电火花穿孔成型加工

特种加工
电火花穿孔成形加工（苏州科技学院机电系）
班级：机械0811
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电火花穿孔成形加工
1、背景
进入20世纪50年代后，随着市场发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展，它们所需要的材料愈来愈难加工，零件愈来愈复杂，加工精度、表面粗糙度和某些特殊要求也愈来愈高。

由于传统的切削加工很难满足这些要求，因此，人们开始探索其它能量的加工方法，如电、化学、光、声等。

特种加工也就是在这种情况下产生了。

2、特种加工的涵义
特种加工是区别于传统的切削加工的新型加工方法。

它主要不是依靠机械能、切削力进行加工，而是用软的东西（甚至不用刀具）加工硬的工件，可以加工各种难加工材料、复杂表面和某些特殊要求的零件。

像电火花加工、电化学加工、激光加工、超声加工、快速成形加工等都属于特种加工方法。

早在20世纪50年代中期，我国就已经研制出电火花穿孔、电火花表面强化等机床。

到今天，我国的电火花应用技术已经相当成熟，而且也扩展到了更多的材料加工领域，像电火花穿孔成形加工、电火花切割加工等。

3、电火花加工的原理及特点
电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下来。

图1 电火花加工原理图
电火花加工过程大致可分为四个阶段：
(1) 极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图2(a)所示)；
(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图2 (b)、(c)所示)；
(3) 电极材料的抛出(如图2 (d)所示)；
(4) 极间介质的消电离(如图2 (e)所示)。

图2 电火花加工过程
3.1 电火花加工条件
进行电火花加工必须具备三个条件：
(1) 必须采用脉冲电源；
(2) 必须采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工件电极间微小
的放电间隙；
(3) 火花放电必须在具有一定绝缘强度（10～107Ω•m）的液体介质
中进行。

3.2 电火花加工特点
可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料；加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工：脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；电火花加工后的表面呈现的凹坑，有利于贮油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。

3.3 电火花加工分类
按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致可分为电火花穿孔成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类。

由于我所讲述的是电火花穿孔成形加工技术，对于其它的电火花加工技术就不再详细介绍。

3.4 电火花穿孔成形加工主要特点和用途
(1) 工具和工件间主要只有一个相对的伺服进给运动；
(2) 工具为成形电极、与被加工表面有相同的截面和相应的形状；
(3) 穿孔加工：加工各种冲模、挤压模、粉末冶金模、各种异形孔及微孔等；
(4) 型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件；
(5) 约占电火花机床总数的30％，典型机床有D7125,D7140等电火花穿孔
成形机床。

4、电火花穿孔成形加工方法
电火花穿孔成形加工是利用电火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件进行反复加工的工艺方法，其应用范围可归纳为：
4.1 电火花穿孔加工 用电火花加工方法加工通孔称为穿孔加工。

电火花穿孔加工一般应用于冲裁模具加工、粉末冶金模具加工、拉丝模具加工、螺纹加工等。

用电火花加工的冲模，容易获得均匀的配合间隙和所需的落料斜度。

刃口平直耐磨，可以相应地提高冲件质量和模具的使用寿命。

4.1.1电火花穿孔加工的四种方法
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(具体过程如图3所示)。

直接法加工的凹模与凸模的配合间隙靠调节脉冲参数、控制火花放电间隙来保证。

图3 直接法
直接法的优点是：
(1) 可以获得均匀的配合间隙、模具质量高。

(2) 无须另外制作电极。

(3) 无须修配工作，生产率较高。

直接法的缺点是： (1) 电极材料不能自由选择，工具电极和工件都是磁性材料，易产生磁性，电蚀下来的金属屑可能被吸附在电极放电间隙的磁场中而形成不稳定的二次放电，使加工过程很不稳定，故电火花加工性能较差。

(2) 电极和冲头连在一起，尺寸较长，磨削时较困难。

电火花穿孔成型加工
穿孔加工—冲模、粉末冶金模、挤压模、型孔零件、小孔、
小异形孔、深孔
型腔加工—型腔模（锻模、压铸模、塑料模、胶木模等）、
型腔零件
工(凹)工具极(紫铜)主轴头(a ) 加工前
工(凹)主轴头(b ) 加工后工(凹)
主轴头(c ) 切除损耗部分凸模刃口切部分
(紫电极)凸模口
凸模(冲头)凸模
(冲头)
2）混合法
混合法是将凸模的加长部分选用与凹模不同的材料，粘结在凸模上，并与凸模一起加工，作为穿孔电极的工作部分。

混合法的特点是：
(1) 可以自由选择电极材料，电加工性能好。

(2) 无须另外制作电极。

(3) 无须修配工作，生产率较高。

3）修配凸模法
凸模和工具电极分别制造，在凸模上留有一定的修配余量，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。

优点：
（1）可以自由选择电极材料，电加工性能好。

（2）修配工作多，配合间隙不均匀。

4）二次电极法
利用一次电极制造出二次电极，再分别用一次和二次电极加工出凹模和凸模，并保证凸、凹模的配合间隙。

4.1.2工具电极
（1）电极材料选择凸模一般选优质高碳钢T8A、T10A或铬钢Cr12、GCr15，硬质合金等。

凸、凹模不要选同种钢材型号，否则电火花加工时更不易稳定。

（2）电极设计
○1尺寸精度不低于IT7级；
○2表面粗糙度Ra值不大于1.25；
○3各表面的平行度误差在100㎜长度上不大于0.01㎜。

（3）电极的制造冲模电极的制造，一般先经普通机械加工，然后成形磨削。

一些不易磨削加工的材料，可在机械加工后，由钳工精修。

现在，直接用电火花线切割方法加工冲模电极已获得广泛应用。

4.2 电火花型腔加工
电火花加工型腔比加工凹模型孔困难。

型腔加工属于盲孔加工，主要特点（缺点）：金属蚀除量大，工作液循环困难，电蚀产物排除难；加工面积大，加工过程中电规准调节范围大；型腔复杂，电极损耗不均匀，影响加工精度。

优点：加工质量好、表面粗糙度值小、减少切削加工和手工劳动。

4.2.1电火花型腔加工方法
1）单工具电极直接成型法
单工具电极直接成型法是指采用同一个工具电极完成模具型腔的粗、中及精加工。

对普通的电火花机床，在加工过程中先用无损耗或低损耗电规准进行粗加工，然后采用平动头使工具电极做圆周平移运动，按照粗、中、精的顺序逐级改变电规准，进行侧面平动修整加工。

在加工过程中，借助平动头逐渐加大工具电极的偏心量，可以补偿前后两个加工电规准之间放电间隙的差值，这样就可完成整个型腔的加工。

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
3）分解电极加工法
分解电极加工法是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。

先用主型腔电极加工出主型腔，后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。

此方法的优点是能根据主、副型腔不同的加工条件，选择不同的加工规准，有利于提高加工速度和改善加工表面质量，同时还可简化电极制造，便于电极修整。

缺点是主型腔和副型腔间的精确定位较难解决。

4.2.2工具电极
（1）电极材料选择为提高型腔模的加工精度，在电极方面，首先是寻找耐蚀性高的电极材料，常用的电极为纯铜和石墨；
（2）电极设计加工型腔模时的工具电极尺寸，一方面与模具的大小、形状、复杂程度有关，而且与电极材料、加工电流、深度、余量及间隙等因素有关；
5、结论
电火花穿孔成形加工方法是基于电腐蚀的原理上研究设计的，它能加工形状较复杂、材料较硬的的工件。

采用穿孔成形加工方法，其表面粗糙值可控制在 。

对于不同的加工材料，电极所选用的材料也是各不相同的，在加2.5~0.63m
工过程中，在电极会消耗部分能量，这样会导致电极的损耗。

实际电火花加工过程中，还有许多因素要控制，如电极周围的磁场能、热能等，由于这些干扰因素的存在，直接导致了工件的加工精度要求。