成都电子机械高等专科学校教案第4章模具零件电火花加工电火花加工是在加工过程中，禾u用两极（工具电极和工件电极）之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来，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。

电火花加工中工件和电极都会受到电腐蚀作用，只是两极的蚀除量不同，这种现象称为极性效应。

工件接正极的加工方法称为正极性加工；反之，称为负极性加工。

电火花放电加工按工具电极和工件的相互运动关系的不同，可以分为电火花穿孔成形加工、电火花线切割、电火花磨削、电火花展成加工、电火花表面强化和电火花刻字等。

其中，电火花穿孔成形加工和电火花线切割在模具加工中应用最广泛。

4.1电火花加工的基础知识4.1.1电火花加工的基本原理及必要条件1 ）工具电极和工件电极之间在加工时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。

3）放电点局部区域的功率密度足够高。

放电所产生的热量就足以使电极表面的局部金属瞬时熔化甚至汽化。

4）火花放电是瞬时的脉冲性放电。

5）在先后两次脉冲放电之间，应有足够的停歇时间，排除电蚀产物，使极间介质充分消电离，恢复介电性能，以保证每次脉冲放电不在同一点进行，避免发生局部烧伤现象，使重复性脉冲放电顺利进行4.1.2电火花加工的特点1、电火花加工中，加工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，如熔点、沸点（汽化点）、比热容、热导率、电阻率等, 而几乎与其力学性能（硬度、强度）无关，因此适合于加工难以切削加工的材料。

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、加工范围可小至几微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。

4、电火花加工的局限性在于：用于导电材料的加工；一般加工速度较慢；存在电极损耗。

4.1.3电火花加工的微观过程1. 极间介质的击穿与放电图4.1.4矩形波脉冲放电时的电压（u）和电流（i）波形2. 能量的转换、分布与传递3. 电极材料的抛出4. 极间介质的消电离4.1.4电火花加工常用术语和符号1）工具电极2）放电间隙3）脉冲电源4）伺服进给系统5）工作液介质6）电蚀产物7）电规准电参数8）脉冲宽度t i （⑹9）脉冲间隔t o （⑹10）放电时间（电流脉宽）t e （⑹11）击穿延时t d （阳）12）脉冲周期t p （⑹13）开路电压（空载电压）或峰值电压u i（V）14）加工电流I（A ）15）峰值电流i e（A）16）正、负极性加工17）放电状态18）加工速度V w （mm3/min ）或V m （g/min）19）损耗速度V E（mm3/min 或g/min ）4.2 电火花成形加工4.2.1 电火花成形加工机床图 4.2.1 所示的电火花成形加工机床通常包括：床身、立柱、工作台及主轴头等主机部分；液压泵（油泵）、过滤器、各种控制阀、管道等工作液循环过滤系统；脉冲电源、伺服进给（自动进给调节）系统和其他电气系统等电源箱部分。

4.2.2 电火花成形加工的控制参数和主要影响因素1、影响工件的加工速度、工具电极的损耗速度的主要因素（ 1 ）极性效应的影响在用短脉冲加工时，正极材料的蚀除速度大于负极材料的蚀除速度，这时工件应接正极；当采用长脉冲加工时，质量和惯性大的正离子将有足够的时间加速，到达并轰击负极表面，由于正离子的质量大，对负极表面的轰击破坏作用强，故采用长脉冲时负极的蚀除速度要比正极大，工件应接负极。

（2）工具电极材料的影响铜钨、银钨合金等复合材料，熔点高，并且导热性好，因而电极损耗小，但也由于成本高且机械加工比较困难，一般只在少数的超精密电火花加工中采用。

故常用的是纯铜和石墨，这两种材料在宽脉冲粗加工时都能实现低损耗。

铜的熔点虽然低，但其导热性好，会使电极表面保持较低温度从而减少损耗。

纯铜不易产生电弧，在较困难的条件下也能实现稳定加工；精加工时比石墨电极损耗小，易于加工成精密、微细的花纹，采用精微加工能达到R a1.25呵的表面粗糙度；用过的电极经锻造后还可加工为其他形状的电极，材料利用率高。

但纯铜的机械加工性能不如石墨好。

石墨电极的优点是：机械加工成形容易（但不易做成精密、微细的花纹）；电火花加工的性能也很好，在长脉冲粗加工时能吸附游离的碳来补偿电极的损耗，因此目前已广泛用做型腔粗加工的电极。

缺点是石墨电极容易产生电弧烧伤现象。

（3）电参数的影响提高电蚀量和生产率的途径：1）减小脉冲间隔，提高脉冲频率；2）增加放电电流及脉冲宽度，增加单个脉冲能量。

3. 影响工件加工精度的主要因素（1）放电间隙的大小（2）工具电极的损耗4. 影响工件表面质量的主要因素（1）表面粗糙度对表面粗糙度影响最大的是单个脉冲能量。

（2）表面力学性能电火花表面由于瞬间的先热胀后冷缩，因此加工后的表面存在残余拉应力，使抗疲劳强度减弱，比机械加工表面低了许多。

采用回火热处理来降低残余拉应力，或进行喷丸处理把残余拉应力转化为压应力，能够提高其耐疲劳性能。

4.2.3 电火花成形加工工具电极的设计与制造1. 对电极的技术要求1）电极的几何形状要和模具型孔或型腔的几何形状完全相同，其尺寸大小根据模具型孔或型腔的尺寸及公差、放电间隙的大小、凸模与凹模配合间隙来决定。

2）电极的尺寸精度不低于IT7 级精度。

3）电极的表面粗糙度应在R a0.63〜1.25 ^m以上，如果采用铸铁或铸铜时，表面不能有砂眼。

4）各表面的平行度，100 mm 长度内不能大于0.01〜0.02mm。

5）电极加工成形后变形小，具有一定强度。

2、电极材料常用的电极材料有：铸铁、钢、纯铜、黄铜、铜钨合金、银钨合金、石墨等。

这些材料的性能见表 4.2.2 所示。

3、电极的结构形式常用的电极结构有下列几种形式：（1）整体电极（2）组合电极1 ）分解式电极2）镶拼式电极4、电极尺寸的确定（1）电极横截面尺寸的确定1）按凹模尺寸和公差确定电极横截面尺寸如图4.2.9所示为凹模型孔不同部位的尺寸公差标注。

其相应部位电极横截面尺寸的计算公式如下：a （A 2S ）0b(B2S)0c Cr i(R i S)0「2(R2S)0a [A 2(S Z/2)]0b [B 2(S Z/2)]0c Cr i [R i (S Z/2)]。

D [R2 (S Z/2)]0值（Z/2 - S）,电极横截面尺寸计算公式如下:a [A 2(Z/2 S)]0b [B 2(Z/2 S)]0c Cr i [R i (Z/2 S)]0D [R2 （Z/2 S）]0以上式中：S――单面放电间隙；Z/2 ――凸模、凹模单边间隙；2）按凸模尺寸和公差确定电极横截面尺寸于凹模、凸模配合间隙的不同又存在三种情况：①凸模、凹模单边配合间隙等于放电间隙（完全相同，电极公差取凸模公差△的1/2~2/3。

②凸模、凹模单边配合间隙小于放电间隙（一个值（S- Z/2）,电极横截面尺寸计算公式如下:图4210所示为凸模尺寸及公差标注，由Z/2 = S）:电极横截面尺寸和凸模截面尺寸Z/2 v S）:电极应按凸模四周每边均匀缩小③凸模、凹模配合间隙大于放电间隙（Z/2 >S）,电极应按凸模四周每边均匀放大一个图4.2.9凹模尺寸及公差标注图4.2.10凸模尺寸及公差标注8电极制造公差，通常取模具公差△的 1/2〜2/3，并按“入体原则” 标注。

（2）电极长度的确定在电极长度确定方面， 穿孔加工与型腔加工是不同的， 穿孔加工只计算电极长度， 而型腔加工还须考虑各纵截面的形状和尺寸。

1）穿孔加工电极长度的确定图4.2.11所示为穿孔加工用电极长度。

电极长度按下式计算：L L 1 L 2t 1.3~1.8T 12）型腔加工电极纵截面尺寸的确定 底部的形状和尺寸并考虑放电间隙而确定。

也有所不同。

图4.2.12所示为加工型腔时,H ' HR 1 R 1 S R 2 R 2 S1B B 2Stan (90)/25、电极的制造 （1） 机械加工方法机械加工电极除采用一般的加工方法外，已广泛采用成形磨削。

对于纯铜、黄铜一类的电极，由于不能用成形磨削加工，一般可用仿形刨床加工而成， 并经钳工锂削进行最后修整。

（2） 电极与凸模联合成形磨削当电极材料为铸铁时， 电极与凸模常用环氧树脂等胶合在一起， 如图4.2.13所示。

但对 于截面积较小的工件则不易粘牢， 为防止在磨削过程中发生电极或凸模脱落， 可采用锡焊或 机械方法使电1.6 ~2.0 T T 2型腔加工电极纵截面的形状和尺寸，应根据型腔 对型腔底部不同部位的尺寸，其电极的尺寸计算 电极纵截面尺寸，尺寸的计算如下：极与凸模连接在一起。

当电极材料为钢时，可把凸模加长些，将其作电极。

即把电极和凸模做成一个整体。

电极与凸模联合成形磨削，其共同截面的公称尺寸应直接按凸模的公称尺寸进行磨削，公差取凸模公差的1/2〜1/3。

当凸、凹模的配合间隙等于放电间隙时，正好适用磨削后电极的轮廓尺寸与凸模完全相同的情况。

当凸、凹模的配合间隙小于放电间隙时，电极的轮廓尺寸应小于凸模的轮廓尺寸。

则可用化学腐蚀法将电极尺寸缩小至设计尺寸。

腐蚀的方法为：将干净的电极垂直浸入腐蚀剂中，根据其腐蚀速度的大小，每隔一定的时间后取出，测量其尺寸是否符合要求，若尺寸仍偏大时应继续侵入，直到适合为止。

当凸、凹模的配合间隙大于放电间隙时，电极的轮廓尺寸应大于凸模的轮廓尺寸，则需用电镀法将电极扩大到设计尺寸。

（3）电极制造常用工艺电极制造常用工艺一般可按下述工序进行：1 ）刨（或铣）：按图样要求刨或铣所要求的形状电极毛坯（若是圆形可车削），按最大外形尺寸留1mm 左右精加工余量。

2）平磨：在平面磨床上磨两端面及相邻两侧面（对铜及石墨电极应在小台钳上，用刮研的方法刮平或磨平）。

3）划线：按图样要求在划线平台上划线。

4）刨（或铣）：按划线轮廓，在刨床或铣床上加工成形，并留有0.2〜0.4mm 的精加工余量。

形状复杂的可适当加大，但不超过0.8mm。

5）钳工：钻、攻电极装夹螺孔。

6）热处理：指采用钢电极时，按图样要求淬火。

7）精加工电极：对于铸铁或钢电极，在有条件的情况下，可用成形磨削加工成形；而对于铜电极，可在仿形刨床上进行仿刨成形。

8）化学腐蚀或电镀：指电极与凸模联合加工（或阶梯电极）时，对小间隙模具采用化学腐蚀，对大间隙模具采用电镀。

9）钳工修整：指对铜电极的精修成形。

（4）由线切割加工电极除用机械方法制造电极以外，在比较特殊需要的场合下也可用线切割加工电极。

（5）石墨电极的加工石墨电极是电火花型腔加工中最常用的电极之一。