1、電火花成形加工工具電極的設(shè)計(jì)與制造電火花加工模具的特點(diǎn)是把工具電極的形狀精確地復(fù)制在工件（模具）上。因 此，電極是電火花加工中不可缺少的工具之一。電極的合理設(shè)計(jì)及制造，與模具 型孔或型腔的加工精度有著密切的關(guān)系。為了保證模具的加工精度，在設(shè)計(jì)電極 時(shí)，必須選擇適當(dāng)?shù)碾姌O材料，合理的電極結(jié)構(gòu)和正確的幾何尺寸，同時(shí)還應(yīng)考 慮電極加工工藝性等問題。1. 對電極的技術(shù)要求1）電極的幾何形狀要和模具型孔或型腔的幾何形狀完全相同，其尺寸大小根據(jù) 模具型孔或型腔的尺寸及公差、放電間隙的大小、凸模與凹模配合間隙來決定。2）電極的尺寸精度不低于it7級精度。3）電極的表面粗糙度應(yīng)在ra0.63-1.25pm以上

2、，如果采用鑄鐵或鑄銅時(shí)，表面 不能有砂眼。4）各表面的平行度，100 mm K度內(nèi)不能大于0.010.02mm。5）電極加工成形后變形小，具有一定強(qiáng)度。2. 電極材料從電火花加工原理來說，加工時(shí)工具電極與工件不接觸，是通過電蝕作用對工件 進(jìn)行加工，似乎任何導(dǎo)電材料都可以作為電極。但是，由于不同材料的電極對于 電火花加工的穩(wěn)定性，生產(chǎn)率及模具被加工質(zhì)量等都有很大的影響。因此，在實(shí) 際使用中不能任意選擇電極材料，而應(yīng)選擇相對損耗小、加工過程穩(wěn)定、生產(chǎn)率 高、易于制造加工及成本低廉的材料作為電極材料，以滿足模具成型零件的電加 工要求。目前，常用的電極材料有：鑄鐵、鋼、純銅、黃銅、銅鈣合金、銀鈣合 金

3、、石墨等。這些材料的性能見表4.2.2所示。表4.2.2電火花成形加工常用電極及其性能常用 材料電加工工藝性能機(jī)械 加工性能價(jià)格 材料來源應(yīng)用情況穩(wěn)定性電極損耗鑄鐵較差適中好低（常用材料）主要用于型孔加工， 制造精度高對于純銅、黃銅一類的電極，由于不能用成形 磨削加工，一般可用仿形刨床加工而成，并經(jīng) 鉗工鏗削進(jìn)行最后修整。（2）電極與凸模聯(lián)合成形磨削在電極制造中，為了縮短電極和凸模的制造周 期，保證電極與凸模的輪廓一致，常采用電極 與凸模聯(lián)合成形磨削。這種方法的電極材料大 多選用鑄鐵和鋼。當(dāng)電極材料為鑄鐵時(shí)，電極 與凸模常用環(huán)氧樹脂等膠合在一起，如圖 4.2.13所示。但對于截面積較小的工件則

4、不易 粘牢，為防止在磨削過程中發(fā)生電極或凸模脫 落，可采用錫焊或機(jī)械方法使電極與凸模連接 在一起。當(dāng)電極材料為鋼時(shí)，可把凸模加長些， 將其作電極。即把電極和凸模做成一個(gè)整體。 電極與凸模聯(lián)合成形磨削，其共同截面的公稱 尺寸應(yīng)直接按凸模的公稱尺寸進(jìn)行磨削，公差 取凸模公差的1/21/3。當(dāng)凸、凹模的配合間隙等于放電間隙時(shí)，正好 適用磨削后電極的輪廓尺寸與凸模完全相同的 情況。當(dāng)凸、凹模的配合間隙小于放電間隙時(shí)，電極 的輪廓尺寸應(yīng)小于凸模的輪廓尺寸則可用化學(xué) 腐蝕法將電極尺寸縮小至設(shè)計(jì)尺寸。腐蝕劑可 用草酸：雙氧水：蒸緇水=40： 40： 100的溶液， 腐蝕速度為0.040.07mm/min。腐

5、蝕的方法 為：將干凈的電極垂直浸人腐蝕劑中，根據(jù)其 腐蝕速度的大小，每隔一定的時(shí)間后取出，測 量其尺寸是否符合要求，若尺寸仍偏大時(shí)應(yīng)繼 續(xù)侵入，直到適合為止。但取出的次數(shù)不要太 多，否則在電極上會出現(xiàn)斜度，影響電極的加 工質(zhì)量。當(dāng)凸、凹模的配合間隙大于放電間隙時(shí)，電極 的輪廓尺寸應(yīng)大于凸模的輪廓尺寸，則需用電 鍍法將電極擴(kuò)大到設(shè)計(jì)尺寸。如單面放大量在 0.05mm以下時(shí)，可以鍍銅。單面放大量超過 0.05mm時(shí)，可以鍍鋅。刃n極 與 凸 模 粘4.2.14機(jī)械加工與線切割I(lǐng)E4.2.13結(jié)2-粘結(jié)面，3-凸a）機(jī)械加工；b）線切加工電極 I-電極 模 割加工（3）電極制造常用工藝電極制造常用工

6、藝一般可按下述工序進(jìn)行：1）刨（或飩）:按圖樣要求刨或飩所要求的形 狀的電極毛坯（若是圓形可車削），按最大外 形尺寸留1mm左右精加工余量。2）平磨：在平面磨床上磨兩端面及相鄰兩側(cè)面 （對銅及石墨電極應(yīng)在小臺鉗上，用刮研的方法刮平或磨平）。3）劃線：按圖樣要求在劃線平臺上劃線。4）刨（或銃）:按劃線輪廓，在刨床或銃床上加工 成形，并留有0.20.4mm的精加工余量。形 狀復(fù)雜的可適當(dāng)加大，但不超過0.8mm。5）鉗工：鉆、攻電極裝夾螺孔。6）熱處理：指采用鋼電極時(shí)，按圖樣要求淬火。7）精加工電極：對于鑄鐵或鋼電極，在有條件 的情況下，可用成形磨削加工成形；而對于銅 電極，可在仿形刨床上進(jìn)行仿刨

7、成形。8）化學(xué)腐蝕或電鍍：指電極與凸模聯(lián)合加工（或 階梯電極）時(shí)，對小間隙模具采用化學(xué)腐蝕， 對大間隙模具采用電鍍。9）鉗工修整：指對銅電極的精修成形。（4）由線切割加工電極除用機(jī)械方法制造電極以外，在比較特殊需要 的場合下也可用線切割加工電極。如異形截面 和薄片電極，用機(jī)械加工方法無法勝任，或很 難保證精度的情況。圖4.2.14a）所示的電極， 在用機(jī)械加工方法制造時(shí)，通常是把電極分成 四部分來加工，然后再鑲拼成一個(gè)整體，如圖 4.2.14b）所示。由于分塊加工中的誤差及拼合 時(shí)的接縫間隙和位置精度的影響，使電極產(chǎn)生 一定的形狀誤差。如果使用線切割加工機(jī)床對 電極進(jìn)行加工，則很容易制作，并能

8、很好地保 證其加工精度。（5）石墨電極的加工 石墨電極是電火花型腔加工中最常用的電極之 一。石墨電極的制作一般是采用傳統(tǒng)的機(jī)械加 工，即車、欽、刨、磨、手工修磨，樣板檢驗(yàn) 等方法。但在加工時(shí)，石墨材料易碎裂、粉末 飛揚(yáng)、勞動(dòng)條件差，最好采用濕式加工（把石 墨先在機(jī)油中浸泡）對精度高和形狀復(fù)雜的電 極較難制造。且加工電極的重復(fù)精度差。適用 于單件或少量電極的加工。當(dāng)要批量生產(chǎn)石墨電極時(shí)，可采用壓力振動(dòng)加 工方法方便地將石墨制成各種所需的電極形 狀。壓力振動(dòng)加工石墨電極的方法，需要制造 鋼質(zhì)母模，并需配有專用的壓力振動(dòng)加工機(jī)床， 制作的石墨電極與母模的仿形性較好，加工重 復(fù)精度較高。不論是整體式和

9、拼合式的石墨電極，都應(yīng)使石 墨壓制時(shí)的施壓方向與電火花加工時(shí)的進(jìn)給方 向垂直（圖4.2.15），且拼合的石墨電極應(yīng)采 用同一牌號石墨。 審疆扇a）石墨壓制時(shí)的施壓方向 b）拼合不 合理c）拼合合理圖4.2.15石墨電極方向性和拼合方向鋼較差適中好低（常用材料）常采用加長凸模，加 長部分為加工型孔的電 極；可降低制造費(fèi)用石墨較好較小 （取決于石 墨性能）好（有粉塵、易崩 角、掉渣）較低 （常用材料）適用于加工大、中型 尺寸的型孔與型腔純銅好較大較差（磨削困難）較高（小型電極常用材 料）主要用于加工較小尺 寸型腔，精密型腔，表面 加工粗糙度可很低黃銅好大較好 （可磨削）較高（小型電極常用材 料）銅

10、鈣 合金好小 （為純銅電 極損耗的 15%25%）較好 （可磨削）高主要用于加工精密（高于銅價(jià)40倍以深孔、直壁孔和硬質(zhì)合金 上）材料的型孔與型腔銀鈣 合金好很小較好 （可磨削）高（比銅鴇合金高）（1）鑄鐵電極的電極損耗和加工穩(wěn)定性均較一般，容易起孤，生產(chǎn)率不及銅電 極。但是，它的來源豐富、價(jià)格低廉、并且機(jī)械加工性能好，因此電極的尺寸精 度，幾何形狀精度及表面粗糙度等都容易保證。因此，鑄鐵是一種較常用的電極 材料，多用于穿孔加工。（2）鋼電極的加工穩(wěn)定性較差、電極損耗較大、生產(chǎn)率也較低、但是來源豐富、 價(jià)格便宜、具有良好的機(jī)械加工性能。鋼電極還有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，即把電極和凸 模做成一體，實(shí)質(zhì)上就

11、是將凸模加長，加長的部分就用作電極。電火花加工后， 把損耗部分切除掉，余下部分可做凸模使用。這種方法使電極的制造工時(shí)減少到 了最低程度。所以鋼為常用的電極材料之一，多用于一般的穿孔加工。（3）純銅電極在加工過程中穩(wěn)定性好、生產(chǎn)率高、但損耗較大、來源少、價(jià)格 較貴。由于其韌性大，機(jī)械加工性能差、磨削加工困難，其加工精度較低。由于 磨削困難，使得難以將電極與凸模連接在一起加工，電極與凸模分別制造使凸模 與凹模配合間隙不易均勻。對于電火花型腔加工來說，純銅電極適用對小型腔 及高精度型腔的加工。純銅電極與其他材料電極相比，在電火花加工中能使模具 達(dá)到最細(xì)表面粗糙度。(4) 黃銅電極在加工過程中穩(wěn)定性好

12、、生產(chǎn)率高、與純銅電極相比價(jià)格較低、 機(jī)械加工性能尚好，但其磨削性能不如鋼和鑄鐵。而黃銅電極的損耗最大。因此， 黃銅電極一般用在對加工表面粗糙度較低，尺寸、形狀精度要求較高及形狀復(fù)雜 的小孔穿孔加工。(5) 石墨電極的電極損耗小、加工穩(wěn)定性尚好、易于加工、生產(chǎn)率最高、其價(jià) 格與銅大體相同，但機(jī)械強(qiáng)度較差，尖角處易崩裂。石墨是電火花型腔加工的常 用電極材料，適用于大、中、小型腔。由于石墨的熱脹系數(shù)小，所以，最適于大 電極的穿孔加工。(6) 銅鈣合金和銀伺合金的加工穩(wěn)定性均很好，電極損耗也均很小，它們的電 加工性能優(yōu)越，而機(jī)械加工性能尚好，其磨削性比銅好。但其價(jià)格較高，比銅的 價(jià)格高40倍。因此，

13、主要用于模具中高精度的深孔、直壁孔等的穿孔加工和加 工面積小且高精度的型腔加工，以及硬質(zhì)合金模具的加工。而銀鈣合金的價(jià)格更 高，約為銅的100倍，所以它的使用受到限制，一般只用于硬質(zhì)合金模具的加 工。當(dāng)用同一種電極材料加工不同材料的模具時(shí)，加工情況也會有一定的差異，即使 同是鋼件也會因其成分不同而對加工有所影響，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)具體情況選 用電極材料。3電極的結(jié)構(gòu)形式電極的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)模具型孔或型腔的尺寸大小，復(fù)雜程度及電極的加工工藝 性等來確定,常用的電極結(jié)構(gòu)有下列幾種形式：(1 )整體電極整體電極就是用一整塊電極材料加工出的完整電極，這是型孔或型腔加工中最常 用的電極結(jié)構(gòu)形式，圖4.2

14、.4所示即為型腔加工用整體電極的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)電極 面積較大時(shí)，可在電極上開一些孔，或者挖空以減輕重量。對于穿孔加工，有時(shí)為了提高生產(chǎn)率和加工精度，降低表面粗糙度，可以采用階 梯式整體電極。所謂階梯式整體電極就是在原有的電極上適當(dāng)增長，而增長部分 的截面尺寸適當(dāng)均勻減小(f=0.10.3mm),呈階梯形。如圖4.2.5所示，h為 原有電極的長度，I2為增長部分的長度(為型孔深度的1.2-2.4倍)。加工時(shí)利 用電極增長部分來粗加工，蝕除掉大部分金屬，只留下很少余量，讓原有的電極 進(jìn)行精加工。階梯電極有許多優(yōu)點(diǎn)：能充分發(fā)揮粗加工的作用，大幅度提高生產(chǎn) 效率，使精加工的加工余量降低到最小，特別適宜小

15、斜度型孔的加工，易保證模 具的加工質(zhì)量，并且可減少電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換次數(shù)。丁，/J7a)無固定板式；b)有固定板式圖 4.2.4 整體電極結(jié)構(gòu)形 式圖4.2.5階梯式整體電極，沖油孔；2 石墨電極：3-電極固定板(2)組合電極在沖模加工中常遇到需要在同一凹模上加工出 幾個(gè)型孔，對于這樣的凹?？梢杂脝蝹€(gè)電極分 別加工各孔，也可以采用組合電極加工，即把 多個(gè)電極組合裝夾在一起。如圖4.2.6所示， 一次完成凹模各型孔的電火花穿孔加工。采用 組合電極加工時(shí)，生產(chǎn)率高，各型孔間的位置 精度也較為準(zhǔn)確，但必須保證組合電極各電極 間的定位精度，并且/個(gè)電極的軸線要垂直于 安裝表面。電概工件/I 工 IB

16、1;«D10X圖4.2.6組合電極圖4.2.7分解式電極1）分解式電極當(dāng)工件形狀比較復(fù)雜，則可將 電極分解成簡單的幾何形狀，分別制造成電極， 以相應(yīng)的加工基準(zhǔn)，逐步將工件型腔加工成形。 采用分解式電極成形加工，可簡化電加工工藝。 但是，必須統(tǒng)一加工基準(zhǔn)，否則將增加加工誤 差，如圖4.2.7所示。分解式電極多用在形狀 復(fù)雜的異型孔和型腔的加工。2）鑲拼式電極對形狀復(fù)雜而制造困難的電 極，可分解成幾塊形狀簡單的電極來加工，加 工后鑲拼成整體的電極來電加工型孔，該電極 即為鑲拼式電極。如圖4.2.8所示，是將e字 形硅鋼片沖模所用的電極分成三塊，加工完畢 后再鑲拼成整體。這樣即可保證電極的

17、制造精 度，得到了尖銳的凹角，而且簡化了電極的加 工，節(jié)約了材料，降低了制造成本。但在制造 中應(yīng)保證各電極分塊之間的位置準(zhǔn)確，配合要 緊密牢固。圖4.2.8鑲拼式電極4電極尺寸的確定（1）電極橫截面尺寸的確定電極橫截面尺寸是根據(jù)凹模（或凸模）的尺寸 及公差，凸模、凹模配合間隙和放電間隙的大 小確定的。電火花放電間隙的大小與電極材料、 模具材料、電規(guī)準(zhǔn)的選擇、設(shè)備的精度及工作 液等有關(guān)。為了保證模具加工后的表面粗糙度， 最后必須用精規(guī)準(zhǔn)修出，因此在確定電極尺寸 時(shí)，應(yīng)先按相應(yīng)的條件得到放電間隙值。在凸模、凹模零件圖上標(biāo)注的公差時(shí)，根據(jù)模 具的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不同，有不同的標(biāo)注方法。因此， 電極截面尺寸的

18、確定也要按以凹模設(shè)計(jì)為基 準(zhǔn)，還是凸模設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)兩種情況來討論。1）按凹模尺寸和公差確定電極橫截面尺寸 如 圖4.2.9所示凹模型孔不同部位的尺寸公差標(biāo) 注。其相應(yīng)部位電極橫截面尺寸的計(jì)算公式如 T：="-2*+犯8 = 0 + 2撐一切丫尸2 =（的 r+5）*式中s一一單面放電間隙；6一一電極制造公差，通常取模具公差6的 1/22/3,并按“入體原則”標(biāo)注。2）按凸模尺寸和公差確定電極橫截面尺 寸圖4.2.1 0所示為凸模尺寸及公差標(biāo)注，由 于凹模、凸模陀合間隙的不同又存在三種情況： 凸模、凹模單邊配合間隙等于放電間隙（z/2 =s）:電極橫截面尺寸和凸模截面尺寸完全相 同，電極

19、公差取凸模公差1 /23/2。 凸模、凹模單邊配合間隙小于放電間隙（z/2 <s）:電極應(yīng)按凸模四周每邊均勻縮小一個(gè)值（s-z/2）,電極橫截面尺寸計(jì)算公式如下：圖4.2.9凹模尺寸及公差標(biāo)注圖4.2.10凸模尺寸及公差標(biāo)注8 = 3 + 2(S-Z/2)*c=C±3尸】=&】+(8-2/2)履r2=R2-(S-Z/2) 凸模、凹模配合間隙大于放電間隙(z/2>s), 電極應(yīng)按凸模四周每邊均勻放大一個(gè)值(z/2- s),電極橫截面尺寸計(jì)算公式如下：« = “+2即2-撐)*b = B-2(Z/2-,】=&+(Z/2-砒，尸2=&-(Z/2

20、-罰*式中s單面放電間隙；z/2凸模、凹模單邊間隙；6一一電極制造公差，取模具公差6的1/22/3。由以上相應(yīng)公式設(shè)計(jì)計(jì)算出的電極橫截面尺寸 適合一般型孔的電火花加工，對加工型腔的電 極還應(yīng)考慮精加工及拋光加工余量。圖4.2.11穿孔加工用電極長度 圖4.2.12 加工型腔電極縱截面尺寸1-電極；2-凹模（2）電極長度的確定在電極長度確定方面，穿孔加工與型腔加工是 不同的，穿孔加工只計(jì)算電極長度，而型腔加 工還須考慮各縱截面的形狀和尺寸。1）穿孔加工電極長度的確定圖4.2.11所示為 穿孔加工用電極長度。電極長度按下式計(jì)算：£ = 4 + £?= £ + （1.3

21、 1.8比+（1.62.0）庵弓式中|一一電極總長度；h精加工用的電極長度；12一一粗中加工用的電極長度；t一一電極長度損耗（用鑄鐵電極，當(dāng)加工鋼模 具時(shí)，t =0.9ti :當(dāng)加工硬質(zhì)合金模具時(shí)，t = 1.7tio用鋼電極，當(dāng)加工鋼模具時(shí),t =1.1ti； 當(dāng)加工硬質(zhì)合金模具時(shí),t =2.1ti）:ti凹模有效刃口厚度；t2一一凹模中有較大斜度的漏料部分厚度；pt一一粗中加工的電極端面損耗比。當(dāng)凹模的刃口為全刃口，沒有斜度較大的漏料 部分時(shí)，電極長度僅計(jì)算h部分，即l=li，但 此時(shí)凹模有效刃口厚度h應(yīng)為t。以上計(jì)算所得的電極長度是電火花穿孔加工時(shí) 的工作部分長度，需要夾持時(shí)，還要加上夾持 部分長度。若采用同一只電極加工幾副模具時(shí)， 其電極的長度應(yīng)加長，每多加工一副模具應(yīng)比 原來的長度約增加0.40.8倍。但電極總長度 一般不應(yīng)超過110120mm,否則將會給加工