貴州航天烏江機電設(shè)備有限責任公司 （遵義 563003） 鄭繼康 張玉峰

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電火花加工技術(shù)與模具制造變得密不可分，已在模具制造、復雜零件加工中得到廣泛應(yīng)用。

模具制造中電火花加工的工藝流程

模具制造中電火花加工包括多個工藝環(huán)節(jié)，這里按照電火花加工的操作順序介紹其工藝流程，分析主要的工藝要點。

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、線切割加工等加工接觸不到或工件有特殊要求的情況下，像刀具難于接觸到的復雜表面或需要深度切削的地方，及長徑比特別高的地方，如精密小型腔、窄縫、溝槽及拐角，不便于切削加工裝夾，材料硬度很高，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(shè)計與制造

電火花加工首先要進行電極的設(shè)計、制造。那些高端的CAD/CAM軟件，像UG、Pro/E、CimatronE、MasterCAM等都提供了強大的電極設(shè)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(shè)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(shù)解決方案。

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.加工的定位

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”。另外還有一些其他的定位方式。

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ATC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、找角及找單邊等功能，這些功能只要輸入相關(guān)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。

4.加工參數(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)電極縮放量確定加工參數(shù)，在控制放電間隙和搖動量中進行加工的。選用加工參數(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、加工面積及加工深度等因素。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。

影響模具電火花加工質(zhì)量的主要因素

模具的加工質(zhì)量主要包括加工精度和電蝕表面的質(zhì)量。由于電火花加工過程中的輸入、輸出參數(shù)多且較為復雜，影響模具加工精度的工藝因素涉及有機床本身的制造精度、工件的裝夾精度、電極的制造及裝夾精度、電極損耗、放電間隙及加工斜度等諸多方面，其中以電極損耗和放電間隙影響較大。

1.電極損耗對加工精度的影響

在模具電火花加工過程中，脈沖放電會使工具電極受電腐蝕而發(fā)生損耗，因而了解和掌握電極損耗規(guī)律，進而采取多種措施以盡量減少工具電極的損耗，可保證模具具有更高的加工精度。電極損耗常有兩種不同的表現(xiàn)形式。加工模具型腔時，采用電極的體積損耗率來衡量電極的損耗情況，其表達式為

式中，δ為放電間隙；ti為脈沖寬度；Ie為放電峰值電流；Kδ為與電極、工件材料有關(guān)的系數(shù)。

放電間隙主要決定加工穩(wěn)定性，一般增大脈沖放電間隙時間可提高加工穩(wěn)定性。而提高峰值電流將使生產(chǎn)率提高，但電極損耗將加大。表面變質(zhì)層加深，粗糙度值變大，因而對一般電火花成形機床選Ip=2～4A/cm2，對數(shù)控電火花成形機床Ip＜10A/cm2。

要使放電間隙保持穩(wěn)定，必需使脈沖電源的電參數(shù)保持穩(wěn)定，此外還應(yīng)使機床精度和剛度也保持穩(wěn)定，同時特別注意電蝕產(chǎn)物引起的二次放電對放電間隙的影響。其加工精度與放電間隙的大小是否穩(wěn)定和均勻有關(guān)，間隙越穩(wěn)定，加工精度越高，一般放電間隙誤差應(yīng)控制在0.05δ的范圍內(nèi)。

式中，CV為電極的體積損耗率；VE為電極的體積損耗速度；VW為工件的體積蝕除速度。

而在加工穿孔時，則一般采用長度損耗來衡量電極的損耗情況，表達式為

式中，CL為工具電極的長度損耗率；hE為電極的長度方向上的損耗尺寸；hW為工件已加工的深度尺寸。

電火花加工時，工具電極的不同部位其損耗情況也是不同的，通常其尖角、棱邊等凸起部位的電場強度高，易形成尖端放電，所以其損耗比平坦部位要快，不均勻的損耗必然導致加工精度的下降。同時電極的損耗還受電極材料的熱學物理常數(shù)影響。電極材料的熔點、沸點、比熱容、熔化與氣化潛熱越高，導熱系數(shù)越大，其耐腐蝕性越好，傳熱能力越強，因而能降低電極的損耗。

2.放電間隙對加工精度的影響

電火花加工模具時，工具電極與工件之間發(fā)生脈沖放電需要保持一定的放電間隙，使加工出的工件型孔尺寸與電極尺寸相比，沿加工輪廓上要相差一個放電間隙。若不考慮電蝕產(chǎn)物引發(fā)的二次放電和電極進給時機械誤差的影響，放電間隙則常用經(jīng)驗公式表示

3.對加工表面粗糙度的影響

模具型腔表面經(jīng)電火花加工后，會存在大量的由脈沖放電時所形成的重疊排列的凹坑，在一定的加工條件下，加工表面粗糙度的經(jīng)驗公式可表達為

式中，Ra為實測的表面粗糙度評定參數(shù)；KRa為系數(shù)；ti為脈沖寬度；Ie為峰值電流。

電蝕表面的粗糙度評定參數(shù)Ra隨脈沖寬度和電流峰值增大而增大。在一定加工條件時，脈沖寬度和電流峰值增大會使單個脈沖能量增大，使電蝕凹坑的斷面尺寸增大， 因此表面粗糙度值主要取決于單個脈沖能量的大小。要減少Ra，則必須減少單個脈沖的能量。

4.表面變化層對模具表面質(zhì)量的影響

模具經(jīng)電火花加工后的表面將產(chǎn)生包括凝固層和熱影響層的表面變化層。凝固層是工件表層材料在脈沖放電的瞬時高溫作用下發(fā)生熔化而未能拋出，在脈沖放電結(jié)束后迅速冷卻、凝固而保留下來的金屬層，該層金屬晶粒非常細小，有較強的抗腐蝕能力。

熱影響層位于凝固層與工件基體材料之間，由于受放電點傳來的高溫影響，使材料金相組織發(fā)生變化。在加工過程中由于所選用的電參數(shù)，冷卻條件及工件材料原來的熱處理狀況不同，變化層的硬度變化情況就會不一樣。

表面變化層的厚度與工件材料及脈沖電源的電參數(shù)有關(guān)，隨脈沖能量的增大而增厚，凝固層硬度通常較高。因此，電火花加工后的模具表面耐磨性比普通機械加工要好。

典型案例

圖1所示是某電器蓋的注塑模，模具材料為ASSAB 718HH，加工方法主要是采用電火花加工，加工后在模具A、B處分別出現(xiàn)了凹坑，類似于材料“砂眼”，在50倍放大下在凹坑截面底部明顯發(fā)現(xiàn)厚厚的電火花加工產(chǎn)生的白層和熱影響區(qū)，并伴有大量裂紋，其現(xiàn)象如圖2所示。

圖1

圖2

產(chǎn)生此種現(xiàn)象的主要原因：在電火花加工過程中電介質(zhì)（一般為煤油）可能不清潔，沒有及時更換；或者放電時產(chǎn)生的雜質(zhì)沒有被有效沖刷，排屑不暢造成此處雜質(zhì)、金屬細屑積聚、放電所致。解決措施：在加工過種中應(yīng)使用足夠大的機械和離子交換過濾裝置來過濾、及時定期地更換電介質(zhì)、保持良好地沖刷狀態(tài)，能有效防止該現(xiàn)象的產(chǎn)生。

圖3所示是某產(chǎn)品包裝盒的模具，模具材料為ASSAB S-136 ESR，加工方法主要是采用電火花加工，模具在使用一定周期后發(fā)生斷裂。對斷裂處通過500倍放大，如圖4所示，產(chǎn)生的主要原因是在裂紋源拐角處表面電火花加工產(chǎn)生的微裂紋和白層沒有完全去除，應(yīng)力集中效應(yīng)造成擴展，直至斷裂。

綜述以上原因，在電火花加工過程中造成表面上缺陷的大小程度，對模具壽命的影響非常大，電火花加工表面越粗糙，產(chǎn)生的白層越厚，并且還有微裂紋存在，模具的壽命就越低。為了有效控制電火花加工帶來的負面影響，電火花加工過程中要采用多次放電加工，在最后階段采用低電流高頻率放電，在電火花加工完成后及時回火去應(yīng)力，再用油石打磨盡量去除白層。

圖3

結(jié)語

在模具工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的新形勢下，電火花加工技術(shù)已取得了突破性的進展，相信在今后的模具加工中其也必將發(fā)揮重要作用。