提高電火花加工效率的工藝探討

電火花加工是模具制造的一種重要工藝方法，尤其在塑料模制造中更有著舉足輕重的作用。塑料模的型腔、滑塊、鑲件、斜銷等零件的眾多溝通槽拐角都需進行電火花加工。但電火花加工又是一種加工速度較慢的工藝方法，因此模具制造中電火花加工需花費較多的工時。如何通過有效、可行的工藝措施，使電火花加工機床在保證加工質(zhì)量的前提下提高加工速度，依靠高效率來縮短模具制造周期，降低模具制造成本，一直是模具企業(yè)所關(guān)注的問題。

    本文從實際加工經(jīng)驗出發(fā)，總結(jié)了與電火花加工效率直接相關(guān)的三大方面：電火花加工工藝、電火花加工機床的調(diào)整、電火花加工操作。根據(jù)這三方面詳細探討了提高電火花加工效率的工藝措施，希望可幫助企業(yè)解決一些實際問題。

1 電火花加工工藝相關(guān)的要點

1.1 要用機械加工去除大部分材料

    工件的加工部位在進行電火花加工之前，要先用機械加工方法進行粗加工，僅將刀具精銑困難或無法精銑的部位留給電火花加工，這樣能使電火花加工的材料量大為減少，可大幅度提高電火花加工效率。

    如怕工作的麻煩，不進行機械粗加工就直接進行電火花加工，會導(dǎo)致電火花加工的效率極其低下，這就需正確認識電火花加工這種工藝方法的加工速度。電火花加工是靠微觀的熱融化過程一點點蝕除材料的，比起機械切削加工去除材料的過程要慢得多。對于大的型腔，即使是進行了機械粗加工，如給電火花加工留的余量過多也會降低加工效率。

1.2 根據(jù)加工情況決定工藝方法

    電火花加工有單電極直接成形工藝、多電極更換成形工藝等。選擇工藝時不僅要考慮加工速度，還應(yīng)詳細考慮加工精度和表面粗糙度要求。單電極直接成形工藝只用一只電極加工出所需的型腔形狀，這種工藝方法用于加工形狀簡單、精度要求不高的型腔，不需進行重復(fù)的裝夾操作，可提高電火花加工的效率。對于加工要求較高的場合，通常采用多電極加工的工藝方法。首先用粗加工電極蝕除大量材料，然后用精加工電極進行精加工，精加工時還可考慮換用多個電極來補償電極的損耗。

    如在精度要求較高的加工場合，只使用一只電極來進行加工，這種因?qū)�工藝認識不夠，本想通過減少電極數(shù)目來提高加工效率，而實際在加工過程卻因為不能選用較大的電參數(shù)進行粗加工，導(dǎo)致加工的效率極其低下；另一種情況是，在加工要求不高的情況下，使用多個電極來進行加工，也必然會降低加工效率。

1.3 合理選用電極材料

    電極材料的選取直接關(guān)系到放電的效果，在很大程度上，材料的選取是否恰當(dāng)，決定了放電速度、加工精度及表面粗糙度的最終情況。應(yīng)根據(jù)不同類型模具加工的實際需求，有針對性地進行電極材料的選用。電火花加工通常使用紫銅電極和石墨電極。很多模具企業(yè)在選擇電極材料時，很少進行考慮，大小電極一律習(xí)慣選用同種電極材料，這種做法會影響電火花加工的效率。

    紫銅做電極較容易獲得穩(wěn)定的加工狀態(tài)，可獲得輪廓清晰的型腔，加工表面粗糙度值低，通常適用于低損耗的加工條件，由于低損耗加工的平均電流較小，且不適合大電流加工，其生產(chǎn)率并不高；石墨電極在加工蝕除量較大的情況下能實現(xiàn)低損耗、高速粗加工，但在精加工中放電穩(wěn)定性較差，容易過渡到電弧放電，因而能選取損耗較大的加工參數(shù)來加工。

    大多企業(yè)使用紫銅作為電極材料。而根據(jù)加工經(jīng)驗，使用石墨電極加工鍛模的大型腔，其加工速度高，比使用紫銅電極可節(jié)省約1/3的時間；也有些企業(yè)認識到石墨電極的優(yōu)越性，不分場合習(xí)慣選用石墨電極，導(dǎo)致模具在表面粗糙度要求低于 的加工場合，始終難以穩(wěn)定地達到加工要求，于是反復(fù)進行返修加工，極大地降低了加工效率，如選用紫銅電極，問題將會迎刃而解�？梢娺x擇電極材料時，應(yīng)根據(jù)加工要求作出合理的選擇。

1.4 確定適當(dāng)?shù)碾姌O縮放量

    電極縮放量的選取要考慮多方面的因素。電火花加工有平動和不平動兩種加工方式，數(shù)控電火花加工機床一般都可進行平動加工，而傳統(tǒng)電火花加工機床如沒有安裝平動頭就不能進行平動加工。這兩種加工方式的電極縮放量選取是有區(qū)別的。

    在不采用平動加工時，加工尺寸主要取決于精加工的控制。確定精加工電極縮放量時應(yīng)先考慮好為達到預(yù)定表面粗糙度要選用的電參數(shù)條件，明確該條件下火花間隙的大小，再確定電極縮放量，一般取單側(cè)0.02～0.06mm；確定粗加工電極縮放量時以考慮加工速度和為精加工預(yù)留適當(dāng)余量為標(biāo)準(zhǔn)，一般取單側(cè)0.15～0.25mm。

    在采用電極平動加工時，加工的尺寸精度取決于對放電間隙、電極縮放量和平動量的控制。由于平動量的大小是可控的，所以可根據(jù)放電間隙的大小調(diào)節(jié)平動量，這樣較容易控制加工的尺寸，電極縮放量的大小也就可相對大一些，尤其是在精加工時；總之可根據(jù)具體情況來靈活選取。粗加工中一般不用平動加工，電極縮放量取單側(cè)0.15～0.30mm。精加工采用多段加工條件用平動的方法來改善排屑狀況，達到穩(wěn)定的加工，可獲得側(cè)面與底面更均勻的表面粗糙度。電極的縮放量常取0.05～0.15mm。

    模具的電火花加工中，通常會因電極縮放量取得太小不能選用較大的放電條件而導(dǎo)致加工效率低下。如在加工允許的情況下，粗加工電極的縮放量取單側(cè)0.30mm選用的電參數(shù)比取單側(cè)0.15mm的電參數(shù)要提高速度在2～3倍以上。平動加工時精加工電極可根據(jù)加工情況，適當(dāng)增大電極縮放量有利于提高加工速度。必須注意，增大電極縮放量后必須相應(yīng)提高放電參數(shù)的能量，且不可盲目增大電極縮放量，否則反而會降低加工效率。如粗加工將電極縮放量取單側(cè)0.80mm，而實際加工雖選擇了較大的放電參數(shù)，但實際的放電間隙可能只有單側(cè)0.30mm左右，那么將會為后續(xù)加工留下了較多的材料余量，必將降低加工效率。數(shù)控電火花加工機床如按傳統(tǒng)機床的電極縮放方法，不利用平動加工的功能，必將降低加工效率，尤其是在精加工中。如電極縮放量取單側(cè)0.03mm，那么只能選用一個較小的放電參數(shù)進行加工，如粗加工中的材料余量稍多的話，甚至可能產(chǎn)生無法加工的情況；如將電極縮放量增加到單側(cè)0.08mm，那么加工的放電參數(shù)可增大，可很快地將材料余量去除，然后再利用平動功能來逐步修光側(cè)面。對于加工電極是圓形、方形的更應(yīng)如此。普通加工中適當(dāng)增大電極縮放量并不會對形狀造成多大影響，精密加工時才應(yīng)特殊對待。

1.5 電極設(shè)計考慮“面積效應(yīng)”

    “面積效應(yīng)”是指電火花加工中因加工面積變化引起加工速度等工藝指標(biāo)變化的效應(yīng)。當(dāng)電火花加工的面積小到某一臨界值時，加工速度會顯著降低。因為加工面積小，在單位面積上脈沖放電過分集中，致使放電間隙的電蝕產(chǎn)物排除不暢，同時，會產(chǎn)生氣體排除液體的現(xiàn)象，造成放電加工在氣體介質(zhì)中進行，而大大降低加工速度。因此設(shè)計電極時要考慮不要拆分加工面積太小的電極，多使用整體式電極。但也要注意，當(dāng)整體式電極面積較大，且加工深度較深、排屑困難的情況下，應(yīng)考慮將整體電極分拆成幾個電極進行分次加工，可根據(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。否則在加工中會出現(xiàn)放電不穩(wěn)定的情況，導(dǎo)致加工效率低下、精度難以保證等不良情況。

2 電火花加工機床調(diào)整的要點 

2.1 電參數(shù)的調(diào)節(jié)

    電參數(shù)選擇的好壞，直接影響加工的各項工藝指標(biāo)。電參數(shù)調(diào)節(jié)的最終目的是為了達到預(yù)定的加工尺寸、表面粗糙度要求，達到較高的加工效率。電參數(shù)調(diào)節(jié)時應(yīng)考慮：電極數(shù)目、電極損耗、加工表面粗糙度要求、電極縮放量、加工面積、加工深度等基本因素。

    目前數(shù)控電火花加工機床的智能性已有了很大的提高，機床儲存有針對各種材料組合加工的大量成套參數(shù)，只需在編程過程中按編程要求輸入工藝條件，即可自動選擇、配置電參數(shù)。加工中機床依靠智能化控制技術(shù)（如“模糊控制”技術(shù)），由計算機監(jiān)測、判斷加工間隙的狀態(tài)，自動微調(diào)電參數(shù)，保持穩(wěn)定的放電加工，達到較高的加工效率。先進的智能化電火花加工機床的電參數(shù)數(shù)據(jù)庫能滿足一般加工要求，且極大地降低了機床對操作人員的技能要求。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，能根據(jù)加工要求靈活配置電參數(shù)。

    機床的智能控制技術(shù)并不是萬能的，故不能忽視人工調(diào)整電參數(shù)的作用。尤其像在深孔加工、大錐度加工、大面積加工等一些較特殊的加工場合，人工調(diào)整電參數(shù)就顯得很有必要。調(diào)整電參數(shù)時，應(yīng)優(yōu)先考慮調(diào)整電參數(shù)主規(guī)準(zhǔn)以外的參數(shù)，如抬刀高度、放電時間、抬刀速度等；其次可按次序考慮調(diào)整脈沖間隔、脈沖寬度、加工電流等，特殊材料加工可試用負極性加工（電極為負極）。在加工狀態(tài)穩(wěn)定的前提下，減少抬刀動作及幅度、降低脈沖間隔、增大加工電流有利于提高加工效率。但在加工不穩(wěn)定的情況下，一定要保持勤抬刀，適當(dāng)選用較大的脈沖間隔，否則反而會降低加工效率，甚至引起電弧放電，使加工過程不能正常進行。根據(jù)加工經(jīng)驗，適當(dāng)保守地進行電參數(shù)的調(diào)節(jié)，可維持加工的正常進行，且可獲得較高的加工效率。

    脈沖寬度對加工速度有較大的影響，但一些技術(shù)人員在認識脈沖寬度對加工速度的影響上存在誤區(qū)。有的認為將脈沖寬度增大可提高加工速度，有的則認為將脈沖寬度降低可提高加工速度。理論上：脈沖峰值電流一定時，脈沖寬度增加，加工速度隨之增加，脈沖寬度增加到一定數(shù)值時，加工速度最高，此后再繼續(xù)增加脈沖寬度，加工速度反而下降。但在實際生產(chǎn)中，對脈沖寬度必須要有一個量的認識。根據(jù)大量的加工實例，這里必須指出：最高加工速度對應(yīng)的脈沖寬度往往很小，因此電極損耗較大，在很多情況下不宜采用，而實際加工中機床選配的電規(guī)準(zhǔn)一般都考慮到降低電極損耗。那么，在低損耗加工規(guī)準(zhǔn)中，如加大脈沖寬度，加工速度必然降低，降低脈沖寬度，加工速度會得到一定程度的提升。

2.2 加工留量的控制

    數(shù)控電火花加工是用多個條件段來進行加工的，條件段之間要有一定的加工留量。如加工要求的深度為5mm，電極縮放量為單側(cè)0.15mm。設(shè)使用的電規(guī)準(zhǔn)從大到小分3段來進行加工，則根據(jù)各檔電規(guī)準(zhǔn)放電間隙的大小來設(shè)置進給深度和平動半徑：第一個規(guī)準(zhǔn)進給深度為4.85mm，平動半徑為0.02mm，第二個規(guī)準(zhǔn)進給深度為4.92mm，平動半徑為0.13mm，第三個規(guī)準(zhǔn)進給深度為4.97mm，平動半徑為0.17mm。各條件段之間加工留量大小的控制與加工效率有很大的關(guān)系。適當(dāng)減少加工留量能提高電火花加工效率，尤其是在大面積的精加工場合作用顯著。如將上例中第一個規(guī)準(zhǔn)進給深度改為4.90mm，平動半徑為0.10mm，第二個規(guī)準(zhǔn)進給深度為4.95mm，平動半徑為0.15mm，第三個規(guī)準(zhǔn)不變，則可在一定程度上提高加工效率。

    數(shù)控電火花加工機床自動編程時給出的加工留量，是以保證表面粗糙度為前提的，相對來說較保守，為了進一步提高加工效率，可根據(jù)加工要求修改自動編程生成程序的加工留量。但必須注意，減少加工留量必須要保證下一個加工規(guī)準(zhǔn)能修光上一個加工規(guī)準(zhǔn)。另外，減少加工留量對小面積加工的效率提高意義并不大。

2.3 平動加工的選擇

    平動加工是數(shù)控電火花加工的一種重要工藝方法。不同的數(shù)控電火花加工機床其平動加工的方式有所區(qū)別，應(yīng)根據(jù)所用機床靈活、合理應(yīng)用平動加工。某數(shù)控電火花加工機床的平動加工方式有兩種：自由平動和伺服平動。自由平動是指主軸伺服加工時，另外兩軸同時按一定軌跡作擴大運動，一直加工到指定深度。伺服平動是指主軸加工到指定深度后另外兩軸按一定的軌跡作擴大運動。自由平動一般用于淺表加工，加工時邊打邊平動可改善排屑性能，提高加工速度，減少積碳；但對于深度較深的場合，卻會降低加工速度，增大電極的邊角損耗。伺服平動一般用于加工深度較深的加工場合，先加工完底面再修側(cè)面，深度較淺時其加工效果不如自由平動，它也常用在加工型腔側(cè)壁的溝槽、環(huán)，還可用在其他兩軸平動的場合等。

2.4 定時加工

    數(shù)控電火花加工機床一般都具有定時加工功能，可用于控制面積較大電極精加工的最后幾段電參數(shù)的加工時間。精加工時電火花的電蝕能力非常弱，由于間隙內(nèi)加工屑及其他因素的影響，需很長的加工時間。由于最后幾個條件的尺寸變化已很小，實際上我們只要加工到要求的表面粗糙度后就可結(jié)束加工，可根據(jù)經(jīng)驗采用定時加工方法，這樣可大幅度地提高精加工效率。 2.5 改變垂直伺服加工的方法

    目前大多數(shù)控電火化加工機床可實現(xiàn)橫向加工、多軸聯(lián)動加工。但這些功能在模具企業(yè)中并沒有得到很好的應(yīng)用。如能充分發(fā)揮機床的功能，可使機床的加工效率得到提高。如注塑模的成形鑲件四周有較薄、較深的膠位，這些部位如采用Z軸伺服加工，會因局部放電面積小，加工深度大，加工過程中就會發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，加工速度緩慢。若通過改善工藝方法，利用數(shù)控電火花加工機床的橫向伺服功能，使電極作橫向伺服加工，加工速度可比采用Z軸伺服加工提高數(shù)倍。模具“清角加工”因加工部位面積小而發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，采用X、Y、Z 3軸聯(lián)動的方法，即斜向加工，可使放電加工穩(wěn)定，提高加工效率。

3 電火花加工操作的要點

3.1 提高重復(fù)定位精度

    模具電火花加工往往需使用很多個電極進行，這時需進行重復(fù)定位。實際加工中，重復(fù)定位精度也是影響加工效率的一個重要因素，這些情況主要發(fā)生在精加工中。如第一個電極在對深度時沒有對準(zhǔn)，導(dǎo)致第一次加工的深度淺了，那么第二次加工在必須保證加工深度的情況下，要加工的材料量必然增加，精加工中又不能選用大的電規(guī)準(zhǔn)，這就導(dǎo)致了加工效率低下。根據(jù)加工經(jīng)驗，如像接近30cm2的大面積加工，在精加工規(guī)準(zhǔn)下，多加工0.02mm的深度，將花費1h以上的加工時間；還有如第一個電極加工完成后，第二個電極加工的位置與第一個電極的加工位置存在較大差別，一個側(cè)面修不到，另一個側(cè)面的加工量增多，這種情況也會降低加工效率。

    利用電極與工件進行接觸感知的定位方法在模具企業(yè)被廣泛采用。這種定位方法相對簡單，是操作人員非常熟悉的。但這種定位方法的誤差較大，難以保證穩(wěn)定的定位精度，因定位超差導(dǎo)致的加工異常問題時有發(fā)生，降低了加工效率。為了提高重復(fù)定位精度，可采用間接定位方法。如利用基準(zhǔn)球進行間接定位，這種定位方法由于采用的是點接觸，可在最大范圍內(nèi)消除誤差。目前還有不少人不知道使用基準(zhǔn)球定位的方法。使用基準(zhǔn)球進行定位不但容易保證精度，且在工件形狀復(fù)雜的情況下，能方便地實現(xiàn)分中；電極對基準(zhǔn)球找中心的過程避免了電極作較大行程的移動，節(jié)省了操作時間；對于多個工件加工的情況，不需利用電極多次分中，只要對基準(zhǔn)球分一次中即可，節(jié)省了大量的操作時間，多電極加工中優(yōu)勢尤為明顯。另一個提高重復(fù)定位精度最好辦法是采用快速裝夾的定位系統(tǒng)，如3R和EROWA等裝置，電極和工件都可快速換裝，且可達到理想的定位效果，能極大地提高加工效率。

3.2 沖液的方式與大小

    電火花加工過程中，為了將加工過程中產(chǎn)生的氣體、電蝕物等及時排除，必然高效率地排出加工屑，為此，應(yīng)使用合理的沖液方式，控制好沖液壓力，使加工穩(wěn)定進行，提高加工效率。一般都要沖油或抽油。適當(dāng)增加沖油壓力會使加工速度提高，但沖油壓力超過某一數(shù)值后，再繼續(xù)增加，加工速度則略有降低。

4 其他

4.1 機床的加工性能

    機床的性能好是實現(xiàn)高效率放電加工的前提條件。脈沖電源對提升加工速度起著極其重要的作用，脈沖電源性能的好壞決定著放電加工微觀過程的優(yōu)劣，決定著精加工中小放電間隙條件下能否穩(wěn)定、高效地完成加工。自適應(yīng)電源在加工中的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，對達到較高的加工效率有極其重要的作用。專家系統(tǒng)等智能技術(shù)使機床操作更容易，縮短了編程、操作的時間，配備ATC裝置的全自動機床操作過程不需人工干預(yù)，可連續(xù)地自動運行加工，大大提高了加工效率。機床的抬刀技術(shù)上對加工速度也有一定的影響，如主軸采用很高加速度進給加工對提高深窄小縫的加工效率具有明顯的作用。

4.2 工作液的影響

    選用不同的工作液，加工速度也不相同。目前電火花加工使用合成型電火花工作液。不同電火花加工工作液各自的特點有所差異，應(yīng)綜合考慮進行選擇。鏡面加工的時間一般都較長，使用混粉工作液（在工作液中加入一定比例的導(dǎo)電的粉末，如硅粉、鉻粉、鎂粉等）可大幅度提高加工效率。

4.3 工件材料的影響

    在同樣的加工條件下，選用不同的工件材料，加工速度也不同。這主要取決于工件材料的物理性能（熔點、沸點、熱導(dǎo)率、比熱容、熔化熱、汽化熱等）。如電火花加工鋁的效率非常高，但加工硬質(zhì)合金的效率相當(dāng)?shù)汀?

5 結(jié)束語

    在實際加工中，影響電火花加工效率的因素眾多。應(yīng)根據(jù)加工對象的具體要求，進行綜合考慮，把握好工藝的各個環(huán)節(jié)，才能使電火花加工機床達到高的加工效率。