1、特种加工技术,第五章, 5. 1 电火花穿孔成形加工,应用范围：,穿孔加工,型腔加工,切断加工,型腔模（锻模，塑料模，胶木模等）,型腔零件,冲模（包括凹凸模及卸料板、固定板）,粉末冶金模,挤压模（型孔）,型孔零件,小孔（0.013mm小圆孔和异形孔,电火花穿孔成形加工,分析图纸 选择加工方法,电极的准备 材料的选择 尺寸设计 加工制作,工件的准备 材料的选择 余量去除 热处理 除锈、退磁,加工参数的选择 电参数 非电参数ti 冲油方式t0 冲油压力ie 液面高度u 加工深度 加工极性 平动量,电极装夹 通用夹具 专用夹具,工件装夹 通用夹具 专用夹具,校正定位 垂直度 平行度 相互位置,加工
2、冲油压力调节 进给调节 规准转换 平动量调节,检验 加工时间 加工精度 电极损耗 表面粗糙度,加工步骤,电火花穿孔加工方法,以加工冲裁模具的凹模为例凹模的尺寸精度主要靠工具电极来保证，因此，对工具电极的精度和表面粗糙度都应有一定的要求。,如凹模的尺寸为L2， 工具电极相应的尺寸为L1， 单边火花间隙值为SL， 则 L2=L1+2SL,1)直接法,z = b,凹凸模配合间隙(mm)b单边放电间隙(mm),2)间接法（冲头修配法）,3). 混合法,4). 阶梯工具电极加工法,二. 电火花成型加工方法,相对穿孔加工而言，电火花型腔加工特点如下： （1）电极损耗小（因型腔加工的电极损耗较难进行补偿）
3、（2）加工速度快（常分粗、中、精加工） （3）型腔加工排屑困难 （4）常采用平动加工法修整 （5） 加工面积变化大，要求电规准的调节范围也大。,1. 单工具电极成形法,1)直接成形法 2)平动法 3)数控摇动法,2. 多电极更换法,优点：仿型精度高，尤其适用于尖角、窄缝多的型腔模加工,缺点：制造多个电极，对电极的重复制造精度要求很高。在加工过程中，电极的依次更换需要有一定的重复定位精度。,3分解电极加工法,优点：主、副型腔可选择不同的加工规准，同时还可 简化电极制造，便于电极修整。 缺点：主型腔和副型腔间的精确定位较难解决。,4手动侧壁修光法,优点：单电极完成一个型腔的全部加工过程； 缺点：操
4、作烦琐，修侧时，加工难稳定，不易采取冲油措施，无法修整圆形轮廓的型腔。, 5. 2 电火花加工准备工作,一 电极准备 1. 电极材料选择,电极设计,首先是详细分析产品图纸，确定电火花加工位置； 第二是根据具体情况确定电极的结构形式； 第三是根据工艺要求对照型腔尺寸进行缩放，同时要考虑适当补偿电极。 例如，右图是经过损耗预测后对电极尺寸和形状进行补偿修正的示意图。,正确设计电极，要了解机床主轴头的承载能力、工作台尺寸及负荷，同时也要了解脉冲电源各规准的加工速度、电极损耗、加工间隙等加工工工艺指标。,电极的结构形式 (1) 整体电极,(2) 组合电极,(3) 镶拼式电极,(1) 水平尺寸。指与机床
5、主轴轴线相垂直的横截面尺寸,电极的水平尺寸可用下式确定： a=AKb,2) 电极的尺寸 包括垂直尺寸和水平尺寸，公差是型腔相应部分公差的1/22/3。,a电极水平方向的尺寸； A型腔的水平方向的尺寸 K与型腔尺寸标注法有关的系数（2，1，0）； b电极单边缩放量， 粗加工：b=1+2+0 精加工：b=0+c (平动量） 型腔凸出部分 型腔凹入部分,电极的水平尺寸可用下式确定： a=AKb,a1=A1， a2=A2-2b， a3=A3-b，,a4=A4， a5=A5-b， a6=A6+b,(2) 垂直尺寸: 取决于采用的加工方法、加工工件的结构形式、加工深度、电极材料、型孔的复杂程度、装夹形式、
6、使用次数、电极定位校直、电极制造工艺等因素。(穿孔加工） （型腔加工）,3) 电极的排气孔和冲油孔,图4-21 电极的设计,设计零件的精加工电极,3. 电极的制造,1) 切削加工,2) 线切割加工,3) 电铸加工,二、 电极装夹与校正,装夹的目的：将电极安装在机床的主轴头上， 校正的目的：使电极的轴线平行于主轴头的轴线，即保证电极与工作台台面垂直，必要时还应保证电极的横截面基准与机床的X、Y轴平行。,1电极的装夹 使用通用夹具或专用夹具直接将电极装夹在机床主轴的下端。常用装夹方法有下面几种：,当电极采用石墨材料时，应注意点：,2电极的校正,1）调节电极与工件基准面垂直 2）使工具电极的截面形状
7、与将要加工的工件型孔或型腔定位的位置一致,垂直和水平转角调节装置的夹头,电极装夹到主轴上后，必须进行校正，一般的校正方法有： (1) 根据电极的侧基准面，采用千分表找正电极的垂直度， (2) 电极上无侧面基准时，将电极上端面作辅助基准找正电极的垂直度。,包含：电极的装夹与校正、工件的装夹与校正、电极相对于工件定位。,工件的装夹与校正,三 电极的定位,电极相对于工件定位: (找正)指将已安装校正好的电极对准工件上的加工位置，以保证加工的孔或型腔在凹模上的位置精度。,G80 X； G92 G54 X0； M05 G80 X； M05 G82 X； G92 X0； G80 Y； G92 Y0； M0
8、5 G80 Y； M05 G82 Y； G92 Y0；,四 工件的准备,工件的预加工 热处理 其他工序(如磨光、除锈、去磁), 6.3 加工规准选择、转换及加工实例,主要工艺指标均为： 表面粗糙度 精度（侧面放电间隙） 生产率（蚀除速度） 电极的损耗率,主要脉冲参数为： 极性 脉宽 脉间 峰值电流 峰值电压,工艺参数曲线图表,影响因素有： 电极工具， 工件材料， 冲抽油， 抬刀， 平动量等。,加工参数表（操作说明书）,选择顺序：由主要矛盾决定峰值电流和脉宽。 如：粗加工为低损耗；精加工为表面粗糙度；冲模除了侧面粗糙度外，还有合适的放电间隙；加工预孔或去除断丝锥等要求不高的加工，为最高生产率。脉
9、间的选择： 粗加工取脉宽的1/51/10；精加工时取脉宽的25倍。,一 加工规准的选择,（1）粗加工规准的选择优先考虑较宽的脉冲宽度（大于400us），然后选择合适的峰值电流，方法如下： A根据面积效应和电极对选择粗加工规准：紫铜电极加工钢时，电流密度10A/cm2,最大为15A/cm2;石墨电极加工钢进，电流密度35A/cm2。 B根据电极单边缩放量（Rmax）选择粗加工规准 C在A与B条件中选择峰值电流（Ip）较小的条件为粗加工规准。,（2）中加工规准的选择 一般选用脉冲宽度为20400us,电流峰值为1025A 。 A以峰值电流或表面粗糙度逐级减半为原则，即后一挡粗糙度为前一挡表面粗糙度
10、的1/2；例：50umRmax 25umRmax 12umRmax 6umRmax B. 在Ip3的条件时，加工速度非常缓慢，应逐渐减小规准，有时选择对加工速度比对电极损耗更有利的条件。例：Ip3（18um） Ip2（12um） Ip1（6um）,（3）精加工规准的选择：以满足图纸要求的表面粗糙度为最终精加工规准选择的条件。一般都选用窄脉宽（ti=220us）,小峰值电流（ie10A）进行加工。（去除量很小，一般不超过0.10.2mm）,二 加工规准转换,规准转换常用在单电极加工过程中。它的任务是在粗加工基本完成后，使用其他规准使加工表面粗糙度逐步降低，以达到加工尺寸加工规准转换的档数，应根据
11、所加工的型腔的精度，形状复杂程度和尺寸大小等具体条件确定。加工对象不同，不同粗加工规准其转换时机和方法也有所不同，但规准转换也有相同点，主要表现在以下几个方面：,（1）掌握加工余量,加工余量的控制，主要从粗糙度和电极损耗两方面来考虑。在一般型腔低损耗(1%)加工中能达到的各种表面粗糙度与最小加工余量有一定的规律(如表4-2所示)。在加工中必须使加工余量不小于最小加工余量。,（2）粗糙度逐级逼近,转换规准的时机是必须把前一电规准的粗糙表面全部均匀修光并达到一定尺寸后才进行下一电规准的加工。（3）尺寸控制加工深度的控制比较困难，一般机床只能指示主轴进给的位置，至于实际加工深度还要考虑电极损耗和电火
12、花间隙。平动（摇动）量的分配原则上每次平动或摇动的扩大量,应等于或稍小于上次加工后遗留下来的最大表面粗糙度值 (um),至少应修去上次留下Rmax的1/2。,（4）损耗控制,先了解内容： 如果用石墨电极作粗加工时，电极损耗一般可以达到1%以下。 用石墨电极采用粗、中加工规准加工得到的零件的最小粗糙度Ra能达到3.2m，但通常只能在6.3 m左右。 若用石墨作电极且加工零件的表面粗糙度Ra3.2 m，则电极损耗约在15%50%之间。 不管是粗加工还是精加工，电极角部损耗比上述还要大。粗加工时，电极表面会产生缺陷。,(5) 紫铜电极粗加工的电极损耗量也可以低于1%，但加工电流超过30 A后，电极表
13、面会产生起皱和开裂现象。 (6) 在一般情况下用紫铜作电极采用低损耗加工规准进行加工，零件的表面粗糙度Ra可以达到3.2 m左右。 (7) 紫铜电极的角损耗比石墨电极更大。电规准转换时对电极损耗的控制最主要的是要掌握低损耗加工转向有损耗加工的时机，也就是用低损耗规准加工到什么粗糙度，加工余量多大的时候才用有损耗规准加工，每个规准的加工余量取多少才比较适当。,三 加工实例,例5.2 一个电极的粗中精加工 加工条件： 1. 电极/工件材料：Cu/St(45钢) 2. 加工表面粗糙度：Rmax6 m 3. 电极减寸量(即减小量)：0.3 mm/单侧 4. 加工深度：5.00.01 5. 加工位置：工
14、件中心,加工程序： H000=+00005000; N0000; G00G90G54XYZl.0; G24; G01 C170 LN002 STEPl0 Z330-H000 M04; G01 C140 LN002 STEP134 Z156-H000 M04; G01 C220 LN002 STEP196 Z096-H000 M04; G01 C210 LN002 STEP224 Z066-H000 M04; G01 C320 LN002 STEP256 Z040-H000 M04;G01 C300 LN002 STEP280 Z020-H000 M04;,例5.3 两个电极的粗、精加工 加工条
15、件： 1. 电极/工件材料：Cu/St(45钢) 2. 加工表面粗糙度：Rmax7 m 3. 粗加工电极减寸量：0.3 mm/单侧精加工电极减寸量：0.1 mm/单侧 4. 加工深度：5.00.01 5. 加工位置：工件中心,精、粗加工两个电极时加工图形,H0000=+00005000;G00 G90 G54XYZl.0; G24; G01 C170 LN002 STEP0l0 Z330-H000 M04; G01 C140 LN002 STEP140 Z180-H000 M04; G01 C220 LN002 STEP200 Z120-H000 M04;M02;,例5.4 图所示注射模镶块，
16、材料为40Cr，硬度为3840HRC，加工表面粗糙度Ra为0.8 m，要求型腔侧面棱角清晰，圆角半径R0.25 mm。,1) 方法选择选用单电极平动法进行电火花成型加工，为保证侧面棱角清晰(R0.3 mm)，其平动量应小，取0.25 mm。 2) 工具电极(1) 电极材料选用锻造过的紫铜，以保证电极加工质量以及加工表面粗糙度。(2) 电极结构与尺寸如图4-52(b)所示。, 电极水平尺寸单边缩放量取b0.25 mm，根据相关计算式可知，平动量0=0.25-精0.25 mm。 由于电极尺寸缩放量较小，用于基本成型的粗加工电规准参数不宜太大。根据工艺数据库所存资料(或经验)可知，实际使用的粗加工参
17、数会产生1%的电极损耗。因此，对应的型腔主体20 mm深度与R7 mm搭子的型腔6 mm深度的电极长度之差不是14 mm，而是(20-6)(1+1%)14.14 mm。尽管精修时也有损耗，但由于两部分精修量样，故不会影响二者深度之差。其总长度无严格要求。,(3) 电极制造。 备料； 刨削上下面； 画线； 加工M88的螺孔； 按水平尺寸用线切割加工； 按图示方向前后转动90，用线切割加工两个半圆及主体部分长度； 钳工修整。,(4) 镶块坯料加工。 按尺寸需要备料； 刨削六面体； 热处理(调质)达3840HRC； 磨削镶块六个面。,(5) 电极与镶块的装夹与定位。 用M8的螺钉固定电极，并装夹在主轴头的夹具上。然而用千分表(或百分表)以电极上端面和侧面为基准，校正电极与工件表面的垂直度，并使其X、Y轴与工作台X、Y移动方向一致。 镶块一般用平口钳夹紧，并校正其X、Y轴，使其与工作台X、Y移动方向一致。 定位，即保证电极与镶块的中心线完全重合。用数控电火花成型机床加工时，可利用机床自动找中心功能准确定位。,(6) 电火花成型加工。 所选用的电规准和平动量及其转换过程如表所示。,
