项目四-模具的特种加工

1、项目四 模具零件特种加工,转轴型腔滑块零件技术要求：材料：H13（4Cr5MoSiV1）；热处理：4852HRC；成形型腔表面粗糙度Ra0.2，分型面表面粗糙度Ra0.2，其余表面粗糙度Ra1.6。,将有别于传统机械加工的新加工方法从广义上定义为特种加工(NTM，Non-Traditional Machining)，也被称为非传统加工技术，其加工原理是将电、热、光、声、化学等能量或其组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除。,前苏联科学家拉扎连柯夫妇,表1-1 常用特种加工方法的分类,教学要点,1、掌握电火花成形加工的原理、特点及应用范围,2、掌握影响电火花成形加工的主要因素,3、掌握电

2、火花穿孔加工、型腔加工的主要工艺,4、掌握电火花线切割加工的基本原理及加工工艺,5、掌握3B格式程序的编制,第一节 模具电火花成形加工,1.基本原理,一、 电火花成形加工(Electron Discharge Maching, EDM)的基本原理,利用工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件尺寸、形状和表面质量的加工要求。,工件,要将脉冲放电用于零件加工，应具备以下基本条件： 1.放电点要有足够的火花放电强度；(约105106A/cm2) 2.工具电极和工件被加工表面之间要保持一定合理的放电间隙；（一般是几个微米至数百微米） 3. 火花放电必须是瞬

3、时的脉冲放电； 4. 两次脉冲放电之间，要有足够的停歇时间； 5. 火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行。,2.电火花成形加工的物理本质,一次脉冲放电可分为以下四个主要阶段： 1) 极间介质电离、击穿和放电通道形成； 2) 电极材料的熔化、气化和热膨胀； 3) 电极材料的抛出； 4) 极间介质的消电离。,1) 极间介质电离、击穿和放电通道形成,形成的放电通道，实际上是高温、高压的电离气体,由于工具电极和工件的微观表面是凹凸不平的，极间距离又很小， 因而极间电场强度是很不均匀的，两极之间离得最近的突出点或尖端处的电场强度一般为最大。 当电场强度增加到106A/cm2时，电子由阴极表面逸出

4、，高速向阳极移动并撞击介质中的分子和中性原子，产生碰撞电离，导致介质击穿而形成放电通道。 在放电过程中，同时还伴随着一系列派生现象，其中有热效应、电磁效应、光效应、声效应及频率范围很宽的电磁波辐射和爆炸冲击波等。,2)电极材料的熔化、气化和热膨胀,极间介质一旦被击穿，带电粒子高速运动时相互碰撞，产生大量的热，使通道温度相当高，但分布是不均匀的，从通道中心向边缘逐渐降低，通道中心温度可高达10000以上。 脉冲电源通过放电通道瞬时释放能量，把电能转换为热能、动能、磁能、光能、声能及电磁波辐射能等(其中大部分转换成热能)，使两极放电点和通道本身温度剧增，该处即产生局部的熔化或汽化，通道中的介质也汽

5、化或热裂分解。 传递给电极和工件的热量产生了很高的温度熔化和汽化了工件及电极材料。,3) 电极材料的抛出,传递给电极上的能量在放电点形成一个瞬时的高温热源，这个高温热源使放电点附近的局部金属瞬时熔化和汽化。由于这一过程十分短促，金属的熔化和气化具有爆炸特性，爆炸力伴随着电动力、流动力的作用将把熔化和汽化的金属抛离电极表面，并在电极和工件表面留下一个小凹坑。,4) 极间介质的消电离,一次脉冲放电结束，此后还应有一段间隔时间，使间隙介质消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度，以免总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，这样可以保证按两极相对最近处或电阻率

6、最小处形成下一击穿放电通道。,二、 电火花成形加工的特点及应用范围,1以柔克刚，适合任何难切削材料的加工；,1.电火花成形加工的特点,2不存在宏观切削力；(小孔、窄缝等各种精密复杂模具的加工),4可以改进结构设计，改善结构工艺性。,3易于实现自动控制及自动化;,缺点,只能加工导电工件。 加工速度慢。 由于存在电极损耗，加工精度受限制。,2.电火花成形加工的应用范围,1模具穿孔加工；,2模具型腔加工；,3强化金属表面；,4磨削平面及圆柱面。,电火花穿孔,电火花型腔加工,窄缝加工,花纹加工,三、 电火花成形加工的设备,电火花机床,电火花成形加工机床,电火花成形加工的设备组成：,1.机床主体,1-床

7、身；2-过滤器；3-工作台；4-主轴头；5-立柱；6-液压泵；7-电源箱,用以实现工件和工具电极的装夹固定和运动的机械系统。,2.脉冲电源,在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是把工频正弦交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。脉冲电源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、表面质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。(脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电),ti为脉冲宽度 to为脉冲间隔 tp为脉冲周期； ui为脉冲峰值电压 Ip为峰值电流,3.自动进给调节系统,主要控制放电间隙大小、极间物理状态、加工深度等。,电火花成型加工的自

8、动进给调节系统，主要包含伺服进给系统和参数控制系统。伺服进给系统主要用于控制放电间隙的大小，而参数控制系统主要用于控制电火花成型加工中的各种参数(如放电电流、脉冲宽度、脉冲间隔等)，以便能够获得最佳的加工工艺指标等。,4.工作液和循环过滤系统,作用：是排除电火花加工过程中不断产生的电蚀产物，提高电蚀过程的稳定性和加工速度。减小电极损耗确保加工精度和表面质量。强迫一定压力的工作液流经放电间隙，将电蚀产物排出，并对使用过的工作液进行过滤和净化。,5.机床附件,1平动头,2电极夹具,图5-7十字铰链式电极夹具调节装置1电极装夹标准套2紧固螺钉3绝缘板4下底板5十字板6上板7调节螺钉8紧固螺钉9圆柱销

9、10导线固定螺钉,平动头是电火花成形加工中较常用的附件，主要应用于型腔模在半精加工和精加工时精修侧面，提高仿形精度，保证加工稳定性，有利于极间排屑，防止短路和烧弧等。,电极夹具的作用是把工具电极装夹固定在主轴上，并能调节电极的轴线与主轴轴线重合或平行。,四、 电火花成形加工的工艺路线及控制参数,电火花加工的工艺路线,电火花加工的控制参数,五、 影响电火花成形加工质量的主要因素,电火花加工的工艺效果如何，主要用加工速度、加工精度、加工表面质量以及工具电极相对损耗等四个工艺指标来评价的。,1. 影响加工速度主要因素,1极性效应,加工速度单位时间内蚀除工件材料的体积（或质量）大小来衡量，用 mm3/

10、min（或g/min）表示。,电火花加工过程中，正极和负极的表面虽然都受到电腐蚀，但其蚀除量是不相等的。这种由于正、负极不同而导致材料蚀除量不同的现象叫做极性效应现象。,图5-11极性效应和脉宽对蚀除量的影响,“正极性”接线法图,“负极性”接线法,我国通常把工件接脉冲电源正极时的加工称为正极性加工(阳极性加工)，工件接负极时则称为负极性加工(阴极性加工)。,单个脉冲蚀除的材料量为 q=kw 单位时间总的蚀除量为 Qqft=kwft 单个脉冲能量,2脉冲参数对电蚀量的影响,其中：f脉冲频率（Hz） k与电极材料、脉冲参数、工作液有关的系数。（正负极不同） w单个脉冲能量（J） te单个脉冲放电时

11、间,结论： 1加工速度正比于单个脉冲能量和脉冲放电频率。 2矩形波加工时，加工速度正比于脉冲电流幅值Im和脉冲放电持续时间te ，亦即正比于平均放电电流。,3电参数对电蚀量的影响,图5-11极性效应和脉宽对蚀除量的影响,短脉冲加工（ 300微秒） ：长脉冲时负极的蚀除速度要比正极大，采用负极性加工。用于粗 加工。,a. 脉冲宽度,b. 脉冲间隔,脉冲间隔与加工速度的关系曲线,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引起加工稳定性变差，导致加工速度降低。 在

12、脉冲宽度一定的条件下，为了最大限度地提高加工速度，应在保证稳定加工的同时，尽量缩短脉冲间隔时间。带有脉冲间隔自适应控制的脉冲电源，能够根据放电间隙的状态，在一定范围内调节脉冲间隔的大小，这样既能保证稳定加工，又可以获得较大的加工速度。,c. 峰值电流,峰值电流与加工速度的关系曲线,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。但若峰值电流过大(即单个脉冲放电能量很大)，加工速度反而下降。 此外，峰值电流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。,4金属材料的热学常数对

13、电蚀量的影响,当脉冲能量相同时，金属的熔点、沸点、比热容、溶化热、汽化热等愈高，电蚀量将愈少，加工速度慢。 （如加工硬质合金钢比加工碳素钢的速度要低4060。对于导热系数很高的工件，虽然熔点、沸点、熔化热和气化热不高，但因热传导性好，热量散失快，加工速度也会降低。 ）,5工作液对电蚀量的影响,介电性能好，密度和粘度大的工作液有利于压缩放电通道，提高能量发电密度，强化电蚀产物的抛出效应。但粘度过大又不利于电蚀产物的排出，影响正常放电。高压水(煤油机油)煤油酒精水溶液 例如：粗加工时：脉冲能量大，加工间隙大，往往选用介电性能好，粘度较大的机油。精加工时：放电间隙较小，排屑较困难，故一般选用粘度小，

14、流动性好，渗透性好的煤油。,(6) 排屑条件 极间电蚀产物浓度过高，影响加工过程的稳定性，破坏正常的火花放电，所以改善排屑条件保证加工稳定进行。,2. 影响加工精度主要因素,（1）放电间隙对加工精度的影响,为了减小加工误差，应缩小放电间隙，精加工的放电间隙 0.010.03mm，粗加工放电间隙0.5mm。,二次放电造成侧面间隙增大,（2）工具电极的损耗对加工精度的影响,（3）工具电极的形状对加工精度的影响,工具电极为凹角时，工件上对应的尖角处放电蚀除的机率大，容易遭受腐蚀而成为圆角，如图所示。,3. 影响加工表面质量的主要因素,主要包括加工表面粗糙度、表面层组织变化和表面微观裂纹。,（1）表面

15、粗糙度,电火花加工后的表面是由脉冲放电时形成的大量凹坑排列重叠而形成的。,工件的Ra,影响因素： 1）单个脉冲放电能量w w大，放电凹坑大深，Ra变大 2）材料物理性能 高熔点材料的Ra低熔点材料的Ra 3）侧表面的Ra底表面的Ra 4）工具电极的表面粗糙度也将影响到加工粗糙度。,经电火花加工后的表面将产生包括凝固层和热影响层的表面变化层，如图所示。,（2）表面变质层,凝固层,热影响层,一般微观裂纹仅在熔融凝固层内出现，只有在脉冲能量很大的情况下才有可能扩展到热影响层。脉冲能量对显微裂纹的影响是非常明显的。脉冲能量愈大，显微裂纹愈宽愈深；脉冲能量很小时，一般不会出现显微裂纹。,（3）表面微观裂

16、纹,电火花加工中，加工表面层受高温作用后又迅速冷却而产生残余拉应力。在脉冲能量较大时，表面层甚至出现细微裂纹，裂纹主要产生在熔化层，只有脉冲能量很大时才扩展到热影响层。不同材料对裂纹的敏感性也不同，硬脆材料容易产生裂纹。由于淬火钢表面残余拉应力比未淬火钢大，故淬火钢的热处理质量不高时，更容易产生裂纹。脉冲能量对显微裂纹的影响是非常明显的。脉冲能量愈大，显微裂纹愈宽愈深；脉冲能量很小时，一般不会出现显微裂纹。,4. 影响工具电极损耗的主要因素,采用工具电极相对损耗（简称电极损耗）作为评价工具电极耐损耗的指标：,（1）脉冲宽度的影响,脉冲宽度与电极相对损耗的关系,（2）峰值电流的影响,峰值电流与电

17、极相对损耗的关系,（3）脉冲间隔的影响,脉冲间隔与电极相对损耗的关系,（4）加工极性的影响,加工极性与电极相对损耗的关系,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，精加工用正极性。但在钢电极加工钢时，无论粗加工或精加工都要用负极性，否则电极损耗将大大增加。,表2 影响电极损耗的因素,模具电火花穿孔加工，主要用于冲裁模（包括凹模、凸模、卸料板、固定板）加工、粉末冶金模加工、拉深模和拉丝模加工等，同时还可用于螺纹加工、小孔和异形孔加工、以及其它特殊零件加工等。,六、 模具电火花穿孔加工工艺,与机械加工相比较有如下优点： 1）可以在模坯淬火后进行穿孔加工，避免热处理变形影响； 2）冲

18、模的配合间隙均匀，刃口耐磨； 3）不受材料硬度限制； 4）复杂的凹模可以不用镶拼结构，简化了模具结构。,图5-12凹模结构参数及电火花穿孔加工 a)凹模结构参数b)凹模电火花穿孔加工,模具电火花穿孔加工是利用火花放电时的电腐蚀现象，通过工具电极相对于工件作进给运动而把成形电极的侧面形状和尺寸反拷在工件上，加工出所需的通孔模具。,电火花穿孔加工的工艺路线,1. 模具电火花穿孔加工工艺方法,1）直接法,2）间接法,3） 混合法,4）阶梯工具电极加工法,1）直接法 直接法适合于加工冲模，是指将凸模长度适当增加，先作为电极加工凹模，然后将端部损耗的部分去除直接成为凸模。直接法加工的凹模与凸模的配合间隙

19、靠调节脉冲参数、控制火花放电间隙来保证。,直接法,2）间接法 间接法是指在模具电火花加工中，凸模与加工凹模用的电极分开制造，首先根据凹模尺寸设计电极，然后制造电极，进行凹模加工，再根据间隙要求来配制凸模。,间接法,3） 混合法 混合法也适用于加工冲模，是指将电火花加工性能良好的电极材料与冲头材料粘结在一起，共同用线切割或磨削成型，然后用电火花性能好的一端作为加工端，将工件反置固定，用“反打正用”的方法实行加工。这种方法不仅可以充分发挥加工端材料好的电火花加工工艺性能，还可以达到与直接法相同的加工效果。,混合法,4）阶梯工具电极加工法,当无预孔或加工余量较大时,在加工小间隙、无间隙的冷冲压模具时

20、,2. 电极的设计与制造,1）电极材料的选择,要求：具有良好的导电性和机械加工性损耗小、加工过程稳定、生产率高、易于制造加工及成本低廉的材料。 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。,电火花成形加工常用电极及其性能,2）电极的结构形式,（1）整体电极 整体电极就是用一整块电极材料加工出的完整电极，这是型孔或型腔加工中最常用的电极结构形式 。,整体电极,组合电极,镶拼电极,组合电极是将若干个小电极组装在电极固定板上，可一次性同时完成多个成型表面电火花加工的电极。适用于加工多孔落料模或级进模，定位精度高。,(2) 组合电极,组合电极,(3)镶拼式电极,镶拼式电极是将形

21、状复杂而制造困难的电极分成几块来加工，然后再镶拼成整体的电极。,镶拼式电极,3）电极的设计,）电极长度的确定,电极的长度尺寸取决于凹模的结构形式、型孔的复杂程度、加工深度、电极材料等。可按下公式计算：,L=KH+H1+H2+(0.40.8)(n-1)KH,) 电极横截面尺寸的确定,图5-14凹模与电极尺寸关系示意图,a)按凹模尺寸设计电极,电极,凹模轮廓线,aA2 bB+ 2 cC r1R1+ r2R2,电极的尺寸公差通常取凹模型孔相应尺寸公差的1/21/3。 电极表面粗糙度一般为Ra0.81.6m 。,b) 如果按凸模尺寸和公差确定电极截面尺寸 则根据凹、凸模配合间隙不同可分为下述三种情况：

22、 配合间隙等于放电间隙 电极尺寸和凸模尺寸完全相同 配合间隙小于放电间隙 电极应按凸模四周每边均匀缩小一个值(-Z)。 配合间隙大于放电间隙 电极应按凸模四周每边均匀放大一个值(Z- ) 。,电极公差取凸模制造公差的1/23/2。,4）电极的制造工艺,（1）机械加工方法 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，并经钳工锉削进行最后修整。,（3）由线切割加工电极 在特殊需要的场合下可用线切割加工电极，如异形截面和薄片电极。,机械加工 线切割加工,（2）电极与凸模联合成形磨削 这种方法的电极材料大多选用铸铁和钢。当电极材料为铸铁时，电极与凸模常用环氧树脂等胶合在

23、一起，如图所示。,3.凹模模坯准备,是指电火花穿孔加工之前的全部工序。,4.电极、工件的装夹与调整,1）电极的装夹,小型或整体式的电极,尺寸较大的电极,镶拼式电极装夹,多电极装夹通用夹具,（2）电极装夹的校正和调整,电极及其装夹夹具安装在电加工机床主轴头上后，必须对电极进行校正，使其轴心线平行于主轴头的轴线（或垂直于机床的工作台面）。有时还要调节沿电极轴线的回转角，以使电极横剖面的基准与机床纵横滑板平行。,电极的校正,垂直和水平转角调节装置的夹头,电极的调整,（3）工件的装夹,工件的固定,工件的校正,（4）电极与工件间的定位方法,电极相对于工件定位是指将已安装校正好的电极对准工件上的加工位置，

24、以保证加工的孔或型腔在凹模上的位置精度。习惯上将电极相对于工件的定位过程称为找正。,量块角尺法 1-凹模；2-电极；3-量块；4-角尺,测定器法 1-凹模；2-电极；3-量块； 4-测定器；5-千分表,用角尺、千分表在工作台上定位 1-千分表；2-角尺；3-工作台； 4-凹模；5-电极,用同心环（轮毂）定位的方法,角尺测十字线的定位方法 1-凹模板；2-刀口角尺；3-电极固定板,套板和定位销定位方法,电规准：电火花加工过程中的一组电参数，如电压、电流、脉宽、脉冲间隔等。,粗规准和精规准的正确配合，可以适当的解决电火花加工时的质量和生产率之间的矛盾！,（5）电规准的选择和转换,七、 模具型腔电火

25、花加工工艺,模具型腔属于三维曲面，有如下特点： 1）电火花型腔加工为盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除困难； 2）金属蚀除量大，加工速度快； 3）要求电极损耗小，保证型腔的成形精度； 4）为了保证加工精度，必须更换精加工电极或采用平动头进行侧面修光。 5）加工面积变化大，要求电规准的调节范围相应也大。,1.模具型腔电火花加工工艺特点,2.模具型腔电火花加工工艺方法,（1）单电极加工法,（2）多电极更换法,（3）分解电极法,用于加工形状简单、精度要求不高的型腔； 用于加工经过预加工的型腔； 用平动法加工型腔。用一个电极完成型腔的粗、中、精加工。,（1）单电极加工法,平动是指工具电极在垂直于型

26、腔深度方向的平面内相对于工件作微小的平移运动，是由机床附件的“平动头”来实现的。,平动法加工型腔原理,（2）多电极更换法,多电极更换法是指根据一个型腔在粗、中、精加工中放电间隙各不相同的特点，采用几个不同尺寸的工具电极完成一个型腔的粗、中、精加工。在加工时首先用粗加工电极蚀除大量金属，然后更换电极进行中、精加工；对于加工精度高的型腔，往往需要较多的电极来精修型腔。,1工件 2精加工电极 3中加工电极 4粗加工电极 多电极加工示意图,多电极更换法,（3）分解电极法,分解电极法是单电极平动法和多电极更换法的综合应用。,根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔电极和副型腔电极分别制造。主型腔电极加工出

27、型腔的主要部分，副型腔电极加工型腔的尖角、窄缝等部位。,（1）电极材料：石墨和紫铜，铜钨合金和银钨合金 （2）电极结构：整体式电极、镶拼式电极 组合式电极,3.模具型腔电火花加工电极设计与制造,整体式电极,整体式电极,组合式电极,镶拼式电极 1电极拼块 2紧固螺钉,（3）电极尺寸的确定,a) 电极横截面尺寸的确定 采用电极平动加工时，其计算公式为：,电极,工件,a电极水平尺寸 A型腔名义尺寸 K单边半径为1，双边直径为2，无缩放为0 电极轮廓凸起部分为-，凹部分为+ b电极单边缩放量(平动量)，一般取0.70.9mm,电极单边缩放量原理图,粗加工时,b=0+c,当精加工且精加工的平动量为c时,

28、b) 电极垂直方向(高度)尺寸,电极高度计算图,H=L+L1+L2,H 电极的总高度 L 电极加工一个型腔的有效高度 L1电极加工另一个型腔时需增加的高度 L2考虑加工结束时，电极夹具和固定板不与模块或压板发生碰撞而应增加的高度,（4）排气孔和冲油孔,冲油孔设计在难以排削、窄缝等处,排气孔设计在蚀除面积较大的位置,（5）电极的制造,表5-5石墨电极的制造工序,4.模具型腔电火花加工电极的装夹、校正与定位,1）电极的装夹与校正 装夹： 整体电极：通用夹具（标准套筒夹具）装在主轴头下端 多电极：通用夹具+定位块装夹或用专用夹具 镶拼式电极：连接板固定电极组合成整体，装在主轴上,图5-27固定板基准

29、面校正1电极2调节装置3百分表4工作台,校正方法： 1）固定板基准校正法 2）电极侧面校正法 3）电极端面火花放电校正法,2）工件的装夹与校正 工件安装在工作台的油杯或垫块上，与电极相互定位后，用压板和螺钉压紧,a）十字线定位法 简单易行，但精度不高 b）定位板定位法 效果较好 c）块规角尺定位法 d）以基准面进行数控定位,3）型腔模电极与工件的定位,十字线定位法,定位板定位法,5.模具型腔电火花加工电规准的选择和转换,（1）电规准的选择 a) 粗规准：以高的蚀除速度加工出型腔的基本轮廓，电极损耗要小，电蚀表面不能太粗糙,这时应优先考虑采用较宽的脉冲宽度（在400s以上）然后选择合适的脉冲峰值

30、电流，并应注意加工面积和加工电流之间的配合关系。 b)中规准：减小被加工表面的粗糙度，为精加工作准备,一般选用脉冲宽度为20400s、电流峰值为1025A，进行中规准加工。 c) 精规准：用于型腔精加工，所去除的余量一般不超过0.10.2mm,一般都选用窄脉宽（ti=220m）、小峰值电流（10A）进行加工。因此，电极损耗率较大，一般为10%20%。 （2）电规准的转换 粗规准一般选择一档；中规准和精规准选择24档。,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

31、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(b)所示。,型腔模加工实例：图(a)所示注射模镶块，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。, 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)(

32、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。图(b)所示电极结构，其总长度无严格要求。,(3) 电极制造。电极可以用机械加工的方法制造，但因有两个半圆的搭子，一般都用线切割加工，主要工序如下： 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。然后用千分表(或百分

33、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4所示。,表4 电规准转换与平动量分配,第二节 模具电火花线切割加工,电火花线切割加工（Wire Cut EDM，简称WEDM）简称线切割，是用线状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割。,是利用移动的细金属导线（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放

34、电使金属熔化或汽化，并通过冷却液把熔化或汽化了的金属去掉，从而实现各种形状的金属零件切割成形。,一、电火花线切割加工原理、特点及应用范围,1.基本原理,2.加工特点,电火花加工与电火花线切割加工的比较：,（1）共同特点,a）二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的热来熔解去除金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力。,b）二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。,c）最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙，线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。,a）从加工原理来看，电火花加工是将

35、电极形状复制到工件上的一种工艺方法。在实际中可以加工通孔（穿孔加工）和盲孔（成型加工）。 线切割加工是利用移动的细金属导线（铜丝或钼丝）做电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成型的一种工艺方法。,（2）不同特点,b) 从产品形状角度看，电火花加工必须先用数控加工等方法加工出与产品形状相似的电极；线切割加工中产品的形状是通过工作台按给定的控制程序移动而合成的，只对工件进行轮廓图形加工，余料仍可利用。,c) 从电极角度看，电火花加工必须制作成型用的电极(一般用铜、石墨等材料制作而成)；线切割加工用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电极,不需要制造专用电极。,d) 从电极损耗角度看，电火花加工中电极相对

36、静止，易损耗，故通常采用多个电极加工；而线切割加工中由于电极丝连续移动，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,加工精度高可达到0.01mm，表面粗糙度为1.60.8m。,e) 从应用角度看 电火花加工可以加工通孔、盲孔，特别适宜加工形状复杂的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花纹等；线切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形状复杂的窄缝及各种形状复杂的零件，不能加工盲孔类和阶梯类零件。,f) 从加工工艺看 电火花加工需要转化电规准；线切割加工不需要电规准的转换。,g) 从加工效率看 线切割加工不同工件只需编制不同程序，易实现自动化，生产效率

37、高。,（1）加工模具 （2）加工电火花成形用的电极 （3）加工产品的零件,3.线切割加工的应用范围,二、电火花线切割加工设备,1、分类,2、组成,（1） 机床本体：床身、坐标工作台、走丝机构,（2） 脉冲电源：脉冲电源的脉宽较窄，单个脉冲能量、平均电流一般较小。电火花线切割加工总是采用正极性加工。,（3）数控系统:按加工要求自动控制电极丝相对工件的运动轨迹和进给要求，实现工件形状和尺寸的加工。,（4）工作液循环系统,高速走丝线切割加工设备组成 1-立柱；2-卷丝筒；3-走丝拖板；4-上丝架；5-下丝架；6-照明灯；7-X拖板；8-Y拖板；9-床身；10电源、控制柜,低速走丝线切割加工设备组成

38、1-y轴电机；2-伺服电器；3-控制电器；4- x轴电机；5-新丝放丝卷筒；6-制动器；7-铜丝；8、13-导向器；9-泵；10-去离子水；11-脉冲电源；12-工件；14-卷绕滚子；15-废丝卷筒,三、电火花线切割加工数字程序控制原理及编程方法,1、数字程序控制原理,（1）逐点比较法(快速走丝),判别,进给,计算,步进工作节拍方框图,（1）按加工要求自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹； （2）自动控制伺服进给速度，来实现对工件的形状和尺寸加工。,（2）步进工作,1）偏差判别 判别加工坐标点对规定几何轨迹的偏离位置，以决定拖板的走向。用F代表偏差值，F=0，表示加工点恰好在线（轨迹）上。F0，

39、加工点在线的上方或左方，F0，加工点在线的下方或右方，以此来决定第二拍进给的轴向和方向。,2）进给 根据F值控制坐标工作台沿+X或-X向；+Y或-Y向进给。 3）偏差计算 (递推法) 由机床数控装置根据数控程序计算出新的加工点与规定图形轨迹之间的偏差，作为下一步判别走向的依据。,插补过程的工作节拍,4）终点判断 根据计数长度判断是否到达程序规定的加工终点。,2、数字程序编制方法,国内线切割程序常用格式有3B(个别扩充为4B或5B)格式和ISO格式。其中慢走丝机床普遍采用ISO格式，快走丝机床大部分采用3B格式，其发展趋势是采用ISO格式(如北京阿奇公司生产的快走丝线切割机床)。,(1) 3B格

40、式程序编制,表1 3B程序指令格式,说明： B分隔符，它的作用是将X、Y、J数码区分开来； X、Y切割的起点或终点坐标值（绝对值）； J加工线段的计数长度（切割长度在x或y轴上的投影长度）； G加工线段的计数方向； Z加工指令，分为直线L和圆弧R两大类。,1) x，y值的确定 (1) 以直线的起点为原点，建立正常的直角坐标系，x，y表示直线终点的坐标绝对值，单位为m。 (2) 在直线3B代码中，x，y值主要是确定该直线的斜率，所以允许X、Y坐标值按相同比例缩小或放大。 (3) 若直线与X或Y轴重合或平行于坐标轴，为区别一般直线，x，y均可写作0也可以不写。,(一) 直线的3B代码编程,B100

41、000B0B100000GxL1 可写为BBB100000GxL1,2) G的确定 G用来确定加工时的计数方向，分Gx和Gy。直线编程的计数方向的选取方法是：以要加工的直线的起点为原点，建立直角坐标系，取该直线终点坐标绝对值大的坐标轴为计数方向。即：若终点坐标为(xe，ye)，令x=|xe|，y=|ye|，若yx，则G=Gy (如图(b)所示)；若y=x，则在一、三象限取G=Gy，在二、四象限取G=Gx。计数方向的确定以45线为界，当终点落在阴影区域内取Gy，否则取Gx (如图(c)。,3) J的确定 J为计数长度，以m为单位，计数长度必须写满六位，如J=1970m时，应写成001970 。

42、J的取值方法为：由计数方向G确定投影方向，若G=Gx，则将直线向X轴投影得到长度的绝对值即为J的值；若G=Gy，则将直线向Y轴投影得到长度的绝对值即为J的值。,4）Z的确定 加工指令Z按照直线走向和终点的坐标不同可分为L1、L2、L3、L4，当被加工直线的终点分别落在、象限时，分别用L1、L2、L3、L4 表示；与+X、 +Y、 -X、 -Y轴重合的直线分别用L1、L2、L3、L4 表示。,直线加工指令,例：编制图中线段的3B代码。,B13500B0B13500GxL3，或BBB13500GxL3,(二) 圆弧的3B代码编程,1）x，y值的确定 以圆弧的圆心为原点，建立正常的直角坐标系，x，y

43、表示圆弧起点坐标的绝对值，单位为m。 如在图 (a)中，x=30000，y=40000； 在图(b)中，x=40000,y=30000。,2）G的确定 圆弧编程的计数方向的选取方法是：以某圆心为原点建立直角坐标系，取终点坐标绝对值小的轴为计数方向。具体确定方法为：若圆弧终点坐标为(xe，ye)，令x=|xe|，y=|ye|，若yx，则G=Gx (如图(b)所示)；若y=x，则Gx、Gy均可。计数方向的确定以45线为界，当终点落在阴影区域内取Gx，否则取Gy (如图(c)。,3) J的确定 由计数方向G确定投影方向，若G=Gx，则将圆弧向X轴投影；若G=Gy，则将圆弧向Y轴投影。J值为各个象限圆

44、弧投影长度绝对值的和。如在图(a)、(b)中，J1、J2、J3大小分别如图中所示，J=|J1|+|J2|+|J3|。,弧CD： 取GY,4) Z的确定 由圆弧起点所在象限和圆弧加工走向确定。按切割的走向可分为顺圆S和逆圆N，于是共有8种指令：SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3、NR4,当被加工圆弧的起点分别与+X、 +Y、 -X、 -Y轴重合时，分别用R1、R2、R3、R4 表示。,例 ：请写出图示轨迹的3B程序。,解 对图(a)，起点为A，终点为B， J=J1+J2+J3+J4=10000+50000+50000+20000=130000 故其3B程序为： B30000

45、B40000 B130000 GY NR1 对图(b)，起点为B，终点为A， J=J1+J2+J3+J4=30000+50000+50000+40000=170000 故其3B程序为： B40000 B30000 B170000 GX SR4,1)由终点坐标B（2，-9）判断， |Y|X| ，计数方向取Gx； 2）圆弧半径： 计数长度：,加工指令Z取 SR3 4) 程序 B9000 B2000 B25880 Gx SR3,例题：弧AB,?弧BA,数控线切割加工时，控制系统所控制程序轨迹实际是电极 丝中心移动的轨迹，如图中虚线所示。 加工凸模时，电极丝中心轨迹应在所加工图形的外侧； 加工凹模时，

46、电极丝中心轨迹应在所加工图形的内侧。,图 电极丝中心轨迹,(2) 切割轨迹偏移距离f,电极丝中心轨迹,偏移距离f的计算方法： 加工冲模的凸、凹模，应该考虑电极丝半径r丝、电极丝和工件之间的单面放电间隙电及凸模和凹模间的单面配合间隙配。 当加工冲孔模时（要求保证工件孔的尺寸），凸模尺寸由孔的尺寸确定。 故：凸模的偏移距离 f凸=r丝+电， 凹模的偏移距离 f凹=r丝+电+配。 当加工落料模时（要求保证工件外形尺寸），此时凹模由工件外形尺寸确定。 故：凹模的偏移距离 f凹=r丝+电， 凸模的偏移距离 f凸= r丝电配。,例：某落料模凹模如图所示。试编制该凹模型腔的3B线切割程序。已知电火花单边放电

47、间隙=0.01mm，电极丝直径d=0.18mm。,解:（1）计算电极中心的偏移量f 凹模中心的偏移内偏取负值，即 f(d/2+)=(0.18/2+0.01)=0.1mm,(2) 确定穿丝孔位置 以圆心O点为穿丝孔位置，确定各直线长度：LOA=4.9mm LAB=10.1mm, LBC=10mm, LCD=9.8mm, LDE=29.8mm, LEF=9.8mm, LFG=10mm, LGH=10.1mm,3）确定圆弧HA的起点坐标(0,-4.9)，终点坐标(0,4.9),4) 切割顺序为：OABCDEFGHA O,5）用3B格式按OABCDEFGHA O切割路线编制的程序为： 加工直线OA：

48、B0 B0 B4900 Gy L2 加工直线AB： B0 B0 B10100 Gx L1 加工直线BC： B0 B0 B10000 Gy L2 加工直线CD： B0 B0 B9800 Gx L1 加工直线DE： B0 B0 B29800 Gy L4 加工直线EF： B0 B0 B9800 Gx L3 加工直线FG： B0 B0 B10000 Gy L2 加工直线GH： B0 B0 B10100 Gx L3 加工圆弧HA： B0 B4900 B9800 Gx SR4 加工直线AO： B0 B0 B4900 Gy L4,例 用3B代码编制加工图示的凸模线切割加工程序，已知电极丝直径为0.18 mm

49、，单边放电间隙为0.01 mm，图中O为穿丝孔拟采用的加工路线OEDCBAEO。,切割轨迹3B程序,例： 编制如图所示凸凹模（图中尺寸为计算后的平均尺寸）的数控线切割程序。电极丝为的钼丝0.18mm ，单边放电间隙为0.01mm。,建立坐标系，确定穿丝孔位置 切割凸凹模时，加工顺序应先内后外，选取20圆的圆心，其中穿丝孔位置分别是O点和B点。 确定自动补偿量 f=0.18/2+0.01=0.10mm 计算交点坐标 应将图形分成单一的直线或圆弧,求F点的坐标值：因F点是直线FE与圆的切点，故其坐标值通过如图,其余交点坐标可直接由图形尺寸得到,编写程序 直线段OA和BC段为引导程序段，需减去补偿量

50、0.10mm。其余线段和圆弧不需考虑间隙补偿。切割时，由数控装置根据补偿特征，自动进行补偿，但在D点和E点需加过渡圆弧，取R=0.15mm。 加工顺序为：先切割内孔，空走到外形B处，再按顺序切割，,B C D E F C A,B B B9900 Gx L1 穿丝切割，OA段 B9900 B B39600 Gy NR1 内孔加工 B B B9900 Gx L3 AO段 D 拆丝 B B B30000 Gy L4 空走 D 装丝 B B B4900 Gy L2 BC段 B59850 B0 B59850 Gx L1 CD段 B0 B150 B150 GY NR4 D点过渡,B0 B29745 B29

51、745 GY L2 DE 段 B150 B0 B150 Gx NR1 E点过渡圆弧 B51445 B18491 B51445 Gx L2 EF段 B84561 B23526 B58456 Gx NR1 FC段 DD 结束,（3）ISO代码数控线切割程序编制 1）ISO代码编程时常用的地址字符,2）ISO代码程序段的格式 线切割加工时，采用ISO代码程序段的格式为： N G X Y,四、电火花线切割加工工艺,模具零件的线切割的加工过程,（一）脉冲参数的选择,一、工艺参数的选择,（二）电极丝的选择 钨丝抗拉强度高，直径在0.030.1mm范围内，一般用于各种窄缝的精加工，但价格昂贵；黄铜丝适用于慢

52、速加工，加工表面粗糙度和平直度较好，但抗拉强度差，损耗大，直径在0.10.3mm范围内；钼丝抗拉强度高，适用于快走丝加工，直径在0.080.2mm范围内。,（三）工作液的选配 乳化液（高速走丝机）和去离子水（低速走丝机）,（一）工件的装夹 1） 悬臂式 2）简支式 3）桥式 4）板式,二、工件的装夹和调整,悬臂式,简支式,桥式,板式,阿奇公司专用夹具及装夹示意图,3R专用夹具,1） 拉表法找正 2）画线法找正 3）固定基面靠定法,（二）工件的校正,拉表法找正,画线法找正,固定基面靠定法,（一）目测法 （二）火花法 （三）电阻法 （四）自动找正法,三、电极丝位置的调整,目测法,火花法,电阻法,自

53、动找正法,根据工件的要求、电极和工件的材料、加工工艺指标和经济效果等因素来确定电规准，并在加工过程中及时地转换。,A、要求生产率较高时：电规准选较大值； B、表面粗糙度值要求较高时：电规准选小值； C、要求切割速度较高时：脉冲参数要选大一些，但加工电流的增大受到电极丝截面积的限制，过大的电流将引起断丝。 D、加工大厚度工件时：为了改善排屑条件，宜选用较高的脉冲电压、较大的脉宽和峰值电流，以增大放电间隙，帮助排屑和使工作液进入加工区。,四、电规准的选择,一、应用中应注意的工艺问题,（1）合理安排切割路线,a) 正确的切割路线 b) 错误的切割路线,五、电火花线切割加工工艺的应用,a) 不正确的方案 b) 可用的方案 c) 最好的方案,（2）穿丝孔位置和直径的选择,穿丝孔的大小与位置,穿丝孔高度,穿丝孔的位置与加工零件轮廓的最小距离和工件的厚度有关，工件越厚，则最小距离越大，一般不小于3 mm。穿丝孔的直径不宜过小或过大，否则加工较困难。,（3）减小线切