1、1电火花成型加工的方法电火花成型加工方法主要有：单工具电极直接成型法、单电极平动法、多电极更换法和分解电极加工法等。要根据加工对象、精度和粗糙度要求选择加工方法。（1）单工具电极直接成形法单工具电极直接成型法主要用于加工深度很浅的浅型腔模，如各种纪念章、证章的花纹模，以及工艺美术图案、浮雕、文字等。除此以外，也可用于加工无直壁的型腔模具或成形表面。因为浅型腔花纹模具要求精细的花纹清晰，所以不能采用平动或摇动加工；而无直壁的型腔表面都与水平面有一倾斜角，工具电极在向下垂直进给时，对倾斜的型腔表面有一定的修整、修光作用。（2）单电极平动加工法3主轴头主轴头是电火花成型机床的一个关键部件，在结构上由
2、伺服进给机构、导向和防扭机构、辅助机构三部分组成，用以控制工件与工具电极之间的放电间隙。主轴头最重要的附件是平动头，在加工大间隙冲模和零件上的异形孔时，需经常使用平动头。平动头包括两部分，一是由电动机驱动的偏心机构，二是平动轨迹保持机构。通过偏心机构和平动轨迹保持机构，平动头将伺服电动机的旋转运动转化成工具电极在水平面内围绕其原始位置做平面圆周平移运动，如图 5-3 所示，各个小圆的外包络线就形成加工表面，小圆的圆周半径（即平动量 ）通过平动头偏心量来调节可由零逐步扩大，S 为放电间隙。采用平动头加工的特点是：用一个工具电极就能由粗至精直接加工出工件，在加工过程中，工具电极的轴线偏移工件的轴线
3、，这样，除了处于放电区域的部分外，在其他地方工具电极与工件之间的间隙都大于放电间隙，这有利于电蚀产物的排出，提高加工稳定性，但由于有平动轨迹半径的存在，因此无法加工出有清角直角的型腔。图 5-3 平动加工时电极的运动轨迹单电极平动法在型腔模电火加工中应用最广泛。它是采用一个电极完成型腔的粗、中、精加工。首先采用低损耗（1%） 、高生产率的粗规准进行加工，然后利用平动头作平面小圆运动，如图 5-10 所示，按照粗、中、精的顺序逐级改变电规准。与此同时，依次加大电极的平动量，以补偿前后两个加工规准之间型腔侧面放电间隙差和表面微观不平度差，实现型腔侧面仿型修光，完成整个型腔模的加工。图 5-10 平
4、动头扩大间隙原理图经验之谈如果不采用平动（摇动）加工，如图 5-11（a）所示，在用粗加工电极对型腔进行粗加工之后，型腔四周侧壁留下很大的放电间隙，而且表面粗糙度很差（图 5-11（b） ）所示，此时再用精加工条件电规准已无法进行加工，必要时只好更换一个尺寸较大的精加工电极，如图 5-11（c)所示，费时又费钱。如果采用平动（摇动）加工，如图 5-11 的（d）和（e） ，只要用一个电极向左、右、前、后平动，逐步地由粗到精改变规准，就可以较快地加工出型腔来。图 5-11 平动加工的优点用平动头单电极平动法最大的优点是只需一个电极，一次装夹、定位，便可达到0.05的加工精度，并方便了电蚀产物的排
5、除，使加工过程稳定。其缺点是难以获得高精度的型腔，特别是难以加工出清棱、清角的型腔。因为平动时，电极上的每一个点都按平动头的偏心半径作圆周运动，清角半径由偏心半径决定。此外，电极在粗加工中容易引起不平的表面龟裂状的积碳层，影响型腔表面粗糙度，为弥补这一缺点，可采用精度较高的重复定位夹具，将粗加工后的电极取下，经均匀修光后，再重复定位、装夹，再用平动头完成型腔的终加工，可消除上述缺陷。（3）电火花摇动加工使用电火花成型机床时，是利用工作台按一定轨迹做微量移动来修光侧面的，为区别于夹持在主轴头上的平动头的运动，通常将其称作摇动。由于摇动轨迹是靠数控系统产生的，所以具有更灵活多样的模式，除了小圆轨迹
6、动动外，还有方形、十字形运动，因此更能适应复杂形状的侧面修光的需要，尤其可以做到尖角处的“清根”，这是一般平动头所无法做到的。图 5-12（a）为基本摇动模式，图 5-12（b）为工作台变半径圆形摇动，主轴上下数控联动，可以修光或加工出锥面、球面。由此可见，数控电火花加工机床更适合单电极法加工。另外，可以利用数控功能加工出以往普通机床难以或不能实现的零件，如利用简单电极配合侧向（X、Y 向）移动、转动、分度等进行多轴控制，可加工复杂曲面、螺旋面、坐标孔、侧向孔、分度槽等，如图 5-12（c）所示。图 5-12 几种典型的摇动式加工实例R1起始半径；R 2终止半径；R球面半径。（4）多工具电极更
7、换法在没有平动或摇动加工的条件时，可采用多工具电极更换法，它是采用多个工具电极依次更换加工同一型腔，每个电极加工时必须把上一规准的放电痕迹去掉。一般用两个电极进行粗、精加工就可满足要求；当型腔模的精度和表面质量要求很高时，可采用三个或更多个电极进行加工，但要求多个电极的一致性好、制造精度高；另外，更换电极时要求定位、装夹精度高，因此一般只用于精密型腔的加工。（5）分解工具电极法分解工具电极法是单工具电极平动法和多工具电极更换法的综合应用。它工艺灵活性强,仿形精度高，适用于尖角窄缝、沉孔、深槽多的复杂型腔模具加工。根据型腔的几何形状，把工具电极分解为主型腔工具电极和副型腔工具电极分别制造，分别使
8、用。主型腔工具电极一般完成去除量大、形状简单的主型腔加工（图 5-13（a） ） ；副型腔工具电极一般完成去除量小、形状复杂（如尖角、窄槽、花纹等）的副型腔加工（图5-13（b ） ） 。(a)主型腔加工 (b)副型腔加工图 5-13 分解工具电极加工法示意图此方法的优点是可以根据主、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，同时还可以简化电极制造，便于修整电极。缺点是更换电极时主型腔和副型腔电极之间要求有精确的定位。近年来，像加工中心那样具有电极库的 35 坐标的数控电火花机床，已使用比较普遍。事先把复杂型腔分解为简单表面和相应的简单电极，编制好程序，加
9、工过程中自动更换电极和转换规准，实现复杂型腔的加工。同时配合一套高精度辅助工具、夹具系统，可以大大提高电极的装夹定位精度，使采用分解电极法加工的模具精度大为提高。2电极材料的选择工具电极材料的熔点、沸点越高，熔化热、气化热越大，导热性能越好，其损耗率一般越小。钨、铂的损耗率最小，紫铜次之，但钨铂价格贵且难机械加工，因此常用铜作工具电极，其损耗率为 1050。石墨电极在长脉冲粗加工时，能吸附游离碳，补偿损耗，一般其损耗率小于 1，因此常用石墨作型腔模加工的工具电极。冲模凹模加工常用铸铁或钢作工具电极，虽然其损耗比较大，但可与凸模一道成型磨出，易制造，成本低，还可以用“超切行程 ”平动加工修正孔型
10、，保证精度。常用电极材料的性能及用途，详见表 5-2。表 5-2 常用电极材料的性能电极材料 电火花加工性能 机械加工性能 说 明石墨加工稳定性较好，电极损耗较小，抗高温、变形小、质量轻；但精加工时电极损耗大加工光洁度低于紫铜电极，并且容易脱落、掉渣，易拉弧烧伤。机械强度差，制造电极时粉尘较大、易崩。适用于穿孔加工和大型型腔模具加工。黄铜加工稳定性较好，加工速度低 于紫铜，电损耗极大。常采用磨削加工，很少用机械方法加工。适用于简单形状的穿孔。紫铜加工性能优异，电极损耗小，但密度大，所以不易做大、中型电极。因材质软，易产生瑕疵，所以磨削加工困难。适用于穿孔加工和小型型腔模具加工。铜 加工稳定性差
11、，电极损耗一般。 机械加工性能优异。 适用于穿孔加工。铸铁 加工稳定性一般，电极损耗中等。 机械加工性能优异。 适用于穿孔加工。铜钨合金 加工稳定性好，电极损耗小。 切削或磨削时工具磨损加大，又一定的弯曲变 适用于精密穿孔加工和精密型腔模具加工。形，价格昂贵。银钨合金 加工稳定性好，电极损耗小。切削或磨削时工具磨损加大，又一定的弯曲变形，价格昂贵。适用于精密穿孔加工和精密型腔模具加工。3. 电极的设计（2）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
12、孔或型腔加工中最常用的电极结构形式，图 5-14 所示即为型腔加工用整体电极的结构形式。当电极面积较大时，可在电极上开一些孔，或者挖空以减轻重量。(a)无固定板式 (b)有固定板式 图 5-14 整体电极结构形式1冲油孔；2石墨电极；3电极固定板。对于穿孔加工，有时为了提高生产率和加工精度，降低表面粗糙度，可以采用阶梯式整体电极。所谓阶梯式整体电极就是在原有的电极上适当增长，而增长部分的截面尺寸适当均匀减小（f=0.10.3mm） ，呈阶梯形，如图 5-15 所示，L 1 为原有电极的长度，L 2 为增长部分的长度（为型孔深度的 1.22.4 倍） 。加工时利用电极增长部分来粗加工，蚀除掉大部
13、分金属，只留下很少余量，让原有的电极进行精加工。阶梯电极有许多优点：能充分发挥粗加工的作用，大幅度提高生产效率，使精加工的加工余量降低到最小，特别适宜小斜度型孔的加工，易保证模具的加工质量，并且可减少电规准的转换次数。图 5-15 阶梯式整体电极2）组合电极在冲模加工中常遇到需要在同一凹模上加工出几个型孔，对于这样的凹模可以用单个电极分别加工各孔，也可以采用组合电极加工，即把多个电极组合装夹在一起，如图 5-16所示，一次完成凹模各型孔的电火花穿孔加工。采用组合电极加工时，生产率高，各型孔间的位置精度也较为准确，但必须保证组合电极各电极间的定位精度，并且每个电极的轴线要垂直于安装表面。图 5-
14、16 组合电极3）分解式电极 当工件形状比较复杂，则可将电极分解成简单的几何形状，分别制造成电极，以相应的加工基准，逐步将工件型腔加工成形。采用分解式电极成形加工，可简化电加工工艺，但是，必须统一加工基准，否则将增加加工误差，如图 5-17 所示。分解式电极多用在形状复杂的异型孔和型腔的加工。图 5-17 分解式电极4）镶拼式电极 对形状复杂而制造困难的电极，可分解成几块形状简单的电极来加工，加工后镶拼成整体的电极来电加工型孔，该电极即为镶拼式电极。如图 5-18 所示，是将 E 字形硅钢片冲模所用的电极分成三块，加工完毕后再镶拼成整体。这样既可保证电极的制造精度，得到了尖锐的凹角，又简化了电
15、极的加工，节约了材料，降低了制造成本。但在制造中应保证各电极分块之间的位置准确，配合要紧密牢固。图 5-18 镶拼式电极（3）电极尺寸的确定1）电极横截面尺寸的确定电极横截面尺寸是根据凹模（或凸模）的尺寸及公差，凸模、凹模配合间隙和放电间隙的大小确定的。电火花放电间隙的大小与电极材料、模具材料、电规准的选择、设备的精度及工作液等有关。为了保证模具加工后的表面粗糙度，最后必须用精规准修出，因此在确定电极尺寸时，应先按相应的条件得到放电间隙值。在凸模、凹模零件图上标注公差时，根据模具的设计基准不同，有不同的标注方法。因此，电极截面尺寸的确定也要按以凹模设计为基准，还是凸模设计为基准两种情况来讨论。
16、(a) 按凹模尺寸和公差确定电极横截面尺寸 如图 5-19 所示凹模型孔不同部位的尺寸公差标注。其相应部位电极横截面尺寸的计算公式如下： 0)2(SAa0BbCc01)(SRr2式中 S单边放电间隙；电极制造公差，通常取模具公差 的 1/22/3，并按“入体原则”标注。 图 5-19 凹模尺寸及公差标注(b) 按凸模尺寸和公差确定电极横截面尺寸 图 5-20 所示为凸模尺寸及公差标注，由于凹模、凸模配合间隙的不同又存在三种情况：凸模、凹模单边配合间隙等于放电间隙（Z/2 S）：电极横截面尺寸和凸模截面尺寸完全相同，电极公差取凸模公差 1/23/2。凸模、凹模单边配合间隙小于放电间隙（Z/2 S
17、）：电极应按凸模四周每边均匀缩小一个值（S Z/2） ，电极横截面尺寸计算公式如下：0)2/(ZSAaBbCc01)2/(ZSRr2凸模、凹模配合间隙大于放电间隙（Z/2 S） ，电极应按凸模四周每边均匀放大一个值（Z/2S） ，电极横截面尺寸计算公式如下： 0)2/(ZAa0SBbCc01)2/(ZRr2S式中 S单面放电间隙；Z/2凸模、凹模单边间隙；电极制造公差，取模具公差 的 1/22/3。由以上相应公式设计计算出的电极横截面尺寸适合一般型孔的电火花加工，对加工型腔的电极还应考虑精加工及抛光加工余量。图 5-20 凸模尺寸及公差标注2）电极长度的确定在电极长度确定方面，穿孔加工与型腔加工是不同的，穿孔加工只计算电极长度，而型腔加工还须考虑各纵截面的形状和尺寸。型腔加工电极纵截面的形状和尺寸，应根据型腔底部的形状和尺寸并考虑放电间隙而确定。对型腔底部不同部位的尺寸，其电极的尺寸计算也有所不同。图 5-16 所示为加工型腔时，电极纵截面尺寸，尺寸的计算如下： HSR12/)90(tan B式中：S 为单面放电间隙；H、R1 、R2、B 为型腔要求尺寸；H、R1、R2、B 为电极尺寸。以上的计算方法仅适合型腔加工中低损耗加工的电极设计，并且精加工或抛光余量应另行考虑。对于有损耗加工的电极设计在此没有涉及。
