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1、- -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准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，合理的电极构造和正确的几何尺寸，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一样，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电极的外表粗糙度应在ra0.631.25m以上，如果采用铸铁或铸铜
2、时，外表不能有砂眼。4各外表的平行度，100 mm长度不能大于0.010.02mm。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展加工，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、易于制造加工及本钱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4.2.2所示。
3、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，加长局部为加工型孔的电极；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，精细型腔，外表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)
4、主要用于加工精细深孔、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，几何形状精度及外表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、价格廉价、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，加长的局部就用作电极。电火花加工后，把损耗局部切除掉，余下局部可做凸模使用。这种方法使电极的制造工时
5、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到达最细外表粗糙度。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外表粗
6、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、其价格与铜大体一样，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，
7、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电极的构造形式电极的构造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,常用的电极构造有以下几种形式：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，这是型孔或型腔加工中最常用的电极构造形式，图4.2.4所示即为型腔加工用整体电极的构造形式。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。对于穿孔加工，有时为了提高生产率和加工精度，降低外表粗糙度，可以采用阶梯式整体电极。
8、所谓阶梯式整体电极就是在原有的电极上适当增长，而增长局部的截面尺寸适当均匀减小f=0.10.3mm，呈阶梯形。如图4.2.5所示，l1为原有电极的长度，l2为增长局部的长度为型孔深度的1.22.4倍。加工时利用电极增长局部来粗加工，蚀除掉大局部金属，只留下很少余量，让原有的电极进展精加工。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。 a)无固定板式; b)有固定板式图4.2.4整体电极构造形式 图4.2.5阶梯式整体电极1-冲油孔; 2-石墨电极； 3-电极固定板2组合
9、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4.2.6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外表。 图4.2.6组合电极 图4.2.7分解式电极1分解式电极 当工件形状比拟复杂，那么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，否那么将增加加工误差，如
10、图4.2.7所示。分解式电极多用在形状复杂的异型孔和型腔的加工。2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4.2.8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。这样即可保证电极的制造精度，得到了锋利的凹角，而且简化了电极的加工，节约了材料，降低了制造本钱。但在制造中应保证各电极分块之间的位置准确，配合要严密结实。图4.2.8镶拼式电极4电极尺寸确实定1电极横截面尺寸确实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
11、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外表粗糙度，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、凹模零件图上标注的公差时，根据模具的设计基准不同，有不同的标注方法。因此，电极截面尺寸确实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。1按凹模尺寸和公差确定电极横截面尺寸 如图4.2.9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： 式中s单面放电间隙；电极制造公差，通常取模具公差的1/22/3，并按“入体原那么标注。 2按凸模尺寸和公差确定电极横截面尺寸 图4.2.10
12、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/2s：电极横截面尺寸和凸模截面尺寸完全一样，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/2s：电极应按凸模四周每边均匀缩小一个值sz/2，电极横截面尺寸计算公式如下： 图4.2.9凹模尺寸及公差标注 图4.2.10凸模尺寸及公差标注 凸模、凹模配合间隙大于放电间隙z/2s，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： 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
13、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4.2.11 穿孔加工用电极长度 图4.2.12加工型腔电极纵截面尺寸 1-电极；2-凹模2电极长度确实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。1)穿孔加工电极长度确实定 图4.2.11所示为穿孔加工用电极长度。电极长度按下式计算： 式中 l电极总长度；l1精加工用的电极长度；l2粗中加工用的电极长度；t电极长度损耗用铸铁电极，当加工钢模具时, t =0.9t1；当加工硬质合金模具时, t =1.7t1。用钢电极，当加工钢模具时, t =
14、1.1t1；当加工硬质合金模具时, t =2.1t1；t1凹模有效刃口厚度；t2凹模中有较大斜度的漏料局部厚度；t粗中加工的电极端面损耗比。当凹模的刃口为全刃口，没有斜度较大的漏料局部时，电极长度仅计算l1局部，即l=l1，但此时凹模有效刃口厚度t1应为t。以上计算所得的电极长度是电火花穿孔加工时的工作局部长度，需要夹持时，还要加上夹持局部长度。假设采用同一只电极加工几副模具时，其电极的长度应加长，每多加工一副模具应比原来的长度约增加0.40.8倍。但电极总长度一般不应超过110120mm，否那么将会给加工带来困难。2) 型腔加工电极纵截面尺寸确实定 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
