摩托车曲柄锻模电火花成型加工

一、前言

近年来，我国摩托车行业得到了长足的发展，1996年摩托车产量就已突破1000万辆，成为世界上最大摩托车生产国。摩托车曲柄是摩托车发动机内的关键传动部件，在工作时承受相当大的扭矩，力学性能要求较高，只有采用锻造的方法才能满足其性能要求。然而，对于曲柄锻件的形状公差和重量公差，必须通过模具来保证，因此，模具的质量是决定曲柄锻件质量和生产成本的一个最为重要的因素。

传统的制模工艺普遍存在生产效率低，锻件质量不容易保证，模具寿命低，工人劳动强度和切削加工量大等许多缺点，不适应精锻和精冲等先进工艺发展的要求。因此，采用先进的制造技术就显得非常必要。

电火花加工是利用电极进行仿形“复印”加工，电极的精度(在不考虑加工过程中电极损耗的情况下)决定了模具制造的精度。为了保证电极的尺寸和几何形状精度，我们采用ugⅱ软件，先在微机工作站上应用其cad建立摩托车曲柄实体模型。通过直观的几何三维实体模型，我们可以直接查询任何一个尺寸信息，检查几何三维模型是否客观存在以及模型建立正确与否。在确认三维模型正确无误后，再通过ugⅱ的cam生成电极的数控加工程序，然后直接利用该数控加工程序在加工中心上加工出电极，这样就保证了电极的尺寸、形状精度，为最终电火花加工提供了质量保证。

二、摩托车曲柄锻模电火花加工工艺设计

电火花加工是利用工具(电极)和工件之间脉冲性火花放电时的电蚀现象来蚀除多余的金属，以达到满足零件的尺寸、形状及表面质量预定的模具型腔要求。电火花加工时金属材料逐步被蚀除，这一微观的物理过程就是电火花加工的机理。一个物体，无论从宏观上看来是多么平整，但在微观上其表面总是凹凸不平的，即由无数个波峰与波谷组成，当处于工作介质中的两电极加上电压时，两电极之间立即建立起一个电场，但其场强是很不均匀的。场强e不仅取决于极间电压u，而且也取决于极间距离d。

e＝u/d

当两极间距d在一定范围内时，由于最高峰的d最小，e最大，故最先在该处击穿介质，形成放电通道，释放出大量的能量，工件表面被蚀除一个凹坑，工件表面的最高峰变成波谷，另一处场强又变成最大，在脉冲能量的作用下，该处又被蚀除凹坑。这样以很高频率连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可以将工具电极的形状“复制”在工件上，加工出所需的模具型腔。

在电火花加工中，其加工工艺指标一般指加工速度、电极损耗和表面粗糙度。

1.加工速度

对于电火花加工来说，加工速度是指在单位时间内工件被蚀除的体积或重量。提高加工速度就提高了生产效率，因此，研究影响加工速度的因素，提高加工速度具有非常重要的意义。

一般来说，影响加工速度的主要因素有以下几方面：

(1)加工电流一般说来，在加工面积一定的情况下，峰值电流越大，加工速度就越快。但有一个极限，超过这个极限，加工稳定性就被破坏，电极和工件产生拉弧烧伤，加工速度反而降低；在要求加工速度高时，一般根据加工面积来选择加工电流，其经验值是3～6a/cm2。我们在加工摩托车曲柄锻模时，选择5a/cm2进行粗加工，加工稳定性好，加工速度也很高。

(2)脉冲宽度在电流一定时，脉冲宽度越大，脉冲能量也越大，材料蚀除量也大，因此，加工速度快。但是，也不是脉冲宽度可以无限度的增加，当脉冲宽度增加到某一数值时，加工速度最高，但此时如果继续增加脉冲宽度，单个脉冲能量虽然增加，而却有较大部分的热能为电极与工件所吸收，不利于蚀除模具上的金属；同时，由于蚀除的金属量增多，使得排气条件恶化，来不及消电离，引起拉弧现象，破坏加工稳定性，反而降低加工速度。我们在加工摩托车曲柄锻模时，脉冲宽度选择750～1000μs进行粗加工，加工稳定性好，加工速度也很高。

(3)脉冲间隙在脉冲宽度一定的条件下，脉冲间隙越小，脉冲频率就越高，加工速度高，反之，加大脉冲间隙，加工速度会降低；但是过分不合理的减小脉冲间隙，会使放电间隙来不及消电离，破坏加工的稳定性，同样使加工速度降低。因此，在确定电参数时，应注意脉冲间隙与脉冲宽度的合理匹配，保证加工的稳定性。我们在加工摩托车曲柄锻模时，脉冲间隙选择750～1000μs进行粗加工，加工稳定性好，加工速度也很高。

(4)抬刀在加工过程中，设置合理的抬刀也具有非常重要的意义。抬刀设置不合理，如加大抬刀高度和加快抬刀频率，都会使加工速度降低。

(5)加工稳定性众所周知，加工不稳定，加工效率肯定降低，要保证加工稳定性，就应注意工具电极和工件一定要装夹牢固，防止加工中松动移位；在刚开始加工时，由于加工表面接触不均匀，应选取较小的电参数，待加工面全部均匀接触放电时，再选取相适应的电参数；在加工过程中如果出现拉弧烧伤短路现象，应立即停机，将电极上烧结碳黑清除干净后，再调整电参数进行加工。另外，对于实现计算机控制的电火花机床，一般都在控制程序里有优化控制的功能，因此，最好把优化控制参数开关打开，使其自动控制加工稳定性。

2.电极损耗

电火花加工是利用电极进行仿形加工，模具的制造精度直接取决于仿形精度，而在此过程中，电极的损耗直接影响仿形精度。特别是对于型腔加工，电极损耗这一工艺参数显得尤为重要。如何在电火花加工过程中降低电极损耗，提高加工仿形精度，对于提高摩托车曲柄锻模制造精度，保证摩托车曲柄锻件质量具有重要的意义。

在电火花加工中，电极不同部位，电极损耗的速度是不一样的。一般来说，尖角的损耗比钝角快，角的损耗比棱快，棱的损耗比面快，端面的损耗比侧面快，端面的侧缘的损耗比端面的中心部位快。

在生产中影响电极损耗的因素比较多，主要的因素大致有以下几条：

(1)电极极性对损耗的影响

在电火花加工时，相同材料两电极的被腐蚀量是不一样的，其中一个电极比另一个电极蚀除量大，这种现象在电加工中称为极性效应，在生产中，通常把工件接脉冲电源的正极，工具电极接负极，称为“正极性”加工；反之，称为“负极性”加工。如果两电极的材料不同，极性效应就更复杂，电火花加工正是利用这一效应来对工件进行加工。我们在加工摩托车曲柄锻模时采用“负极性”加工。