电火花加工在模具制造中的应用

[摘 要]在模具工业技术快速发展的新形势下，电火花加工是当前模具加工的重要方法之一，并有着其它加工方法无可替代的优点。电火花加工技术已取得了突破性的进展。它是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。对于为寻求向客户在较短的交货时间以较低的价格提供较高质量的产品的模具生产商来说，电火花加工自动化是很有吸引力的。选择电火花加工技术作为特种加工领域的一门重要技术，本文从电火花的机理与特点、影响模具电火花加工质量的主要因素，及其在模具加工中的应用等方面入手如实论述。

[摘 要]电火花加工机理 电蚀 加工应用 精度 操作过程

中图分类号：TG76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0264-01

一、引言

当今世界，日新月异，各行各业都发展很快。其中材料科学的发展和机械行业的发展尤为迅速，这两个行业的联系也越来越紧密。其中，一个很具体的表现就是随着材料科学的发展与进步，为了满足一些特殊情况的需要，一大批具有高强度、高硬度、高韧性、高脆性、能耐高温等特殊性能的模具材料相继产生，从而给传统的带来了许多新的困难与问题，用传统的加工方法难以再满足要求。

如对具有复杂结构的工件，采用传统的切削方法就往往很难实现，因而人们在生产中研究出了一些新的方法，并有一些已经被广泛应用。其中，电火花加工加工方法就是其中之一，其在模具制造工业中被广泛应用于型孔及型腔的加工。

二、电火花加工的机理与特点

电火花加工是在一定的介质中通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。

自动进给调节装置为液压油缸和活塞使工具和工件间经常保持一很小的放电间隙，当脉冲电压加到两极之间，便在当时条件下相对某一间隙最小处或绝缘强度最弱处击穿介质，在该局部产生火花放电，瞬时高温使工具和工件表面局部熔化，甚至气化蒸发而电蚀掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑。脉冲放电结束后，经过脉冲间隔时间，使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。整个加工表面将由无数小凹坑所组成。这种放电循环每秒钟重复数千次到数万次，使工件表面形成许许多多非常小的凹坑，称为电蚀现象。随着工具电极不断进给，工具电极的轮廓尺寸就被精确地“复印"在工件上，达到成型加工的目的。

电火花加工能加工高熔点、高硬度、高强度、高纯度、高韧性的各种材料，而其加工机理与切削方法完全不同，具有以下特点：

1、脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。

2、脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。

3、加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。

4、可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。

三、电火花加工技术在模具加工中的应用

电火花改性技术在模具表面有很大的应用，为改进模具表面的质量，利用电火花脉冲放电产生高温的工作原理，用硬质合金如YG8等做电极材料，将硬质合金材料熔渗到模具及易损件的工作面上，形成一层高硬度、高强度、高耐磨、高耐温、又不剥离的硬质白色合金强化层，改变表面的物理、化学性能，是对模具进行表面处理非常有效的方法。电火花强化层是电极和工件材料在放电的瞬间在高温高压条件下重新合金化，而形成的新合金层，不是电极材料简单的涂覆和堆积。合金层与基体金属之间具有氮元素等的扩散层，与基体结合牢固，极耐冲击。强化处理时，由于放电时间很短，放电点的面积又很小，放电的热作用只发生在工件表面的微小区域，而整个工件仍处于常温状态或升温较低，工件处于冷态，时间短，不会产生退火或热变形。电火花改性是在空气或液体介质中进行的。它既可以作用在零件的局部表面，也可对一般几何形状的平面或曲面进行改性，比如刀具、模具、机械零件等。电极材料可以根据用途自由选择，在修复己磨损的机器零件时，可采用碳元素、紫铜、黄铜等材料作为电极，这些材料来源比较广，而且材料消耗量也很少。可通过对电气参数的调节和改性时间的控制来获得不同厚度和表面粗糙度的改性层。

电火花加工精密型腔模具的精度表现在尺寸精度、仿形精度、表面质量等三个方面。加工精密型腔模具.应正确分析其各部位尺寸要求，灵活控制不同地方的尺寸精度.应特别重视那些尺寸要求高的部位，精密型腔模具中的重要尺寸公差可达±2～3微米，可见其尺寸要求的严格性。仿形精度要求亦高，型腔应清角，棱角清楚。表面粗糙度值均匀，并达到预定表面精糙度值，一般要求Ra值很小，甚至要求镜面加工，另外电火花加工部位表面变质层的厚度要很小。

四、模具电火花加工的操作过程

数控电火花加工技术的发展，使得加工过程的操作更为快捷。使用ATC（自动电极交换装置）的数控电火花机床的操作过程为：机床在开机后，先回到机械原点；然后装夹工件，将基准球固定在工作台X、Y行程范围内任意位置；把要加工的电极装入ATC电极库，将基准电极插入主轴夹头；通过手动控制完成基准电极中心对工件零点的定位；接着完成基准电极对基准球的中心定位，将基准电极的中心偏移量记忆。

使用自动编程软件制作程序，首先输入使用的电极号、加工深度，执行检索加工条件；再制作测量加工电极中心偏移量的程序与加工程序组合，保存制作好的程序；最后调出程序执行即可开始加工。加工过程中自动装入电极、自动测量加工电极中心偏移量、自动定位、开油加工、监测加工。整个加工过程的重要操作步骤是在编程环节，编程时加工思路一定要清晰，输入的数值一定要准确，才能保证自动加工过程的正确执行。不具备ATC电极库的数控电火花加工操作过程与上述是一样的，只是加工中换电极、测量中心偏移量的步骤需由手动操作完成。可见ATC是数控电火花加工自动化的重要工具，它的应用打破了传统加工繁琐的操作模式。

五、结论

未来数控电火花加工技术的发展空间是十分广阔的。由于电火花加工过程本身的复杂性，迄今对电火花加工的机理尚未完全弄清楚，大多研究成果是建立在大量系统的工艺实验基础上完成的，所以对电火花加工机理的深入研究，并以此直接指导和应用于实践加工是数控电火花加工技术发展的根本。在现有技术水平的基础上，不断开发新工艺将是数控电火花加工技术发展方向。如数控电火花铣削加工是一种还不成熟的技术，值得继续研究的新工艺。数控电火花机床在结构设计、脉冲电源的开发方面将朝更合理、更具优势化的方向全面发展，提高加工性能，同时考虑降低机床制造的成本。数控电火花加工在控制技术上将朝自动化、智能化方面的更高层次发展，数控电火花加工的网络管理技术在高档机床上已有初步应用，将逐步被推广及应用，获取更好的系统管理效果。总之，数控电火花加工技术以提高加工质量、提高加工效率、扩大加工范围、降低加工成本等为目标在模具工业中不断发展。

在模具工业技术快速发展的新形势下，数控电火花加工技术已取得了突破性的进展，其不仅在过去及和现在的模具制造中被广泛应用，相信在今后的模具加工中其也必将发挥重要作用。

参考文献

[1] 赵万生等.特种加工技术[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2] 张辽远等.现代加工技术[M].北京：机械工业出版社，2008.7.

[3] 张学仁等，数控电火花线切割加工技术[J].哈尔滨工业大学出版社，2000.