電火花加工技術在模具制造中的應用

王芳 蔡方方

摘要：在模具工業技術快速發展的新形勢下，越來越多的模具采用了具有高強度、高硬度、高韌性等特殊性能的難加工材料，而傳統的加工方法已經難以應對，以電火花加工為代表的特種加工技術解決了難加工材料的模具加工難題，并有著其它加工方法無可替代的優點，成為模具制造中的主力裝備。

關鍵詞：傳統加工 ?電火花加工 ?模具

1、引言

電火花加工原理是基于工具和工件之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現象來蝕除多余的金屬，主要有電火花線切割加工和電火花成型加工，一般主要用于加工具有復雜形狀的型孔和型腔的模具和零件;加工各種硬脆材料，如硬質合金和淬火鋼等;加工異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等;加工各種成形刀具、樣板和螺紋環規等工具和量具。

塑料模具生產的塑料制品在機械、電子工業中有著廣泛的應用[1]。塑料模具分為壓縮模、壓注模、注射模、擠出模、吹塑模等，在小型注射模型制造中，尤其是成型產品復雜的模具，其型芯、滑塊、斜銷等零件的溝槽拐角特別多，電火花加工比銑削加工更有優越性。大多塑料模零件通常也采用電火花加工來完成最終精加工[2]，加工完成的質量直接影響模具零件的裝配性能或成型精度。

2、電火花加工模具的特點

電火花加工是與機械加工性質完全不同的一種新工藝、新技術。電火花加工不用機械能量，不靠切削力去除金屬，而是直接利用電能和熱能來去除金屬，已成為常規切削、磨削加工的重要補充，電火花加工具有以柔克剛、精密微細、仿形逼真等其他加工方法所不及的突出特點，成為模具制造中重要的加工方法。相對于機械切削加工而言，電火花加工具有以下一些特點：

（1）適合用傳統機械加工方法難以加工材料的加工。

（2）脈沖放電持續時間短，放電時產生的熱量傳導擴算范圍小，材料受熱影響范圍小。

（3）可改善工件結構，簡化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動強度。

（4）易于實現控制和加工自動化。電火花加工直接利用電能加工，而電能、電參數易于數字控制，因此電火花加工適應智能化和無人化操作等。

3、電火花加工模具應具備的條件

模具零件在制造前，根據本身特點、加工要求來確定合理的加工工藝。一般來說，對于刀具難夠到的復雜表面，在需要深度切削的地方，在長徑比特別高的地方[3]，精密小型腔、窄縫、溝槽、拐角，不便于切削加工裝夾，材料硬度很高的加工場合，就要選用電火花加工，電火花加工應具備以下條件：

（1）脈沖放電點必須有足夠大的能量密度，能使金屬局部熔化和氣化，并在放電爆炸力的作用下，把熔化的金屬拋出來，放電過程通常在液體介質中進行。

（2）工具電極和工件被加工表面之間要保持一定的放電間隙，間隙隨加工條件而定，一般為幾微米至幾百微米，間隙過大會造成極間電壓不能擊穿極間介質。因此，電火花加工時要有工具電極的自動進給和調節裝置。

（3）放電形式是脈沖放電，放電時間為10-7～10-3s，這樣放電所產生的熱量來不及傳導擴散到其余部分，每次放電點分布在很小的范圍內，否則像持續電弧放電，產生大量熱量，只是金屬表面熔化、燒傷，只能用于焊接或切割。

（4）加工過程中產生的電蝕產物（包括加工焦油、氣體之類的介質分解產物）和余熱能及時從加工間隙中排除出去，保證加工正常地持續進行。

（5）相鄰兩次脈沖放電的間隔時間內，電極間的介質必須能及時消除電離，避免在同一點上持續放電而形成集中的穩定電弧。

（6）電火花放電加工的液體介質必須是絕緣性能的，例如煤油、皂化液或去離子水等，必須具有較高的絕緣強度 （10-3～10-7Ω·cm，）以利于產生脈沖性的放電火花。同時，工作液應能及時清除電火花加工過程中產生的金屬小屑、碳黑等電蝕產物，對工具電極和工件表面有較好的冷卻作用。

4、電火花加工模具的應用場合

（1）加工各種形狀復雜的型腔和型孔，加工如沖模的型孔和注射模、吹塑模、壓鑄模的型腔。

塑料模具中，動模和定模是塑料模具的主要組成部分[4]。動模也稱型芯或凸模，多裝注塑機的動模板上。定模也稱型腔或凹模，多裝在注塑機的定模板上。動模和定模通常都要經過淬火處理，硬度極高，一般加工方法難以加工，特別是小孔與異型孔。數控電火花線切割在動模加工中的應用常有鑲件孔、頂針孔、司筒孔、斜頂孔等的加工[5]。在定模加工中的應用常有鑲件孔、鑲針孔等的加工。

（2）混粉加工方法實現精密型腔模具鏡面加工效果。

在放電加工液內混入粉末添加劑，以高速獲得光澤面的加工方法稱之為混粉加工。其原理是電火花工作液中加入一定比例的導電粉末，放電間隙增大，電極間的寄生電容和電流密度減少;使放電點分散、放電集中現象減少。混粉方法加工鏡面主要技術要求有：電火花機床具有鏡面精加工電路（具有極小的單個脈沖能量）;選擇合適的粉末添加劑;進行粉末添加劑的濃度管理;利用擴散裝置來消除濃度的誤差;采用無沖液處理方式。混粉加工技術的發展，使精密型腔模具鏡面加工成為現實。

（3）多軸聯動加工方法實現復雜型腔模具加工。

近年來，隨著模具工業和計算機技術的發展，促進了多軸聯動電火花加工技術的進步。采用多軸回轉系統與多種直線運動協調組合成多種復合運動方式，以適應不同種類工件的加工要求，擴大了數控電火花加工的加工范圍，提高其在精密加工方面的比較優勢和技術效益。數控電火花加工機床可利用多軸聯動很方便地實現傳統電火花機床難以加工的復雜型腔模具或微小零件的加工，如三維螺旋面、微細齒輪、微細齒條等。

5、結束語

電火花加工過程中，影響加工質量的因素較多，在具體加工時應根據工件的加工要求，電極與工件的材料，加工的工藝指標等因素來合理選擇加工參數，并通過工藝試驗和生產實踐掌握其轉換規律，以提高模具加工精度，加工生產率和經濟性。隨著人們對產品的要求越來越高，新產品的更新速度越來越快，模具生產企業如果能把這些問題妥當解決，相信在不久的將來，電火花加工技術在模具工業中會具有越來越廣泛的應用，也具有越來越美好的前景。

參考文獻：

[1]田福祥.現代模具特點及發展趨勢[J].青島理工大學研究院，2004.

[2]李和平.肖根福.模具技術現狀與發展趨勢綜述[J].2006年27卷02M期》.

[3]李明輝.電火花線切割技術的研究現狀及發展趨勢[J]，模具技術，2002，（6）： 49-52.

[4]楊大勇.電加工與模具[J].北京市電加工研究所，2010年增刊.

[5]張學仁，等，數控電火花線切割加工技術[J].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，200