線切割加工2個(gè)正三角形搭子厚度及主體部分長度；⑦鉗工修整。

3．鑲塊坯料加工鑲塊坯料加工過程為：①備料；②刨六面體；③熱處理(調(diào)質(zhì))38～40HRC；④磨削鑲塊6個(gè)面。4．電極與鑲塊的裝夾與定位

(1)用M8的螺釘固定電極。并裝夾在主軸頭的夾具上。然而用千分表(或百分表)以電極上端面和側(cè)面為基準(zhǔn)，校正電極與工件表面的垂直度，并使其x、'，軸與-I=作臺(tái)x、l，移動(dòng)方向一致。

(2)鑲塊一般用平口鉗夾緊，并校正其x、y軸與工作臺(tái)x、y移動(dòng)方向一致。(3)定位，即保證電極與鑲塊的中心線完全重合，用數(shù)控電火花成形機(jī)床加工時(shí)，可以用其自動(dòng)找中心功能準(zhǔn)確定位。

5．電火花成形加工電火花成形加工所選用的電規(guī)準(zhǔn)和平動(dòng)量及其轉(zhuǎn)換過程如表3．3所示。

3．2電火花線切割加工電火花成形加工模具型孔需要先加工成形電極。當(dāng)被加工的模具零件精密細(xì)小，形狀復(fù)雜時(shí)，不僅電極的制造難度大，而且穿孔加工的效率也很低。電火花線切割加工則能彌補(bǔ)電火花成形加工的不足，而且不用制造成形電極就能實(shí)現(xiàn)型孔的精細(xì)加工，比電火花成形加工更方便，效率更高。

3．2．1電火花線切割加工原理和特點(diǎn)一、電火花線切割加工原理電火花線切割加工原理與電火花成形加工原理一樣，都是利用電極與工件之間產(chǎn)生脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象。所不同的是電火花線切割加工不需要制作成形電極，它利用移動(dòng)的細(xì)金屬絲作為工具電極(簡稱絲電極)，由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)帶動(dòng)_丁件相對(duì)絲電極作x、y軸方向移動(dòng)，完成母線為直線的平面形狀零件的加工。其加工原理如圖3．19所示。

絲電極4穿過工件5上預(yù)先鉆好的小孔(穿絲孔)，經(jīng)導(dǎo)輪3由儲(chǔ)絲筒2帶動(dòng)，相對(duì)工件不斷上下移動(dòng)(走絲運(yùn)動(dòng)，慢速走絲線切割機(jī)床絲電極單向移動(dòng)，快速走絲線切割機(jī)床絲電極往復(fù)移動(dòng))。加工時(shí)，由高頻脈沖發(fā)生器8對(duì)絲電極和工件施加脈沖電壓，絲電極接負(fù)極，工件接正極。脈沖電壓將電極和工件間的間隙(放電間隙)擊穿，產(chǎn)生瞬時(shí)火花放電，將工件放電區(qū)局部熔化或氣化，并利用工作液把熔化或氣化了的金屬去掉，從而完成工件的加工。

二、電火花線切割加工特點(diǎn)與電火花成形相比，電火花線切割加工有如下特點(diǎn)：(1)不需制造專用電極，可降低模具成本，縮短生產(chǎn)周期。

(2)能用很細(xì)的絲電極加工狀、細(xì)小的通孔和外表面。

(3)加工過程中，電極損耗小(一般可忽略)，可獲得較高的加工精度。

(4)由于絲電極直徑很小，蝕除量少，對(duì)于貴重金屬的加工更有意義。

(5)自動(dòng)化程度高，操作使用簡便，工件加工周期短，成本低。

(6)可以一模兩用，加工工件作為凹模，切割下來的坯料作為凸模。

3．2．2電火花線切割加工機(jī)床一、機(jī)床分類

1．按切割軌跡的控制方式分按切割軌跡控制方式的不同，電火花線切割加工機(jī)床可分為靠模仿形電火花線切割加工機(jī)床、光電跟蹤控制電火花線切割加工機(jī)床及數(shù)字程序控制電火花線切割加工機(jī)床三類。由于數(shù)字程序控制電火花線切割加工機(jī)床控制簡便，重復(fù)精度高，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了極為廣泛的應(yīng)用。

2．按絲電極運(yùn)動(dòng)方式分依據(jù)不同的絲電極運(yùn)動(dòng)方式，電火花線切割機(jī)床可分為快速走絲數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床和慢速走絲數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床兩類。快速走絲數(shù)控線切割加工機(jī)床采用鉬絲[直徑φ(0．08—0．2)mm]或銅絲(西0．3mm左右)作電極。絲電極在儲(chǔ)絲筒的帶動(dòng)下通過加工縫隙作往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，一直使用到斷線為止。其走絲速度約為6～11m／s?？焖僮呓z數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床走絲速度快，加工精度較低。

目前能達(dá)到的加T精度為±0．0lmm，表面粗糙度為Ra2．5—0．63μm，切割厚度最大可達(dá)500mm。慢速走絲數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床走絲速度一般為3m／min，最高為15m／min。其可使用純銅、黃銅、鎢、鉬等作為絲電極，絲電極直徑約為φ(0．03—0．35)mm。絲電極單方向通過加工縫隙，不重復(fù)使用，以避免絲電極損耗，影響工件加工精度。慢速走絲數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床加工精度可達(dá)±0．00lmm，表面粗糙度可達(dá)Ra<0．32μm。

相對(duì)慢速走絲數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床而言，快速走絲數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，且加工生產(chǎn)率較高，精度能滿足一般要求，目前在我國應(yīng)用較為廣泛。二、機(jī)床組成電火花線切割加工機(jī)床主要由脈沖電源、機(jī)床本體、工作液循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)字程序控制系統(tǒng)等四大部分組成，如圖3．20所示。

1．脈沖電源電火花線切割加工利用火花放電對(duì)金屬的電腐蝕作用實(shí)現(xiàn)。在加工過程中其金屬蝕除量較少，可采用精規(guī)準(zhǔn)一次切割成形，而不必考慮絲電極的損耗，因此要求脈沖電源能保證較高的加工速度、加工精度、加丁質(zhì)量及絲電極容許承載電流能力。目前常采用功率較小，脈沖寬度窄，頻率較高，峰值電流較大的高頻脈沖電源，主要是晶體管脈沖電源。一般電源的電規(guī)準(zhǔn)設(shè)有幾個(gè)擋，以調(diào)整脈沖寬度和脈沖間歇時(shí)間，滿足不同的加工要求。

電源電規(guī)準(zhǔn)的調(diào)整范圍為：脈沖寬度為2～50μs，脈沖間歇為10～200μs，峰值電流為4～40A，加T電流為0．2～7A，開路電壓為80～100V。

2．機(jī)床本體1)床身床身是機(jī)床本體的基礎(chǔ)，起著支承和固定工作臺(tái)、絲電極驅(qū)動(dòng)裝置和加工工件的作用，因此要有足夠的剛度和強(qiáng)度。一般機(jī)床的床身為鑄造箱式結(jié)構(gòu)和焊接箱式結(jié)構(gòu)，有的精密機(jī)床采用大理石結(jié)構(gòu)。

2)坐標(biāo)工作臺(tái)坐標(biāo)工作臺(tái)是安裝工件并實(shí)現(xiàn)工件進(jìn)給的部分。工作臺(tái)分別由兩臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)X向拖板(中拖板)和y向拖板(上拖板)帶動(dòng)T作臺(tái)進(jìn)給，如圖3．2l所示。

3)絲電極驅(qū)動(dòng)裝置快速走絲數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床絲電極驅(qū)動(dòng)裝置如圖3．22所示。絲電極經(jīng)絲架7，由導(dǎo)輪6定位穿過工件，再經(jīng)導(dǎo)輪到儲(chǔ)絲筒9，并被整齊地繞在儲(chǔ)絲筒上。儲(chǔ)絲筒在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)絲電極實(shí)現(xiàn)走絲運(yùn)動(dòng)。

3．工作液循環(huán)系統(tǒng)電火花線切割加工中工作液循環(huán)系統(tǒng)的作用與電火花成形加工相同?？焖僮呓z時(shí)采用的丁作液是乳化液。由于快速走絲能自動(dòng)排除短路現(xiàn)象，因此可用介電強(qiáng)度較低的乳化油水溶液。慢速走絲時(shí)采用的工作液是去離子水，冷卻速度快，流動(dòng)容易，不易燃，但其電阻率的大小對(duì)加工速度、表面粗糙度、放電間隙大小等均有一定影響。

4．?dāng)?shù)字程序控制系統(tǒng)電火花線切割加工過程中，數(shù)字程序控制系統(tǒng)根據(jù)工件的形狀與尺寸要求，按照一定的格式編寫程序，然后按規(guī)定的編碼把程序制成穿孔紙帶，再輸入專用計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)則按照所輸入的加工程序進(jìn)行計(jì)算，并發(fā)出進(jìn)給信號(hào)來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)工作臺(tái)拖板移動(dòng)，自動(dòng)控制絲電極和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和進(jìn)給速度，從而實(shí)現(xiàn)工件形狀和尺寸的加工。

電火花線切割加工機(jī)床的數(shù)字程序控制系統(tǒng)主要由一臺(tái)專用小型計(jì)算機(jī)或通用小型計(jì)算機(jī)構(gòu)成。

3．2．3程序編制方法一、數(shù)字程序控制原理電火花線切割加工機(jī)床的數(shù)字程序控制系統(tǒng)能夠控制加工同一平面上由直線和圓弧組成的任何圖形的工件，這是其最基本的控制功能。此外，還帶有錐度切割、間隙補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償、圖形編程、圖形顯示等控制功能。數(shù)據(jù)和指令不僅可以通過人工和穿孔帶輸入，也可以使用軟盤輸入。因而，控制系統(tǒng)的具體組成及計(jì)算機(jī)的容量也會(huì)有所不同。下面主要討論數(shù)字程序控制原理和程序編制方法。

快速走絲電火花數(shù)控線切割加工普遍采用的是逐點(diǎn)比較法。加工時(shí)，計(jì)算機(jī)要不斷地進(jìn)行運(yùn)算，并向驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制工作臺(tái)(工件)按預(yù)定的要求運(yùn)動(dòng)。

逐點(diǎn)比較法加工斜線的原理如圖3．23所示。DA為需要加工的斜線，坐標(biāo)原點(diǎn)取在斜線的起點(diǎn)0上。加工開始時(shí)，先從坐標(biāo)原點(diǎn)D沿+X方向走一步到位置l。由圖可見，加工點(diǎn)1在DA的下方，已偏離預(yù)定的加工斜線DA，產(chǎn)生了偏差。為了靠近伽，第二步應(yīng)沿+y方向走到2位置。這時(shí)，因?yàn)辄c(diǎn)2已處在0A線的上方，加工點(diǎn)也偏離了0A斜線，又產(chǎn)生了新的偏差，為了糾正這個(gè)偏差，應(yīng)使加工點(diǎn)向DA靠攏，即沿+x方向走第三步至點(diǎn)3。如此繼續(xù)不斷地走下去，直至到達(dá)A點(diǎn)。只要每步距離很小，所走的折線就近似于一條光滑的斜線。

同理，沿逆時(shí)針方向切割圓弧時(shí)(如圖3．24所示)，坐標(biāo)原點(diǎn)取在圓心D上，從A點(diǎn)開始，每走一步，都由數(shù)控裝置進(jìn)行運(yùn)算比較，然后發(fā)出向圓弧靠攏的步進(jìn)命令。若加工點(diǎn)在圓弧內(nèi)，應(yīng)控制下一步向+y方向進(jìn)給，若加工點(diǎn)在圓外或在圓弧上，則下一步應(yīng)沿一x方向進(jìn)給。如此逐點(diǎn)比較逼近于預(yù)定的圓弧AB，直至到達(dá)終點(diǎn)B為止。同樣，只要步距很小(實(shí)際是1μm)，用這條折線代替所要加工的圓弧也是允許的。

由此可知，采用逐點(diǎn)比較法控制滑板的進(jìn)給是步進(jìn)的，它每走一步都要完成四個(gè)工作節(jié)拍，如圖3．25所示。

3．3超聲波加工與激光加工3．3．1超聲波加工一、超聲波加工基本原理與特點(diǎn)1．超聲波加T基本原理超聲波是指頻率超過16000Hz的聲波。超聲波加T是利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，并通過磨料懸浮液加工脆硬材料的一種加工方法。其加工原理如圖3．48所示。加工時(shí)，在工具l和工件2之間加入液體(水或煤油)和磨料混合的磨料工作液3，工具以很小的力F輕輕壓在工件上。

超聲換能器4通入50Hz的交流電，產(chǎn)生16000Hz以上的超聲頻縱向振動(dòng)，并借助于變幅桿把振幅放大到0．05—0．1mm之間，驅(qū)動(dòng)工具端面作超聲振動(dòng)，迫使工作液中的懸浮磨粒以很大的速度和加速度不斷撞擊、拋磨被加工表面，把加工區(qū)的工件局部材料粉碎成很細(xì)的微粒，并從工件上撞擊下來。

雖然每次打擊下來的材料很少，但由于每秒鐘撞擊的次數(shù)多達(dá)16000次以上，所以仍有一定的加工速度。同時(shí)工作液受工具端面超聲振動(dòng)作用而產(chǎn)生的高頻、交變的液壓沖擊波和空化作用將促使工作液進(jìn)入被加工材料的微裂縫及晶界內(nèi)，加劇機(jī)械破壞作用，提高加工速度。此外，液壓沖擊波也能促使懸浮工作液在加工間隙中循環(huán)，使變鈍了的磨粒不斷更新。

2．超聲波加工特點(diǎn)

(1)超聲波加工依靠磨粒的撞擊作用去除材料，故適于加工各種硬脆材料，包括不導(dǎo)電的非金屬材料，例如陶瓷、玻璃、寶石、石英、金剛石等。

(2)超聲波加工由于工具不需要作復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，因此超聲波加工機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。

(3)工具可用較軟的材料做成較復(fù)雜的形狀，可以加工復(fù)雜的成形表面。

(4)由于依靠極細(xì)小磨粒的瞬時(shí)局部的撞擊作用去除加工材料，故工件表面的宏觀作用力很小，不會(huì)引起變形和燒傷，表面粗糙度也較好(可達(dá)Ral～0．1um)，加工精度可達(dá)0．01～0．02mm，而且可以加工薄壁、窄縫、低剛性工件。

二、超聲波加工設(shè)備超聲波加工設(shè)備如圖3．49所示。由超聲