模具加工之電火花工藝簡析

模具加工之電火花工藝簡析

    模具零件在制造前，根據(jù)本身的特點、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，應盡量選用銑削加工、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，如刀具難以夠到的復雜表面，需要深度切削的地方，長徑比特別大的地方，精密小型腔、窄縫、溝槽、拐角，不便于切削加工裝夾，材料硬度很高，規(guī)定了要提供火花紋表面等的加工場合。

    電火花加工前要對零件圖進行分析，了解工件的結(jié)構特點、材料，明確加工要求。根據(jù)加工對象、精度及表面粗糙度等要求和機床功能選擇采用合適的電火花成形工藝方法。

對工件輪廓進行預加工

    一般在電火花加工前，需要對工件輪廓進行預加工，預加工一般使用機械加工的方法，如加工中心、普通銑床等。預加工的目的是為了減少電火花加工中的材料去除量，可以大幅度提高電火花加工速度，電極的損耗減少，使得電極的數(shù)目減少。粗加工電流可以較小，從而使加工表面受影響小。

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、CimatronE、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，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；使用慢走絲線切割機床，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。

    一般使用的電極材料有石墨和純銅。一般精密、小電極選用純銅材料，而大的電極選用石墨材料。

    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加工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。

工件、電極的裝夾與校正

    電火花加工將工件安裝于工作臺，并要對工件進行校正。由于電火花加工中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，還可以使用其他工具來進行裝夾，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。在實際加工中常用校表來校正工件。

    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)控電火花加工機床的一項自動功能。它是通過機床的電極自動交換裝置（ATC）和配套使用電極專用夾具（EROWA、3R）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。

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側(cè)之間的距離確定加工位置的定位方式也比較常用，稱之為“單側(cè)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，通常運用電火花加工機床的接觸感知功能來獲得正確的加工位置，它可以直接利用電極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)，可省去重復的定位操作，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)控電火花加工機床都具有自動找內(nèi)中心、找外中心、找角、找單側(cè)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。

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要求。選用電參數(shù)時，基本上要考慮：電極數(shù)目、電極損耗、工作液處理、加工表面粗糙度要求、電極縮放量、加工面積、加工深度等因素。粗加工參數(shù)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)。精加工參數(shù)選擇的主要依據(jù)是最終的表面粗糙度要求，選用多組電參數(shù)，放電能量從大到小進行平動加工，達到表面粗糙度和加工尺寸的要求。

    數(shù)控電火花加工機床有許多配置好的最佳成套電參數(shù)，自動選擇電參數(shù)時；只要把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)電火花加工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)。

加工過程的監(jiān)控

    電火花加工一切準備就緒時，就可以起動機床開始進行加工。在加工過程中，要隨時監(jiān)控加工狀態(tài)，對加工中不正常的放電狀態(tài)及時采取相應的處理方法，保證加工的順利進行。主要是防止發(fā)生拉弧現(xiàn)象，一般可通過修改抬刀參數(shù)、清理電極和工件、調(diào)整電規(guī)準參數(shù)等措施來改善放電狀況。

    目前的數(shù)控電火花加工機床的加工性能已經(jīng)有了全面的提高，一些先進數(shù)控電火花加工機床的智能化控制技術幾乎可以代替人工監(jiān)控。加工中由計算機監(jiān)測、判斷電火花加工間隙的狀態(tài)，在保持穩(wěn)定電弧的范圍內(nèi)自動選擇使加工效率達到最高的加工條件；但機床的智能控制技術不是萬能的，還是不能忽視人工監(jiān)控的作用，尤其像在深孔加工、大錐度加工、大面積加工等一些比較特殊的加工場合，人工監(jiān)控就有它的意義了。