淺析模具制造中的電火花加工技術(shù)

摘要：本文對(duì)模具制造中電火花加工技術(shù)的應(yīng)用、加工中應(yīng)考慮的影響因素、電火花加工的方法和加工精度的影響因素進(jìn)行了分析，對(duì)模具制造中電火花加工技術(shù)的應(yīng)用有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：模具制造  電火花加工  模具精度    

   電火花加工技術(shù)（Electric Discharge Machining，EDM）是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，在模具制造、不規(guī)則孔加工、窄縫加工和金屬板材上切割零件等方面有著廣泛的應(yīng)用。在沖模、塑料模、鍛模、壓鑄模和注射模等模具制造中，電火花加工技術(shù)有著獨(dú)特甚至是不可替代的作用。比如在小型注射模制造中，尤其是成型產(chǎn)品復(fù)雜的模具，由于其型芯、滑塊、鑲件、斜銷等零件的溝槽拐角多，精度要求高，用銑削加工方法難度大，工時(shí)多，而且很難達(dá)到精度要求，而用電火花加工技術(shù)可以很好地解決這些難題。本文對(duì)電火花加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用及相關(guān)問題進(jìn)行分析，以更好促進(jìn)電火花加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用。

    一、電火花加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)

    1. 電火花加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

電火花加工是與機(jī)械加工完全不同的一種新工藝．隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高脆性、高粘性和高純度等性能的新材料不斷出現(xiàn)。具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要求的工件越來越多，這就使得傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法不能加工或難于加工。因此，人們除了進(jìn)一步發(fā)展和完善機(jī)械加工方法之外，還努力尋求新的加工方法。電火花加工法能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應(yīng)用中顯示出很多優(yōu)異性能，因此，得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用。

    2. 電火花加工主要優(yōu)點(diǎn)和局限性

電火花加工的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)適合任何難切削材料的加工；(2)可以加工特殊及復(fù)雜形狀的表面和零件；(3)脈沖放電持續(xù)時(shí)間極短，放電時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小，材料受熱影響范圍??；(4)可以改革工件結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。其局限性如下：(1)主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料，但在一定條件下也可以加工半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料；(2)一般加工速度較慢；但最近已有新的研究表明，采用特殊水基不燃性工作液進(jìn)行電火花加工，其生產(chǎn)率提高；(3)存在電極損耗；但近年來粗加工時(shí)已能將電極相對(duì)損耗比降至0．1％以下，甚至更小。所以在加工中我們要了解其優(yōu)缺點(diǎn)，做到揚(yáng)長避短。

    二、電火花加工主要考慮因素

    1． 電火花加工的工藝確定

模具零件在制造前，根據(jù)本身特點(diǎn)、加工要求來確定合理的加工工藝。一般來說，為了使模具零件在盡量短的時(shí)間內(nèi)加工出來，減少加工成本，提高加工效率，所以在可能的情況下盡量選用銑削加工、線切割加工等工藝來加工零件。當(dāng)在銑削加工、線切割加工等加工不到或工件有特殊要求的情況下才進(jìn)行電火花加工，像在對(duì)于當(dāng)?shù)毒唠y于接觸到的復(fù)雜表面，在需要深度切削的地方，在長徑比特別高的地方，精密小型腔、窄縫、溝槽、拐角，不便于切削加工裝夾，材料硬度又很高，規(guī)定了要提供火花紋表面等的加工場(chǎng)合，就要選用電火花加工。

    2． 工具電極的設(shè)計(jì)與制造

電火花加工首先要進(jìn)行電極的設(shè)計(jì)、制造。當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）技術(shù)已廣泛應(yīng)用于模具制造行業(yè)。那些高端的CAD/CAM 軟件，像UG、Pro/E、、MasterCAM 等都提供了強(qiáng)大的電極設(shè)計(jì)、編程功能，減少了手工拆電極的繁瑣工作，與傳統(tǒng)的電極設(shè)計(jì)、制造相比，提高效率十幾倍甚至幾十倍。

根據(jù)企業(yè)的工藝水平，考慮電極加工精度要求、加工成本等工藝要點(diǎn)來安排電極的制造工藝。目前模具企業(yè)已廣泛使用加工中心來制造各種型面復(fù)雜的電極。加工中心比傳統(tǒng)銑削加工速度快，全自動(dòng)，重復(fù)生產(chǎn)的精度很高，可得到較復(fù)雜的形狀。最近推出的高速加工中心，能勝任形狀更復(fù)雜、精度要求更高類電極的制造，為制造電極提供了完美的技術(shù)解決方案。線切割加工也是很常用的一種電極加工方法，非常適合2D 電極的制造，可用來單獨(dú)完成整個(gè)電極的制造，或者用于銑削制造電極的清角加工。另外，對(duì)于薄片類電極用機(jī)械切削加工很難進(jìn)行，而使用線切割加工可以獲得很高的加工效率和加工精度。使用慢走絲切割機(jī)床，可以加工有斜度、上下異形的復(fù)雜電極，獲得很高的加工精度、表面質(zhì)量。采用快速裝夾定位系統(tǒng)來制造電極是電火花加工的一種先進(jìn)工藝方法，它是將電極坯料裝夾在加工機(jī)床的裝夾系統(tǒng)上來制造，制造完成后，可直接將電極裝于電火花機(jī)床的快速裝夾系統(tǒng)上進(jìn)行放電加工。給加工操作帶來了很大的方便，提高了電極的制造效率、也保證了電極的裝夾、定位精度。

    3． 工件、工具電極的裝夾與校正

    電火花加工將工件安裝于工作臺(tái)，并對(duì)工件進(jìn)行校正。由于電火花加工中工具電極與工件并不接觸，宏觀作用力很小，所以工件裝夾一般都比較簡(jiǎn)單。通常用永磁吸盤來裝夾工件，為了適應(yīng)各種不同工件加工的需求，還可使用其它工具來進(jìn)行裝夾，如：平口鉗、導(dǎo)磁塊、正弦磁臺(tái)、角度導(dǎo)磁塊等。工件裝夾后要對(duì)其進(jìn)行校正。以保證工件的坐標(biāo)系方向與機(jī)床的坐標(biāo)系方向一致。使用校表來校正工件是在實(shí)際加工中應(yīng)用最廣泛的校正方法。先進(jìn)的數(shù)控電火花機(jī)床可使用托盤進(jìn)行工件的自動(dòng)換裝。電極安裝在機(jī)床主軸上，應(yīng)使電極軸線與主軸軸線方向一致，保證電極與工件在垂直的情況下進(jìn)行加工。電極的裝夾方式有自動(dòng)裝夾和手動(dòng)裝夾兩種。自動(dòng)裝夾電極是先進(jìn)數(shù)控電火花機(jī)床的一項(xiàng)自動(dòng)功能。它是通過機(jī)床的電極自動(dòng)交換裝和配套使用電極專用夾具來完成電極換裝的，使用電極專用夾具可實(shí)現(xiàn)電極的自然校正，無需對(duì)電極進(jìn)行校正或調(diào)整，能夠保證電極與機(jī)床的正確位置關(guān)系，大大減少了電火花加工過程中裝夾、重復(fù)調(diào)整的時(shí)間。手動(dòng)裝夾電極是指使用通用的電極夾具，通過可調(diào)節(jié)電極角度的夾頭來校正電極，由人工完成電極裝夾、校正操作。

    4． 加工定位方式

    當(dāng)工件和電極裝夾、校正完成后，就需要將電極對(duì)準(zhǔn)工件的加工位置，才能在工件上加工出準(zhǔn)確的型腔。模具制造中電火花加工最常用的定位方式是利用電極基準(zhǔn)中心與工件基準(zhǔn)中心之間的距離來確定加工位置，稱之為“四面分中”。利用電極基準(zhǔn)中心與工件單邊之間的距離確定加工位置的定位方式也比較常用，稱之為“單邊分中”。另外還有一些其它的定位方式。各種定位方式都是通過一定的方法來實(shí)現(xiàn)的。模具電火花加工操作中，通常運(yùn)用電火花機(jī)床的接觸感知功能來獲得正確的加工位置?？梢灾苯永秒姌O的基準(zhǔn)面與工件的基準(zhǔn)面進(jìn)行接觸感知實(shí)現(xiàn)定位。精密模具電火花加工采用基準(zhǔn)球進(jìn)行接觸感知定位，點(diǎn)接觸減少了誤差，可實(shí)現(xiàn)較高精度的定位。另外還有千分表比較、放電定位等定位方法。使用快速裝夾定位系統(tǒng)，可省卻重復(fù)的定位操作，當(dāng)配備動(dòng)交換裝裝置時(shí)，則完全可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人操作的自動(dòng)化加工，可有效地提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。目前的數(shù)控電火花機(jī)床都具有自動(dòng)找內(nèi)中心、找外中心、找角、找單邊等功能，這些功能只要輸入相關(guān)的測(cè)量數(shù)值，即可方便地實(shí)現(xiàn)加工的定位，比手動(dòng)定位要方便得多。

    5 、電參數(shù)的配置

在完成校正、定位等基本操作以后，就要根據(jù)加工要求選擇合理的電參數(shù)。電參數(shù)選擇的好壞，直接影響加工的各項(xiàng)工藝指標(biāo)。選用電參數(shù)最終目的是為了達(dá)到預(yù)定的加工尺寸和表面粗糙度值要求。一般是根據(jù)電極縮放量確定電參數(shù)，在控制放電間隙和搖動(dòng)量中進(jìn)行加工的。選用電參數(shù)時(shí)，基本上要考慮：電極數(shù)目、電極損耗、加工液處理、加工表面粗糙度值要求、電極縮放量、加工面積、加工深度等因素。粗加工選擇的主要依據(jù)是電極縮放尺寸的大小。粗加工電極的縮放尺寸一般都比較大，可以選用其安全間隙接近電極縮放尺寸的電參數(shù)。精加工選擇的主要依據(jù)是最終的表面粗糙度值要求，選用多組電參數(shù)，依次按放電能量從大到小進(jìn)行搖動(dòng)加工，達(dá)到表面粗糙度值和加工尺寸的要求。數(shù)控電火花機(jī)床有許多配置好的最佳成套電參數(shù)，在機(jī)床自動(dòng)選擇電參數(shù)時(shí)只要對(duì)所需要輸入的條件準(zhǔn)確輸入，即可自動(dòng)配置好電參數(shù)。機(jī)床配置的電參數(shù)一般能滿足加工要求，操作簡(jiǎn)單，避免了加工過程中人為的干預(yù)。而傳統(tǒng)電火花機(jī)床要求操作者具有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)加工要求靈活配置電參數(shù)。

三、 電火花加工

    1. 加工條件

電火花加工開始的加工條件應(yīng)采取與加工面積相適應(yīng)的加工電流。如果電流過大就會(huì)因放電熱量而使電極產(chǎn)生異常損耗。另外，在精密加工中電極與工件多為薄形件，也會(huì)因放電熱量而產(chǎn)生彎曲和毛刺，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要限制電流值。加工條件雖然決定于表面粗糙度，但為使拐角冗達(dá)到最小，往往要選擇放電間隙小、表面粗糙度較細(xì)的加工條件，這一點(diǎn)非常重要。此時(shí)的表面質(zhì)量，因?yàn)槌尚纹返挠^感非常重要，因此與光澤面相比，更傾向于希望獲得看上去比較均質(zhì)的梨皮面。

2. 加工方法

為減小拐角尺，必須將電極拐角尺部分的損耗控制到最小限度。通常的搖動(dòng)加工，由于電極底面拐角不斷的產(chǎn)生放電，棱邊部分容易受到損耗，因此不能獲得滿意的拐角尺。為此，如圖所示，在靠近棱之前不使產(chǎn)生放電而將電極下降，對(duì)著棱角斜向移動(dòng)，當(dāng)進(jìn)行放電時(shí)只在拐角部分放電，這樣就能使拐角達(dá)到最小化。

另外，作為拐角 實(shí)現(xiàn)最小化的方法，有如圖所示的方法。如果電極是一種簡(jiǎn)單的形狀，可在同一臺(tái)機(jī)床上配置一塊銅鎢等材料的成形電極，借助電火花加工方法將電極底面修整成形。利用這種方法即使不使用多個(gè)電極也能將電極底面修整平坦，而且還能將拐角R修整到2 m以下。再者，因在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行修整，所以還有不存在更換電極時(shí)產(chǎn)生位置誤差這一優(yōu)點(diǎn)。

    四、電火花加工模具中精度問題分析及對(duì)策

   1. 加工精度影響因素

現(xiàn)代模具企業(yè)使用的電火花機(jī)床一般都是數(shù)顯和數(shù)控的，機(jī)床本身的精度對(duì)加工精度起著主要影響．另外影響加工精度的因素還有：(1)放電間隙的大小及其一致性對(duì)加工精度的影響；(2)工具電極損耗對(duì)加工精度的影響；(3)工件結(jié)構(gòu)形狀對(duì)加工精度的影響．這些影響因素對(duì)工件的加工精度的影響是不能忽視的．

2. 模具中電加工精度質(zhì)量問題分析及對(duì)策

（1）質(zhì)量問題分析

型腔的尺寸誤差  用電火花加工時(shí)，其加工精度受機(jī)床、夾具、電極、放電參數(shù)、放電環(huán)境等諸多因素影響，僅電極而言，其尺寸精度和相對(duì)于型腔的位置精度，直接影響放電型腔的尺寸精度，如果設(shè)計(jì)電極時(shí)，只考慮電極的尺寸精度，而忽略電極在型腔加工中的位置精度和校正電極的基準(zhǔn)，勢(shì)必造成型腔尺寸誤差和位置誤差．因此，設(shè)計(jì)加工電極時(shí)，不僅要考慮電極的尺寸精度，還要考慮電極放電時(shí)的位置精度。

（2）針對(duì)放電加工中出現(xiàn)的問題提出的相應(yīng)的解決措施

針對(duì)型腔的尺寸誤差可以采用多電極加工法．多電極加工法是根據(jù)一個(gè)型腔在粗、半精、精加工中放電間隙不同的特點(diǎn)，采用幾個(gè)相應(yīng)尺寸縮放量的電極，完成一個(gè)型腔的粗、半精、精加工．1.用粗加工電極蝕除大量金屬，2.再換半精加工電極完成粗加工到精加工的過渡加工，3.用精加工電極進(jìn)行終精加工．可以根據(jù)型腔的幾何形狀把電極分解成主型腔電極和副型腔電極．此種加工方法仿形精度高，只要熟練掌握火花間隙，保證重復(fù)定位精度，就可以達(dá)到滿意的工藝要求。

針對(duì)型孔清角圓角半徑太大的問題，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電極的要求。合理選擇電極材料。電火花加工中，用得最多的電極材料是紫銅，其次是石墨，精密電火花加工根據(jù)需要可選用銅鎢合金．雖然紫銅電極的熔點(diǎn)低、密度大、難以成形磨削，但其電火花加工性能好，加工穩(wěn)定，電極相對(duì)損耗小，能保證較高的加工精度，使用范圍廣，容易制造出各種精密復(fù)雜的電極，經(jīng)鍛造后還可以做成加工其它型腔用的電極，材料利用率高，但在加工中不宜采用大電流．在長脈沖負(fù)極加工中，加工型腔經(jīng)常選用石墨作為電極，磨削容易，密度小，并且它能吸附炭來補(bǔ)償電極的損耗，尤其在脈沖大的情況下具有更小的電極損耗，可實(shí)現(xiàn)“高效率低損耗加工”．但由于它的機(jī)械強(qiáng)度差，制造精度難以保證，精加工時(shí)容易引起穩(wěn)定電弧使工件燒傷，所以精加工時(shí)不宜選用石墨作為電極．銅鎢合金與銀鎢合金價(jià)格昂貴，尤其是銀鎢合金，它們的加工性能穩(wěn)定，電極損耗極小，特別適用于加工深槽、深腔及一些精度要求高的地方.

五、結(jié)束語

電火花加工技術(shù)在模具制造中有著重要的作用，能夠完成機(jī)械加工不能完成或難以完成的加工任務(wù)。電火花加工中，影響加工精度的因素較多，在生產(chǎn)過程中，如果根據(jù)零件的要求、電極與工件的材料、加工工藝等因素合理的選擇電參數(shù)，就一定能夠充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，制造出高效率、高質(zhì)量的模具。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙萬生   電火花加工技術(shù)[M]  哈爾濱  哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社。

[2]伍端陽  數(shù)控電火花實(shí)用加工技術(shù)    機(jī)械工業(yè)出版社