模具的电加工知识.doc

第5章模具的特种加工

随着现代制造业的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高特殊性能的新材料不断出现,尖端科技、军事国防等领域复杂结构的产品设计屡见不鲜，尺寸微小、异形截面、薄壁、特殊形状零件的加工等已是司空见惯。对此，采用传统加工方法十分困难，甚至无法加工，传统加工方法遇到了越来越多的挑战。于是，一种本质上区别于传统加工的特种加工方法便应运而生，并不断获得发展。特种加工与传统机械加工有本质的不同，属于非接触式加工，加工过程中不施加明显的机械力，而是利用电能、化学能、光能、声能对工件进行加工。特种加工方法主要有电火花加工、电化学加工及化学加工、超声波加工、高能束加工等。由于现代数控技术的运用，特种加工技术又有了新的发展，在现代制造业中的地位越来越重要。对于模具特种加工技术而言，电火花成形加工和电火花线切割加工无疑是应用最为广泛的了，“电火花”和“线切割”在现代模具制造领域已经占据了相当重要的位置。

5．1电火花成形加工
电火花加工的基本原理和特点5.1.1电火花加工的基本原理和特点
1．电腐蚀现象电腐蚀现象早在19世纪初就被人们发现了，像日常生活中不规范插拔电器插座、开合闸刀时常出现放电、打火现象，严重时金属表面会出现烧蚀，这种由于放电引起的电极烧蚀就是电腐蚀现象。长期以来电腐蚀一直被认为是一种有害现象，直到1943年，前苏联科学家拉扎连科夫妇利用这一现象进行工件加工，并由此开创了电火花加工技术的先河。电火花成形加工(ElectricalDischargeMachining，简称EDM)是通过稳定可靠的

自动控制系统使浸没在工作液中的工具电极和被加工工件之间不断产生脉冲火花放电,发生不间断的电腐蚀现象，依靠产生的局部、瞬时高温把工件材料慢慢蚀除下来，最终将工具电极的形状反向复制到工件上，达到一定尺寸、形状和表面质量的要求。因为放电过程中可见到火花，我国称其为电火花加工，美、日、英等国家称谓放电加工，在俄罗斯等国家叫做电蚀加工。

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电火花加工原理如图5-1所示。工件1和工具电极2置于绝缘的工作液5中，分别与直流电源的正负极相连接。脉冲电源6由限流电阻R和电容器C组成，这是比较简单的结构，它的作用是利用电容的充电和放电把直流电转变为脉冲电流。新型脉冲电源的结构虽然有了极大的改变，但把工频交流电转变为能够产生一定频率的单向脉冲电流始终是其根本。在脉冲电流作用下，当工具电极和工件逐步接近到较小的间隙值时，两者之间会产生绝缘介质击穿、能量释放、脉冲停歇等过程，由于该过程在极短的时间内发生，因此在局部放电区域会产生瞬时超高能量，其中心温度可高达10000度以上，这足以使金属材料熔化或者汽化，产生局部的小凹坑，如此不断的脉冲循环、局部腐蚀，最终实现了工件加工的目的。电火花成形加工正是无数微观电腐蚀现象累加的宏观表现，5-2所示是经1-8小时不同时图间火花放电成形加工而成的模具型腔，部分型腔经过钳修抛光。

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2.工艺条件2.工艺条件要将电腐蚀现象用于金属材料加工，必须具备以下条件：（1）合适的放电间隙。工具电极和工件电极之间必须维持合理的距离，即适当的放电间隙。这一间隙随加工条件而定，通常约为几微米至几百微米。在该距离范围内，既可以满足脉冲电压不断击穿介质，产生火花放电，又可以适应在火花放电通道熄灭后介质消电离以及排出蚀除产物的要求。间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不能产生火花放电。间隙太小则容易形成短路，同样不能产生火花放电。为此，在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调节装置，使其和工件保持一定的放电间隙。（2）足够的放电能量。要实现电火花加工的目的，局部放电电流密度必须足够高，通常
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达到10A/cm――10A/cm，使局部金属能够熔化或汽化。在放电通道形成后，脉冲电压变化不大，因此，通道的电流密度可以表征其能量密度。能量密度足够大，才可以使被加工材料局部熔化或汽化，从而在被加工材料表面形成一个腐蚀凹坑，实现电火花加工。（3）瞬时的单向脉冲放电。火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间后，
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需停歇一段时间，其放电持续时间为10―10s。由于放电时间短，使放电时产生的热能来不及传导扩散到被加工材料内部，从而把能量作用局限在很小范围内，保持火花放电的冷极特性（即放电通道能量转换的热能来不及传至电极纵深或者是被加工材料内部），既保证了工件良好的加工精度和表面质量，又使其内在质量不受影响。而在先后两次脉冲放电之间必须有足够的停歇时间，以避免起弧、局部烧伤现象。否则，会像持续电弧放电那样使表面破坏。为此，电火花加工必须采用脉冲电源。
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（4）有绝缘性的液体介质。电火花加工必须在有一定绝缘性能的液体介质中（即工作液）进行，常用的工作液有煤油、去离子水、火花油等