模具制造工艺学-课件第3章

第3章模具电火花加工与电火花线切割加工123.1电火花加工3.2电火花线切割加工目录2024/10/43.1电火花加工

3.1.1电火花加工的原理、特点、分类及应用

1.电火花加工的原理电火花加工就是利用两电极间脉冲放电时产生的电腐蚀作用，对工件进行加工的。

电火花加工应具备的条件：模具加工方法条件1.工具和工件之间在加工时必须保持一定的间隙。2.电火花放电必须在有一定绝缘性能的介质中进行。3.电火花放电点局部区域的功率密度足够高，即放电通道要有很高的电流密度（一般为105~106A/cm2）。4.电火花放电必须具有脉冲性、间歇性。2024/10/4图3-1脉冲电压波形图图3-2电火花加工系统1—工件；2—脉冲电源；3—自动进给调节装置；4—工具电极；5—工作液；6—过滤器；7—工作液泵2024/10/4一次电火花放电的四个阶段

图3-3一次电火花放电的四个阶段1—阳极；2—阳极汽化、熔化区；3—放电通道熔化的金属微粒；4—热膨胀；5—阴极汽化、熔化区；6—阴极；7—凸起；

8—凝固的金属微粒：9—工作介质；10—凹坑2024/10/42.我国电火花加工常用术语和符号1）工具电极电火花加工用的工具2）放电间隙指加工时工件和电极之间产生电火花放电的距离。3）电规准指电火花加工时选用的电加工用量

图3-4脉冲参数与脉冲电压与脉冲电流关系的波形2024/10/4（1）脉冲宽度（电压脉宽）ti

（2）脉冲间隔to

（3）放电时间（电流脉宽）te

（4）击穿延时td

（5）脉冲周期tp

（6）脉冲频率fp

（7）有效脉冲频率fe

（8）脉冲利用率λ

（9）占空比ψ

（10）峰值电压（开路或空载电压）ui

（11）加工电流I

（12）峰值电流ie

4）正、负极性加工电火花加工时以工件为准，工件接脉冲电源正极，称为正极性加工；工件接脉冲电源负极，称为负极性加工。5）覆盖效应指在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面，形成一定厚度的覆盖层的现象。2024/10/4放电状态开路（空载脉冲）状态电火花放电（工作脉冲，或称为有效脉冲）状态。电弧放电（稳定电弧放电）状态。过渡电弧放电（不稳定电弧放电，或称不稳定电火花放电）状态。短路（短路脉冲）状态。以上五种放电状态在实际加工中是交替、概率性地出现的（与加工规准和进给量、冲油等有关），甚至在一次单脉冲放电过程中，也可能交替出现两种以上的放电状态。2024/10/4

3.电火花加工的主要特点优点：（1）不受材料硬度的限制。（2）工件和电极之间作用力小。（3）操作容易，便于自动加工。（4）比较容易选择和变更加工条件。缺点：（1）必须制作电极。

（2）加工部分形成残留变质层。

（3）放电间隙使加工误差增大。

（4）加工精度受到电极损耗的影响。

2024/10/44.电火花加工方法的分类电火花成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗削、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强度与刻字等。5.电火花加工在模具制造中的应用（1）加工各种模具零件的型孔。（2）加工复杂形状的型腔。（3）加工小孔。（4）电火花磨削。（5）强化金属表面。（6）其他加工。如刻文字、花纹、电火花攻螺纹等。2024/10/43.1.2电火花加工设备简介1.电火花加工机床（a）结构组成(b)外观图3-5电火花加工机床1-床身；2-液压油箱；3-工作液槽；4-主轴头；5-立柱；6-工作液过滤箱；7-电源箱2024/10/41）主机部分（1）床身和立柱。（2）工作台。

（3）主轴头。2）工作液循环过滤系统工作液的作用如下：（1）放电结束后使放电间隙消电离，以便下一个脉冲电压再次形成电火花放电。为此，要求工作液有一定的绝缘强度。（2）使电蚀产物较易从放电间隙中悬浮、排泄出去，免得放电间隙严重污染，导致电火花放电点不分散而形成有害的电弧放电。（3）降低工件表面瞬时放电产生的局部高温和冷却电极，否则电极和工件表面会因局部过热而产生结炭、烧伤并形成电弧放电。（4）工作液还可压缩电火花放电通道，增加通道中压缩气体、等离子体的膨胀及爆炸力，以抛出更多熔化和汽化了的金属，增加蚀除量。2024/10/4工作液循环过滤系统的作用:采用强迫循环的办法把清洁工作液由液压泵加压，强迫冲入电极与工件之间的放电间隙，将放电间隙中的电蚀产物（金属微粒，碳粒，气泡及加工余热）随同工作液一起从放电间隙中排出，以达到稳定加工的目的。按极间电蚀产物的排除方式，工作液循环过滤系统有冲油和抽油两种方式，如图3-6所示。

图3-6冲、抽油方式2024/10/43）电源箱（1）脉冲电源。脉冲电源的作用是把工频交流电转换成一定频率的单向脉冲电流，供提电火花加工所需要的放电能量。现在普及型（经济型）的电火花加工机床都采用高低压复合的晶体管脉冲电源，中、高档的电火花加工机床都采用微机数字化控制的脉冲电源，且内部存有电火花加工电规准数据库，可以通过微机设置和调用各档电规准参数。（2）自动进给调节系统。自动进给调节系统是保证电极与工件间的正确放电间隙，同时检测两极间电压或电流的变化，并通过伺服机构使主轴头上的电极不断地、及时地调节进给速度，以维持所需的放电间隙，从而使电火花加工能够正常进行。自动进给调节系统按执行元件大致可分为电液压式、伺服电机式、步进电机式和宽调速力矩电机式自动进给调节系统等。2024/10/42.电火花加工机床附件1）平动头平动头包括两部分，一是由伺服电动机驱动的偏心机构，二是平动轨迹保持机构。通过偏心机构和平动轨迹保持机构，平动头将伺服电动机的旋转运动转化成电极上每一个质点都在水平面内围绕其原始位置做平面圆周平移运动，如图3-7所示，各个小圆的外包络线就形成加工表面，小圆的圆周半径（即平动量Δ），通过平动头偏心量来调节可由零逐步扩大，δ为放电间隙。

图3-7平动加工时电极的运动轨迹2024/10/4采用平动头加工的特点是：用一个电极就能由粗至精直接加工出工件，在加工过程中，电极的轴线偏移工件的轴线，这样，除了处于放电区域的部分外，在其他地方电极与工件之间的间隙都大于放电间隙，这有利于电蚀产物的排出，提高加工稳定性，但由于有平动轨迹半径的存在，因此，无法加工出有直角的型腔。平动头的结构形式有多种，常使用的有停机手动调偏心量平动头、不停机调偏心量平动头、数控平动头。2）电极夹具电极夹具是装夹电极并将其固定在主轴上的电火花加工机床附件。通过调节它能使电极的轴线与主轴轴线重合或者平行。电极的装夹及调节装置的形式很多，常用的有十字铰链式和球面铰链式两种，如图3-8和图3-9所示。当电极的直径较小时，可直接采用钻夹头进行装夹。当电极的直径较大时，可以采用如图3-10所示的螺纹夹头进行装夹，其连接螺杆是与主轴相连接的。

2024/10/4图3-10螺纹夹头图3-9球面铰链式电极夹具调节装置紧固螺母调节螺钉十字板上板导线固定螺钉下板紧定螺钉电极装夹套绝缘板圆柱销图3-8十字铰链式电极夹具调节装置2024/10/43.电火花加工机床的主要技术参数电火花加工机床的主要技术参数通常包括工作台纵横行程、主轴伺服行程、最大工件质量、最大电极质量、X和Y坐标读数精度、最大加工电流、最大电源功率、最大生产率、最小电极损耗和所能达到的表面粗糙度等。

机床型号工作台纵横行程/mm×mm主轴伺服行程/mm最大工件质量/kg最大电极质量/kgX和Y坐标读数精度/mm最大加工电流/A最大电源功率/KW最大生产率mm3/min最小电极损耗％表面粗糙度Ra/μmDM7140300×200250600100±0.011008850＜11.25DM71801000×7003001000300±0.01200102000＜0.30.632024/10/4

3.1.3影响电火花加工工艺指标的因素

1.影响加工速度的主要因素电火花加工的加工速度是指在一定电规准下，单位时间t内工件被蚀除的体积V或质量m。一般常用体积加工速度vv=V/t来表示，单位为mm3/min，有时为了测量方便，也可用质量加工速度vm=m/t表示，单位为g/min。

1）电参数的影响（1）脉冲宽度的影响。随着脉冲宽度的增加，单个脉冲能量增大，使加工速度提高。但若脉冲宽度过大，加工速度反而下降，这是因为单个脉冲能量虽然增大，但转换的热能有较大部分散失在电极与工件之中，不起蚀除作用。同时，在其他加工条件相同时，随着脉冲能量过分增大，蚀除产物增多，排气排屑条件恶化，间隙消电离时间不足导致拉弧，使得加工稳定性变差，因此，导致加工速度反而降低。

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（2）脉冲间隔的影响。在脉冲宽度一定的条件下，若脉冲间隔减小，则加工速度提高。这是因为脉冲间隔减小导致单位时间内工作脉冲数目增多，加工电流增大，故加工速度提高；但若脉冲间隔过小，会因放电间隙来不及消电离而导致加工稳定性变差，使得加工速度降低。

（3）峰值电流的影响。当脉冲宽度和脉冲间隔一定时，随着峰值电流的增加，加工速度也增加。因为加大峰值电流等于加大单个脉冲能量，所以加工速度也就提高了。但峰值电流的增大将降低工件表面粗糙度和增加电极损耗。在生产中，应根据不同的要求，选择合适的峰值电流。

2）非电参数的影响（1）加工面积的影响。加工面积较大时，对加工速度没有多大影响。但若加工面积小到某一临界面积时，加工速度会显著降低，这种现象称为面积效应。

2024/10/4（2）排屑条件的影响。为了便于排屑，一般都用冲油或抽油和抬起电极的办法。适当增加冲油或抽油压力会使加工效率提高，但压力超过某一数值后，随着压力的增加，加工效率会略有降低。同样加工深度，采用自适应“抬刀”方式比定时抬刀方式需要的加工时间短，加工速度高。（3）加工极性和电极材料的影响。极性效应：两极蚀除速度不同的现象。当采用窄脉冲进行加工时，工件应接正极，电极应接负极，即形成“正极性加工”。当采用宽脉冲进行加工时，工件应接负极，电极应接正极，即形成“负极性加工”。

影响极性效应的主要因素有脉冲宽度、脉冲能量及电极材料。

在同样加工条件和加工极性情况下，采用不同的电极材料，加工速度也不相同。

2024/10/4（4）工件材料的影响。一般来说，工件材料的熔点、沸点越高，比热容、熔化热和汽化热就越大，加工效率就越低，即难以加工。如硬质合金的加工效率比钢的加工效率要低40%~60％。对导热性好的工件材料，因热量散失快，所以加工效率也会降低。（5）工作液的影响。用石墨、紫铜等电极加工钢件时，采用煤油比机油的加工效率高。当采用水或酒精溶液时，加工效率低，但可减少电极损耗。改变油的黏度对加工效率也有影响，如在煤油中加入一半机油，可使加工效率有所提高。2.影响电极损耗的主要因素单位时间内，电极被蚀除的金属量称为电极损耗速度，用符号vE表示。常用相对损耗或损耗比θ作为衡量电极耐损耗的指标：θ=×100%或θ=×100%2024/10/41）电参数的影响（l）脉冲宽度的影响。在峰值电流一定的情况下，随着脉冲宽度的减小，电极损耗增大。脉冲宽度越小，电极损耗θ上升的趋势越明显。所以精加工时的电极损耗比粗加工时的电极损耗大。（2）脉冲间隔的影响。在脉冲宽度不变时，随着脉冲间隔的增大，电极损耗增大。随着脉冲间隔的减小，电极损耗减小，但超过一定限度，放电间隙将来不及消电离而造成拉弧烧伤，反而影响正常加工的进行，尤其是粗规准、大电流加工时，更应注意。（3）峰值电流的影响。用紫铜电极加工钢时，随着峰值电流的增加，电极损耗也增加。要降低电极损耗，应减小峰值电流。因此，对一些不适宜用大脉冲宽度进行粗加工且又要求损耗小的工件，应使用小脉冲宽度、低峰值电流的方法。由上可见，脉冲宽度和峰值电流对电极损耗的影响效果是综合性的。只有脉冲宽度和峰值电流保持一定关系，才能实现低损耗加工。2024/10/42）非电参数的影响（1）加工面积的影响。在脉冲宽度和峰值电流一定的条件下，加工面积对电极损耗影响不大。当电极损耗小于1％时，随着加工面积的不断增大，电极损耗减小的趋势越来越慢；反之，随着加工面积的不断减小，电极损耗增加的趋势越来越快。（2)冲油或抽油的影响。对形状复杂、深度较大的型孔或型腔进行加工时，若采用适当的冲油或抽油的方法进行排屑，有助于提高加工速度。但冲油或抽油压力过大反而会加大电极的损耗。当然，不同的电极材料对冲油和抽油的敏感性不同。（3)电极的形状和尺寸的影响。在电极材料、电参数和其他工艺条件完全相同的情况下，电极的形状和尺寸对电极损耗影响也很大，如电极的尖角、棱边、薄片等。2024/10/4（4）加工极性的影响。当峰值电流一定，不论是正极性加工还是负极性加工，随着脉冲宽度的增加，电极的相对损耗都会下降。而在脉冲宽度小于15µs范围内，正极性加工时电极损耗比负极性加工时电极损耗要小。一般情况下，采用石墨电极和铜电极加工钢时，粗加工用负极性加工，精加工用正极性加工。但采用钢电极加工钢时，无论粗加工或精加工都要用负极性加工，否则电极损耗将大大增加。（5)电极材料的影响。电极损耗与电极材料有关，各电极材料电极损耗的大致顺序为银钨合金<铜钨合金<石墨（粗规准）<紫铜<钢<铸铁<黄铜。2024/10/4

3.影响加工精度的主要因素

1）放电间隙的影响放电间隙是随电参数、电极材料、工作液的绝缘性能等因素变化而变化的，从而影响了加工精度。此外，放电间隙的大小对加工的尺寸精度也有影响，尤其是对形状复杂的加工表面，如棱角部位，该处的电场强度分布不均匀，放电间隙越大，这种分布不均匀的影响越严重。

2）加工斜度的影响电极损耗会产生加工斜度

图3-11电火花加工时的加工斜度2024/10/4二次放电是指在已加工表面上，由于电蚀产物的介入，使极间实际距离减少或使极间工作液绝缘性能降低，而再次发生非正常放电现象。加工斜度是不可避免的，但在加工工艺上采取一些措施可使加工斜度减小或利用加工斜度。如加工通孔时，将电极穿过工件达到被加工厚度的1~2倍，可大大减小加工斜度；加工凹模时，将凹模刃口面朝下，直接利用其加工斜度作为凹模刃口的斜度。3）电极形状的影响4）机床热变形的影响（a）（b）图3-12工具电极的尖角效应1—工件；2—工具电极图3-13电火花加工机床热变形2024/10/44.影响加工质量的主要因素1）表面粗糙度的影响电火花加工表面粗糙度随单个脉冲能量的增加而增大。当峰值电流一定时，脉冲宽度越大，单个脉冲的能量越大，放电腐蚀的凹坑也就越大、越深，所以表面粗糙度就越差。在脉冲宽度一定的条件下，随着峰值电流的增加，单个脉冲能量也增加，使得表面粗糙度变差。在一定的脉冲能量下，不同的电极材料表面粗糙度的大小不同，熔点高的电极材料表面粗糙度要比熔点低的电极材料表面粗糙度小。电极表面粗糙度的大小也影响工件的加工表面粗糙度。由于电极的相对运动，工件侧边的表面粗糙度比端面的表面粗糙度小。干净的工作液有利于得到理想的表面粗糙度。2024/10/42）表面变化层的影响图3-14电火花加工表面变化层（1）凝固层。凝固层的组织不同于基体金属，它是一种淬火组织，与内层金属结合不甚牢固，其厚度随脉冲能量的增大而增厚，一般为0.01~0.1mm。（2）热影响层。由于加工材料、加工前热处理状态及加工脉冲参数的不同，使得热影响层的变化也不同。对于淬火钢将产生二次淬火区、高温回火区和低温回火区；对于未淬火钢主要是产生淬火区。

2024/10/43）显微裂纹的影响电火花加工表面由于受高温作用后又迅速冷却而产生残余应力，该残余应力大部分表现为拉应力。脉冲能量对显微裂纹的影响非常明显，能量越大，显微裂纹越宽、越深，且会扩展到热影响区。脉冲能量小，一般不出现显微裂纹。因此，对加工表面质量要求高的工件应尽量避免使用较大的脉冲能量，并注意工件加工前的热处理质量。减少工件表面的残余应力是消除裂纹的有效措施。

4）表面变化层力学性能的影响一般说来，加工表面最外层的硬度比较高，耐磨性好。但对于滚动摩擦，尤其是干摩擦，由于受交变载荷作用，在熔化层和基体结合不牢固处，容易剥落而磨损。电火花加工后的表面由于存在着较大拉应力，甚至存在显微裂纹，其耐疲劳性能比机械加工表面低很多。采用回火处理、喷丸处理等有助于降低拉应力，或使拉应力转变为压应力，从而提高其耐疲劳性能。

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3.1.4电火花穿孔加工1.电火花穿孔加工方法1）直接配合法直接配合法是直接利用适当加长的凸模非刃口端作为电极对凹模进行加工，加工后将损耗的加长部分切除的一种工艺方法。

图3-15直接配合法用这种加工方法可以获得均匀的凸、凹模配合间隙，且能节省制造电极的费用和时间。但该加工方法的加工速度低，易形成不稳定的二次放电。如果将凸模的加长部分改为黏结或焊上电加工性能好的电极材料，并用成形磨削磨出后作为电极，则可以克服上述缺点。2024/10/42）间接配合法间接配合法是将凸模和电极分别制造，但凸模需留有一定修配余量，用制好的电极加工出凹模后，再按凹模的实测尺寸钳工修配凸模，以达到所要求的配合间隙的一种工艺方法。间接配合法的优点是可直接使用电极材料进行加工获得较好的加工性能，加工间隙不受配合间隙的限制，配合间隙可由修配凸模来保证。其缺点是需要两次加工，增加了加工工作量，分别制作电极与凸模难以保证它们的形状完全相同，用凹模尺寸修配凸模时难以保证凸、凹模配合间隙的均匀一致性。因而这种方法只能加工形状较简单的冲模。3）二次电极法二次电极法是用“一次电极”制造“二次电极”，并由此加工出凸、凹模，并保证凸、凹模配合间隙的一种工艺方法。

2024/10/4（1）当凸模加工较困难时，采用一次电极为凸型。

图3-16一次电极为凸型的二次加工法

配合间隙Z/2=δ1－δ2＋δ3

（2）当凹模加工较困难时，采用一次电极为凹型。即用凹型的一次电极加工出两个凸型件，其中一个为凸模，另一个为二次电极，再用二次电极反拷贝加工出凹模。二次电极法较复杂，在普通冲裁模的型孔加工中使用较少，常用于精密冲裁的模具加工。

2024/10/44）阶梯电极法阶梯电极法是将电极制成阶梯状。该加工方法分为粗加工段和精加工段，可分别完成型孔的粗、精加工。(1)无预孔或加工余量较大时，可将电极制成阶梯状，将电极分为两段，即缩小了尺寸的粗加工段和保持凸模尺寸的精加工段。(2)在加工小间隙、无间隙的冷冲模具时，配合间隙小于最小的电火花穿孔加工放电间隙，用凸模作为精加工段是不能实现加工的，可将凸模加长后，再加工或腐蚀成阶梯状，使阶梯的精加工段与凸模有均匀的尺寸差，通过加工规准对放电间隙尺寸的控制，使加工后符合凸、凹模配合的技术要求。图3-17用阶梯电极加工冷冲模

2024/10/42.电火花穿孔加工用电极设计1）电极材料的选择表3-2常用电极材料的性能电极材料电火花加工性能机械磨削加工性能说明加工稳定性电极损耗紫铜好较小较差常用的电极材料，磨削困难石墨尚好较小尚好常用的电极材料，但机械强度差，易崩角铸铁一般中等好常用的电极材料钢较差中等好常用的电极材料，选择电规准时应注意其加工稳定性黄铜好大尚好电极损耗太大铜钨合金好小尚好价格昂贵，多用于深孔、直壁孔、硬质合金的穿孔银钨合金好小尚好价格昂贵，多用于精密冲模或有特殊要求的加工2024/10/42）电极结构形式图3-19组合式电极图3-20镶拼式电极图3-18整体式电极2024/10/43）电极尺寸的确定

（1）电极技术要求的确定。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、凹模配合间隙来决定。②电极的尺寸精度等级应比凹模高一级，一般电极的尺寸精度等级应不低于IT7。③电极的表面粗糙度Ra应在1.25～0.63μm以上，当采用铸铁或铸铜时，其表面不能有砂眼。④电极各表面的平行度，在l00mm长度内不能大于0.01～0.02mm。

（2）电极截面尺寸的确定。电极截面尺寸是根据凹模型孔的截面尺寸均匀地减小一个单面放电间隙δ而得来的，其尺寸公差可取凸模相应尺寸公差的1/3～1/2，表面粗糙度一般取Ra1.6～0.8μm。2024/10/4图3-21电极与凹模的尺寸关系①按凹模尺寸和公差确定电极截面尺寸。电极的截面尺寸可由下式计算a=A±k

δ电（3-1）式中，a为电极的截面尺寸（mm）；A为型腔的名义尺寸（mm）；k为系数，双边尺寸取2，单边尺寸取1，无缩放的取0；δ电为精加工时的放电间隙，也就是电极单边缩放量（mm）。当电极轮廓为凹下时，取“＋”；当电极轮廓为凸起时，取“－”。2024/10/4②按凸模尺寸和公差确定电极截面尺寸。i)凸、凹模的配合间隙等于放电间隙，即δ配＝δ电。此时，电极的截面尺寸与凸模的截面尺寸完全相同。ii)凸、凹模的配合间隙大于放电间隙，即δ配＞δ电。电极的截面尺寸在凸模的四周均匀增大一个（δ配－δ电）值。iii)凸、凹模的配合间隙小于放电间隙，即δ配＜δ电。电极的截面尺寸在凸模的四周均匀缩小一个（δ电－δ配）值。图3-22按凸模均匀增大的电极图图3-23按凸模均匀减小的电极图2024/10/4（3）电极长度尺寸的确定。L=KH＋H1＋(0.4～0.8)(n－1)KH

＋H2（3-2）式中，L为电极长度（mm）；

H为凹模加工的厚度（mm）；H1为加工起点与工件表面最高点之间的距离(mm）；H2为电极装夹所需长度（mm）；n为电极重复使用的次数；图3-24电极长度计算说明图K的经验数据如下：紫铜2.0～2.5，黄铜3.0～3.5，石墨1.7～2.0，钢3.0～3.5，铸铁2.5～3.0。此外应根据其他条件适当增、减K值，当工件材料熔点低时，应减小K值；当工件材料熔点高时，应增大K值；当型孔几何形状简单时，应减小K值；当型孔几何形状复杂时，应增大K值。2024/10/4（4）阶梯电极尺寸的确定阶梯部分的截面尺寸由下式计算d2=d1－2f

（3-3）式中，d2为阶梯部分横截面直径（mm）；d1为原有电极横截面直径（mm）；f为阶梯部分单面缩小量（mm），通常取0.08~0.15mm。阶梯部分长度由下式计算L2＝τh

（3-4）式中，L2为阶梯部分长度（mm）；τ为电极长度损耗系数，当电极材料为铸铁和纯铜时，τ取1.1～1.5，当电极材料为钢和黄铜时，τ取1.2～1.6；对形状简单的电极，τ值可取小些，当加工硬质合金模具时τ值取大些；h为型孔厚度（mm）。

图3-25阶梯电极尺寸确定2024/10/43.工件的准备1)工件的预加工工件型孔进行预加工，并留适当的加工余量，加工余量的大小应能补偿电火花穿孔加工的定位，找正误差及机械加工误差。若加工余量太大，则应增加工时；若加工余量过小，则不易定位找正，甚至使工件加工不出所需的表面粗糙度。一般单边加工余量取0.15~0.3mm，并力求均匀，对形状复杂的型孔，要适当增大加工余量。2)热处理工件型孔预加工及螺孔、销孔加工出来后，应按技术要求进行热处理。电火花穿孔加工应在热处理后进行，以避免热处理变形的影响。3)磨光、除锈、退磁为消除热处理的变形，磨光工件上、下两平面后，再磨基准面，并对工件进行除锈、退磁。

2024/10/44.电规准的选择与转换从一个电规准转换到另一个电规准称为电规准的转换。电规准按其加工所得到的表面粗糙度及间隙大小可分为粗规准、中规准、精规准。1）粗规准粗规准的表面粗糙度Ra小于12.5μm，具有加工速度快的特点，主要用于粗加工，以去除大部分的加工余量。如钢电极加工钢工件的脉冲宽度为20~60μs，电极损耗低于10%，表面粗糙度Ra≥6.3μm，加工速度为50～100mm3/min。

2）中规准中规准是粗规准转换为精规准的过渡规准，用以减小精加工余量，促进加工稳定和提高加工速度。中规准采用的脉冲宽度为6~20μs，表面粗糙度Ra为6.3~3.2μm。

3）精规准精规准是达到加工中各项技术指标，如配合间隙、刃口斜度、表面粗糙度等的主要规准。精规准采用的脉冲宽度为2~6μs，表面粗糙度Ra为1.6~0.8μm，加工速度为7~10mm3/min。2024/10/4根据粗、精加工要求，并考虑加工中提高加工速度和改善表面质量的关系，在选择精规准时，应根据不同的加工要求合理选用。如型孔的表面粗糙度低、精度高、斜度小，因此，精规准应选得小些；型孔形状复杂、有尖角，因此，精规准也应选得小些。电规准的转换程序是先用粗规准加工到刃口处或将阶梯电极的台阶进给到刃口部分，就转换成中规准加工，加工1~2mm后，再转换成精规准加工。在转换规准时，其他条件也应配合。如精规准加工时，随着加工深度增加，加工间隙减小，使排屑困难，因此，要求增大冲油压力；电极快要穿透工件时，冲油压力要适当降低；加工斜度很小的和精度高的型孔时，排屑方式要改冲油为抽油，还可采用超声波振动方法排屑。2024/10/4

1.电火花型腔加工方法1）单电极直接成型法单电极直接成型法是指用一个电极加工出所需型腔。它可以直接加工形状简单、精度要求不高的型腔。为了提高加工效率，型腔在电火花型腔加工前应先采取机械切削加工方法进行预加工，留出加工余量，待型腔淬火后用一个电极进行精加工。留出的加工余量要均匀，要适当。一般情况下，电极侧面单边加工余量留0.1~0.5mm，底面加工余量留0.2~0.7mm。对于多台阶复杂型腔的加工余量需适当减小。

3.1.5电火花型腔加工2024/10/4图3-26平动加工的优点2）单电极平动法和摇动加工法单电极平动法在电火花型腔加工中应用最为广泛。它是指用一个电极完成型腔的粗规准、中规准、精规准加工。首先采用低损耗、高生产率的粗规准进行加工，然后利用平动头作平面小圆周运动，按照粗规准、中规准、精规准的顺序逐级改变电规准。与此同时，依次加大电极的平动量，以补偿前、后两个电规准之间型腔侧面放电间隙差和表面微观不平度差，实现型腔侧面仿形修光，完成整个型腔的加工。用单电极平动法的最大优点是只需一个电极，一次装夹、定位，便可达到±0.05mm的加工精度，并方便了电蚀产物的排除，使加工过程稳定。其缺点是难以获得高精度的型腔，特别是难以加工出清棱、清角的型腔。2024/10/4采用数控电火花型腔加工机床时，可利用工作台按一定轨迹做微量移动来修光侧面，为区别于夹持在主轴头上的平动头的运动，通常将其称为摇动。由于摇动轨迹是靠数控系统产生的，所以其具有更灵活多样的模式，除了小圆运动轨迹外，还有方形、十字形运动轨迹，因此，更适应复杂形状侧面修光的需要，尤其可以做到尖角处的“清根”，这是一般平动头无法做到的。

复杂曲面侧向孔坐标孔分度槽（a）基本摇动模式（b）锥变摇动模式螺旋面（c）数控联动加工实例2024/10/43）多电极更换法采用多个电极依次更换加工同一型腔，如图3-28所示。每个电极加工时必须把上一规准的放电痕迹去掉。一般用两个电极进行粗、精加工就可满足要求。当型腔的精度和表面质量要求很高时，可采用三个或更多个电极进行加工，但要求多个电极的一致性好、制造精度高。另外，更换电极时要求定位、装夹精度高，因此，一般只用于加工精度高、表面粗糙度小、棱角清晰的型腔。图3-28多电极更换法1—粗加工后的型腔；2—精加工后的型腔；3—精加工后的型腔；4—模块2024/10/44）分解电极法根据型腔的几何形状，把电极分解为主型腔电极和副型腔电极分别制造，分别使用。主型腔电极一般完成去除量大、形状简单的主型腔加工，如图3-29（a）所示，副型腔电极一般完成去除量小、形状复杂（如尖角、窄槽、花纹等）的副型腔加工，如图3-29（b）所示。（a）主型腔加工（b）副型腔加工图3-29分解电极法这种加工方法的优点是可以根据主、副型腔不同的加工条件，选择不同的电规准，有利于提高加工速度和改善加工表面质量，同时还可以简化电极制造，便于修整电极。其缺点是更换电极时主、副型腔电极之间要求有精确的定位。

2024/10/45）创成加工法创成加工法是指用简单形状的电极来完成型腔的加工。创成加工法的基本原理是用简单形状的圆柱形电极（相当于铣床的铣刀）对工件进行成形加工。加工时，电极按照数控程序给出的轨迹移动，对工件进行“铣削”加工，如图3-30所示。电极运动轨迹工件电极图3-30创成加工法创成加工法的最大特点是省略了复杂的电极加工，大大缩短了模具制造周期。同时，加工时由于放电面积很小，因而加工稳定性好。2024/10/42.电火花型腔加工用电极设计1）电极材料的选择常用的电极材料是紫铜和石墨。紫铜电极常用于形状复杂，轮廓清晰，精度要求高的型腔加工。而石墨电极则适用于大、中型模具的型腔加工。铜钨合金和银钨合金是较理想的电极材料，但其成形性能差，价格贵，只有在特殊情况下才会使用。表3-3紫铜电极和石墨电极加工工艺比较比较项目紫铜电极石墨电极对型腔预加工要求可采用预加工，缩短粗加工时间一般不需要预加工（电源容量较大时）电规准选择采用更大的脉冲宽度和较低的峰值电流作为粗规准加工，其中，加工电流和脉冲间隔不能太大采用较大的脉冲宽度和较高的峰值电流的低损耗粗规准加工可以达到很高的加工速度排屑方法不采用电极冲油方式，粗加工用排气孔，精加工用平动头、自动抬刀等方法改善排屑方式（冲油时，电极损耗增大）尽可能采用电极冲油方式，必要时也可采用其他排屑方式2024/10/42）电极结构的选择（1）整体式电极。整体式电极适用于型腔大小和复杂程度均为一般的加工，它分为无固定板的整体式电极和有固定板的整体式电极两种结构形式，如图3-31所示。无固定板的整体式电极多用于型腔尺寸较小，形状简单，只有单孔冲油或排气的情况；有固定板的整体式电极用于型腔尺寸较大，形状较复杂，采用多孔冲油或排气的情况。

（a）无固定板的整体式电极（b）有固定板的整体式电极图3-31整体式电极的结构形式1—冲油孔；2—石墨电极；3—电极固定板2024/10/4（a）压制时的施压方向（b）不合理镶拼（c）合理镶拼图3-32石墨电极的方向性与镶拼法（2）组合式电极。组合式电极适用于一模多腔的情况。采用组合式电极加工，可提高加工速度，简化了各型腔之间的定位，保证定位精度。（3）镶拼式电极。当电极尺寸较大，单块坯料不够，或形状复杂，分块便于加工时采用镶拼式电极。镶拼式电极可以采用机械紧固或黏结剂黏合。石墨电极镶拼时，必须注意石墨的方向性和石墨牌号，镶拼的各块材料必须是同一牌号的石墨，石墨压制时的施压方向与电火花型腔加工时的进给方向垂直，如图3-32所示，因为不同牌号的石墨及石墨的不同方向其损耗速度是不一样的。2024/10/43）电极尺寸的确定（1）电极水平方向尺寸的确定。电极的水平方向尺寸也称为电极横截面尺寸。当使用多电极更换法和分解电极法加工型腔时，电极水平方向尺寸的确定方法与穿孔横截面尺寸的确定方法相同，当使用单电极平动法加工时，还要考虑平动头侧面修光时单边偏心量的影响。电极水平尺寸可由下式计算

a=A±Kb

式中，a为电极的截面尺寸(mm)；A为型腔的名义尺寸(mm)；b为电极的单边缩放量（mm），可由下式计算b=δj+δ0－rj

式中，δj为精加工最后一档规准的单面放电间隙(mm)，通常是指表面粗糙度Ra<0.8μm的δj值，一般为0.02~0.03mm；δ0为精加工时的平动量(mm)，一般取0.5~0.6mm；

rj为精加工（平动）时电极的侧面损耗（单边）(mm)，一般不超过0.1mm。2024/10/4（2）电极垂直方向尺寸的确定。电极的垂直方向尺寸是指电极在平行于主轴轴线方向的剖面尺寸，如图3-33所示，可由下式计算

H=H1＋H2＋H3

H1=h1＋θ1h1＋θ2h2－δj

式中，H为除装夹部分以外的电极总高度（mm）；H1为电极加工一个型腔的有效高度（mm）；H2为加工起点与工件表面最高点之间的距离(mm)；H3为加工结束时，为避免电极固定板和模板相碰以及同一电极能多次使用等因素而增加的高度(mm)，一般取5~20mm；h1为型腔垂直方向高度（mm）；θ1为粗规准加工时，电极端面的相对损耗率，其值小于1%，适用于未预加工的型腔；θ2为中、精规准加工时，电极端面相对损耗率，其值为20%~25%；h2为中、精规准加工时，电极端面总的进给量(mm)。图3-33电极垂直方向尺寸的确定2024/10/44）排气孔和冲油孔的设计为了防止排屑、排气不畅对加工稳定性、加工速度和加工质量的不利影响，应在排屑、排气较为困难的拐角和窄缝处开设冲油孔，而在蚀除面积较大以及电极端部有凹下的部位开设排气孔，如图3-34所示。

(a)设计冲油孔的电极(b)设计排气孔的电极图3-34设冲油孔和排气孔的电极用单电极平动法加工时，冲油孔和排气孔的直径约为平动量的1~2倍，一般为1~2mm。为了方便排屑、排气和便于钻孔加工，通常把冲油孔和排气孔的上端孔径加大到5~8mm，孔距设为20~40mm，以不存在蚀除物堆积为宜。孔要适当错开，以免加工表面产生波纹。对于形状复杂、细小的精密型腔，一般不允许在电极上开孔，加工时可采用抬起电极和侧面冲油来解决排屑、排气问题。2024/10/43.工件准备电火花型腔加工的工件准备主要考虑工件的预加工和热处理工序的安排。工件预加工后则可进行热处理淬火，这样可避免热处理变形对电火花型腔加工后的影响。但电火花型腔加工去掉了一层淬火层，影响热处理质量，并使钳工抛光困难。有些型腔模，如压铸模、塑料模、锻模等的电火花型腔加工安排在热处理前进行。这样，钳工抛光比较容易，最后淬火时的淬透性也比较好。但是，热处理变形无法消除。生产中要根据型腔模具的要求，工件材料热处理的变形情况等具体条件，合理地安排热处理工序。2024/10/44.电规准的选择、转换和平动量的分配1)电规准的选择（1）粗规准。粗规准加工时应优先考虑采用宽的脉冲宽度(大于400μs)，选择合适的峰值电流，并应注意加工面积与加工电流之间的配比关系。通常用石墨电极加工钢时，最高电流密度为3~5A/cm2，而用紫铜电极加工钢时，最高电流密度可稍大些。（2）中规准。中规准和粗规准之间没有明显的界限，中规准选用的脉冲宽度为20~400μs，峰值电流为10~25A。加工小孔窄缝等型腔时，可直接用中规准加工成型。（3）精规准。精规准是在中规准加工的基础上进行加工的，精加工去除的加工余量很少，单边加工余量不超过0.1~0.2mm。精规准的表面粗糙度Ra<2.5μm，通常都选用脉冲宽度为2~20μs，峰值电流小于10A的小规准进行加工。精加工时电极的相对损耗为10%~25%，但由于精加工余量很小，电极的绝对损耗不大，不会对加工精度造成很大的影响。精加工的脉冲放电间隙约为0.01~0.02mm。为保持加工稳定性，通常应使用大于2μs的脉冲间隔。

2024/10/42）电规准转换和平动量的分配当加工出来的型腔轮廓尺寸的加工余量约1mm时，就应进行电规准的转换。电规准转换的挡数，必须根据具体情况而定，对尺寸小、形状简单的浅型腔加工，电规准转换挡数可少些；对尺寸大、形状复杂的深型腔加工，电规准转换挡数要多一些。粗规准加工时，一般选能达到粗加工要求的粗规准中的某一档；中规准加工时，选2~4档；精规准加工时，选2~4档。电规准转换的原则是每档电规准加工的凹坑底部与上一档电规准加工的凹坑底部一样平，即加工表面刚好达到应达到的表面粗糙度时就应该及时转换电规准。平动量的计算，如图3-35所示。其计算公式为平动量=粗加工放电间隙+电极损耗－精加工放电间隙。

图3-35平动量的计算2024/10/4平动量的分配是单电极平动加工方法的关键。由于粗规准、中规准、精规准产生的放电凹坑不同，因而电极的平动量不能按每档电规准平均分配。一般中规准加工的平动量为总平动量的75%~80%，端面进给量为端面加工余量的75%~80%，中规准加工后，型腔基本成形，只留很少的加工余量供精规准修光。考虑到电极损耗，平动头及主轴运动的误差，必须在中规准最后一档加工完毕后，实测型腔尺寸，用改变平动量的大小来补偿电极损耗及其他误差，以得到较高的尺寸精度。

2024/10/43.1.6电极制造目前常用的电极制造方法有普通机械加工、数控加工、电火花线切割加工、塑性加工（挤压加工）、电铸及其他加工方法。穿孔电极除采用普通的机械加工和数控加工方法外，还广泛采用成形磨削的方法进行精密加工。成形磨削的电极是与凸模用黏结剂黏结在一起同时磨削的，也可以用锡焊将电极与凸模连接在一起。多型孔穿孔电极，可采用数控加工方法制造，也可按组合式电极制造。组合式电极的固定方法有焊接、铆接、螺钉连接和低熔点金属浇注等。有些电极形状较为复杂，可采用数控加工方法制造，也可按镶拼式电极制造。当机械加工难于胜任时，还可以采用电火花线切割加工制造。阶梯电极的小端也可以采用成形磨削，但大多数情况下都采用腐蚀的方法。下面介绍几种电极材料的制造方法。

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1.石墨电极加工石墨电极的制造基本上都采用切削加工和成形磨削。由于石墨性脆，机械加工时容易产生粉尘，因此，在加工前要先在煤油中浸泡若干天。石墨电极还可以压力振动的方法加工。无论是整体式电极还是镶拼式电极，都应使压制时的施压方向与加工时的进给方向垂直。此外，各拼块的材料应选用同一牌号的石墨。2.铜电极加工铜属软金属材料，加工时易变形，加工的电极表面粗糙度较差。切削加工时要以肥皂水作为工作液，同时，进刀量要尽可能小。铜电极的磨削特别困难，非常容易堵塞砂轮，磨削时砂轮粒度不能太细，还要加磨削液，同时采用低转速磨削，砂轮进给量要小。紫铜电极可以用锻造或放电压力成形法制造。3.铜钨合金、银钨合金电极加工铜钨合金、银钨合金是采用高温烧结而成的。制造时宜选用硬质合金刀具进行切削加工。由于磨削加工时容易堵塞砂轮，因而选择的砂轮粒度不能太细，宜选用白刚玉砂轮。2024/10/4表3-4常用电极的机械加工工艺序号工序加工内容及技术要求1铣

(或刨)或车铣(或刨)六方，按外形尺寸留1～2mm的加工余量。若是圆柱体，就用车削加工2平磨磨削六个面并对角尺3划线钳工按图划线4普通铣或数控铣按图加工，留成形磨削余量0.2～0.6mm5钳工钻、攻装夹螺孔，大电极加工减重孔6热处理采用钢电极时，按图样要求淬火7胶合采用铸铁电极时，与凸模胶合或焊接在一起8成形磨削或仿形刨加工对于铸铁或钢制电极，可用成形磨削加工成形；而对于铜电极，不能用成形磨削加工，可将其夹在仿形刨床的工作台上进行仿刨成形。9退磁处理退磁处理10化学腐蚀或电镀阶梯电极或加工小间隙模具时采用化学腐蚀，加工大间隙模具时采用电镀11钳工修整对电极的精修成形2024/10/4

3.1.7电火花加工工艺实例1.电火花穿孔加工工艺实例电机转子凹模型孔电火花穿孔加工工艺实例见表3-5。（a）工件图（b）电极（冲头）及定位心轴

技术要求：材料CrWMn；55~60HRC；凸、凹模配合间隙0.04~0.06mm

2024/10/42.电火花型腔加工工艺实例塑料叶轮注塑模型腔电火花型腔加工工艺实例见表3-6。

叶轮电极（材料：紫铜)2.电火花型腔加工工艺实例2024/10/43.2.1电火花线切割加工的原理、特点、分类及应用1.电火花线切割加工的原理电火花线切割加工技术是电火花加工技术的特例，是一种线电极电火花加工技术。如图3-36所示为电火花线切割机床加工的工作原理图。图3-36电火花线切割机床加工的工作原理图

3.2电火花线切割加工2024/10/4电火花线切割机床采用钼丝或黄铜丝作为电极丝。被切割的工件作为工件电极，连续移动的电极丝作为电极。脉冲电源发出连续的高频脉冲电压，加到工件电极和电极上，同时在电极丝与工件之间注有足够的、具有一定绝缘性能的工作液，当电极丝与工件间的距离小到一定程度时（通常认为电极丝与工件之间的放电间隙δ电=0.01mm左右），工作液介质被击穿，电极丝与工件之间形成瞬时电火花放电，产生瞬间高温，产生大量的热，使工件表面的金属局部熔化甚至汽化，再加上工作液体介质的冲洗作用，使得金属被蚀除下来。这就是电火花线切割金属的加工原理。从上面的工作原理可以看出，电火花线切割加工必须具备以下三个条件：（1）合适的电规准参数。（2）一定绝缘性能的工作液。（3）满足要求的运动，即电极丝做走丝运动，工作台做进给运动。

2024/10/4电火花线切割加工的主要部件可分别完成如下功能：（1）输入输出设备。输入输出设备可向数控系统输送加工指令或将数控系统的运算指令输送到执行机构或操作面板上。（2）数控装置。数控装置可接受输入指令，进行数据处理（译码及间隙补偿）与运算（插补运算），对进给运动进行伺服控制及其他辅助控制。（3）储丝走丝部件。储丝走丝部件可控制电极丝以一定的张力和平稳的速度进行走丝，并保证电极丝不重叠地、整齐地排列在储丝筒上，减少电极丝的损耗。（4）纵横向进给机构。纵横向进给机构可按照数控系统的指令要求，使上、下工作台在各自伺服机构的驱动下带动工作台做纵向、横向进给运动，以实现要求的加工轨迹。（5）工作液循环系统。电火花线切割加工的两个电极必须处于绝缘的液体中。工作液循环系统创造电火花线切割加工所需的环境并及时地带走加工热量及从工件上剥离下来的金属颗粒。（6）脉冲电源。脉冲电源可提供一定脉宽的一系列矩形脉冲。2024/10/4

2.电火花线切割加工的特点（1）电火花线切割加工采用一根很细的金属丝作为电极，因此，加工工件时不需要再制作相应的电极，从而大大降低了由于制作电极所需的工作量，节约了贵重的有色金属。（2）在电火花线切割加工时，由于电极丝的连续移动，使新的电极丝不断地补充和替换在电蚀加工区受到损耗的电极丝，避免了电极损耗对加工精度的影响。（3）利用电火花线切割可以加工出精密细小、形状复杂的工件。例如，通过电火花线切割可加工出0.05~0.07mm的窄缝和圆角半径小于0.03mm的锐角等。（4）电火花线切割加工零件的精度可达±0.01~±0.005mm，表面粗糙度Ra可达1.6~0.4μm。（5）在电火花线切割加工时，一般采用一个电规准一次加工完成，中途不需要转换电规准。（6）一般不需要对被加工工件进行预加工，只需在工件上加工出穿电极丝的穿丝孔即可。（7）在电火花线切割加工的切缝宽度与凸、凹模配合间隙相当时，有可能一次切出凸、凹模来。2024/10/43.电火花线切割加工的分类1）根据工作台纵横向运动的控制方式分（1）靠模仿形加工。

（2）光电跟踪加工。

（3）数字程序控制加工。

2）根据电极丝的运行速度分（1）高速走丝机床加工。高速走丝机床加工的电极丝做高速往复运动，一般走丝速度为8~10m/s，这是我国生产和使用主要的，也是我国独创的电火花线切割加工模式。（2）低速走丝机床加工。低速走丝机床加工的电极丝做低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s，这是国外生产和使用的主要加工模式。

2024/10/44.电火花线切割加工的应用加工冷冲模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，塑料模的模套、固定板及拼块，以及粉末冶金模、硬质合金模、拉深模、挤压模等各种结构类型模具中的部分零件，也可对模具零件中的微型孔槽、窄缝、任意曲线等进行微细加工。还可加工金属电极和各种模板及样板等。2024/10/43.2.2影响电火花线切割加工的主要工艺指标和因素1.影响电火花线切割加工的主要工艺指标1）切割速度

通常高速走丝线切割速度为40~80mm2/min，它与加工电流大小有关，为比较不同输出电流脉冲电源的切割效果，将每安培电流的切割速度称为切割效率，一般切割效率为20mm2/（min·A）。

2）表面粗糙度高速走丝线切割的表面粗糙度Ra一般可达到5~2.5μm，最佳可达到1μm。低速走丝线切割的表面粗糙度Ra一般可达到1.25μm，最佳可达到0.2μm。3）电极丝损耗量一般每切割10000mm2后，钼丝直径的减小量不应大于0.01mm。

4）加工精度高速走丝线切割的可控加工精度在0.01~0.02mm左右，低速走丝线切割的可控加工精度在0.002~0.005mm左右。2024/10/42.影响电火花线切割加工的主要工艺因素1）脉冲宽度脉冲宽度越宽，单个脉冲的能量就越大，切割效率也越高。由于放电间隔较大，因而加工较稳定，但表面粗糙度差。工件越厚，脉冲宽度应酌情增大，为保证一定的表面粗糙度要求，原则上应以机床走步均匀和不短路为宜。在实际加工过程中，脉冲宽度与加工表面粗糙度的关系见表3-7。表3-7脉冲宽度与表面粗糙度的关系脉冲宽度ti/μs5102040表面粗糙度Ra/μm2.02.53.24.0脉冲宽度ti增大能提高加工速度，但同时会增大表面粗糙度。一般ti=2~60μs内，当ti>40μs后，加工速度提高不多，但电极丝损耗却在增大。2024/10/42）脉冲间隔脉冲间隔大小与表面粗糙度无关，但与平均电流有很大的关系，平均电流大小又与加工效率成正比，因此，在一定的脉冲宽度和一定功放管输出数量的前提下，脉冲间隔越小，加工效率越高，但稳定性就越差；反之，脉冲间隔越大，加工效率越低，稳定性越好。在实际加工过程中，脉冲间隔与的被加工工件厚度关系见表3-8。表3-8脉冲间隔与工件厚度的关系脉冲间隔t0/μs5791115被加工工件厚度h/mm10~40506070≥80在表3-8中脉冲间隔与被加工工件的厚度呈正比。脉冲间隔的选择开关最小时为1，最大时为15。2024/10/43）脉冲峰值电压电火花线切割加工电压幅值常在60~120V之间进行选择。由于机型不同，因而所选择电压幅值也有差别，控制档位也有所不同，一般可通过档位可调的波段开关来控制脉冲峰值电压。4）脉冲峰值电流脉冲峰值电流是决定单脉冲能量大小的主要因素之一。当电流幅值增大时，切割速度提高，表面粗糙度变差，电极丝损耗增大甚至断丝。一般加工电流幅值小于40A，平均电流小于5A。2024/10/45）脉冲放电波形脉冲放电波形的前沿和后沿以陡些为好。如图3-37所示，如果脉冲前沿不陡，则汽化爆炸力不强，使金属蚀除量少，且击穿点早晚不统一，单个脉冲放电能量有差别，使表面粗糙度不均匀，前沿和后沿不陡，会限制脉冲频率的提高；必须指出，前沿和后沿太陡，会加快电极丝损耗。总之，在相同的工艺条件下，高频分组脉冲常常能获得较好的加工效果。电流波形的前沿上升比较缓慢时，电极丝损耗较少。不过当脉宽很窄时，必须有陡的前沿才能进行有效的加工。图3-37脉冲放电波形

2024/10/46）极性电火花线切割加工因脉宽较窄，所以都用正极性加工，工件接电源的正极，电极丝接电源负极。否则切割速度变低而导致电极丝损耗增大。7）工作台进给速度调节预置进给速度的原则是应紧密跟踪工件蚀除速度，以保持加工间隙恒定在最佳值上。这样可使有效放电状态的比例增大，使开路和短路的比例减小，使切割速度达到给定加工条件下的最大值，相应的加工精度和表面质量也会变好。应按电压表、电流表调节进给旋钮，使表针稳定不动，此时进给速度均匀、平稳，是电火花线切割加工速度和表面粗糙度的最佳状态。

2024/10/48）电极丝材料的种类、名称和规格高速走丝机床的电极丝主要有钼丝、钨丝和钨钼丝。常用钼丝的规格为φ0.10~φ0.18mm，当需要切割较小的圆角或缝槽时也用φ0.06mm的钼丝。钨丝耐腐蚀，抗拉强度高，但脆而不耐弯曲，且因价格昂贵仅在特殊情况下使用。低速走丝机床一般用黄铜丝作为电极丝。为了提高切割性能，国内外都研制电火花线切割机床专用的铜电极丝，有的是内为黄铜丝和外镀熔点较低的锌或锌合金，在电火花放电时有较大的汽化爆炸力，使切割速度较高，其规格为φ0.10~φ0.30mm。同样在切割细微缝槽或要求圆角较小时，应采用钨丝或钼丝，其规格为φ0.03~φ0.06mm。表3-9常用电极丝材料的性能指标电极丝材料适用温度/°C伸长率（％）抗张力/MPa熔点/°C电阻率/(Ω·cm）备注长期短期钨W2000250001200~140034000.0612较脆钼Mo200023003070026000.0472较韧钨钼W50Mo20002400151000~110030000.0532脆韧适中2024/10/49）工件厚度及材质工件材料薄，工作液容易进入并充满放电间隙，对排屑和消电离有利，加工稳定性好。但工件太薄，放电脉冲率和切割效率偏低，且电极丝易产生抖动，对加工精度和表面粗糙度不利。工件材料厚，工作液难于进入和充满放电间隙，加工稳定性差，但由于电极丝不易抖动，因而使得加工精度较高，表面粗糙度较小。如图3-38所示为工件厚度与切割速度的关系。图3-38工件厚度与切割速度的关系2024/10/410）工作液常用的工作液有煤油、去离子水、蒸馏水、洗涤剂、酒精溶液、乳化液等。这些工作液通常具有一定的绝缘性能、较好的洗涤性能、较好的冷却性能和对环境无污染的性能。采用快速走丝方式、矩形波脉冲电源时，工作液具有下面的结论：（1）煤油工作液切割速度低，但不易断丝。（2）自来水、去离子水、蒸馏水等水类工作液，对放电间隙冷却效果较好，特别是在工件较厚的情况下，冷却效果更好。然而采用水类工作液时，切割速度低，易断丝。此外，水类工作液洗涤性能差，不利于放电产物的排除，放电间隙状态差，故加工表面黑脏，加工速度低。（3）水中加入少量洗涤剂、皂片等，切割速度就可能成倍增长。（4）乳化液比非乳化液的切割速度高。总之，工艺条件相同时，改变工作液的种类或浓度，就会对加工效果发生较大影响。

2024/10/43.2.3电火花数控线切割机床的型号及主要技术参数1.电火花数控线切割机床的型号我国机床型号的编制是根据GB/T16768-1997《金属切削机床型号编制方法》的规定进行的，机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，分别表示机床的类别、组别、结构特性和基本参数。基本参数代号（工作台横向行程250mm）型别代号（7为高速走丝机床，6为慢速走丝机床）组别代号（电火花加工机床）机床特性代号（数控）机床类别代号（电加工机床）DK77252.电火花数控线切割机床的主要技术参数主要技术参数包括工作台行程(横向行程×纵向行程)、切割工件最大厚度、表面粗糙度、加工精度、切割速度以及数控系统的控制功能等。国家已颁布的电火花线切割机床参数标准（GB/T7925—2005）见表3-10。

2024/10/43.2.4电火花数控线切割程序编制1.电火花数控线切割机床控制系统（1）轨迹控制功能。轨迹控制是指电火花数控线切割机床控制系统根据指令要求反复做插补运算，不断地生成纵横向工作台的运动指令，精确地控制工件相对于电极丝的运动轨迹，以获得工件的形状和尺寸。（2）加工控制功能。加工控制主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统以及其他的机床操作控制等。其中伺服进给速度的控制实际上是控制电极与工件之间的平均电火花放电间隙，使之稳定在某一个常数，即使电极的进给速度与工件材料的电火花蚀除速度相平衡。图3-39电火花数控线切割机床控制系统的工作流程2024/10/42.电火花数控线切割机床的编程电火花数控线切割机床控制系统是按照人的“指令”，即程序去控制机床加工的。因此，必须事先把要切割的图形，用机器所能接受的“语言”编排好“指令”。这项工作称为电火花数控线切割编程，简称为编程。编程方法分手工编程和自动编程。手工编程是电火花线切割工作者的基本功，它能使电火花线切割工作者比较清楚地了解编程过程并读懂电火花线切割程序。但手工编程的计算工作比较复杂。其程序格式有3B格式、4B格式、5B格式、ISO（国际标准化组织）格式和EIA（美国电子工业协会）格式等。目前高速走丝机床一般采用3B格式，慢速走丝机床多采用4B格式、ISO格式和EIA格式。1）3B格式编程（1）计算坐标系。计算坐标系是针对工件整个几何图形建立的坐标系，通常选工件的对称轴为计算坐标轴，确定工件几何图形上的拐点、直线或圆弧的起点与终点，圆弧与圆弧或直线与圆弧的切点，圆弧中心等在计算坐标系中的坐标值。

2024/10/4图3-40凸模计算坐标系的建立（2）切割坐标系。切割坐标系是针对单个的直线或圆弧建立的坐标系。对于直线是将切割坐标系的坐标原点取在直线的切割起点上，坐标轴的方向通常与计算坐标轴平行而建立坐标系；对于圆弧是将切割坐标系的坐标原点取在圆弧的圆心上，坐标轴的方向通常与计算坐标轴平行。3B格式编程时，通常是针对单段的直线或曲线编程，即是在各曲线的切割坐标系中编程，因此，通常要将计算坐标中各点的坐标值转换成各曲线相应的切割坐标系中的坐标值。例如，如图3-40中的直线AB，假设切割起点是A，则以A为坐标原点，平行于原计算坐标系而建立切割坐标系。2024/10/4电火花数控线切割加工是基于逐点比较法的原理进行的，如图3-41所示。(a)加工斜线(b）加工圆弧图3-41逐点比较法加工原理图逐点比较法就是在加工过程中，工作台每进给一步，都要比较一下加工点位置与规定图形的位置（实际上是将加工点的坐标值与规定图形的方程进行比较），一步一步的逼近加工图形，以达到加工要求的一种加工控制方法。2024/10/4加工斜线或加工圆弧的加工原理图中可以看出，拖板每走一步都要完成如图3-42所示的四个工作节拍。图3-42工作节拍框图（1）偏差判别。判别加工点与规定图形的位置，如判别圆弧加工点是在圆内还是圆外，以决定工作台是向X方向进给一步还是向Y方向进给一步。（2）拖板进给。根据判别的结果，控制工作台沿X方向或Y方向进给一步，使加工点向规定图形靠拢。2024/10/4（3）偏差计算。电火花数控线切割控制系统计算进给后加工点的位置（坐标值）与规定图形（图形方程）之间的偏差，以作为工作台下一步进给方向的判别依据。（4）终点判断。电火花数控线切割控制系统完成偏差计算后，还应判断是否已加工到图形的终点，若加工点已到终点，则停止加工；若加工点未到终点，则应再次进入偏差判别等工作节拍，直至加工到图形终点为止。终点判断实际上是用来自动控制工件图形的加工长度。而加工长度的控制是通过控制加工图形在X、Y轴上的投影长度来实现的，该投影长度就是工作台在X方向或Y方向的进给总长度，也称为计数长度。选取工作台在X方向的进给长度来计数时称为计X，即计数方向为X方向，用GX表示；选取工作台在Y方向的进给长度来计数时称为计Y，即计数方向为Y方向，用GY表示。计数方向的选取应以最后一个加工点是否能达到图形终点为标准，否则会产生加工偏差。对任何一条曲线（斜线、圆弧），应取其在坐标轴上投影最长的那一坐标方向为计数方向。2024/10/4加工斜线时，应以斜线切割起点作为坐标原点并建立切割坐标系，其计数方向由斜线在坐标系中45°斜线所划分的区域来确定。如图3-43（a）所示。加工圆弧时，应以圆弧圆心为坐标原点并建立切割坐标系，其计数方向由圆弧终点坐标在坐标系中45°斜线所划分的区域来确定，如图3-43（b）所示。（a）加工斜线（b）加工圆弧图3-43加工斜线和圆弧时计数方向的确定2024/10/4表3-11我国目前采用的3B程序格式BXBYBJGZD分隔符号X坐标值分隔符号Y坐标值分隔符号计数长度计数方向加工指令停机码（1）分隔符号B。分隔符号将X、Y、J三项数码分开，以免执行指令时混淆。（2）坐标值（X，Y）。加工线路的起点或终点坐标值单位为μm。为简化数控装置，规定只能输入坐标的绝对值。加工斜线（直线）时取加工的起始切割点为坐标系的原点，X、Y为斜线（直线）终点坐标值，当X或Y的坐标值为0时，可以不写，但必须保留分隔符号；加工圆弧时取圆心为坐标系的原点，X、Y为圆弧切割起点的坐标值。坐标值（X，Y）允许按相同的比例放大或缩小。（3）计数长度J。计数长度是指被加工图形在计数方向上的投影长度（取绝对值）的总和，其单位为μm。对于计数长度不足六位的，应写成六位(近年生产的线切割机，由于数控功能较强，也可不必补足六位，只写有效位数即可）。

2024/10/4（a）加工直线时加工指令的范围（b）加工圆弧时加工指令的范围图