發布日期：2022-10-09 點擊率：91
摘要：列舉了模具企業中電火花加工存在的常見誤區，針對這些誤區進行了技術探討，對模具企業電火花加工具有指導意義。
關鍵詞：電火花加工；定位；電極材料；電極縮放量；工藝方法；
1 引言
電火花加工是模具制造的一種重要工藝方法，尤其在注塑模制造中更是發揮著舉足輕重的作用。目前仍有不少模具企業的工藝水平不夠完善，工藝中存在的一些誤區往往導致模具零件的電火花加工達不到預定的精度、效率要求。下文對模具企業中電火花加工常見的誤區進行了較詳細的分析。
2電火花加工的常見誤區
2.1定位方法的誤區
電火花加工的精度控制和保證在很大程度上取決于定位精度。在通常采用的Z軸加工中，X、Y軸保證型腔位置要求，Z軸保證所加工型腔的深度要求。實現電火花加工定位的方法有多種，利用電極與工件進行接觸感知的定位方法（圖1）在模具企業被廣泛采用。
圖1 電極與工件直接接觸感知定位
這種定位方法相對簡單，是操作人員非常熟悉的。但我們可以發現，如果電火花加工的精度要求很高，定位誤差要求不能大于0.01㎜，像在塑膠模的哈夫滑塊、上下模仁的對合、插穿部位等的加工，這些情況下使用上述方法將會有很大的難度，難以保證穩定的定位精度，因定位超差導致零件反復修理、報廢的情況時有發生。操作者往往埋怨機床的感知性能不好或者定位精度不高。其實目前的電火花加工機床在位移方面的精度是相當高的，出現定位不準的情況就是在選用定位的方法上存在誤區。
利用電極與工件進行直接碰邊，因為接觸面積較大，電極或工件上的毛刺、存在的細微雜物，電極及工件的平面度、平行度、垂直度等因素影響定位精度，即使工件和電極擦得很干凈也難以保證0.01mm的定位精度。對于工件（電極）異形或電極過大（過小）及精度要求相當高的加工來說，有且只有采用間接定位方法，即利用基準球進行間接定位（圖2），這種定位方法由于采用的是點接觸，可在最大范圍內消除誤差。
圖2 基準球間接定位
目前還有不少模具企業不知道使用基準球定位的方法。使用基準球進行定位不但容易保證精度，而且在工件形狀復雜的情況下，能方便地實現分中；電極對基準球找中心的過程避免了電極作較大行程的移動，節省了操作時間；對于多個工件加工的情況，不需要利用電極多次分中，只要對基準球分一次中即可，節省了大量的操作時間，多電極加工中優勢尤為明顯。當然，這里并不是一味強調使用基準球定位方法的優勢，對于一般精度要求的加工、少量工件、電極數目不多的情況來說，為了提高工作效率，通常還是使用電極直接進行定位。另外使用基準球定位的方法要求電極和工件基準面的精度要很高，否則反而會產生更大的定位誤差。
2.2電極材料選擇的誤區
電極材料的選取直接關系到放電的效果，在很大程度上，材料的選取是否恰當，決定了放電速度，加工精度以及表面粗糙度的最終情況。應根據不同類型模具加工的實際需求，有針對性地進行材料的選用。電火花加工的電極材料主要有紫銅、石墨、銅鎢合金。很多模具企業在選擇電極材料時，很少進行考慮，大小電極一律習慣選用同種電極材料。這種做法在通常加工中不會發現其弊端，但在極限加工就可以發現明顯的問題，影響電火花加工的效果。如所有的電極材料都選用紫銅，那么在高精密加工時往往會埋怨機床損耗太大，需要采用很多個電極進行加工，大型電極也選用紫銅，導致加工所耗時間很多，成本也很高。這就是電火花加工中電極材料選擇的誤區。
合理選擇電極材料，可以從下列方面進行考慮：電極是否容易加工成形；電極的放電加工性能如何；加工精度、表面質量如何；電極材料的成本是否合理；電極的重量如何。在很多情況下，選擇不同的電極材料各有其優劣之處，這就要求抓住加工的關鍵要素。如果進行高精度加工，那就要拋棄電極材料成本的考慮，如果要求進行高速加工，那就要將加工精度要求放低。
紫銅能比較容易獲得穩定的加工狀態，精加工中采用低損規準可獲得輪廓清晰的型腔，加工表面光潔度高。但因本身材料熔點低，不宜承受較大的電流密度，一般不能超過30A電流的加工，否則會使電極表面嚴重受損、龜裂，影響加工效果。熱膨脹系數較大，在加工深窄筋位部分，較大電流下產生的局部高溫很容易使電極發生變形。紫銅電極通常采用低損耗的加工條件，由于低損耗加工的平均電流較小，其生產率并不高。
石墨電極特別適用于加工蝕除量較大的型腔，在大面積加工情況下能實現低損耗、高速粗加工，像在大型塑料模具、鍛模、壓鑄模等模具的電火花加工中可發揮其獨特的加工優勢。在高溫下具有良好的機械強度，熱膨脹系數小，非常適合對窄縫進行高精度加工。因其重量輕，常用于大型電極的制造。導電性能好，加工速度快，能節省大量的放電時間，價錢一般是銅料的1/2。其缺點是在精加工中放電穩定性較差，容易過渡到電弧放電，只能選取損耗較大的加工條件來加工。加工微細面粗糙度略差，在加工中容易脫落、掉渣。制作石墨電極要專門的加工機器。
銅鎢合金材料在通常加工中很少采用，只有在高精密模具及一些特殊場合的電火花加工中才用到。由于含鎢量高，可以有效地抵御電火花加工時的損耗，能保證極低的電極損耗，在極困難的加工條件下也能實現穩定的加工。缺點是價格昂貴，材料來源困難。加工電子接插件類高精度模具時，對細微部分的形狀（如深長直壁孔、復雜小型腔）要求很嚴格，這就要求加工中電極損耗必須極小，選用銅鎢合金來制造電極是加工技術的基本要求。銅鎢電極針對鎢鋼，高碳鋼，耐高溫超硬合金金屬，因普通電極損耗大，速度慢，銅鎢電極是首選材料。
2.3電極縮放量選取的誤區
電火花加工時兩極間存在火花間隙，為了加工出符合要求的尺寸，對電極縮放適當尺寸來加工。電極縮放量的大小對加工的尺寸精度、仿形精度、加工效率、表面質量都有影響。多數模具企業在選取電極的縮放量時是按照固定的模式，如通常粗加工電極縮放單邊0.2㎜，精加工電極縮放單邊0.07㎜。如果電極的面積很大，因電極縮放量偏小而限制了電火花加工中不能選用較大的放電參數，降低了加工效率，這就是電極縮放量選取的誤區。
電極縮放量的選取要考慮多方面的因素。電火花加工有平動加工和不平動加工兩種方式，數控電火花機床一般都可采用平動加工，而傳統電火花機床如果沒有安裝平動頭就不能進行平動加工。這兩種加工方式電極縮放量的選取是有區別的。
在不采用平動加工時，如果所產生的火花間隙小于電極縮放量，加工出來的尺寸將小于標準值。相反，電極縮放量比實際火花間隙要小時會使加工后的尺寸大于標準值。因此正確確定電極縮放量的大小是保證加工尺寸合格的前提。確定電極縮放量大小時要視加工部位的不同而合理選用。塑膠模具加工部位一般分為結構性部位和成型部位。結構性部位在模具中起配合、定位等作用。這些部位的加工表面粗糙度無嚴格要求，但要求尺寸一次加工到位，保證加工后的尺寸符合要求。在確定這些部位火花位大小時取加工時實際產生的火花間隙的大小。成型部位是用來直接成型塑件的部位。此類部位的加工尺寸和表面粗糙度都有相應的要求。電火花加工的成型部位一般在加工完成后采用拋光的方法去除火花紋跡達到預定表面粗糙度要求，所以在確定這類成型部位電極縮放量時應準確確定拋光余量。一般拋光余量取4Ra+0.005mm左右（Ra：電火花加工完成的表面粗糙度值），在計算電極縮放量時取實際火花間隙和拋光余量之和。電火花加工工藝一般是用不同尺寸的電極采用不同的電規準由粗到精完成加工。加工后的尺寸主要決定于精加工的控制。確定精加工火花位大小時應先考慮好為達到預定表面粗糙度要選用的電參數條件，明確該條件火花間隙的大小再確定電極縮放量。成型部位精加工的火花位一般取單側0.04～0.08mm，結構部位取單側0.02～0.06mm。確定粗加工火花位大小時以考慮加工速度和為精加工預留適當余量為標準，一般取單側0.15～0.25mm。
在采用電極平動加工時，加工的尺寸精度決定于對放電間隙、電極縮放量和平動量的控制。由于平動量的大小是可控的，所以可以根據放電間隙的大小調節平動量，能夠較容易地控制加工的尺寸，電極縮放量的大小也就可以相對大一些，尤其是對精加工來說，并且可以根據一些具體情況來靈活選取。一般在粗加工中不用平動加工，電極縮放量取單側0.15—0.3mm。精加工采用多段加工條件用平動的方法來改善排屑狀況，達到穩定的加工，可獲得側面與底面更均勻的表面粗糙度。電極的縮放量一般取0.05—0.15 mm。普通加工中因平動量并不是很大，對加工仿形精度不會有影響。但在精密加工中，由于選用平動方式的形狀與加工形狀有差別，為了提高仿形精度，電極縮放量不能太大，一般取單邊0.05 mm以下。
確定電極縮放量的大小時還應詳細考慮加工部位的加工性能。如在通孔類排渣良好的情況下，不容易形成二次放電，電極縮放量可取小些；而盲孔類加工因排渣不是很順，二次放電的機會比較多，電極縮放量應取大一些；大面積加工時為了獲得較快的加工速度，電極縮放量可取大些；混粉加工中的放電間隙比采用普通工作液加工的放電間隙要大些，電極縮放量可取大些；精密加工較通常加工的電極縮放量要小一些。但要注意，對于薄、尖形狀的電極，縮放量要選小些，因為這類加工不能選擇大的加工條件，否則會使電極在加工中發生變形，另外較大的電極縮放量也降低了電極的強度。
2.4工藝方法的誤區
目前數控電火花機床在模具企業的應用越來越普及。模具企業中有些廠家是由使用傳統電火花機床發展到使用數控電火花機床的，這些企業由于受到長時間使用傳統機床的影響，已經形成了很多加工經驗。但實際上，由于數控電火花機床的操作和傳統電火花機床的操作是不一樣的，這就造成了模具企業在使用數控電火花機床時存在很多誤區。
傳統電火花機床一般只能采用Z軸進行垂直的伺服進給加工。而目前大多數控電火花機床可以實現橫向加工、多軸聯動加工。但是這些功能在模具企業中并沒有得到很好的應用，很多操作者認為只要能把零件加工完成就可以了，習慣采用保守的Z軸加工。其實，如果能充分發揮機床的功能，是可以顯著改善加工質量，提高加工效率的。圖3所示為一注塑模的成型鑲件，四周有比較薄、深的膠位。此部位如果采用Z軸伺服加工，會因局部放電面積小，加工深度大，加工過程中就會發生放電不穩定的現象，繼而導致電極進給呈反復回退，加工速度緩慢，電極損耗較大，表面粗糙度不均勻等異常問題，不能滿足加工要求。若通過改善工藝方法，利用數控電火花機床的橫向伺服功能，使電極作橫向伺服加工，則能解決上述問題，取得明顯的改善效果，尤其是加工速度可比采用Z軸伺服加工提高數倍。
圖3 橫向伺服加工
圖4是利用電火花加工來清除切削加工后剩下的刀具R角，是比較常見的加工類型，又稱“清角加工”。進行這類加工時，如果采用X、Y、Z三軸聯動的方法，即斜向加工，可避免因加工部位面積小而發生放電不穩定的現象。
圖4 斜向清角加工
3 結束語
目前一些模具企業在工藝方法上缺乏革新，缺乏對外界新技術的了解，這就使得企業無法整體提高模具的制造水平。上文對模具企業電火花加工的常見誤區進行了技術分析，希望可以給相關企業帶來提示性的幫助。另外，當前電火花加工的技術已經取得了很大發展，如先進數控電火花機床層出不窮，可以實現高效率的精密加工；快速裝夾定位系統（EROWA、3R）不需要對電極和工件進行重復校正、定位，大為提高了加工的操作效率；混粉加工使得大面積的鏡面加工成為現實，等等。可見在模具制造技術快速發展的情況下，模具企業應根據自身的制造需求，量身訂做一套合理的工藝，不斷地去改善，使企業在競爭激烈的潮流中處于不敗之地。
4參考文獻
[1] 伍端陽.數控電火花加工實用技術 [M ]. 機械工業出版社, 2007.
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