模具制造工艺学第五章

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1、第 5 章模具零件的现代加工与成形方法5.1 电火花成形加工5.2 电火花线切割加工5.3 电化学及化学加工5.4 超声波加工与激光加工5.5 模具零件的其他成形方法 第 5 章模具零件的现代加工与成形方法 使用刀具和磨料，利用切削力和机械能加工模具是由来已久的传统加工方法，这种金属切削加工方法尽管不断得到完善和发展，但仍不能满足迅速发展的模具制造业的需要。特别是对于高硬度、高韧性、高强度、高魄性等难加工材料，以及精密细小、形状复杂和结构特殊的模具零件，采用传统的机械切削加工方法根难达到精度、表面粗糙度和生产率的要求，甚至无法加工。因此，近几十年来，人们籍助子现代科学技术的发展，相继开发了一系

2、列有别于传统机械切削加工的现代新型加工方法特种加工。第 5 章模具零件的现代加工与成形方法 特种加工是以利用热能、电能、声能、光速、化学能、电化学能等机械能以外的其他能量为主去除工件材料的新颖加工方法。现代特种加工与传统机械加工的不同1 不是主要依靠机械能，而是主要依靠其他能量去除工件材料。2 不要求工具材料比工件材料更硬；3 加工过程中工具和工件之间不存在明显的机械切削力。5.1 电火花成形加工 电火花加工又称放电加工或电蚀加工，它包括电火花成形加工，电火花线切割加工，电火花内孔、外圆和成形磨削，电火花同步回转加工，电火花表面强化和刻字等工艺方法。在模具制造中常用的有电火花成形加工和电火花线

3、切割加工，它是目前模具成形表面的重要加工方法。5.1.1 电火花成形加工的基本原理及特点电火花成形加工的基本原理 电火花成形加工的原理是基于工具电极与工件电 极（正极与负极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀 现象来除去多余的金属，以获得规定的尺寸、形状 和表面质量的一种加工方法。5.1.1 电火花成形加工的基本原理及特点电火花成形加工的基本原理 早在19世纪初，人们就发现，电器开关的触头在断开或闭合时，会产生放电现象而使其接触部位烧蚀损坏。这种由于放电所引起的电极烧蚀现象，通常被称为电腐蚀现象。长期以来，人们在研究抗电腐蚀办法的同时，也在研究利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工，终于在1943年前

4、苏联科学院电工研究所的拉扎连柯夫妇研制出利用电容器反复充电放电原理的世界上第一台实用化的电火花加工穿孔机。5.1.1 电火花成形加工的基本原理及特点电火花成形加工的基本原理 5.1.1 电火花成形加工的基本原理及特点电火花成形加工表面形状示意 5.1.1 电火花成形加工的基本原理及特点电火花成形加工必须具备以下条件：1 电火花成形加工必须采用脉冲电源提供瞬间脉冲放电。为防止电弧烧伤，电火花加工只能用断断续续的脉冲放电波。为了形成极小范围内的瞬时高温，以使金属局部熔化，甚至气化，必须保证电火花放电所产生的热量来不及从放电点传导扩散出去，因而，实际脉冲放电时间应小于0 .001s放电之后，为使放电

5、介质有足够时间恢复绝缘状态，以免引起持续电弧放电，烧伤加工表面，还要有一定的脉冲间隔时间。 5.1.1 电火花成形加工的基本原理及特点电火花成形加工必须具备以下条件：2 脉冲放电必须有足够的放电能量。脉冲放电的能 量要足够大，电流密度应大，足以使金属局部熔 化和气化，否则只能使金属表面发热。 5.1.1 电火花成形加工的基本原理及特点电火花成形加工必须具备以下条件：3 工具电极和工件之间必须保持一定的距离以形成 放电间隙。这一间隙随加工条件而定，通常约为 几微米至几百微米。如果间隙尺寸过大，极间电 压不能击穿极间介质，火花放电就不会产生；如 果间隙尺寸过小，很易形成短路，同样不能产 生火花放电

6、。为此，在电火花成形加工中必须有 专门的调节装置以维持正常的放电间隙。5.1.1 电火花成形加工的基本原理及特点电火花成形加工必须具备以下条件：4 火花放电必须在一定绝缘性能的液体介质中进行。 这种液体介质（如煤油、皂化液、去离子水）不 仅有利于产生脉冲性的火花放电，同时还有排除 放电间隙中的电蚀产物及对电极表面的冷却作用。 电火花成形加工的物理本质 液体介质击穿和通道形成 电火花加工一般都是在液体介质中进行的。当脉冲电压施加在工具电极与工件之间时，将会在极间产生电场。由于极间距离甚小以及电极表面的微观不平，极间电场是不均匀的，一般在两者相距最近的对应点上的电场强度最大。极间介电液中的杂质则会

7、在极间电场作用下，向电场较强的地方聚集，进而引起极间电场的畸变。电火花成形加工的物理本质 能量的转换和传递 两极间的介质一亘被击穿，脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极，正离子奔向负极。电能变成动能，动能通过碰撞又转变为热能。于是两极放电点和通道本身温度剧增，使两极放电点的金属材料熔化甚至沸腾气化，并使通道中介质气化或热分解。电火花成形加工的物理本质 电蚀屑的抛出 在热膨胀压力和爆炸力作用下，电极和工件表面熔化和汽化了的金属被抛入附近的液体介质中冷却，由子表面张力和内聚力的作用，使抛出的材料冷凝为球状颗粒，大小因脉冲能量而定。电火花成形加工的物理本质 电火花瞬间放电示意图电火花成形加工的物理本质

8、 间隙介质的消电离 为了保证电火花加工过程正常地进行，在两次脉冲放电之间一般要有足够的脉冲间隔时间，使间隙内的介质消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，并恢复该处液体介质的绝缘强度。如果间隔时间不够，消电离不充分，电蚀产物和气泡来不及很快排除，就会改变间隙内介质的成分和绝缘强度，破坏消电离过程，这些都会使脉冲放电不能顺利转移到其他部位，而始终集中在某一部位，形成连续的电弧放电，使电火花加工不能正常进行。3 电火花成形加工的特点和适用范围适合于难切削材料的加工 由于加工中材料的去除是靠放电时的电热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热学特性，如熔点、沸点、比热容、导热系数

9、、电阻率等，而几乎与其力学性能无关。这样可以突破传统切削加工对刀具的限制，可以用软的工具加工硬、韧的工件，从而扩大了模具材料的选用范围。3 电火花成形加工的特点和适用范围可以加工特殊及复杂形状的零件 由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细工件，如加工细长、薄、脆性零件及微细深孔。由子可以简单地将各工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于加工复杂表面形状的工件。3 电火花成形加工的特点和适用范围可以改进结构设计，改善结构的工艺性 例如拼镶结构的硬质合金冲模采用电火花加工后，可以将拼镶结构改为整体结构，既减少了加工工时和装配工时，又延长了使用寿命。

10、又如喷气发动机中的叶轮，采用电火花加工后可以将拼镶，焊接结构改为整体叶轮，既大大提高了工作可靠性，又大大减小了体积和质量。3 电火花成形加工的特点和适用范围可使零件的结构设计及工艺设计更加灵活 采用电火花加工的零件，在结构设计时允许方孔、小孔、弯孔、窄缝等结构形式，在工艺设计时可先淬火后加工，以避免淬火热变形对零件精度的影响。 3 电火花成形加工的特点和适用范围易于实现加工过程自动化 由于是直接利用电能加工，而电能、电参数 比机械量易于数字控制、适应控制、智能化控制 和无人化操作等。 电火花加工的局限性 只能用于加工金属等导电材料 不像切削加工那样可以加工塑料、陶瓷等绝缘的非导电材料。但近年来

11、研究表明，在一定条件下也可加工半导体和聚晶金刚石等非导体超硬材料。 电火花加工的局限性 加工速度一般较慢 因此通常安排工艺时多采用切削去除大部分余量，然后再进行电火花加工，以求提高生产率。但最近的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率可不亚于切削加工。 电火花加工的局限性 存在电极损耗 由于电火花加工靠电、热来蚀除金属，电极也会遭受损耗，而且电极损耗多集中在尖角或底面，影响成形精度。但最近的机床产品在粗加工时已能将电极相对损耗比降至0.1%以下，在半精和精加工时能将损耗比降至1% ，甚至更小。4 ，电火花加工工艺方法分类电火花穿孔成形加工 特点：工具和工件间主要只有一个

12、相对的伺服进 给运动，工具为成形电极，与被加工表面 有相同的截面或形状 用途：型腔加工，穿孔加工4 ，电火花加工工艺方法分类电火花线切割加工 特点：工具电极为顺电极丝轴线方向移动着的线 状电极，工具和工件在两个水平方向同时 有相对伺服进给运动 用途：切割各种冲模和具有直纹面的零件，下 料、截割和窄缝加工4 ，电火花加工工艺方法分类电火花内孔、外圆和成形磨削 特点：工具和工件有相对的旋转运动，工具和工 件间有径向和轴向的进给运动 用途：加工高精度、表面粗糙度值小的小孔，加 工外圆、小模数滚刀等 4 ，电火花加工工艺方法分类电火花同步共轭回转加工 特点：成形工具和工件均作旋转运动，但二者角 速度相

13、等或成整数倍，相对应接近的放电 点可有切向相对运动速度，工具相对工件 可做纵、横向进给运动 用途：以同步回转、展成回转、倍角速度回转等 不同方式加工各种形状形面的零件。4 ，电火花加工工艺方法分类电火花高速小孔 加工 特点：采用细管电极，管内冲入高压水基工作 液；细管电极旋转；穿孔速度极高 用途：线切割预穿丝孔；深径比很大的小孔4 ，电火花加工工艺方法分类电火花表面强化、刻字 特点：工具在工件表面上振动；工具相对工件移 动 用途：模具刃口、刀、量具刃口表面强化和镀覆；电火花刻字、打印记5.1.2 电火花成形加工的基本规律影响加工速度的主要因素 加工速度（或称生产率）是指在一定的规 准（脉冲电源

14、的脉冲宽度、脉冲间隙和峰值电 流等一组电参数）下单位时间内从工件上蚀除 的金属体积V或质量m。 影响加工速度的主要因素电规准对加工速度的影响 脉冲电源提供给电火花成形加工的脉冲宽 度、脉冲间隙和峰值电流这一组电参数，称为电 规准。单位时间内的金属工件材料蚀除量 v v等 于该时间内各单个有效脉冲蚀除量v i之和。影响加工速度的主要因素极性效应对加工速度的影响 在脉冲放电过程中，工件和电极都要受到电腐蚀，实践证明，即使工件和电极的材料完全相同，也会有不同的蚀除速度。这种单纯由于极性不同而发生蚀除速度不一样的现象叫做极性效应。习惯上常把工件接正极时的电火花加工称为正极性加工，把工件接负极时的加工称

15、为负极性加工。在操作中必须注意极性效应，正确选择极性，使工件的蚀除量大于电极的蚀除量。影响加工速度的主要因素工件材料的热学常数对加工速度的影响 所谓热学常数是指熔点、沸点、热导率、比热容、熔化热、汽化热等，其中前三者对电蚀量影响较大。 每次脉冲放电时，通道内及正、负电极放电点瞬间分别获得大量热能，除了一部分由于热传导散失到电极其他部分和工作液中外，大部分热能消耗在金属的熔化、汽化过程中。影响加工速度的主要因素工作液对加工速度的影响在电火花成形加工时，工作液的作用是：1 介电作用。工作液一般都具有一定的介电能力，有助子产生脉冲式的火花放电，形成放电通道，放电结束之后又能恢复极间绝缘状态。2 压缩

16、放电通道，提高火花放电能量密度，强化电蚀产物的抛出效应。 3 冷却工具与工件，并传散放电结束后的极间放电通道余热。 影响加工速度的主要因素排屑条件对加工速度的影响 在电火花加工过程中，极间局部区域电蚀产物过高，加之放电引起的温度升高，常会影响加工过程的稳定性，以致破坏正常的火花放电，使加工速度降低，甚至无法继续加工。影响加工精度的主要因素 尺寸精度 电火花加工时，工具电极与工件之间都存在一定的放电间隙，因此工件上被加工型腔或孔的尺寸一定会稍大于工具的尺寸。加工用的脉冲空载电压、击穿电压高，单个脉冲能量大，工作液的绝缘电阻低，则放电间隙就会较大。如果加工过程中放电间隙能保持不变，则可以通过修正工

17、具电极尺寸进行补偿，也能获得较高的加工精度。影响加工精度的主要因素形状精度 影响形状精度的因素主要是电火花加工时产生斜度和圆角。1 斜度。电火花加工时侧面产生斜度，使上端尺寸大而底端尺寸小。这是由于二次放电和电极损耗而产生的， 2 圆角。电火花加工时，工具电极上的尖角和凹角，根难精确地复制在工件上，而是形成一个小圆角。 影响加工表面质量的主要因素 表面粗糙度 电火花加工表面和切削加工表面不同，它不存在有方向性的刀痕，而是由无数的电蚀小坑和光滑的硬凸边所组成，特别有利子保存润滑油，在相同的表面粗糙度下其耐磨和耐蚀性能均比切削加工的表面好。影响加工表面质量的主要因素 表面变质层 由于电火花放电的瞬

18、时高温和液体介质的冷却作用，使工件加工表面产生了一层与原来材料组织不同的变质层。变质层包括表面的熔融再凝固层（熔化层）及热影响层。影响加工表面质量的主要因素 表面机械性能 电火花加工后表面层的硬度一般均比较高，但对某些淬火钢，也可能稍低于基体硬度。对未淬火钢，特别是原来含碳量低的钢，热影响层的硬度都比基体材料高；对淬火钢，热影响层中的再淬火区硬度稍高或接近于基体硬度，而回火区的硬度比基体低，高温回火区又比低温回火区的硬度低。 影响电极相对损耗的主要因素 电极损耗分为绝对损耗和相对损耗，绝对损耗是指单位时间内工具电极损耗的长度、重量或体积，即长度绝对损耗。重量绝对损耗或体积绝对损耗。相对损耗是指

19、工具电极的绝对损耗与加工速度的百分比，即得到长度相对损耗、重量相对损耗或体积相对损耗。 影响电极相对损耗的主要因素 正确选用电极材料 电极材料不同，工具电极的相对损耗也不同。在选择电极材料时，不仅要考虑电极损耗，还应该考虑其他因索。钨、钼的熔点和沸点较高，损耗小，但其机械加工性能不好，价格又贵，所以除线切割用钨钼丝外，其他很少采用。 影响电极相对损耗的主要因素 正确选择加工极性 一般来说，在短脉冲精加工时采用正极性加 工（即工件接电源正级），而在长脉冲粗加工时 则采用负极性加工。 影响电极相对损耗的主要因素 利用吸附效应 在用煤油之类的碳氢化合物做工作液时，在放电过程中工作液 将发生热分解，而

20、产生大量的游离碳微粒，还能和金属结合形成金属碳化物的微粒，即胶团。中性的胶团在电场作用下可能与其可动层（胶团的外层）脱离，而成为带电荷的碳胶粒。 影响电极相对损耗的主要因素 利用传热效应 对电极表面温度场分布的研究表明，电极表面放电点的瞬时温度不仅与瞬时放电的总热量（与放电能量成正比）有关，而且与放电通道的截面积有关，与电极材料的导热性能有关。因此，在放电初期限制脉冲电流的增长率对降低电极损耗是有利的，可使电流密度不至于太高，也就使电极表面温度不至于过高而遭受较大的损耗。 影响电极相对损耗的主要因素 利用电喷踱现象 在生产实践中，人们早钱采用电喷镀方法来产生金属镀层，其工艺过程是用电弧放电把作

21、为原料的金属加以熔化，然后通过压缩空气流使其雾化，并喷踱在所要加工的工件表面，形成人们所需的喷镀层。 5.1.3 电火花成形加工的设备及附件机床本体机床本体床身和立柱 床身和立柱是机床的主要基础件，要有足够的刚度，床身工作台与立柱导轨之间有一定的垂直度要求。它们的刚度、精度和耐磨性对电火花成形加工质量有直接的影响。机床本体主轴头 主轴头是电火花成形加工机床的一个关键部件，也是间隙自动控制系统的执行机构，用来控制工具电极与工件之间的间隙。主油头性能和质量对电火花成形加工工艺指标起着重要作用。对主轴头的要求是：结构简单，传动链短、传动间隙小、热变形小，有一定的油向和侧向刚度和精度，有足够的进给和回

22、升速度，主油运动的直线性和防扭性能好，灵敏度高、无爬行现象，能承受足够的负载。机床本体工作台 工作台是支承和安装工件的，工作液槽安装在工作台上。工作台一般都可做纵向和横向移动，并带有坐标测量装置。常靠刻度手轮来调整位置。随着机床加工精度的提高，也有采用光学读数装置和磁尺数显装置的。脉冲电源 对脉冲电源的要求 电火花加工用的脉冲电源的作用是把工频交流电转变成一定频率的单向脉冲电流，以提供电火花加工所需要的放电能量。其性能直接影响加工速度、精度、表面质量、加工过程的稳定性以及工具电极损耗等各项工艺指标。 对脉冲电源的要求 有足够的脉冲放电能量，保持一定的生产效率，否则金属只能发热而不能瞬时熔化和汽

23、化。 所产生的脉冲应该是单向脉冲，以便利用极性效应，提高加工速度，减少工具的电极损耗。对脉冲电源的要求3 脉冲主要参数（脉冲电流幅值、脉冲宽度、脉 冲间隙)能在一个较宽的范围内调节，以满足粗、半精、精加工需要。4 在粗、半精、精加工规准下都有一定的加工速度和较低的电极损耗。对脉冲电源的要求5 脉冲电压波形的前后沿应该较陡，这样才能减 少电极间隙的变化及油污程度等对脉冲放电宽度 和能量等参数的影响，使工艺过程较稳定，因 此，一股常采用矩形波脉冲电源。6 脉冲电源不仅要考虑工作的稳定可靠、成本、寿命、操作维修的方便和体积等问题，还要考虑节省电能。脉冲电源的种类及其性能特点 非独立式脉冲电源又称为驰

24、张式脉冲电源，这类电源应用最早，结构简单。它是利用电容时而充电时而又通过放电间隙放电（一弛一张）来产生脉冲电流的，它不能独立形成和发生脉冲，其主要脉冲参数（单脉冲能量、脉冲电压、脉冲频率）都与放电间隙大小及其物理状态密切相关。 脉冲电源的种类及其性能特点 独立式脉冲电源能够独立形成和发生脉冲，其重要脉冲参数由电源内部决定，而与放电间隙大小及其物理状态无关，按其功放级所用的开关元件不同，又可以分电子管式，闸流管式、晶体管式和晶闸管式脉冲电源。这类脉冲电源使用电子元件作为开关件而得到脉冲。间隙自动控制系统 在电火花加工时，工件与电极之间发生火花放电时要保持一定的距离，该距离称为放电间隙。放电间隙随

25、粗、精加工所选用的电参数的不同而有所变化，以满足不同加工的需要。而且，电火花加工是个动态过程，工件和电极都有一定的损耗，使得放电间隙逐渐增大，当间隙大到不足以维持放电时，加工便告停止。 对间隙自动控制系统的一般要求如下 有较广的速度调节跟踪范围 在电火花加工过程中，加工规准、加工面积等条件的变化，都会影响其进给速度，调节系统应有较宽的调节范围，以适应加工的需要。对间隙自动控制系统的一般要求如下 有足够的灵敏度和快速性 放电加工的频率很高，放电间隙的状态瞬息万变，要求进给调节系统根据间隙状态的微弱信号能相应地快速调节。为此，整个系统的不灵敏区及惯性都应较小，遇到瞬间极间短路和开路能以较高的调节速

26、度快速动作。 对间隙自动控制系统的一般要求如下 有必要的稳定性 电蚀速度一般不高，加工进给量也不必过大，所以应有很好的低速性能，均匀、稳定地进给，避免低速爬行，超调量要小，传动刚度应高，传动链中不得有明显间隙，抗干扰能力要强。 间隙自动控制系统间隙自动控制系统测量环节 直接测量极间距离大小及其变化是很困难的，通常都是采用测量反映放电间隙大小及其物理状态的电参数（极间电压。放电电流及击穿电压与击穿延时等）来实现。间隙自动控制系统比较环节 把从测量环节得来的信号与给定值进行比较，判别间隙大小及其物理状态好坏，并以信号差值控制加工过程。间隙自动控制系统放大环节 把经过测量比较所得的信号差值，通过信号

27、放大器（电气或电液压）放大，使之具有一定的功事，以控制和带动执行环节。 间隙自动控制系统执行环节 执行环节也称执行机构，它根据控制信号的大小及时地进退工具电极，调节放电间隙大小，从而保证电火花加工正常进行。 间隙自动控制系统电液自动调节系统 间隙自动控制系统电液自动调节系统工作原理 测量环节从放电间隙检测出电压，与给定值进行比较后输出一个控制信号，再经放大后传输给电机械转换器，该转换器主要由动圈与静圈等组成。动圈处在激磁线圈的磁路中，与挡板连成一体。改变输入动圈的电流，可使挡板随之移动，从而改变挡板与喷嘴间的间隙，进而改变液压系统中喷嘴的出油量，造成液压缸上下油腔压力差的变化，使电极随活塞上下

28、运动，调节放电间隙。间隙自动控制系统 直流力矩电动机调节系统是用力矩电机作为执行元件直接带动滚珠丝杠，驱动主轴头上下移动的。它反应速度诀，灵敏度高，不灵敏区小，热变形及噪声小，对电火花成形加工十分有利。间隙自动控制系统 脉冲电源将脉冲能量输送给放电间隙，进行电火花加工。测量环节将检测出反映间隙大小及状态的电压信号，并进行分压和积分，然后传送给比较环节与给定值进行比较，所得出的偏差信号再输向反馈及放大环节，与测速发电机的负反馈信号进行比较，并将差值放大后输向跟随器环节再次放大，再输向差动放大器和功率放大环节，将信号功率放大，以控制力矩电动机进行正转或反转，并带动滚珠丝杠驱动工具电极上下移动，调节

29、极间放电间隙。工作液循环过滤系统 电火花加工过程中不断产生的电蚀产物（金属微粒、碳粒、气泡及加工余热），如不及时排除，就会因其浓度过大而破坏电蚀过程的稳定性，降低加工速度，增大电极损耗，使加工精度和表面质量恶化。为此，必须对工作液进行循环过滤。工作液循环过滤系统 。附件油杯 附件电极垂直调整装置 附件平动头 平动头是在电火花型腔成形加工时，通过平动头使工具电极在水平面内做圆周平移运动，可以根据加工需要调节运动半径，以补偿电极横向损耗满足粗、精加工的需要，以及放电间隙误差引起的工件尺寸误差，修正并达到修光型腔侧面的目的。5.1.4 模具电火花穿孔加工 模具电火花穿孔加工是利用火花放电时的电腐蚀现

30、象，通过工具电极相对于工件做进给运动，而把成形电极的侧面形状和尺寸反拷在工件上，而加工出所需的通孔模具。 5.1.4 模具电火花穿孔加工1 工艺方法与机械加工相比较有如下优点：1 可以在模坯淬火后进行穿孔加工，避免热处理变形影响。2 冲模的配合间隙均匀，刃口耐磨，提高了模具质量。 3 不受材料硬度限制，可以加工硬质合金等模具，扩大了模具材料的选用范围。4 对于复杂的凹模可以不用镶拼结构，简化了模具结构，提高了模具强度。5.1.4 模具电火花穿孔加工模具电火花穿孔加工工艺流程2 工具电极的设计与制造对电极的技术要求 尺寸精度应不低于IT7级，一股可取型孔公差的1/2左右。 各表面平行度在100m

31、m长度上不大于0.01mm。 表面粗糙度小于 1.25um ，一般可取与型孔表面粗糙度相等的值。2 工具电极的设计与制造电极材料 根据电火花加工原理，任何导电材料都可作为电极。但因电极材料的来源和性能不同，选择的材料应该是损耗小。加工过程稳定、生产率高、机械加工性能好而且价格低廉的，在实际应用中，应根据加工对象、加工要求及采用的工艺方法、脉冲电源的类型等因索综合考虑。 2 工具电极的设计与制造电极结构 2 工具电极的设计与制造电极尺寸 电极尺寸包括电极截面尺寸和电极长度。 电极截面尺寸既可按凹模尺寸和公差设计，也可按凸模尺寸和公差设计。电极长度取决子凹模有效厚度、型孔复杂程度、电极材料形式及制

32、造工艺等一系列因素。 2 工具电极的设计与制造阶梯电极 2 工具电极的设计与制造电极制造 目前，一般都用电火花线切割来加工穿孔用的工具电极。但也可以用普通机械加工，然后成形磨削。采用成形磨削法加工电极时，电极材料大多选用铸铁和钢，将铸铁电极与凸模连接在一起，而钢电极则与凸模做成一个整体进行成形磨削。电极与凸模连接在一起成形磨削后，电极的轮廊尺寸与凸模完全相同，这只能适用子凹、凸模的配合间隙等于放电间隙的情况。 凹模模坯准备 所谓凹模模坯准备是指工件在电火花穿孔加工之前的全部工序。为了提高电火花穿孔加工的生产率，模坯必须去除型孔废料，只留下很少的余量作为电火花穿孔余量。为了避免淬火变形的影响，电

33、火花穿孔加工应在淬火之后进行。电极和工件的装夹与定位 电极装夹 整体式电极大多数用通用夹具直接将电极装夹在机床主轴下端；多电极则用通用夹具加定位块装夹，或用专用夹具装夹；镶拼式电极一般采用一块连接板，将几块电极连接成所需的整体，装夹后再安装在机床上校正。电极和工件的装夹与定位 工件装夹 在一般情况下，工件被安装在工作台上的油杯或垫块上，与电极互相定位之后，再用压板和螺钉压紧。 电极和工件的装夹与定位 校正 电极装夹后必须进行校正，使其轴心线垂直于机床的工作台面（或凹模上平面）。校正时主要是采用精密角尺校正或百分表校正。电极和工件的装夹与定位 定位 定位是指确定电极与工件之间的相互位置，以达到一

34、定的精度要求。通常采用划线法和块规角尺法两种方法。 电规准的选择与转换 电规准的选择 电规准一股可分为粗、中、精 3 种，它们的作用分别类似于切削加工中的粗加工、半精加工和精加工。 粗规准主要用来进行粗加工，它的任务是蚀除大量的金属，粗加工后只留下很少的余量给后续加工。一股采用一档到两档规准便可满足粗加工的要求。 电规准的选择与转换 对粗规准的要求如下：1 生产率高，尽可能加大输出功率，充分发挥设备的潜力。2 粗加工的粗糙度宜小于 10um ，否则会增加精加工的加工余量和加工时间，延长整个加工时间，降低生产率。3 粗加工的电极损耗不应太大，否则会增加加工时间，尤其会对尖角较多的型孔加工造成困难

35、。电规准的选择与转换 对粗规准的要求如下：4 粗加工的放电间隙应尽可能小，其单面间隙 不宜超过 0.1mm ，以减少阶梯电极的腐蚀量。5 加工过程稳定。电规准的选择与转换 对精规准的要求如下：1 在满足模具要求的粗糙度的前提下，有较大的放电间隙范围，以加工不同配合间隙的模具。2 加工后的刃口斜度应满足凹模的要求。 3 加工过程稳定。4 在保证粗糙度和配合间隙的前提下，应尽可能提高生产率。 电规准的选择与转换 电规准的转换 电规准的转换因不同的加工条件而异，目的是为了较好地解决电火花加工的质量和生产率之间的矛盾。一般冲模加工时电规准的转换程序是：按照选定的规准，选用粗规准加工，当阶梯电极的台阶刚

36、好进入刃口时，换成中规准作过渡，加工 12mm ，再转精规准。精规准着用两档，则依次转换，用末档修穿。5.1.5 型腔模电火花成形加工1 型腔模电火花加工的工艺特点 要求电极低损耗。由于型腔形状往往比较复杂，属盲孔加工，电极损耗引起电极的尺寸变化会直接影响型腔的精度，而加工型腔的电极向工件的进给受到限制，其损耗不能像电火花穿孔加工那样可以通过电极进给获得补偿，因此首先要求电极损耗越小越好。5.1.5 型腔模电火花成形加工1 型腔模电火花加工的工艺特点 要求电加工蚀除量大。型腔的加工余量一般都较大，尤其是在不预加工的情况下，更需要蚀除大量的金属，因此，型腔加工时对电源粗规准的首要要求是高生产率和

37、低损耗。5.1.5 型腔模电火花成形加工1 型腔模电火花加工的工艺特点 型腔属盲孔类，底部凹凸不平，因此电火花加工过程中电蚀产物的排除比较困难，尤其是深型腔加工更是如此，必须在工艺上采取冲、抽油实现强迫排屑。5.1.5 型腔模电火花成形加工1 型腔模电火花加工的工艺特点 在加工过程中，为了修光侧面、控制加工深度。更换或修整电极等需要，电火花机床应备有平动头、深度测量装置、电极重复定位装置等附件。 2 型腔模电火花加工的工艺方法单电极平动法 单电极平动法广泛用于型腔的电火花加工。它是采用一个电极完成形腔的粗、中、精加工的。首先采用低损耗、高生产率的粗规准进行加工，然后利用平动头做平面圆周运动，进

38、行侧面仿形加工，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放电间隙差和表面微观平面度差，完成整个型腔的加工。 2 型腔模电火花加工的工艺方法多电极更换法 多电极更换法是采用多个电极依次更换加工同一个型腔，每个电极加工时必须把上一规准的放电痕迹去掉。一股用两个电极分别进行粗、精加工钱可满足要求，当型腔精度要求高、粗糙度数值要求小时，才采用 3 个或更多个电极进行加工。2 型腔模电火花加工的工艺方法分解电极法 分解电极法是单电极平动法和多电极更换法的综合应用。根据型腔的儿何形状，把电极分解成主型腔电极和副型腔电极分别制造。先加工出主型腔，后用副型

39、腔电极加工尖角、窄缝等部位。 3 电极的设计与制造电极材料的选择 根据型腔模电火花加工的特点，对电极材料有下列要求： 具有良好的电火花加工性能。主要是电极损耗小，加工速度高，加工稳定性好。 易于加工制造成形。 来源丰富，价格便宜。3 电极的设计与制造电极的设计 电极设计主要包括电极结构形式、电极尺寸、排气孔和冲油孔的确定等。3 电极的设计与制造电极的制造 制造电极的加工方法很多，主要根据电极材料、模具型腔的形状及制造精度等来决定。 制造紫铜电极主要采用机械加工方法，并配合钳工的修光来达到预定要求。也有采用数控线切割、电铸、精锻、挤压成形等代替机械加工，然后用钳工精修。4 型腔电火花加工工艺加工

40、前的准备 首先根据型腔加工要求及本单位的工艺条件及习惯，选择型腔电火花加工的工艺方法。目前，国内普遍采用的是单电极平动法。其次是电极准备，根据所选定的工艺方法及电极缩放量，按型腔要求设计电极图样，并制作成所需的工具电极。然后是工件准备，与冲模电火花穿孔加工类似，主要进行备料、模块机械加工及热处理等各工序 4 型腔电火花加工工艺电极的装夹与校正 电极装夹与校正的目的，是把电极牢固地装夹在主轴的电极夹具上，并使电极油线与主抽进给油线一致，保证电极与工作台面和工件垂直；电极水平面的刀轴轴线与工作台和工件的刀轴轴线平行。 4 型腔电火花加工工艺工件的装夹与校正 型腔模加工的工件装夹比较简单，在一股情况

41、下，可将工件直接装夹在垫块或工作台上，然后通过工作台的坐标移动，使工件中心线和十字滑板移动方向一致，以便于电极和工件间的校正。最后用压板压紧。5 电规准的选择与转换1 电规准的选择 正确选择和转换电规准，实现低损耗、高生产事加工，对提高型腔的加工精度和经济效益很重要。在选择粗、中、精各档电规准时，应综合考虑各种因素的影响。1 电规准的选择粗规准 要求高生产率、低电极损耗、不太粗糙的电 蚀表面，这时应优先考虑采用较宽的脉冲宽度， 然后选择较大的峰值电流，并用负极性进行加工。 同时应注意加工电流和加工面积之间的配合关系。1 电规准的选择中规准 中规准和粗规准并无明显界限，其主要作用是减小加工表面的

42、粗糙度，为精加工作准备。要求在保持一定的加工速度的条件下，电极损耗要尽可能小。一般选用较宽的脉冲，较粗加工小的峰值电流。1 电规准的选择精规准 用于精修型腔。其任务是进一步减小表面粗糙度，并保持一定的生产率。精规准加工去除的余量根小，不会超过0.10.2mm。因此，常采用窄的脉冲宽度和小的峰值电流进行加工。尽管选用窄脉冲电极损耗率大，但因精加工的余量小，电极的绝对损耗率并不大。2电规准的转换与平动量的分配 加工规准转换的档数视加工对象而定，一般规律是尺寸小、形状简单的浅型腔，档数可少些；尺寸大、深度深、开关复杂的型腔转换的档数可多一些。一般情况下，粗规准加工时，选定一档，中、精规准加工时，各选

43、24档。5.2 电火花线切割加工 电火花成形加工模具型孔，离不开成形电极，当被加工的模具零件精密细小、形状复杂时，不仅电极的制作难度大，而且穿孔加工的效率也很低。电火花线切割加工也是直接利用电能加工金属的，但其加工方式与电火花成形加工不同，它能弥补电火花成形加工的不足，不用成形电极钱能实现微细加工，而且比电火花成形机床操作更方便，效率更高。 5.2.1 电火花线切割加工的原理和特点1 基本原理 电火花线切割加工与电火花成形加工的原理是一样的，都是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理。所不同的是，电火花线切割加工不需要制作复杂的成形电极，而是用不断移动的电极丝作为工具，工件则按预定的轨迹进行运动

44、而切割出所需的复杂零件。这就像木工用钢线锯锯木板一样，能加工出各种复杂形状的零件。从中也不难理解，电火花线切割加工只能加工以直线为母线的曲面，而不能加工任意空间曲面。 5.2.1 电火花线切割加工的原理和特点1 基本原理5.2.1 电火花线切割加工的原理和特点电火花线切割加工分类 一类是快速走丝电火花线切割机床，这类机床的电极丝做高速往复运动，一般走丝速度为8-10ms ，这是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式;另一类是慢速走丝电火花线切割机床，这类机床的电极丝做低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s ，这是国外生产和使用的主要机种。5.2.1 电火花线切割加工的

45、原理和特点快速走丝电火花线切割机床2 线切割加工的特点1 电火花线切割加工与电火花成形加工的共性表 现 线切割加工的电压、电流波形与电火花加工的基本相似。单个脉冲也有多种形式的放电状态，如开路、正常火花放电、短路等。 线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律、材料的可加工性等也都与电火花加工的基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。2 线切割加工的特点2线切割加工与电火花成形加工的不同特点表现 由于电极工具是直径较小的细丝，故脉冲宽度。平均电流等不能太大，加工工艺参数的范围较小，属中。精正极性电火花加工，工件常接电源正极。2 线切割加工的特点2线切割加工与电火花成形加工的不同特点表

46、现 采用水或水基工作液，不会引嫩起火，容易实现安全无人运转，但由于工作液的电阻率远比煤油小，因而在开路状态下，仍有明显的电解电流。电解效应稍有益于改善加工表面粗糙度。2 线切割加工的特点2线切割加工与电火花成形加工的不同特点表现 一般没有稳定电弧放电状态。因为电极丝与工件始终有相对运动，尤其是诀速走丝电火花线切割加工，因此，线切割加工的间隙状态可以认为是由正常火花放电、开路和短路这 3 种状态组成，但往往在单个脉冲内有多种放电状态，有微开路、微短路现象。2 线切割加工的特点2 线切割加工与电火花成形加工的不同特点表现 电极与工件之间存在着疏松接触式轻压放电现象。近年来的研究结果表明，当柔性电极

47、丝与工件接近到通常认为的放电间隙时，并不发生火花放电，甚至当电极丝已接触到工件，从显微镜中已看不到间隙时，也常常看不到火花，只有当工件将电极丝项弯，偏移一定距离时，才发生正常的火花放电。2 线切割加工的特点2 线切割加工与电火花成形加工的不同特点表现 省掉了成形的工具电极，大大降低了成形工具电极的设计和制造费用，缩短了生产准备时间，加工周期短，这对新产品的试制是很有意义的。2 线切割加工的特点2 线切割加工与电火花成形加工的不同特点表现 由于电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。由于切缝很窄，且只对工件材料进行套料加工，实际金属去除量很少，材料的利用率很高，这对加工、节约贵重

48、金属有重要意义。2 线切割加工的特点2 线切割加工与电火花成形加工的不同特点表现 由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工精度的影响比较小，特别在低速走丝线切割加工时，电极丝一次性使用，电极丝损耗对加工精度的影响更小。3 线切刻加工的应用范围加工模具 适用于各种形状的冲模。调整不同的间隙补偿量，只需一次编程钱可以切割凸模。凸模固定板。凹模及卸料板等。模具配合间隙、加工精度通常都能达到要求。此外，还可加工挤压模、粉未冶金模、弯曲模、塑压模等通常带锥度的模具。3 线切刻加工的应用范围加工电火花成形加工用的电极 一般穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加工用的电极，以及铜钨、

49、银钨合金之类的电极材料，用线切割加工特别经济，同时也适用于加工微细复杂形状的电极。3 线切刻加工的应用范围加工零件 在试制新产品时，用线切割在坯料上直接割出零件，例如试制切割特殊微电机硅钢片定转子铁芯，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期、降低成本。另外修改设计、变更加工程序比较方便，加工薄件时还可多片叠在一起加工。5.2.2 电火花线切割加工设备 电火花线切割加工设备主要由机床本体、脉冲电源、控制系统和工作液循环系统等 4 部分组成。 1 机床本体 床身部分 床身一般为铸件，是坐标工作台、绕丝机构及丝架的支承和固定基础。通常采用铸造箱式结构和焊接箱式结构，应有足够的强度和刚度。床身内部安

50、置电源和工作液箱，考虑电源的发热和工作液泵的振动影响，有些机床将电源和工作液箱移出床身外另行安放。1 机床本体 坐标工作台 1 机床本体 走丝机构 2 脉冲电源 电火花线切割加工脉冲电源与电火花成形加工所用的脉冲电源在原理上相同，不过受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄 ，单个脉冲能量、平均电流一般较小，所以线切割加工总是采用正极性加工。3 数字程序控制系统 数字程序控制电火花线切割加工是根据工件的形状与尺寸要求，按照一定的格式编写程序，然后按规定的编码把程序制成穿孔纸带，再用输入机送入专用计算机。计算机则按照所输入的加工程序进行计算，并发出进给信号来控制步

51、进电动机驱动坐标工作台滑板移动，从而实现加工过程的自动控制。 3 数字程序控制系统数字程序控制台的组成 运算器是由贮存器、全加器、变补器、延迟寄存器和若干运算控制门组成。电火花线切割机床在加工过程中，全部运算均通过运算器来完成。在输入时，它借助于3位延迟寄存器对数码进行十翻二运算。变补器主要在执行减法运算时， 将减数变补后与被减数累加。3 数字程序控制系统数字程序控制台的组成 控制器由时标脉冲发生器、操作控制、运算判别回路组成。它综合运算器、储存器等部分的有关要求，发出各种控制信息，使运算器、储存器部分按一定顺序自动而协调地工作。 3 数字程序控制系统数字程序控制台的组成 输入回路的任务是 将

52、数据、指令及某些标志信息等输送到控制器中 3 数字程序控制系统数字程序控制台的组成 输出回路的任务是将输入的曲线类型及插补 运算判断比较函数符号的结果，综合译成机床滑 板的运动。4 工作流循环系统 5.2.3 电火花线切割加工工艺1 工艺路线5.2.3 电火花线切割加工工艺1 工艺路线1）对工件图样进行审核及分析。2）加工前的准备，包括机床的检查和调整。工作 液的选择与配制。电极丝的选择与垂直度校正。 模坯加工及穿丝孔加工。电参数的选择等，以 及加工程序编制。3）电火花线切割加工，包括工件的装爽与校正。 电极丝中心位置的确定。加工过程的进给速度 调整等。4）加工质量检验。2 影响电火花线切刻加

53、工工艺效果的主要因素脉冲参数 由于线切割加工一般都选用晶体管高频脉冲电源，用单脉冲能量小、脉宽窄、频率高的脉冲参数进行正极性加工。要求获得较好的表面粗糙度时，所选用的电规准小但加工不易稳定；着要求获得较高的切割速度，脉冲参数要选大一些，但加工电流的增大仍受到排屑条件及电极丝截面积的限制，过大的加工电流易引起断丝。2 影响电火花线切刻加工工艺效果的主要因素电极丝及其移动速度 进行电火花线切割加工时，电极丝的材质、直径及走丝速度都对加工有很大影响。 电火花线切割加工要求作为工具的电极丝具有良好的导电性和抗电蚀性，抗拉强度高，材质应均匀。常用的电极丝有钼丝、钨丝、钨钼丝及黄铜丝等。钨丝虽可获得较好的

54、切割效果，但放电加工一定时间后丝质变魄，容易断丝；而黄铜丝切割速度更高，加工也很稳定，但抗拉强度差，损耗也大，只能用子单向移动的慢速走丝机床，而不适宜用在诀速走丝场合。 2 影响电火花线切刻加工工艺效果的主要因素工件材料及其厚度 在采用快速走丝方式和乳化液介质的情况下，通常切割铜、铝及淬火钢等材料比较稳定，切割速度也快。而切割不锈钢、磁钢、硬质合金等材料时，加工就不太稳定，切割速度也慢。3 电极丝初始位置的确定 在线切割加工中，需要确定电极丝相对工件的基准面。基准线或基准孔的坐标位置。对加工要求较低的工件，可直接目测来确定电极丝和工件的相互位置，也可借助于 2 8倍的放大镜进行观测。也可采用火

55、花法，即利用电极丝与工件在一定间隙下发生放电的火花，来确定电极丝的坐标位置。5.3 电化学及化学加工 电化学加工包括从工件上去除金属的电解加工和向工件上沉积金属的电镀、涂覆加工两大类。虽然有关的基本理论在19世纪末己经建立，但真正在工业上得到大规模应用，还是2O世纪 30年代以后的事。目前，电化学加工己经成为我国民用、国防工业中的一个不可或缺的加工手段。5.3.1 电化学加工的基本原理及分类电化学加工过程5.3.1 电化学加工的基本原理及分类电解质溶液 凡溶于水后能导电的物质就叫做电解质，如硫酸、氢氧化钠、氢氧化氨、硝酸钠、氯酸钠等酸、碱、盐都是电解质。电解质与水形成的溶液为电解质溶液，简称为

56、电解液。电解液中所含电解质的多少即为电解液的质量分数。5.3.1 电化学加工的基本原理及分类电极电位 因为金属原子都是由外层带负电荷的自由电子和带正电荷的金属阳离子所组成的。即使没有外接电源，当金属和它的盐溶液接触时，经常发生把电子交给溶液中的离子，或从后者得到电子的现象。这样，当金属上有多余的电子而带负电时，溶液中靠近金属表面很薄的一层则有多余的金属离子而带正电。 5.3.1 电化学加工的基本原理及分类电极的极化 当有电流通过时，电极的平衡状态遭到破坏，使阳极的电极电位向正移、阴极的电极电位向负移，这种现象称为极化。极化后的电极电位与平衡电位的差值称为超电位，随着电流密度的增加，超电位也增加

57、。5.3.1 电化学加工的基本原理及分类金属的钝化和活化 在电解加工过程中还有一种叫饨化的现象，它使金属阳极溶解过程的超电位升高，使电解速度减慢。例如铁基合金在硝酸钠电解液中电解时，电流密度增加到一定值后，铁的溶解速度在大电流密度下维持一段时间后反而急剧下降，使铁成稳定状态不再溶解。电解过程中的这种现象称阳极饨化，简称钝化 5.3.1 电化学加工的基本原理及分类电化学加工的分类 电化学加工按其作用原理可分为 3 大类。第一类是利用电化学阳极溶解来进行加工，主要有电解加工、电解抛光等；第二类是利用电化学阴极沉积、涂覆进行加工，主要有电镀、涂镀、电铸等；第三类是利用电化学加工与其他加工方法相结合的

58、电化学复合加工工艺，目前主要有电化学加工与机械加工相结合。 5.3.2 电解加工 电解加工是继电火花加工之后发展较快并得到广泛应用的一项新工艺，目前在国内外己成功地用于枪炮、航空发动机、火箭等制造工业，在汽车、拖拉机、采矿机械的模具制造中也得到了应用，并成为模具制造加工方法的一个组成部分。1 电解加工的基本原理与特点 电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解来加工工件的。在工业生产中早己应用这种阳极溶解现象来进行电化学抛光。不过，电化学抛光时，工件与工具电极之间的距离较大，电解液又静止不动，且容易在阳极表面产生饨化贴膜，所以只能对工件表面进行普遍的腐蚀和抛光，而不能进行形状尺寸的加工。1

59、电解加工的基本原理与特点 电解加工示意图 1 电解加工的基本原理与特点 电解加工成形原理 1 电解加工的基本原理与特点 电解加工的优点 1）电解加工与被加工材料的硬度、强度、韧性 等无关，故可加工任何金属材料。常用于加 工高温合金、钦合金、不锈钢、淬火钢和硬 质合金等难切削材料。1 电解加工的基本原理与特点 电解加工的优点 2）电解加工的生产率较高，约为电火花加工的 5-10倍，在某些情况下甚至比切削加工的生 产率还高；而且加工生产率不直接受加工精 度和表面粗糙度的限制。1 电解加工的基本原理与特点 电解加工的优点 3）能以简单的直线进给运动，一次加工出复杂 的型腔、型孔（如锻模、叶片等）。1

60、 电解加工的基本原理与特点 电解加工的优点 4）加工表面质量好，无毛刺和变质层。表面粗 糙度可达1.250.2um ,加工精度约为0.1mm 左右。 1 电解加工的基本原理与特点 电解加工的优点 5）由于加工过程中不存在机械切削力，所以不 会产生由切削力所引起的残余应力和变形， 没有飞边毛刺。1 电解加工的基本原理与特点 电解加工的优点 6）加工过程中阴极工具在理论上不会损耗，可 长期使用。1 电解加工的基本原理与特点 电解加工的主要弱点和局限性：1）不易达到较高的加工精度和加工稳定性，这 是由于影响电解加工间隙电场和流场稳定性 的参数很多，控制比较困难；加工时杂散腐 蚀也比较严重。目前，加工

61、小孔和窄缝还比 较困难；也难以加工出棱角，一般圆角半径 都大于0.2mm 。1 电解加工的基本原理与特点 电解加工的主要弱点和局限性：2）电解加工机床要有足够的刚性和防腐性能，附 属设备较多，设备投资大，占地面积大，对电 极工具的设计和修正也比较麻烦，因而根难适 用于单件生产。1 电解加工的基本原理与特点 电解加工的主要弱点和局限性：3）必须妥善处理电解产物，否则将污染环境，例 如重金属离子及各种金属盐类对环境的污染。、 为此须投资进行废弃工作液的无害化处理。此 外，工作液及其蒸气还会对机床、电源、甚至 厂房造成腐蚀，也需要注意防护。2 电解加工设备（1）机床 电解加工机床的主要作用是安装夹具

62、、工件和工具电极，并实现工具电极与工件的相对运动，以及传送直流电和电解液等。加工中小型模具适宜采用立式机床，大型模具可采用双柱龙门式机床加工。（1）机床电解加工机床的特殊性：1）机床刚性。电解加工虽然没有机械切削力， 但电解液对机床主轴、工作台的作用力也很 大。因此，要求机床主轴系统、工作台、床 身及立柱等都要有足够的刚性，否则将会引 起机床部件的过大变形，改变工具和工件的 位置，影响加工精度，甚至造成短路烧伤。（1）机床电解加工机床的特殊性：2）进给稳定。金属的阳极溶解量是随时间的增加 而增加的，进给速度不稳定，相对工件各截面 的电解时间犹不同，从而直接影响加工精度。、 这对于加工型孔影响更

63、严重，所以必须保证进 给速度稳定。（1）机床电解加工机床的特殊性：3）防腐绝缘。电解加工机床经常与有腐蚀性的电 解液相接触，所以对外露金属表面必须采取相 应的防腐惜施，防止电解液渗漏或飞溅，并使 通电部分与机床绝缘。（1）机床电解加工机床的特殊性：4）安全措施。由于电解加工会产生大量氢气，如 不及时排除，极易产生氢气爆炸，所以必须有 排氢防爆措施。（2）直流电源 电解加工用的是低电压、大电流、大功率的直流电源。输出电压在 525V范围内连续可调，电压太低则难保证电解加工所需的电流密度，电压太高又有可能在极间析出较多氯气，或者引起火花放电，使加工无法正常进行。（3）电解液循环过滤系统 电解液循环

64、过滤系统主要由泵、电解液槽、过滤装置、管道及阀等部分组成。目前常用多级离心泵，它具有电解液压力和流量稳定，密封和防腐较容易实现等优点。电解加工过程所产生的大量电解产物，需要及时过滤净化，以免混在电解液中被带到加工区堵塞电解间隙，引起局部短路。3 电解加工的塞本规律（1 ）生产率及其影响因素 电解加工的生产率以单位时间内去除的金属量来衡量。它首先决定于工件材料的电化学当量，其次与电流密度、电解液等有关。3 电解加工的塞本规律电解液对加工过程的影响在电解加工过程中，电解液的主要作用是：1）作为导电介质传递电流。2）在电场作用下进行电化学反应，使阳极溶解能 顺利而有控制地进行。3）及时地把加工间隙内

65、产生的电解产物及热量带 走，起更新与冷却作用。 3 电解加工的塞本规律电解液应满足如下基本要求：1）具有足够的蚀除速度，即生产率要高。这就要 求电解质在溶液中有较高的溶解度和离解度， 具有很高的电导率。3 电解加工的塞本规律电解液应满足如下基本要求：2）具有较高的加工精度和表面质量。电解液中的 金属阳离子不应在阴极上产生放电反应而沉积 到阴极工具上，以免改变工具的形状及尺寸。 3 电解加工的塞本规律电解液应满足如下基本要求：3）阳极反应的最终产物应是不溶性的化合物。这 主要是便于处理，且不会使阳极溶解下来的金 属阳离子在阴极上沉积，通常被加工工件的主 要组成元索的氢氧化物大都难溶于中性盐溶 液

66、，故这一要求容易满足。 3 电解加工的塞本规律（3）加工精度 前面讨论蚀除速度与加工间隙之间的关系时，还没有涉及到阴极工具的进给速度。实际上，进给速度的大小要影响加工间隙的大小，即影响着工件的尺寸和成形精度。3 电解加工的塞本规律（4）表面质量 电解加工的表面质量，包括表面粗糙度和表面的物理化学性质的改变两方面。正常电解加工的表面粗糙度能达到 1.25um ，由于靠电化学阳极溶解去除金属，所以没有切削力和切削热的影响，不会在加工表面发生塑性变形，不存在残余应力、冷作硬化或烧伤退火层等缺陷。 （4）表面质量影响表面质量的因素1）工件材料的合金成分、金相组织及热处理状态 对表面粗糙度的影响很大。合

67、金成分多，杂质 多，金相组织不均匀，结晶粗大，都会造成溶 解速度的差别，从而影响表面粗糙度。（4）表面质量影响表面质量的因素2）工艺参数对表面质量也有很大影响。一般来 说，电流密度较高，有利于阳极的均匀溶解。 电解液的流速过低，由于电解产物排出不及 时，氢气泡的分布不均，或由于加工间隙内电 解液的局部沸腾化，造成表面缺陷。 （4）表面质量影响表面质量的因素3）阴极表面条纹、刻痕等都会相应地复印到工件 表面，所以要注意加工阴极表面。阴极上喷液 口的设计和布局也极为重要。如果设计不合 理，流场不均，犹可能使局部电解液供应不足 而引起短路，以及引起流纹等疵病。阴极进给 不匀，会引起横向条纹。4 提高

68、电解加工精度的途径 为提高电解加工的精度，人们进行了大量的研究工作。由于电解加工涉及到金属的阳极溶解过程，因此影响电解加工精度的因素是多方面的，包括工件材料、工具阴极材料、加工间隙、电解液的性能以及电解直流电源的技术参数等。 提高电解加工精度的主要措施 （1）脉冲电流电解加工 采用脉冲电流电解加工是近年来发展起来的新方法，可以明显地提高加工精度，在生产中已实际应用并日益得到推广。 提高电解加工精度的主要措施 （2）小间隙电解加工 工件材料的蚀除速度与加工间隙成反比关系。 实际加工中由于余量分布不均，以及加工前零件表面微观不平度等的影响，各处的加工间隙是不均匀的。 提高电解加工精度的主要措施 （

69、3）改进电解液 除了前面已提到的采用饨化性电解液，目前还在进一步研究采用复合电解液，主要是在电解液中添加其他成分，既保持电解液的高效率，又提高了加工精度。 提高电解加工精度的主要措施 （4）混气电解加工 混气电解加工就是将一定压力的气体用混气装置使它与电解液混合在一起，使电解液成为包含无数气泡的气液混合物，然后送入加工区进行电解加工。混气电解加工提高了电解加工的成形精度，简化了对阴极的设计与制造，因而得到了较快的推广。 5 电解加工工艺及应用（1）型腔加工 多数锻模为型腔模，目前大多采用电火花成形加工，因为电火花加工的精度比电解加工容易控制，加工表面质量也比较好，能够满足型腔模的一般要求。但是

70、，电火花加工的生产率较低，对于锻模消耗量较大，而精度要求又不太高的煤矿机械、汽车拖拉机等制造行业，现在已比较重视采用电解加工，以满足生产需要。 5 电解加工工艺及应用（2）拉丝模扩孔 硬质合金拉丝模的模坯，在压制烧结时已基 本成形，然后加工到所需的尺寸精度和表面粗糙 度。以往都是采用半机械化的人工研磨工艺，不 但劳动强度大，生产率低，而且还要耗费大量的 贵重磨料。 5 电解加工工艺及应用（3）电化学抛光 电化学抛光也是利用金属在电解液中发生阳极溶解现象而对工件表面进行腐蚀抛光的。电化学抛光时，一方面阳极发生溶解，另一方面又生成一层薄薄的阳极黏膜，而且工件表面微观凹陷处黏膜相对较厚，电阻较大，溶

71、解速度慢；而凸起处黏膜较薄，电阻小，溶解速度快。子是工件表面的粗糙度逐渐得到改善，并且出现较强的光泽。5.3.3 电解磨削1电解磨削的基本原理 电解磨削是将金属的电化学阳极溶解作用和机械磨削作用相结合的一种磨削工艺。5.3.3 电解磨削1电解磨削的基本原理 磨削时工件接直流电源的正极，电解磨轮接直流电源的负极。两极间由电解磨轮中凸出的磨料保持一定的电解间隙，并在电解间隙中注入一定量的电解液。接通直流电源后，工件的金属表面发生电化学溶解，表面的金属原子 将失去电子而变成离子溶解于电解液中；同时电解液中氧与金属离子化合而在工件表面生成一层极薄的氧化膜。5.3.3 电解磨削2 电解磨削的特点1）加工

72、范围广，生产效率高。由于电解磨削主要 是电解作用，因此只要选择合适的电解液就可 以用来加工任何高硬度和高韧性的金属材料， 例如磨削硬质合金时，与普通的金刚石砂轮磨 削相比，电解磨削的加工效率要高3-5倍。5.3.3 电解磨削2 电解磨削的特点2）加工精度高，表面质量好。因为砂轮的作用是 为了刮除氧化膜，而不是磨削金属，因而磨削 力和磨削热都很小，不会产生磨削毛刺、裂纹、 烧伤等现象，一般表面粗糙度可优于 0.16um ，而加工精度与机械磨削相近。5.3.3 电解磨削2 电解磨削的特点3）砂轮的磨损量小。例如磨削硬质合金，用普通 机械磨削，碳化硅砂轮的磨损量大约为磨削掉 的硬质合金重量的400%

73、600；用电解磨 削，砂轮的磨损量只有硬质合金磨除量的50 100%.砂轮磨损量小，有助于提高加工精 度。5.3.3 电解磨削3 电解磨削在模具加工中的应用1）磨削难加工的材料。电解磨削与工件硬度无 关，所以用来加工高硬度的难加工材料效果显 著。如硬质合金模具平面用立式电解平面磨床 加工，不但生产率高，而且加工质量好。5.3.3 电解磨削3 电解磨削在模具加工中的应用2）减少加工工序，保证磨削质量。以往制造各种 拼块模具时，须按拼块形状进行粗加工，热处 理后进行平面磨削和成形精磨，工序较多。采 用电解磨削不会产生磨削热。裂纹、烧伤和变 形等，并可省略或减少热处理前的粗加工，从 而减少工序，并保

74、证加工质量。5.3.3 电解磨削3 电解磨削在模具加工中的应用3）提高加工效率。机械成形磨削一般都采用单片 砂轮用成形磨床或光学曲线磨床进行切入磨削。 如果采用普通砂轮则由于砂轮磨损大而需要经 常修整，砂轮修整成形时间往往要占整个磨削 时间的1/10 ，因而延长了加工时间。采用电 解磨削不但可同时磨削所有需要磨削的部位， 而且随着磨削部位的增多以及采用较大的吃刀 深度，使电流增大，都可以获得较高的加工效 率。5.3.3 电解磨削3 电解磨削在模具加工中的应用4）便于抛光模具。利用电解磨削原理进行电化学 机械抛光是一种抛光效果较好的模具抛光方法。 电化学机械抛光装置包括手枪式磨头、低压直 流电源

75、以及电解液循环过滤装置。工件接在直 流电源的正极上，磨头接在直流电源的负极上。 5.3.4 电铸成形1电铸成形的基本原理与特点 电铸成形是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成形加工的，也钱是在原模上通过电化学方法沉积金属，然后分离以制造或复制金属制品。电铸原理与电踱基本相同，所不同的是，电镀时要求得到与基体结合牢固的金属镀层，以达到防护、装饰等目的。而电铸则要求电铸层与原模分离，其厚度也远大于电踱层，厚度约为0.058mm。5.3.4 电铸成形电铸的原理图 5.3.4 电铸成形电铸成形的特点：1）复制精度高。可以制出机械加工不可能加工的 细微形状（微细花纹、刻度、复杂形状等）以 及难以加工的

76、型腔，其细密度及尺寸精度可达 微米级，电铸后的型面一般不需做修正加工。5.3.4 电铸成形电铸成形的特点：2）重复精度高。可以用一只标准的原模制出很多 形状一致的型腔或电铸电火花成形加工用的电 极。5.3.4 电铸成形电铸成形的特点：3）原模的材料不一定是金属，可采用其他材料或 制品零件本身，经导电化处理后直接作为原模。5.3.4 电铸成形电铸成形的特点：4）电铸镍具有一定的抗拉强度和硬度，因此铸成 之后不需热处理。5.3.4 电铸成形电铸成形的特点： 5）不需特殊设备，操作简单。5.3.4 电铸成形2 电铸设备 电铸设备主要由直流电源、电铸槽、搅拌和循环过滤系统、加热和冷却系统等部分组成 。

77、5.3.4 电铸成形2 电铸设备1）直流电源。电铸通常采用低电压、大电流的直 流电源。电压一般在 12V 以下并可调节。电铸 电流密度一般为1500 3000 。直流电源一般 采用硅整流器，也有采用晶闸管整流的。5.3.4 电铸成形2 电铸设备2）电铸槽。电铸槽的材料应以不受电铸液腐蚀为 原则。一般用钢板焊接，内衬铅板或聚氯乙烯 薄板等。也有用较厚的聚氯乙烯硬板焊接或用 聚树脂和玻璃纤维枯合而成的。小型电铸槽可 用陶瓷。玻璃或抢瓷制品；大型的可用耐酸砖 衬里的水泥槽。5.3.4 电铸成形2 电铸设备3）搅拌和循环系统。为了降低电铸液的浓差极 化，加大电流密度，减少工作时间，提高生产 速度，最好

78、在阴极运动的同时，加速溶液的搅 拌。搅拌的方法有循环过滤法。超声波或机械 搅拌等。循环过滤法不仅可以使溶液得以搅 拌，而且可在溶液不断反复流动时进行过滤。5.3.4 电铸成形2 电铸设备4）加热器和冷却器。电铸时间很长，为了在电铸 期间对溶液进行恒温控制，需要加热或冷却。 加热可用电炉、加热玻璃管，冷却则用冷水或 冷冻机。5.3.4 电铸成形3 电铸工艺过程 阴极电沉积操作只不过是模具电铸工艺过程的一部分，模具的整个电铸工艺过程，一般应该包括如下工序：（1）在分析产品图样的基础上设计制造原模（2）电铸前处理（3）电铸成形（4）衬背（5）脱模5.3.4 电铸成形4 电铸成形应用（1）型腔模电铸（

79、2）电铸电极（3）精密电铸5.3.5 化学加工 化学加工是利用酸、碱、盐等化学溶液与金属产生化学反应，使金属腐蚀溶解，改变工件尺寸和形状的一种加工方法。化学加工过程没有电化学作用，所以它不属于电化学加工研究的范畴。 化学加工的应用形式很多，但属于模具成形加工的主要有化学蚀刻法和照相化学腐蚀法。1 化学蚀刻加工（ 1 ）基本原理与特点 化学蚀刻加工又称化学铣削，先把工件非加工表面用耐腐蚀性涂层保护起来，需要加工的表面露出来，浸入到化学溶液中进行腐蚀，按特定的部位溶解除去金属，达到加工的目的。 金属的溶解作用，不仅在垂直于工件表面的深度方向进行，而且还会在保护层下面的侧向进行，并呈圆弧状。金属的溶

80、解速度与工件材料的种类及化学溶液的成分、浓度和温度等有关。1 化学蚀刻加工化学蚀刻的特点：1）可加工任何金属材料，如铝合金、钼合金、钛 合金、模具钢及不锈钢等，而不受其硬度和强 度限制。1 化学蚀刻加工化学蚀刻的特点：2）适于大面积加工，可以同时加工多件。1 化学蚀刻加工化学蚀刻的特点：3）加工过程不会产生应力、裂纹、毛刺等缺陷， 表面粗糙度可达 2.5 1.25um 。1 化学蚀刻加工化学蚀刻的特点：4）因刻型及腐蚀条件限制，加工精度不高，也不 宜加工深而细小的窄槽和型孔、尖角等。1 化学蚀刻加工化学蚀刻的特点：5）腐蚀液及蒸气对人体和设备有危害，需有适当 的保护性惜施。1 化学蚀刻加工（2

81、）工艺过程 1）涂覆 2）刻型 3）腐蚀 2 照相化学腐性加工（1 ）照相腐蚀原理 照相腐蚀是把所需的文字图象，摄影到照相底片上，然后经光化学反应，把图象转移（或称复制）到涂有感光胶的金属表面，再经坚膜固化处理，使感光胶具有一定的抗蚀能力，最后经过化学腐蚀，即可获得所需图形的模具或金属表面。2 照相化学腐性加工（2）工艺过程2 照相化学腐性加工（2）工艺过程1）原图和照相。原图是将所需图形按一定比例放 大描绘在纸上，形成黑白分明的文字图案。为 确保原图质量，一般都需放大几倍。然后通过 照相， 将原图按需要的尺寸大小缩小在照相 底片上。照相底片一股采用涂有卤化银的感光 底片。2 照相化学腐性加工

82、（2）工艺过程2）感光胶的涂覆。首先将需要加工的模具（或其 他工件）表面进行去氧化层及去油污处理，然 后涂上感光胶（如聚乙烯醇、骨胶、明胶 等），待干燥后犹可以贴底片曝光。 2 照相化学腐性加工（2）工艺过程3） 曝光、显影与固膜。曝光是将原图照相底片贴 在涂有感光胶的工件表面，并用真空方法使其 紧紧密合。然后用紫外光照射，使工件表面上 的感光膜按图像感光。2 照相化学腐性加工（2）工艺过程4）固化。经感光坚膜后的胶膜，抗蚀能力仍不 强，必须进一步固化。聚乙烯醉胶一般在 180下固化1.5min ，即呈深棕色。固化温度 及时间随金属材料而异，铝板不超过200， 铜板不超过300 ，直至表面呈深

83、棕色为止。2 照相化学腐性加工（2）工艺过程5）腐蚀。经固化的工件，放在腐蚀液中进行腐 蚀，即可获得所需图像。腐蚀液成分随工件材 料而异，为了保证加工的形状和尺寸精度，应 在腐蚀液中添加保护剂，防止腐蚀向侧向渗 透，并形成直壁甚至向外形成坡度。腐蚀铜时 用乙烯基硫脉和二硫化甲脒组成保护剂。也有 用松香粉刷嵌在腐蚀露出的图形侧壁上的。5.4 超声波加工与激光加工5.4.1 超声波加工 超声波加工也称超声加工，是利用工具端面做超声频振动，并通过悬浮液中的磨料加工脆硬材料的一种加工方法。5.4.1 超声波加工1 基本原理与特点5.4.1 超声波加工1 基本原理与特点 加工时，在工具和工件之间加入液体

84、和磨料混合的悬浮液，并使工具以很小的力 F 轻轻压在工件上。超声换能器产生16000HZ以上的超声频纵向振动，并借助于变幅杆把振幅放大到0.050.1mm左右，驱动工具端面做超声振动，从而产生高频、交变的液压冲击波，迫使工作液中的悬浮磨粒以很大的速度和加速度不断撞击、抛磨被加工表面，把加工区的工件局部材料粉碎成很细的微粒，并从工件上撞击下来。5.4.1 超声波加工超声波加工具有如下特点：1）适于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金 属材料（如陶瓷、玻璃、宝石、金刚石等）， 扩大了模具材料的选用范围。5.4.1 超声波加工超声波加工具有如下特点：2）工具可用较软的材料做成较复杂的形状，不需 要工

85、具相对于工件做复杂的运动，机床结构也 很简单，操作方便。5.4.1 超声波加工超声波加工具有如下特点： 3）由于去除加工材料是靠极细小磨粒的瞬时局部 的撞击作用，故工件表面的宏观作用力很小， 不会引起变形和烧伤，表面粗糙度也较好，加 工精度可达0.010.02mm ，而且可以加工薄 璧、窄缝、低刚性工件。5.4.1 超声波加工2 超声波加工设备5.4.1 超声波加工2 超声波加工设备（1）超声波发生器，超声波发生器是将工频交流 电转变为有一定功 率输出的超声频交流电， 为工具端面振动及去除被加工材料提供能量。 其基本要求是输出的功率和频率在一定范围 内连续可调，并希望具有对共振频率自动跟 踪和

86、自动微调的功能。5.4.1 超声波加工2 超声波加工设备（2）声学部件声学部件的作用是把高频电能转换 成机械振动，并以波的形式传递到工具端面。 声学部件是超声波加工设备中的重要部件， 主要由换能器，振幅扩大棒及工具组成。5.4.1 超声波加工2 超声波加工设备（3）机床及磨料工作液，超声波加工机床一般比 较简单，包括支撑声学部件的机架、工作台 面，以及使工具以一定压力作用在工件上的 进给机构等。平衡锤是用于调节加工压力的。 工作液一般为水，为了提高表面质量，也有 用煤油的。磨料常用碳化硼、碳化硅或氧化 铝。简单机床的磨料是靠人工输送和更换的。 5.4.1 超声波加工3 基本工艺规律（1）加工速

87、度及其影响因素，加工速度是指单位 时间内去除材料的多少。影响加工速度的主 要因素有：工具振动频率与振幅、工具对工 件的进给压力、磨料的种类与粒度、磨料悬 浮液的浓度与供给方式、工具与工件材料、 加工面积与深度等。5.4.1 超声波加工3 基本工艺规律（2）加工精度及其影响因素，超声波加工精度主 要包括尺寸精度及形状精度等。其影响因素 除了机床精度外，主要有工具制造精度及磨 损、磨料粒度、加工深度以及被加工材料性 质等。一般尺寸精度可控制在0.020.05mm。5.4.1 超声波加工3 基本工艺规律（3）表面质量及其影响因素，超声波加工具有较 好的表面质量，不会产生表面烧伤和表面变 质层。超声波

88、加工的表面粗糙度也较好，取 决于每粒磨料撞击工件表面后留下的凹痕大 小，它与磨粒的直径、被加工材料性质、超 声振幅以及工作液成分有关。5.4.1 超声波加工4 超声波加工的应用5.4.1 超声波加工4 超声波加工的应用5.4.2 激光加工 1 激光加工的原理与特点 激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。由于激光的发散角小和单色性好，理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的小斑点上，加上本身强度就高，所以可以使其焦点处的功率密度达到很高，温度可高达1000 以上。在这样的高温下，任何材料都将瞬时急剧熔化和汽化，并爆炸性地高速喷射出来，同时产生方向性很强的冲击波。工件材料就是在高温熔融蒸发和冲

89、击波的同时作用下实现打孔和切割的。 5.4.2 激光加工 1 激光加工的与特点1）激光加工不需要加工工具，所以不存在工具损 耗问题，很适于自动化连续加工。2）由于它的功率密度高，几乎能加工所有的材料。3）加工速度快，效率高，热影响区小。4）适于加工深而小的微孔和窄缝，尺寸可小到几 微米。5）可以透过光学透明材料对工件进行加工。5.4.2 激光加工 2 激光加工设备5.4.2 激光加工 2 激光加工设备5.4.2 激光加工 2 激光加工设备（1）激光器，激光器是激光加工的重要设备，它 的任务是把电能转变成光能，并产生所需的 激光束。激光器按其工作物质的种类可以分 为固体激光器、气体激光器、液体激

90、光器及 半导体激光器等4大类。5.4.2 激光加工 2 激光加工设备5.4.2 激光加工 2 激光加工设备（2）激光器电源激光器电源是根据加工工艺的要 求，为激光器提供所需要的能量的装置，包 括电压控制、储能电容组、时间控制及触发 器等。5.4.2 激光加工 2 激光加工设备5.4.2 激光加工 2 激光加工设备（3）光学与机械系统 光学系统的作用在于把激光引向聚焦物镜并聚焦在加工工件上。为使激光束准确地聚焦在加工位置，要有焦点位置调节及其观察显示系统。 机械系统主要包括床身、能在三坐标范围内移动的工作台及机电控制系统等。此外，也可采用计算机来控制工作台的移动，以实现激光加工的连续操作。 5.

91、4.2 激光加工 3 激光加工工艺规律 （1）焦距与发散角，发散角小、焦距短时，在焦 面上可以获得更小的光斑及更高的功率密度。 光斑直径小，所打的孔也小；而且，由于功 率密度大，激光束对工件的穿透力也大，打 出的孔不仅深，而且锥度小。所以，要千方 百计减小激光束的发教角，并尽可能地采用 短焦距物镜。5.4.2 激光加工 3 激光加工工艺规律（2）焦点位置焦点位置对加工孔的形状和深度都 有很大影响，一般焦点落在工件表面或略微 低于工件表面为直，过高或过低都会导致工 件表面的光斑面积增大而影响加工深度，并 产生很大的锥度。5.4.2 激光加工 3 激光加工工艺规律（3）输出能量与照射时间，实践表明

92、，当焦点固 定在工件表面时，输出的激光能量越大，所 打的孔就大而深，且锥度小。激光的照射时 间一般为几分之一到几毫秒。当能量一定 时，时间太长会使热量传散到非加工区，时 间太短则因功率密度过高而使蚀除物都以高 温气体喷出，二者都会使能量的使用效率降 低。5.4.2 激光加工 3 激光加工工艺规律（4）光斑内的能量分布在基模光束聚焦的情况 下，焦点中心的光强度最大，而远离中心点 的地方逐渐减弱，能量对称分布，这种光束 加工出的孔必然是正圆形的。当激光束不是 以基模输出时，其能量分布不对称，打出的 孔必然是单边形状或其他形状。5.4.2 激光加工 3 激光加工工艺规律（5）激光的多次照射，用激光脉

93、冲式地照射一 次，所加工的深度大约为直径的5倍左右，而 且会有较大锥度。如果在焦点位置保持不变 的情况下进行多次照射，则深度可以增加， 锥度相应减小，而直径几乎不变。5.4.2 激光加工 3 激光加工工艺规律（6）工件材料，经透镜聚焦后的激光束功率密度 很高，如果都能被工件吸收，打孔效率肯定 很高。但如果工件材料对激光波长吸收率根 低，则激光能量被反射或透射而教失，打孔 效率就低。5.4.2 激光加工 4 激光加工的应用（1）金刚石拉丝模打孔 激光打孔不需要加工工具，适合于自动化连续加工。激光打孔的孔径可小到10um左右。且深度与孔径之比可达530 。由于激光打孔后，被蚀除的材料重新凝固，除大

94、部分飞溅出来变为小颗粒外，还有一部分会枯附在孔壁，有的甚至还要枯附到聚焦物镜及工件表面。所以，大多数激光加工机都采用了吹气或吸气措施，以帮助排除蚀除物。5.4.2 激光加工 4 激光加工的应用（2）确定试制坯料的形状 在进行三维异形件拉深加工时，很难确定坯料的形状。要根据制造的拉深模进行多次修正，才能决定坯料的形状。以往用钳子和电动工具或电火花线切割裁剪坯料，现在用数控激光切割，不仅形状正确，而且切断速度很快。5.4.2 激光加工 4 激光加工的应用（3）确定拉深加工后的工件切边尺寸 拉深加工后的切边若为三维形状的冲切，则比加工平面坯料形状要困难。若切边后凸缘需要弯曲，则须检验切边尺寸后再进行

95、修正。进行这类操作要求有熟练的技巧，并要耗费大量工时，如使用三维激光加工机，则可以进行数值处理，这样不仅可以缩短加工时间，还可以减小试加工的次数。5.4.2 激光加工 4 激光加工的应用（4）制造冲裁模 小批量生产使用的冲裁模可用激光加工制造。由于激光加工的特点是不能加工厚板，因而常采用由几块薄板叠层的结构。根据不同激光加工机的能量，可加工的板材厚度为 2 8mm。功率大的激光机可用于加工厚板，而功率小的激光加工机可将几块板分别加工后再叠合起来。5.4.2 激光加工 4 激光加工的应用（5）制作拉深模 将激光加工机切割的薄板叠合起来形成三维形状，可用拉深模，具体方法是，在各块板上同时加工出外形

96、和固定孔，并确定装配时的销钉位置，用螺钉加以固定，即可使它们结合在一起。然后，用精加工方法去除这一拼合体上各板厚度所形成的台阶，便制成所需的拉深模。5.4.2 激光加工 4 激光加工的应用（6）制作其他模具 同制作拉深模一样，用激光加工切割薄板，然后叠合成复杂的三维曲面，这一方法可用于制造塑料注射模、压铸模、橡胶模等。5.5 模具零件的其他成形方法5.5.1 行腔冷挤压成形5.5.2 超塑成形5.5.3 陶瓷型铸造成形5.5.4 快速成形技术5.5.1 型腔冷挤压成形 1 成形原理和挤压方式 型腔冷挤压是在常温下，利用装在压力机上的成形凸模（亦称工艺凸模），在一定的压力和速度下挤压模具坯料，使

97、之产生塑性变形而形成与凸模工作表面吻合的型腔表面。型腔冷挤压是利用金属塑性变形的原理得以实现的，是无切屑加工方法。5.5.1 型腔冷挤压成形 1 成形原理和挤压方式5.5.1 型腔冷挤压成形开式挤压5.5.1 型腔冷挤压成形闭式挤压 5.5.1 型腔冷挤压成形2 型腔冷挤压的特点和应用1）可以加工形状复杂的型腔、浮雕花纹、字母 等，尤其适合于加工某些难于进行切削加工的 形状复杂的型腔。5.5.1 型腔冷挤压成形2 型腔冷挤压的特点和应用2）挤压过程简单迅速，生产率高，一个工艺凸模 可以多次使用。对多型腔凹模采用这种方法， 生产效率的提高更明显。5.5.1 型腔冷挤压成形2 型腔冷挤压的特点和应

98、用3）加工精度高（可达IT7级或更高），表面粗糙度 小。5.5.1 型腔冷挤压成形2 型腔冷挤压的特点和应用4）冷挤压的型腔，材料纤维未被切断，金属组织 更为紧密，型腔强度高。5.5.1 型腔冷挤压成形2 型腔冷挤压的特点和应用 5）型腔冷挤压的单位挤压力大，需要大吨位的挤 压设备。5.5.1 型腔冷挤压成形3 冷挤压力及设备选择 型腔冷挤压所需的力，与冷挤压方式、模坯 材料及其性能、挤压时的润滑情况等许多因素有 关 5.5.1 型腔冷挤压成形3 冷挤压力及设备选择对挤压设备的基本要求如下：1）刚性好，活塞导向精度高。2）可以调节压力机速度，挤压速度为0.05 0.2。 并有多级液压泵，低压快

99、速进给，高压慢速挤 压成形，不得有脉冲动作。5.5.1 型腔冷挤压成形3 冷挤压力及设备选择对挤压设备的基本要求如下：3）能观察挤压情况，并随时反映挤入深度，到达 预定的挤入深度，压力机能自动停止。 4）有安全防护装置，防止挤压凸模开裂或坯料崩 裂而溅出。5.5.1 型腔冷挤压成形4 挤压工艺（1）选择挤压方式 对于形状简单、深度较浅、精度要求不高的型腔可采用开式挤压的方式成形，挤压成形后对坯料外形还要进行适当的机械加工。加工简单形状的锻模、多型腔塑料模、橡胶模的型腔，可选择开式挤压。5.5.1 型腔冷挤压成形4 挤压工艺（2）准备模具坯料 模具坯料的性能、组织及其形状、尺寸和表面粗糙度等对型

100、腔冷挤压的质量都有直接影响。冷挤压用的坯料，应是在退火状态下硬度低、塑性好，便于塑性加工；经淬火后又能达到硬度较高和耐磨性高、韧性好、变形小的材料。实际应用中应根据模具类型、产品数量、型腔复杂程度等综合考虑后选择。 5.5.1 型腔冷挤压成形4 挤压工艺（3）制备挤压工具 挤压工具主要包括工艺凸模和模套。5.5.1 型腔冷挤压成形4 挤压工艺（4）润滑处理 冷挤压过程中，工艺凸模与坯料通常要承受很大的压力，坯料在凸模强力挤压下的塑性流动使两者的接触表面受到剧烈的摩擦，所以必须给予润滑。以防止凸模与坯料之间的黏附咬住，保证型腔有良好的表面质量和顺利脱模，以及在减小工艺凸模和模坯之间的摩擦力的同时

101、，挤压力得以减小，从而减少凸模损坏的可能性，提高凸模的使用寿命。5.5.2 超塑成形1 超速成形的原理和应用 目前实用的超塑成形技术主要用在组织结构上己经过处理的金属材料，这种材料具有晶粒直径在 5 um 以下的稳定超细晶粒，它在一定的温度和变形速度下，具有很小的变形抗力和远远超过普通金属材料的塑性超塑性，其伸长率可超过 100% 。5.5.2 超塑成形2 超塑成形工艺方法5.5.2 超塑成形2 超塑成形工艺方法（1）坯料的制备与处理 原材料出厂前一般都经过超塑性处理，所以只需选择适当的板材的ZnA122 合金，经切削加工后成为型腔坯料。 5.5.2 超塑成形2 超塑成形工艺方法（2）超塑成形

102、工具 超塑成形工具主要包括工艺凸模和模套。 工艺凸模是按塑性制品的形状、尺寸及精度等设计制造的来挤压型腔的凸模。 模套要有一定的璧厚和强度，以保证在挤压过程中不会破裂和变形。5.5.2 超塑成形2 超塑成形工艺方法（4）润滑 有效的润滑可以减小ZnA22 合金塑性流动时与工艺凸模表面间的摩擦阻力，降低单位挤压力，同时可防止金属黏附，便于脱模，以获得满意的型腔尺寸和表面粗糙度。5.5.2 超塑成形2 超塑成形工艺方法（5）翅塑成形及强化处理 超塑成形时，启动压力机对凸模缓慢加压， 并在250C的条件下保压几分钟（大件可延长时 间），使ZnA122合金的流动性和填充性得到充分 发挥，即可复制出与凸

103、模成形部位形状逼真的型 腔。5.5.3 陶瓷型铸造成形1 工艺过程 陶瓷型铸造用陶瓷浆料做造型材料，灌浆成形，经喷烧和烘干后即完成了造型工作，然后，再用陶瓷型进行铸造，经合箱、浇注金属液，铸成零件。 5.5.3 陶瓷型铸造成形1 工艺过程5.5.3 陶瓷型铸造成形2 模具陶瓷型铸造的特点1）便于模具的复制，如铸造大批量用的热锻模效 果更好。2）铸件尺寸精度高，表面粗糙度小，大量减少了 模具型腔制造时的切削加工，节约了金属材 料，并且模具报废后可重溶浇铸。 3）可铸造大型精密铸件。5.5.3 陶瓷型铸造成形2 模具陶瓷型铸造的特点4）生产周期短，一般有了母模后两三夭内即可铸 出铸件。 5）工艺设

104、备简单，投资不大。句使用寿命一般不 低于机械加工的模具。6）使用寿命一般不低于机械加工的模具。5.5.3 陶瓷型铸造成形3 母模设计（1）母模材料 制造母模的材料有金属、木材、塑料、石膏、石蜡和橡胶等。可根据铸件的产量。形状、尺寸及精度要求、表面粗糙度要求等子以综合考虑、选择。5.5.3 陶瓷型铸造成形3 母模设计（2）母模尺寸及加工精度 陶瓷型浇注层的尺寸变化极微，决定母模尺寸时，主要考虑铸造金属收缩率的影响。铸铁件收缩率较小，一般为1左右。铸钢件收缩率则较大，并随铸件大小而增减。收缩率还与铸件的壁厚、浇铸温度、浇注系统的布置及铸造金属的化学成分等有关，决定母模尺寸时应加以全面考虑。 5.5

105、.3 陶瓷型铸造成形3 母模设计（3）母模设计应考虑的工艺问题 选择分型面时除应遵守一般原则外，尚需注意：应尽量采用平面为分型面，精度要求较高的各部分应在同一个铸型内，并尽量布置在下箱。 基准面的选择除应符合基准重合的原则外，还应尽量在模具型腔中选择基准面，并将基准面选择在变形较为稳定的一面。尽量不用有铸造斜度、起模斜度或有分型面的表面。5.5.3 陶瓷型铸造成形4 造形材料（1）耐火材料 对耐火材料的要求是不与黏结剂起化学作用；耐火度与合金的浇注温度相适应；国内资源丰富、价格便宜；工艺性能好；并具有适当的粒度。 目前采用的耐火材料有铝矾土、刚玉粉、石英砂、金刚砂等。 5.5.3 陶瓷型铸造成

106、形4 造形材料（2）黏结剂 陶瓷型常用的黏结剂是硅酸乙酯水解液。硅酸乙酯不能起黏结剂的作用，只有水解后成为硅酸溶胶才能用作黏结剂。所以可将溶质硅酸乙酯和水在溶剂酒精中通过盐酸的催化作用发生水解反应，得到硅酸溶液，以用作陶瓷型的黏结剂。 5.5.3 陶瓷型铸造成形4 造形材料（3）催化剂 硅酸乙酯水解液的pH 值通常为0.2- 0.26，其稳定性较好，与耐火粉料混合成浆料后，并不能在短时间内结胶，为了使陶瓷浆能在要求的时间内结胶，必须加入催化剂。所用的催化剂有氢氧化钙、氧化镁、氢氧化钠以及氧化钙等。5.5.3 陶瓷型铸造成形4 造形材料（4）脱模剂 硅酸乙酯水解液对模型的附着性能很强，因此在造型

107、时为了防止粘模，影响型腔表面质量，需用脱模剂使模型与陶瓷型容易分离。常用的脱模剂有上光蜡、变压器油、机油、有机硅油及凡士林等。 5.5.3 陶瓷型铸造成形4 造形材料（5）透气剂 陶瓷型经喷烧后，表面能形成无数显微裂纹，在一定程度上增进了铸件的透气性，但与砂型比较，它的透气性还是很差，故需往陶瓷浆料中加入透气剂以改善陶瓷型的透气性能。生产中常用的透气剂是双氧水。双氧水加入后会迅速分解放出氧气，形成微细的气泡，使陶瓷型的透气性得以提高。 5.5.4 快速成形技术 1 快速成形技术简介 快速成形技术是由计算机对产品零件进行三维造形，然后进行平面分层处理，再由计算机和成形装置控制从零件基层开始，逐层

108、成形和固化材料，最后完成零件的加工。所使用的成形材料可以是微粒、液体和固体。5.5.4 快速成形技术 2 快速成形直接制模法 采用快速成形技术直接制造模具称为快速成形直接制模法。目前有采用选择性激光烧结法制作金属模具。首先将金属粉未用易消失的聚合物树脂包覆，通过选择性激光烧结法得到金属粘接实体，再将树脂在一定温度下分解消失，得到成形后的金属枯接实体，在高温下烧结，形成多孔状的金属低密度烧结件。最后再渗入熔点较低的金属，完成金属模具制造。采用这种选择性激光烧结法制作的钢铜合金材料塑料注射模，模具寿命达五万件以上。5.5.4 快速成形技术 3 快速成形问接制模法 采用快速成形技术制作非金属母模，再

109、用母模制造金属模具称为快速成形间接制模法。这种快速成形母模，使模具制造周期缩短，是行之有效且得到广泛的应用的。 5.5.4 快速成形技术 4 快速成形制造技术的优势1）高速度高柔性 2）技术高度集成和设计制造一体化3）制造的自由性 习题1 有没有可能或在什么情况下可以用工频交流电 源作为电火花加工的脉冲直流电源？在什么情 况下可用直流电源作为电火花加工用的脉冲直 流电源？为什么？（提示：轧辊电火花对磨、 齿轮电火花跑合时，不考虑电极相对损耗的情 况下，可采用工频交流电源；在电火花磨削、 切割下料等工具、工件间有高速相对运动时， 可用直流电源代替脉冲电源） 习题2 电火花加工时的自动进给系统和车

110、、钻、磨削 时的自动进给系统，在原理上、本质上有何不 同？为什么会引起这种不同？ 3 电火花共扼同步回转加工和电火花磨削在原理 上有何不同？工具和工件上的瞬时放电点之间 有无相对移动？加工内螺纹时为什么不会乱 扣？用铜螺杆做工具电极，在内孔中用平动法 加工内螺纹，在原理上和共扼同步回转法有何 异同？ 习题4 电火花加工和线切割加工时，粗、中、精加工 时的生产率大小和脉冲电源的功率、输出电流 大小有关。用什么方法、标准来衡量、判断脉 冲电源加工性能的好坏？ 5 电火花或线切割加工时，如何计算脉冲电源的 电能利用率？试估算一般线切割方波脉冲电源 的电能利用率6 电化学加工从原理、机理上来分析，有无

111、可能 发展成为纳米级加工或原子级加工技术？原则 上要采用哪些措施才能实现？ 习题 7 为什么说电化学加工过程中的阳极溶解是氧 化过程，而阴极沉积是还原过程？ 8 原电池、微电池、干电池、蓄电池中的正极和 负极，与电解加工中的阳极和阴极有何区别？ 两者的电流方向有何区别？ 9 举例说明电极电位理论在电解加工中有什么 具体应用。习题10 阳极饨化现象在电解加工中是优点还是缺 点？举例说明。11 试分析在锯条等高碳钢上电解刻字的原理， 为什么字体能发黑？电极间反应如何？可否 用低压工频交流电作电解刻字？ 12 电解加工（如套料、成形加工等）的自动进 给系统和电火花加工的自动进给系统有何异 同？为什么会形成这些不同？ 习题13 电解加工时，何谓电流效率？它与电能利 用率有何不同？如果用 12V 的直流电源作电 解加工，电路中串联一个滑杆电阻来调节电 解加工时的电压和电流，这样是否会降低电 解加工时的电流效事？为什么？14 电解加工时的电极间隙蚀除特性与电火花加 工时的电极间隙蚀除特性有何不同？为什 么？ 15 如何利用电极间隙的理论进行电解加工阴极 工具的设计？