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电火花成形加工工具电极的设计与制造

电火花加工模具的特点是把工具电极的形状精确地复制在工件（模具）上。因此，电极是电火花加工中不可缺少的工具之一。电极的合理设计及制造，与模具型孔或型腔的加工精度有着密切的关系。为了保证模具的加工精度，在设计电极时，必须选择适当的电极材料，合理的电极结构和正确的几何尺寸，同时还应考虑电极加工工艺性等问题。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ra0.63～1.25μm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，100mm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.电极材料从电火花加工原理来说，加工时工具电极与工件不接触，是通过电蚀作用对工件进行加工，似乎任何导电材料都可以作为电极。但是，由于不同材料的电极对于电火花加工的稳定性，生产率及模具被加工质量等都有很大的影响。因此，在实际使用中不能任意选择电极材料，而应选择相对损耗小、加工过程稳定、生产率高、易于制造加工及成本低廉的材料作为电极材料，以满足模具成型零件的电加工要求。目前，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所示。表4.2.2电火花成形加工常用电极及其性能
常用材料电加工工艺性能机械加工性能价格材料来源应用情况稳定性电极损耗铸铁较差适中好低(常用材料)主要用于型孔加工，制造精度高钢较差适中好低(常用材料)常采用加长凸模，加长部分为加工型孔的电极；可降低制造费用石墨较好较小(取决于石墨性能)好（有粉尘、易崩角、掉渣）较低(常用材料)适用于加工大、中型尺寸的型孔与型腔纯铜好较大较差(磨削困难)较高(小型电极常用材料)主要用于加工较小尺寸型腔，精密型腔，表面加工粗糙度可很低黄铜好大较好(可磨削)较高(小型电极常用材料)铜钨合金好小(为纯铜电极损耗的15%~25%)较好(可磨削)高(高于铜价40倍以上)主要用于加工精密深孔、直壁孔和硬质合金材料的型孔与型腔银钨合金好很小较好(可磨削)高(比铜钨合金高)（1）铸铁电极的电极损耗和加工稳定性均较一般，容易起弧，生产率不及铜电极。但是，它的来源丰富、价格低廉、并且机械加工性能好，因此电极的尺寸精度，几何形状精度及表面粗糙度等都容易保证。因此，铸铁是一种较常用的电极材料，多用于穿孔加工。（2）钢电极的加工稳定性较差、电极损耗较大、生产率也较低、但是来源丰富、价格便宜、具有良好的机械加工性能。钢电极还有其独特的优点，即把电极和凸模做成一体，实质上就是将凸模加长，加长的部分就用作电极。电火花加工后，把损耗部分切除掉，余下部分可做凸模使用。这种方法使电极的制造工时减少到了最低程度。所以钢为常用的电极材料之一，多用于一般的穿孔加工。（3）纯铜电极在加工过程中稳定性好、生产率高、但损耗较大、来源少、价格较贵。由于其韧性大，机械加工性能差、磨削加工困难，其加工精度较低。由于磨削困难，使得难以将电极与凸模连接在一起加工，电极与凸模分别制造使凸模与凹模配合间隙不易均匀。对于电火花型腔加工来说，纯铜电极适用对小型腔及高精度型腔的加工。纯铜电极与其他材料电极相比，在电火花加工中能使模具达到最细表面粗糙度。（4）黄铜电极在加工过程中稳定性好、生产率高、与纯铜电极相比价格较低、机械加工性能尚好，但其磨削性能不如钢和铸铁。而黄铜电极的损耗最大。因此，黄铜电极一般用在对加工表面粗糙度较低，尺寸、形状精度要求较高及形状复杂的小孔穿孔加工。（5）石墨电极的电极损耗小、加工稳定性尚好、易于加工、生产率最高、其价格与铜大体相同，但机械强度较差，尖角处易崩裂。石墨是电火花型腔加工的常用电极材料，适用于大、中、小型腔。由于石墨的热胀系数小，所以，最适于大电极的穿孔加工。（6）铜钨合金和银钨合金的加工稳定性均很好，电极损耗也均很小，它们的电加工性能优越，而机械加工性能尚好，其磨削性比铜好。但其价格较高，比铜的价格高40倍。因此，主要用于模具中高精度的深孔、直壁孔等的穿孔加工和加工面积小且高精度的型腔加工，以及硬质合金模具的加工。而银钨合金的价格更高，约为铜的100倍，所以它的使用受到限制，一般只用于硬质合金模具的加工。当用同一种电极材料加工不同材料的模具时，加工情况也会有一定的差异，即使同是钢件也会因其成分不同而对加工有所影响，在实际生产中应根据具体情况选用电极材料。3电极的结构形式电极的结构形式应根据模具型孔或型腔的尺寸大小，复杂程度及电极的加工工艺性等来确定,常用的电极结构有下列几种形式：（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