模具制造技术第四章模具零件的特种加工ξ4.1电火花成形加工一、电火花成形加工的基本原理电火花加工是在特定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电时的电腐蚀作用，对工件进行加工的一种方法，可以加工各种高熔点、高硬度、高强度、高纯度、高韧性材料，广泛用于模具制造中。模具制造技术随派姆⒄谷嗣嵌缘绺聪窒蟮难芯恐鸾ド钊耄鲜兜皆谝禾?介质内进行重复性脉冲放电能对导电材料进行加工，因而开创了电火花加工。脉冲放电用于零件加工应具备以下基本条件。(1)接在不同极性上的工具和工件之间必须保持一定距离以形成放电间隙。间隙大小与加工电压、加工介质等有关，一般为0.01mm~0.1mm。为了使脉冲放电能连续进行，在加工过程中必须保持放电间隙不变。(2)放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。液体介质能将电蚀产物从放电间隙中排除并对电极表面进行冷却。大多数电火花机床采用煤油做工作液进行穿孔和型腔加工。在大功率工作条件下，为避免煤油着火，应采用高燃点润滑油或煤油与润滑油的混合油等做工作液。近年来，新开发的水基工作液可使粗加工效率大大提高。模具制造技术(3)脉冲波形基本是单向的，如图4.1所示。脉冲宽度(放电延续时间)ti应小于10-3s，以使放电所产生的热量来不及从放电点过多地传导到其他部位，从而集中在极小范围内使金属局部熔化，直至气化。相邻脉冲之间的间隔时间t0称脉冲间隔，它使放电介质有足够时间恢复到绝缘状态(称为消电离)，以免引起持续电弧放电、烧伤加工表面而无法用作尺寸加工。(4)有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属熔化或气化。电火花加工的原理如图4.2所示。自动进给调节装置能使工件和工具电极经常保持给定的放电间隙。由脉冲电源输出的电压加在液体介质中的工件和工具电极(以下称电极)上。当电压升高到间隙中介质的击穿电压时，使介质在绝缘强度最低处被击穿，产生火花放电，如图4.3所示。瞬间高温使工件和电极表面都被腐蚀掉一小块材料，形成小凹坑。模具制造技术图4.1脉冲流波形ti—脉冲宽度；t0—脉冲间隔；T—脉冲周期；I0—电流峰值模具制造技术图4.2电火花加工原理1—工件；2—脉冲电源；3—自动进给装置4—工具电极；5—工作液；6—过滤器；7—泵模具制造技术图4.3放电状况微观图1—阳极；2—阳极气化、熔化区；3一熔化的金属微粒；4—工作介质5—凝固的金属微粒；6—阴极气化、熔化区；7—阴极；8—气泡；9—放电通道模具制造技术一次脉冲放电过程可分为电离、放电、热膨胀、抛出金属和消电离等几个连续阶段。(1)电离由于工件和电极表面存在着微观的凹凸不平，在两者相距最近的点上电场强度最大，会使附近的液体介质首先被电离为电子和正离子。(2)放电在电场作用下，电子高速奔向阳极，正离子奔向阴极，并产生火花放电，形成放电通道。在放电过程中，两极间液体介质的电阻从绝缘状态的几兆欧姆骤降到几分之一欧姆。由于放电通道受放电时磁场力和周围液体介质的压缩，其截面积极小，电流强度可达105A/cm2~106A/cm2(放电状况如图4.4所示)。图4.4放电凹坑剖面示意图模具制造技术(3)热膨胀由于放电通道中电子和离子高速运动时相互碰撞，产生罅咳饶堋Ｑ艏鸵跫砻媸芨咚俚缱雍屠胱恿鞯淖不鳎涠芤沧?为热能，因此，在两极之间沿通道形成一个温度高达10000℃~12000℃的瞬时高温热源。在热源作用区的电极和工件表面层金属会很快熔化，甚至气化。通道周围的液体介质除一部分气化外，另一部分被高温分解为游离的碳黑和H2、C2H2、C2H4、CnH2n等气体(使工作液变黑，在极间冒出小气泡)。上述过程是在极短时间(107s~10-5s)内完成的，因此，具有突然膨胀、爆炸的特性(可听到噼啪声)。(4)抛出金属热膨胀具有的爆炸力将熔化和气化了的金属抛入附近的液体介质中冷却，凝固成细小的圆球状颗粒，其直径因脉冲能量而异。一般为0.1μm~500μm，电极表面则形成一个周围凸起的微小圆形凹坑，如图4.4所示。(5)消电离使放电区的带电粒子复合为中性粒子的过程。在一次脉冲放电后应有一段时间间隔，使间隙内的介质消电离而恢复绝缘强度，以实现下一次脉冲击穿放电。模具制造技术一次脉冲放电之后，两极间的电压急剧下降到接近于零，间隙中的电介质立即恢复到绝缘状态。此后，两极间的电压再次升高，又在另一处绝缘强度最小的地方重复上述放电过程。多次脉冲放电使整个被加工面由无数小的放电凹坑构成，如图4.5所示。工具电极的轮廓形状被复制在工件上，达到加工目的。图4.5加工表面局部放大图模具制造技术在脉冲放电过程中，工件和电极都要受到电腐蚀，但正、负两极的蚀除速度不同，这种蚀除速度不同的现象称极性效应。产生极性效应的原因是电子质量小、惯性小，