模具零件电火花加工的.doc

第4章 模具零件电火花加工 电火花加工又称放电加工(Electrical Discharge Machining简称EDM)，在20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产。它是在加工过程中，利用两极（工具电极和工件电极）之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来，以使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定要求的加工方法。因放电过程中可见到火花，故称之为电火花加工，也称电蚀加工。加工中工件和电极都会受到电腐蚀作用，只是两极的蚀除量不同,这种现象成为极性效应。工件接正极的加工方法称为正极性加工；反之，称为负极性加工。 　　电火花加工的质量和加工效率不仅与极性选择有关，还与电规准（即电加工的主要参数)、工作液、工件、电极的材料、放电间隙等因素有关。 电火花放电加工按工具电极和工件的相互运动关系的不同，可以分为电火花穿孔成形加工、电火花线切割、电火花磨削、电火花展成加工、电火花表面强化和电火花刻字等。其中,电火花穿孔成形加工和电火花线切割在模具加工中应用最广泛。 4.1电火花加工的基础知识 4.1.1电火花加工的基本原理及必要条件 　　电腐蚀现象早在19世纪初就被人们发现并加以研究。例如，电器开关在闭合或断开时，往往产生火花放电而把接触表面烧毛、腐蚀。所以人们一直认为电腐蚀是有害的。因而不断地研究它的成因，并设法减轻和避免。研究结果表明，电火花腐蚀的主要原因在于火花放电时，火花通道瞬时产生大量的热，以致使电极表面的金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来，形成放电凹坑。要将放电腐蚀原理用于导电材料的尺寸加工，必须具备以下几个基本条件。 　　1）工具电极和工件电极之间在加工时必须保持一定的间隙，一般是几个微米至数百微米。因此，加工中必须用自动进给调节机构来保证加工间隙随加工状态而变化。 2）火花放电必须在一定绝缘性能的介质中进行，液体介质有压缩放电通道的作用，同时液体介质还能把电火花加工过程中产生的金属屑、炭黑等电蚀产物从放电间隙中排出去，并对电极和工件有较好的冷却作用。 对导电材料进行尺寸加工时，极间应有液体介质；表面强化时，极间为气体介质。 　　3）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/cm）。这时，放电所产生的热量就足以使电极表面的局部金属瞬时熔化甚至汽化。 　　4）火花放电是瞬时的脉冲性放电。放电的持续时间一般为1~1000μs，这样才能使放电产生的热量来不及传导扩散到材料的其余部份，放电点集中在很小范围，内能量集中，温度高。如果放电时间过长，就会形成持续电弧放电，使加工表面材料大范围熔化烧伤而无法用作尺寸加工。 　　5）在先后两次脉冲放电之间，应有足够的停歇时间，排除电蚀产物，使极间介质充分消电离，恢复介电性能，以保证每次脉冲放电不在同一点进行，避免发生局部烧伤现象，使重复性脉冲放电顺利进行。图4.1.1所示为脉冲电源的空载电压波形。图中ti为脉冲宽度，t0为脉冲间隔，tp为脉冲周期，ui脉冲峰值电压或空载电压。 图4.1.1脉冲电源的空载电压波形 　 以上这些问题的解决，是通过图4.1.2所示的电火花加工系统来实现的。工件5与工具3分别与脉冲电源2的两输出端相连接。自动进给调节装置1使工具和工件间经常保持一很小的间隙（此处为电机与丝杆螺母机构），当脉冲电压加到两极之间时，便在当时条件下相对某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，在该局部产生火花放电，放电点处产生瞬时高温使工具和工件表面都蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑。脉冲放电结束后，经过一段时间间隔，使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。如此连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给就可将工具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件，整个加工表面将由无数个小凹坑所组成，如图4.1.3所示，其中图4.1.3 (a)表示单个脉冲放电后的电蚀坑，图4.1.3 (b)表示多次脉冲放电后的电极表面。 　　　　　图4.1.2电火花加工原理 图4.1.3电火花加工表面局部放大图 1-自动进给调节装置；2-脉冲电源；3-工具； 4-工作液；5-工件；6-工作台；7-过滤器；8-工作液泵 4.1.2电火花加工的特点 　　电火花加工中，加工材料的去除是靠放电时的热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材斜的导电特性及其热学特性，如熔点、沸点(汽化点)、比热容、热导率、电阻率等，而几乎与其力学性能(硬度、强度)无关，因此适合于加工难以切削加工的材料。 　　放电加工中，加工工具电极和工件不直接接触，没有机械加工中的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制