14.非圆形凸、凹模的电火花加工

1、1 电电 火火 花花 加加 工工 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 O1 Ra 6.3 100.0 07 2 20.0 1200. 01 3 6 4M6 攻 深 12 6 0 8 0 A A R a 0. 8 Ra 0 . 8 230. 01 550 .1 10 5 20 3 2 4 Ra0 .8 R a 0. 8 4 4 + 0 .0 1 2 0 O1 4 20 6 1 2 10 4 （ ） 32 +0.039 0 6 0 -0.012 R a 0 .8 Ra0 .8 Ra 0.4 20 0 - 0. 0 2 1 12 0 -0.018 1 0 0 - 0 .0 1 5 （ ） 76 5 8

2、 R a 0 . 8 2 60. 1 材料：Cr12 热处理：淬火6063HRC; 刃口尺寸按冲裁间隙Z=0.03 0.05mm配作；表面粗糙度Ra0.04m； 凹模 凸模1 2 1什么是特种加工？ 特种加工是直接利用电能、热能、光能、 化学能、电化学能、声能等进行加工的 工艺方法。 2 2常用的特种加工方法？常用的特种加工方法？ 在模具生产中常用的有电火花加工、电铸 加工、电解加工、超声加工和化学加工 等。 电电 火火 花花 加加 工工 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 3 电火花加工又称放电加工（Electrical Discharge Machining 简称EDM），按加 工方式不同电

3、火花加工又分为电火花成 形加工，电火花线切割加工、电火花高 速小孔加工，电火花磨削、电火花同步 共轭回转加工和电火花表面强化与刻字 等六种。 这里我们只学习工厂应用较普遍的 电火花成形加工、电火花线切割加工的 加工原理、特点、应用和工艺。 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 电电 火火 花花 加加 工工 4 电火花成形加工原理 自动进给调节装置能使工件和工具电极保持给定的放电间隙。脉冲电源输出的电 压加在液体介质中的工件和工具电极(以下简称电极)上，当电压升高到液体介质的击穿 电压时，会使液体介质在绝缘强度最低处被击穿，产生火花放电。瞬间高温使工件和 电极表面都被蚀除掉一小块材料，形成小的凹坑。

4、 一次脉冲放电之后，两极间的电压急剧下降到接近于零，间隙中的电介质立即恢复 到绝缘状态。此后，两极间的电压再次升高，又在另一处绝缘强度最小的地方重复上 述放电过程。多次脉冲放电的结果，使整个被加工表面由无数小的放电凹坑构成 。 电火花成形加工原理 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 5 电火花成形加工原理 3.2电火花成形加工原理 图3.3 放电状况微观图 1工件 2脉冲电源 1一阳极 2一阳极气化、熔化区 3自动进给调节装置 4工具电极 3一熔化的金属微粒4一工作介质 5工作液 6过滤器 7泵 5 一凝固的金属微粒 6阴极气化、熔化区 7阴极8气泡 9放电通道 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工

5、 6 电火花成形加工原理 n必须使接在不同极性上的工 具和工件之间保持一定的距离 以形成放电间隙。 n脉冲波形是单向的。 n放电必须在具在有一定绝缘 性能的液体介质中进行。 n有足够的脉冲放电能量，以 保证放电部位的金属被熔化或 气化。 电火花成形加工的基本原理是基于工具和工件（正、负电极）之 间脉冲火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件 的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。 电火花成形加工的条件 脉冲电流波形图 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 7 电火花成形加工原理 （1）电离、放电 （2）热膨胀 （3）电极材料的抛出 (4 )消电离 3.4 放电凹坑剖面示意图 图3.35

6、 加工表面局部放大图 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 8 v适合于机械加工方法难于加工的材料的加 工，如淬火钢、硬质合金、耐热合金等。 v可加工特小孔、深孔、窄缝及复杂形状的 零件，如各种型孔、立体曲面、复杂形状 的工件 ，小孔、深孔、窄缝等 。 电火花成形加工特点和应用 优点优点 电火花成形加工的特点 缺点缺点 n只能加工导电工件。 n加工速度慢。 n由于存在电极损耗，加工精度受限制。 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 9 电火花成形加工的应用 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 电火花成形加工特点和应用 电火花穿孔电火花穿孔 电火花型腔加工电火花型腔加工 窄缝加工窄缝加工 花纹加工花纹加工

7、 10 电火花成形加工机床 n机床主体机床主体：用于夹持工具电 极及支承工件，保证它们的相对位 置，并实现电极在加工过程中的稳 定进给运动。 n脉冲电源：脉冲电源：把交流电流转换 成一定频率的单向脉冲电流。 n伺服系统：伺服系统：使主轴作伺服进 给运动，功能就是在加工过程中始 终保持合适的火花放电间隙。 n工作液循环系统：工作液循环系统：提供清 洁的、有一定压力的工作液。 常见的电火花成形加工机床由机床主体、脉冲电源、伺服系统、 工作液循环系统等几个部分组成。 电火花成型加工机床 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 11 影响电火花成形加工因素 影响影响材料腐蚀材料腐蚀 的因素的因素 影响加工精

8、度影响加工精度 的因素的因素 影响表面质量影响表面质量 的因素的因素 n极性效应 n矩形脉冲的峰值电流、脉冲宽度和脉间； n工件材料、工作液 n机床精度、工件的装夹精度、电极制造及 装夹精度 n放电间隙、电极损耗和加工斜度 n脉冲宽度 n峰值电流 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 12 电火花线切割加工工艺 电火花线切割加工 线切割加工工艺过程 分析l零件图 拟 定工艺路线 选配工作液 模坯准备 设计电极 机械加工基准凹 模型孔漏料部分 、螺钉孔、销钉 孔等 制造电极 编 制 程 序 淬火回火 磨削基准面 退 磁 电火花 校正工件和电极 选择电参数 13 电火花线切割加工工艺 电火花线切割加工

9、 一副电机定子模具的凸模和凸凹模，凸模（电极）的机械加工 工艺过程： 锻造退火粗、精刨淬火与回火磨上下面成形磨削。或 锻造退火刨(或铣)平面淬火与回火磨上、下平面退磁 线切割加工。 凸凹模型孔有24个槽，冲件厚度0.5mm，加工后保证双面冲裁 间隙为0.020.03mm，模具材料为Crl2MoV，淬火硬度为6062HRC 。凸凹模的机械加工工艺过程： 锻造退火车外圆、端面和中心大孔磨上下面钳工划线 钻各孔铣漏料孔淬火与回火磨上、下面退磁线切割内孔 及外形电火花加工各腰形型孔钳工检验。 14 电火花成形加工工艺 电火花冷冲模穿孔加工工艺方法 将凸模加长作电极，加工后去掉加长部分。 凸模的加长部分

10、选用与凸模不同的材料， 如铸铁、铜等粘接或钎焊在凸模上，与凸模一 起加工，以粘接或钎焊部分作穿孔电极的工作 部分。当凸、凹模配合间隙很小不好直接保证 放电间隙时时，可将电极的工作部分用化学浸 蚀法蚀除一层金属，反之，可以用电镀法将电 极工作部位的断面尺寸均匀扩大以满足加工时 的间隙要求。 直接法直接法 混合法混合法 穿孔加工图 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 15 电火花成形加工工艺 电火花冷冲模穿孔加工工艺方法 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。 根据模具尺寸要求设计并制造一次凸型电极 用一次电极加工出凹模

11、(a) 用一次电极加工出凹 型二次电极(b)用二次电极加工出凸模(c) 凸、 凹模配合，保证配合间隙(d)。 二次电极法一般不常采用。可加工无间隙或间 隙极小的精冲模。 修配凸修配凸 模法模法 二次电二次电 极法极法 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 16 电火花成形加工工艺 电火花加工过程电火花加工过程 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 粗加工时，用电极的前班部分，选用大的脉冲峰值电流和脉冲宽度； 减小脉间，既可以提高生产率，又可以减少电极损耗。当孔穿通后，电 极继续往下穿，用新的表面对型孔进行精加工。此时选用小的脉冲峰值电 流和脉冲宽度；增大脉间和频率，得到合格的刃口尺寸和表面粗糙度。 a

12、) b) c) 阶台电极型孔加工电规准的转换 a)采用粗规准加工 b)转换为中规准加工 c)转换为精规准加 工 17 电火花成形加工工艺 电规准的选 择与转换 粗规准粗规准 中规准中规准 精规准精规准 电规准是电火花加工中所选用 的一组电脉冲参数。电规准应根据 工件的加工要求、电极和工件材料、 加工的工艺指标等因素来选择。通 常要用几个规准才能完成凹模型孔 或型腔模型腔加工的全过程。 粗规准主要用于粗加工。一般采用较大 的电流峰值，较长的脉冲宽度。 中规准是粗、精加工间过渡性的电规准， 中等大小的电流峰值和脉冲宽度。 精规准 用来进行精加工，采用小的电流 峰值、高频率和短的脉冲宽度。 冲裁凸凹

13、模的加工冲裁凸凹模的加工 18 电火花成形加工工艺 电极材料 常用电极常用电极 材料种类材料种类 电极材料电极材料 的选用的选用 应选择损耗小、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 廉的材料作电极材料。 表3.2 电火花穿孔：紫铜、铸铁、钢等。 紫铜。紫铜组织致密，适用于形状复杂 轮廓清晰、精度要求较高模具。石墨电 极容易成形，密度小，宜作大、中 型电极。 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 19 电火花成形加工工艺 电火花成形加工 电极结构设计和模坯准备结构设计和模坯准备 穿孔电极设计 a) 整 体 式 电 极 b) 组 台 式 电 极 c) 镶 拼 式 电 极 图

14、3 . 9 电 极 的 结 构 形 式 1 一 固 定 板 ； 2 一 电 极 ； 1 、 2 、 3 、 4 、 5 一 电 极 拼 块 ； 6 定 位 销 ； 7 一 固 定 螺 钉 a)整体式电极 b)组台式电极 c)镶拼式电极 图3.9电极的结构形式 1一固定板；2一电极；1、2、3、4、5一电极拼块； 6定位销；7一固定螺钉 电极结构：整体式、组合式 、镶拼式、分解式 20 电火花成形加工工艺 电火花成形加工 电极结构设计和模坯准备结构设计和模坯准备 穿孔电极设计设计 电极尺寸 （1）当按凹模型孔尺寸及公差确定电极的横截 面尺寸时：电极的轮廓应比型孔均匀地缩 小一个放电间隙值。如图3

15、.10所示。 aA2 bB+2 cC r1=R1+ r2=R2 电极横截面尺寸 21 电火花成形加工工艺 电火花成形加工 电极结构设计和模坯准备结构设计和模坯准备 穿孔电极设计设计 电极尺寸 当按凸模尺寸和公差确定电极的横截面尺寸时：随凸模、凹模配 合间隙Z(双面)的不同,分为三种情况： 配合间隙等于放电间隙（Z2）时，电极与凸模截面基本尺 寸完全相同。 b. 配合间隙小于放电间隙（Z2)时，电极轮廓应比凸模轮廓均 匀地放大一个值(2-Z)。 电极横截面尺寸 22 电火花成形加工工艺 电火花成形加工 电极结构设计和模坯准备结构设计和模坯准备 穿孔电极设计设计 电极尺寸 LKt+h+l+(0.4

16、0.8)(n一1)Kt 电极长度尺寸 图3.13 电极长度尺寸 23 电火花成形加工工艺 电火花成形加工 电极制造 采用混合法工艺时，电极与凸模连接后加工。 孔加工用电极切削加工、钳工、电火花线切 割加工。直接用钢凸模作电极时，若凸、凹 模配合间隙小可用浸蚀法均匀缩小。 型腔加工用电极：切削加工法、电铸法、 精锻法、钳工精修达到要求。当石墨 坯料尺寸不够时可制造成拼块电极 24 电火花成形加工 电火花成形加工工艺 工件的装夹 和校正 3.24用辅助支撑校正工件平面 工件工艺基准的校正是工件装夹的 关键，般情况以水平工作台为依 据。当加工工件上、下两平面不平 行。则必须采用辅助支撑措施。侧 面以

17、X、Y方向为基准。 25 电火花成形加工工艺 电火花成形加工 电极的装夹和校正 常用的电极夹具 用直角尺、百分表测定电极垂直度 图 图 26 电火花成形加工 电火花成形加工工艺 图3.28 按电极固 定 板基准面校正 BCAK 图3.27人工校正工 具电极的吊装装置 电极的装夹和校正电极的校正 27 电火花成形加工 电火花成形加工工艺 图3.30工件与工具电极 垂直基准接触定位对正 BCAK 图3.29 按电极端 面进行校正 电极的装夹和校正电极的校正 28 电火花成形加工工艺 电火花成形加工 电极结构设计和模坯准备结构设计和模坯准备 凹模坯准备凹模坯准备 表3.3 常用的凹模模坯准备工序 2

18、9 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 电电 火火 花花 加加 工工 异形凸模的机械加工工艺过程异形凸模的机械加工工艺过程 30 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 电电 火火 花花 加加 工工 异形凹模的机械加工工艺过程异形凹模的机械加工工艺过程 31 工序号工序号工序名称工序名称工序内容工序内容定位基准定位基准 1备料按毛坯尺寸锻造 2热处理退火 3铣铣各面，留0.5mm磨削余量 对应平面对应平面 4磨磨上、下平面和两相邻侧面，保证各面 相互垂直 对应平面对应平面 5钳工划刃口轮廓线和螺孔线 相邻侧面相邻侧面 6钻钻螺孔 端面和按线端面和按线 7刨按线刨刃口轮廓,留0.2余量 端面和按线端面和

19、按线 8检验 8热处理淬火5862HRC 9磨磨上、下平面及基准达要求 对应平面对应平面 10磨成形磨削刃口轮廓 端面端面 11钳工修整 12检验 冲裁凸、凹模的机械加冲裁凸、凹模的机械加工 异形凸模的机械加工工艺过程异形凸模的机械加工工艺过程 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 32 工序号工序号-工序名称工序名称工序内容工序内容定位基准定位基准 1备料按毛坯尺寸锻造 2热处理退火 3铣铣各面，留0.5mm磨削余量 对应平面对应平面 4磨磨上、下平面和两相邻侧面，保证各面相互 垂直 对应平面对应平面 5钳工划中心线和各孔位置线 相邻侧面相邻侧面 6钻加工孔，型孔钻去多于金属 端面、按线端面、按

20、线 7铣铣漏料孔达要求，刃口留0.4mm余量 端面、按线端面、按线 8检验 9热处理淬火5862HRC 10磨磨上、下平面及基准达要求 对应平面对应平面 11电火花电火花加工刃口尺寸 端面、相邻侧面端面、相邻侧面 12钳工 修整 13检验 冲裁凸、凹模的机械加冲裁凸、凹模的机械加工 异形凹模的机械加工工艺过程异形凹模的机械加工工艺过程 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 33 影响电火花成形加工因素 极性效应 概念概念 产生产生 原因原因 火花放电时电极和工件都会被蚀除掉， 但蚀除的速度是不同的，这种现象称为 极性效应。 由于电子的质量小、离子质量大， 它们在电场力作用下轰击阳极和阴极 的能量不同。 长脉冲加工时，正离子对负极的轰击 能量大，工件接负极（称负极性加 工）。短脉冲加工时正好相反。 极性效应愈显著愈好！ 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 34 电火花成形加工工艺 电火花冷冲模穿孔加工工艺方法 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 a)加工凹模 b)制造二次电极 c)加工凸模 d)凸、凹模配合 1一次电极 2凹模 3一二次电极 4凸模 二次电极法 35 影响电火花成形加工因素 图3.6电火花加工斜度 1电极无损耗时工 件轮廓线 2电极有损耗而不考虑二次放电时 的工件轮廓线 冲裁凸凹模的加工冲裁凸凹模的加工 36 影响电火花成形加工因素 图3.7 表面粗糙度