淺析模具制造中的電火花加工技術

摘要：本文對模具制造中電火花加工技術的應用、加工中應考慮的影響因素、電火花加工的方法和加工精度的影響因素進行了分析，對模具制造中電火花加工技術的應用有重要的指導意義。

關鍵詞：模具制造  電火花加工  模具精度    

   電火花加工技術（Electric Discharge Machining，EDM）是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導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，電火花加工技術有著獨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，工時多，而且很難達到精度要求，而用電火花加工技術可以很好地解決這些難題。本文對電火花加工技術在模具制造中的應用及相關問題進行分析，以更好促進電火花加工技術在模具制造中的應用。

    一、電火花加工技術在模具制造中的應用及優(yōu)缺點

    1. 電火花加工技術在模具制造中的應用

電火花加工是與機械加工完全不同的一種新工藝．隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學技術的進步，具有高熔點、高硬度、高強度、高脆性、高粘性和高純度等性能的新材料不斷出現(xiàn)。具有各種復雜結構與特殊工藝要求的工件越來越多，這就使得傳統(tǒng)的機械加工方法不能加工或難于加工。因此，人們除了進一步發(fā)展和完善機械加工方法之外，還努力尋求新的加工方法。電火花加工法能夠適應生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應用中顯示出很多優(yōu)異性能，因此，得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應用。

    2. 電火花加工主要優(yōu)點和局限性

電火花加工的主要優(yōu)點：(1)適合任何難切削材料的加工；(2)可以加工特殊及復雜形狀的表面和零件；(3)脈沖放電持續(xù)時間極短，放電時產(chǎn)生的熱量傳導擴散范圍小，材料受熱影響范圍??；(4)可以改革工件結構，簡化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動強度。其局限性如下：(1)主要用于加工金屬等導電材料，但在一定條件下也可以加工半導體和非導體材料；(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；但近年來粗加工時已能將電極相對損耗比降至0．1％以下，甚至更小。所以在加工中我們要了解其優(yōu)缺點，做到揚長避短。

    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、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行電火花加工，像在對于當?shù)毒唠y于接觸到的復雜表面，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合，就要選用電火花加工。

    2． 工具電極的設計與制造

電火花加工首先要進行電極的設計、制造。當前計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術已廣泛應用于模具制造行業(yè)。那些高端的CAD/CAM 軟件，像UG、Pro/E、、MasterCAM 等都提供了強大的電極設計、編程功能，減少了手工拆電極的繁瑣工作，與傳統(tǒng)的電極設計、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雜的電極。加工中心比傳統(tǒng)銑削加工速度快，全自動，重復生產(chǎn)的精度很高，可得到較復雜的形狀。最近推出的高速加工中心，能勝任形狀更復雜、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，可用來單獨完成整個電極的制造，或者用于銑削制造電極的清角加工。另外，對于薄片類電極用機械切削加工很難進行，而使用線切割加工可以獲得很高的加工效率和加工精度。使用慢走絲切割機床，可以加工有斜度、上下異形的復雜電極，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工藝方法，它是將電極坯料裝夾在加工機床的裝夾系統(tǒng)上來制造，制造完成后，可直接將電極裝于電火花機床的快速裝夾系統(tǒng)上進行放電加工。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，并對工件進行校正。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單。通常用永磁吸盤來裝夾工件，為了適應各種不同工件加工的需求，還可使用其它工具來進行裝夾，如：平口鉗、導磁塊、正弦磁臺、角度導磁塊等。工件裝夾后要對其進行校正。以保證工件的坐標系方向與機床的坐標系方向一致。使用校表來校正工件是在實際加工中應用最廣泛的校正方法。先進的數(shù)控電火花機床可使用托盤進行工件的自動換裝。電極安裝在機床主軸上，應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行加工。電極的裝夾方式有自動裝夾和手動裝夾兩種。自動裝夾電極是先進數(shù)控電火花機床的一項自動功能。它是通過機床的電極自動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現(xiàn)電極的自然校正，無需對電極進行校正或調(diào)整，能夠保證電極與機床的正確位置關系，大大減少了電火花加工過程中裝夾、重復調(diào)整的時間。手動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

    當工件和電極裝夾、校正完成后，就需要將電極對準工件的加工位置，才能在工件上加工出準確的型腔。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中心與工件基準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現(xiàn)的。模具電火花加工操作中，通常運用電火花機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的基準面與工件的基準面進行接觸感知實現(xiàn)定位。精密模具電火花加工采用基準球進行接觸感知定位，點接觸減少了誤差，可實現(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)，可省卻重復的定位操作，當配備動交換裝裝置時，則完全可以實現(xiàn)長時間無人操作的自動化加工，可有效地提升企業(yè)的競爭力。目前的數(shù)控電火花機床都具有自動找內(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的測量數(shù)值，即可方便地實現(xiàn)加工的定位，比手動定位要方便得多。

    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工藝指標。選用電參數(shù)最終目的是為了達到預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量中進行加工的。選用電參數(shù)時，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行搖動加工，達到表面粗糙度值和加工尺寸的要求。數(shù)控電火花機床有許多配置好的最佳成套電參數(shù)，在機床自動選擇電參數(shù)時只要對所需要輸入的條件準確輸入，即可自動配置好電參數(shù)。機床配置的電參數(shù)一般能滿足加工要求，操作簡單，避免了加工過程中人為的干預。而傳統(tǒng)電火花機床要求操作者具有豐富的工作經(jīng)驗，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采取與加工面積相適應的加工電流。如果電流過大就會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，也會因放電熱量而產(chǎn)生彎曲和毛刺，所以應根據(jù)實際需要限制電流值。加工條件雖然決定于表面粗糙度，但為使拐角冗達到最小，往往要選擇放電間隙小、表面粗糙度較細的加工條件，這一點非常重要。此時的表面質(zhì)量，因為成形品的觀感非常重要，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，對著棱角斜向移動，當進行放電時只在拐角部分放電，這樣就能使拐角達到最小化。

另外，作為拐角 實現(xiàn)最小化的方法，有如圖所示的方法。如果電極是一種簡單的形狀，可在同一臺機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，因在同一臺機床上進行修整，所以還有不存在更換電極時產(chǎn)生位置誤差這一優(yōu)點。

    四、電火花加工模具中精度問題分析及對策

   1. 加工精度影響因素

現(xiàn)代模具企業(yè)使用的電火花機床一般都是數(shù)顯和數(shù)控的，機床本身的精度對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加工精度的影響；(2)工具電極損耗對加工精度的影響；(3)工件結構形狀對加工精度的影響．這些影響因素對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)量問題分析及對策

（1）質(zhì)量問題分析

型腔的尺寸誤差  用電火花加工時，其加工精度受機床、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，其尺寸精度和相對于型腔的位置精度，直接影響放電型腔的尺寸精度，如果設計電極時，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，勢必造成型腔尺寸誤差和位置誤差．因此，設計加工電極時，不僅要考慮電極的尺寸精度，還要考慮電極放電時的位置精度。

（2）針對放電加工中出現(xiàn)的問題提出的相應的解決措施

針對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)一個型腔在粗、半精、精加工中放電間隙不同的特點，采用幾個相應尺寸縮放量的電極，完成一個型腔的粗、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，保證重復定位精度，就可以達到滿意的工藝要求。

針對型孔清角圓角半徑太大的問題，應加強對電極的要求。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，可實現(xiàn)“高效率低損耗加工”．但由于它的機械強度差，制造精度難以保證，精加工時容易引起穩(wěn)定電弧使工件燒傷，所以精加工時不宜選用石墨作為電極．銅鎢合金與銀鎢合金價格昂貴，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、結束語

電火花加工技術在模具制造中有著重要的作用，能夠完成機械加工不能完成或難以完成的加工任務。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)揮該技術的優(yōu)點，制造出高效率、高質(zhì)量的模具。

參考文獻：

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

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