電火花加工在模具中的應(yīng)用

1、電火花線切割在模具加工中的應(yīng)用姓名（工作單位）摘要：電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材 料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱EDM。電火花加工的主要用于加 工具有復(fù)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(zhì)合金和淬火鋼等； 加工深細(xì)孔、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(huán)規(guī)等工 具和量具。關(guān)鍵詞：電火花線切割，塑料模WEDM in the practical application of mould processingNameSummary: EDM is immersed in working fl

2、uid produced by bipolar pulsed discharge in electro-corrosion inhibition effect of conductive material removal by machining methods, also called the electrical discharge machining or electric erosion machining, English referred to as EDM. EDM is mainly used for machining holes and cavities with comp

3、lex shape mold and parts; processing of various hard, brittle materials, such as cemented carbide and hardened steel,machining deep pore, shaped hole, deep, narrow cutting blades; processing various form cutter, examples and tools and measuring tools such as thread ring.Keywords: wire electrical dis

4、charge machining, plastic molding1引言數(shù)控電火花線切割加工是一項(xiàng)涉及多 門學(xué)科的綜合性技術(shù)，是模具制造中的主力 裝備。成型塑料制品的模具簡稱為塑料模具， 塑料模具生產(chǎn)的塑料制品在機(jī)械、電子工業(yè) 中有著廣泛的應(yīng)用。在金屬加工中，數(shù)控電 火花線切割始終是塑料模加工的利器。不論 是動(dòng)模、定模、零配件，還是特殊加工場合， 只要編制出正確的數(shù)控程式即可。電火花線 切割在塑料模中發(fā)揮著越來越重要的作用。線切割主要用于加工各種形狀復(fù)雜和 精密細(xì)小的工件，例如沖裁模的凸模、凹模、 凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、樣 板、電火花成型加工用的金屬電極，各種微 細(xì)孔槽、窄縫、任

5、意曲線等，具有加工余量 小、加工精度高、生產(chǎn)周期短、制造成本低 等突出優(yōu)點(diǎn)，已在生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用， 目前國內(nèi)外的電火花線切割機(jī)床已占電加 工機(jī)床總數(shù)的60%以上。根據(jù)電極絲的運(yùn)行速度不同，電火花線 切割機(jī)床通常分為兩類：一類是高速走絲電 火花線切割機(jī)床（WEDM-HS），其電極絲作高 速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一般走絲速度為810m/s，電 極絲可重復(fù)使用，加工速度較高，但快速走 絲容易造成電極絲抖動(dòng)和反向時(shí)停頓，使加 工質(zhì)量下降，是我國生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種， 也是我國獨(dú)創(chuàng)的電火花線切割加工模式；另 一類是低速走絲電火花線切割機(jī)床（WEDM-LS），其電極絲作低速單向運(yùn)動(dòng)，一 般走絲速度低于0.2m/s

6、，電極絲放電后不再 使用，工作平穩(wěn)、均勻、抖動(dòng)小、加工質(zhì)量 較好，但加工速度較低，是國外生產(chǎn)和使用 的主要機(jī)種。根據(jù)對(duì)電極絲運(yùn)動(dòng)軌跡的控制形式不 同，電火花線切割機(jī)床又可分為三種：一種 是靠模仿形控制，其在進(jìn)行線切割加工前， 預(yù)先制造出與工件形狀相同的靠模，加工時(shí) 把工件毛坯和靠模同時(shí)裝夾在機(jī)床工作臺(tái) 上，在切割過程中電極絲緊緊地貼著靠模邊 緣作軌跡移動(dòng)，從而切割出與靠模形狀和精 度相同的工件來；另一種是光電跟蹤控制， 其在進(jìn)行線切割加工前，先根據(jù)零件圖樣按 一定放大比例描繪出一張光電跟蹤圖，加工 時(shí)將圖樣置于機(jī)床的光電跟蹤臺(tái)上，跟蹤臺(tái) 上的光電頭始終追隨墨線圖形的軌跡運(yùn)動(dòng)， 再借助于電氣、機(jī)

7、械的聯(lián)動(dòng)，控制機(jī)床工作 臺(tái)連同工件相對(duì)電極絲做相似形的運(yùn)動(dòng)，從 而切割出與圖樣形狀相同的工件來；再一種 是數(shù)字程序控制，采用先進(jìn)的數(shù)字化自動(dòng)控 制技術(shù)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床按照加工前根據(jù)工件幾何 形狀參數(shù)預(yù)先編制好的數(shù)控加工程序自動(dòng) 完成加工，不需要制作靠模樣板也無需繪制 放大圖，比前面兩種控制形式具有更高的加 工精度和廣闊的應(yīng)用范圍，目前國內(nèi)外95% 以上的電火花線切割機(jī)床都已采用數(shù)控化。2、電火花加工的一些規(guī)律2.1影響材料放電腐蝕的主要因素（1）極性效應(yīng)能量在兩極上的分配對(duì)兩個(gè)電極電蝕 量的影響是一個(gè)極為重要的因素，而電子和 正離子對(duì)電極表面的撞擊則是影響能量分 布的主要因素，因此，電子撞擊和離子撞

8、擊 無疑是影響極性效應(yīng)的重要因素。但是，近 年來的生產(chǎn)實(shí)踐和研究結(jié)果表明，正的電極 表面能吸附工作液中分解游離出來的碳微 粒，形成碳黑膜（覆蓋層）減小電極損耗。由此可見，極性效應(yīng)是一個(gè)較為復(fù)雜的 問題。除了脈寬、脈間的影響外，還有脈沖 峰值電流、放電電壓、工作液以及電極對(duì)的 材料等都會(huì)影響到極性效應(yīng)。從提高加工生產(chǎn)率和減少工具損耗的 角度來看，極性效應(yīng)愈顯著愈好，加工中必 須充分利用極性效應(yīng)，最大限度地降低工具 電極的損耗，并合理選用工具電極的材料， 根據(jù)電極對(duì)材料的物理性能、加工要求選用 最佳的電規(guī)準(zhǔn)，正確地選用加工極性，達(dá)到 工件的蝕除速度最高，工具損耗盡可能小的 目的。當(dāng)用交變的脈沖電流

9、加工時(shí)，單個(gè)脈沖 的極效應(yīng)便相互抵消，增加了工具的損耗。 因此，電火花加工一般都采用單向脈沖電 源。（2）電參數(shù)電參數(shù)主要是指電壓脈沖寬度ti、電流 脈沖寬度te、脈沖間隔to、脈沖頻率六峰 值電流ie、峰值電壓u和極性等。提高電蝕量和生產(chǎn)率的途徑在于：提高 脈沖頻率，增加單個(gè)脈沖能量或者說增加平 均放電電流（對(duì)矩形脈沖即為峰值電流）和 脈沖寬度；減小脈沖間隔并提高有關(guān)的工藝 參數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)要考慮到這些因素之間 的相互制約關(guān)系和對(duì)其它工藝指標(biāo)的影響， 例如脈沖間隔時(shí)間過短，將產(chǎn)生電弧放電； 隨著單個(gè)脈沖能量的增加，加工表面粗糙度 值也隨之增大等等。（3）金屬材料熱學(xué)常數(shù)所謂熱學(xué)常數(shù)，是指熔

10、點(diǎn)、沸點(diǎn)（氣化 點(diǎn)）、熱導(dǎo)率、比熱容、熔化熱、氣化熱等。 常見材料的熱學(xué)常數(shù)可查相應(yīng)手冊(cè)。每次脈沖放電時(shí)，通道內(nèi)及正、負(fù)電極 放電點(diǎn)都瞬時(shí)獲得大量熱能。而正、負(fù)電極 放電點(diǎn)所獲得的熱能，除一部分由于熱傳導(dǎo) 散失到電極其它部分和工作液中外，其余部 分將依次消耗在：使局部金屬材料溫度升高直至達(dá)到熔點(diǎn)， 而每克金屬材料升高1C（或1K）所需之 熱量即為該金屬材料的比熱容；每熔化1g材料所需之熱量即為該金屬的 熔化熱；使熔化的金屬液體繼續(xù)升溫至沸點(diǎn)，每 克材料升高1C所需之熱量即為該熔融金 屬的比熱容；使熔融金屬氣化，每氣化1g材料所需的 熱量稱為該金屬的氣化熱；使金屬蒸氣繼續(xù)加熱成過熱蒸氣，每克 金

11、屬蒸氣升高1C所需的熱量為該蒸氣的 比熱容。當(dāng)脈沖放電能量相同時(shí)，金屬的熔點(diǎn)、 沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、氣化熱愈高， 電蝕量將愈少，愈難加工；熱導(dǎo)率較大的金 屬，會(huì)將瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)散失到其它部 位，因而降低了本身的蝕除量。表2-1常用電極材料的選擇當(dāng)單個(gè)脈沖能量一定時(shí)，脈沖電流幅值 愈小，脈沖寬度愈長，散失的熱量也愈多， 從而使電蝕量減少；若脈沖寬度愈短，脈沖 電流幅值愈大，由于熱量過于集中而來不及材料磨損比金屬切除率制造難易程度成本用途紫銅低高（對(duì)粗加工容易，能噴涂高可用于所有金屬黃銅高高（僅對(duì)精加工）容易低1 J si/. 7I-HJ可用于所有金屬鎢最低低困難高僅用于鉆小孔鎢銅合金低低困

12、難高用于較精密丁作鑄鐵低低容易低僅用于少數(shù)材料鋼高低容易低僅用于精整加工鋅基合金低高很脆弱，困難低能用于所有金屬傳導(dǎo)擴(kuò)散，雖使散失的熱量減少，但拋出的 金屬中氣化部分比例增大，多耗用了氣化熱， 電蝕量也會(huì)降低。因此，電極的蝕除量與電極材料的熱導(dǎo) 率以及其它熱學(xué)常數(shù)、放電持續(xù)時(shí)間、單個(gè) 脈沖能量等有密切關(guān)系。（4）其它因素加工過程不穩(wěn)定將干擾以致破壞正常的 火花放電，使有效脈沖利用率降低。隨著加 工深度、加工面積的增加，或加工型面復(fù)雜 程度的增加，都將不利于電蝕產(chǎn)物的排出， 影響加工穩(wěn)定性和降低加工速度，嚴(yán)重時(shí)將 造成結(jié)炭拉弧，使加工難以進(jìn)行。如果加工面積較小，而采用的加工電流 較大，也會(huì)使局部

13、電蝕產(chǎn)物濃度過高，放電 點(diǎn)不能分散轉(zhuǎn)移，放電后的余熱來不及傳播 擴(kuò)散而積累起來，造成過熱，形成電弧，破 壞加工的穩(wěn)定性。電極材料對(duì)加工穩(wěn)定性也有影響。用鋼 電極加工鋼時(shí)不易穩(wěn)定，用純銅、黃銅電極 加工鋼時(shí)則比較穩(wěn)定。脈沖電源的波形及其 前后沿陡度影響著輸入能量的集中或分散 程度，對(duì)電蝕量也有很大影響。下表為常用 電極材料及其選擇。2.2影響加工精度因素的主要因素與傳統(tǒng)的機(jī)械加工一樣，機(jī)床本身的各 種誤差，工件和工具電極的定位、安裝誤差 都會(huì)影響到電火花加工的精度。另外，與電 火花加工工藝有關(guān)的主要因素是放電間隙 的大小及其一致性、工具電極的損耗及其穩(wěn) 定等。電火花加工時(shí)工具電極與工件之間放 電

14、間隙大小實(shí)際上是變化的，電參數(shù)對(duì)放電 間隙的影響非常顯著，精加工放電間隙一般 只有0.01mm （單面），而粗加工時(shí)則可達(dá) 0.5mm以上。目前，電火花加工的精度為 0.010.05mm。電火花加工時(shí)，可以通過修 正電極的尺寸對(duì)放電間隙進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得 較高的加工精度。然而，放電間隙的大小實(shí) 際上是變化的，影響著加工精度。（1）表面粗糙度電火花加工表面的粗糙度取決于放電蝕 坑的深度及其分布的均勻程度，只有在加工 表面產(chǎn)生淺而分布均勻的放電蝕坑，才能保 證加工表面有較小的粗糙度值。為了控制放 電凹坑的均勻性，需要采用等能量放電脈沖 控制技術(shù)，即檢測(cè)間隙電壓擊穿下降沿，控 制放電脈沖電流寬度相等，

15、用相同的脈沖能 量進(jìn)行加工，從而使加工表面粗糙度微觀上 均勻一致。（2）加工間隙側(cè)面間隙）的影響加工間隙的大小及其一致性直接影響 電火花成形加工的加工精度。只有掌握每個(gè) 規(guī)準(zhǔn)的加工間隙和表面粗糙度的數(shù)值，才能 正確設(shè)計(jì)電極的尺寸，決定收縮量，確定加 工過程中的規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。（3）加工斜度的影響在加工中，不論型孔還是型腔，側(cè)壁都 有斜度，形成斜度的原因，除電極側(cè)壁本身 在技術(shù)要求或制造中原有的斜度外，一般都 是由電極的損耗不均勻，以及“二次放電”等 因素造成的。a、電極損耗的影響。電極由于損耗而形成 錐度，這種錐度反映到工件上，就形成了加 工斜度。b、工作液臟污程度的影響。工作液越臟，“二 次放電”

16、的機(jī)會(huì)就越多，同時(shí)由于間隙狀態(tài) 惡劣，電極回升的次數(shù)必然增多。這兩種情 況都將使加工斜度增大。c、沖油或抽油的影響。采用沖油或抽油對(duì) 加工斜度的影響是不同的。用沖油加工時(shí)， 電蝕產(chǎn)物由已加工面流出，增加了 “二次放 電”的機(jī)會(huì)，使加工斜度增大。而用抽油加 工時(shí)，電蝕產(chǎn)物是由抽吸管排出去，干凈的 工作液從電極周邊進(jìn)入，所以在已加工面出 現(xiàn)“二次放電”的機(jī)會(huì)較少，加工斜度也就小。 d、加工深度的影響。隨著加工深度的增加， 加工斜度也隨著增加，但不是成比例關(guān)系。 當(dāng)加工深度超過一定數(shù)值后，被加工件的上 口尺寸就不再擴(kuò)大了，即加工斜度不再增加。不同的加工對(duì)象對(duì)加工斜度的要求也 不同。在型腔加工中，由于

17、本身要求有一定 的拔模斜度，則對(duì)加工斜度的要求并不嚴(yán)格。 對(duì)于直壁沖模，則要求加工斜度比較嚴(yán)格。 只要掌握影響加工斜度的規(guī)律，即可達(dá)到預(yù) 定的要求。（4）楞角倒圓的原因及規(guī)律電極尖角和楞邊的損耗，比端面和側(cè)面 的損耗嚴(yán)重，所以隨著電極楞角的損耗導(dǎo)致 楞角倒圓，加工出的工件不可能得到清楞。 而且，隨著加工深度的增加，電極楞角倒圓 的半徑增大。但超過一定加工深度，其增大 的趨勢(shì)逐漸緩慢，最后停留在某一最大值上。 楞角倒圓的原因除電極的損耗外，還有放電 間隙的等距離性。凸尖楞電極由于尖角放電 的等距離性，必然使工件產(chǎn)生圓角；凹尖楞 電極的尖點(diǎn)根本不起放電作用，但由于積屑 也會(huì)使工件凸楞倒圓。因此，既

18、使電極完全 沒有損耗，由于間隙放電的等距離性仍然不 可能得到完全的清楞。如果要求倒圓半徑很 小，必須要縮小放電間隙工作介質(zhì)是產(chǎn)生放電的基本條件，目 前主要采用液體介質(zhì)。它形成火花擊穿放電 通道，對(duì)放電通道產(chǎn)生壓縮作用，并在放電 結(jié)束后迅速恢復(fù)間隙的絕緣狀態(tài)，幫助電蝕 產(chǎn)物的拋出和排除，并使工具冷卻。所以說 介質(zhì)對(duì)于電火花加工有很大的作用，下面為 幾種液體介質(zhì)的性能比較表2-2幾種液體介質(zhì)的性能比較液體介質(zhì)加工效率（去除的金屬材料）/ （cm3/ min）磨損比碳?xì)浠衔?油39.02.8蒸餾水54.62.7自來水57.74.1四乙二醇102.96.83、數(shù)控電火花線切割原理電火花數(shù)控線切割加工

19、的過程中主要 包含下列三部分內(nèi)容（如圖2-1所示）：2-1電火花線切割加工原理圖（1）電極絲與工件之間的脈沖放電。（2）電極絲沿其軸向（垂直或Z方向）作走 絲運(yùn)動(dòng)。（3）工件相對(duì)于電極絲在X、Y平面內(nèi)作數(shù) 控運(yùn)動(dòng)。4、數(shù)控電火花線切割特點(diǎn)數(shù)控電火花線切割是數(shù)字系統(tǒng)控制下 直接利用電能加工工件的一種方法，因一些 與其他加工方相比有自己獨(dú)立的特點(diǎn)：（1）直接利用線狀的電極絲作電極，不 需要制作專用電極，可節(jié)約電極的設(shè)計(jì)、制 造費(fèi)用。（2）可以加工用傳統(tǒng)切削加工方法難 以加工或無法加工的形狀復(fù)雜的工件。對(duì)不 同的工件只需編制不同的控制程序，對(duì)不同 形狀的工件都很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工，很適合 小批量形狀復(fù)

20、雜零件、單件和試制品的加工， 且加工周期短。（3）利用電蝕加工原理，電極絲與工件不直接接觸，兩者之間的作用很小，故而 電極絲、夾具不需要太高強(qiáng)度。（4）傳統(tǒng)的車、銑、鉆加工中，刀具 硬度必須比工件大，而數(shù)控電火花線切割機(jī) 床的電極絲材料不必比工件材料硬，可節(jié)省 輔助時(shí)間和刀具費(fèi)用。（5）直接利用電、熱能進(jìn)行加工，可 以方便地對(duì)影響加工精度的加工參數(shù)（脈沖 寬度、間隔、伺服速度等）進(jìn)行調(diào)整，有利 于加工精度的提高，便于實(shí)現(xiàn)加工過程的自 動(dòng)化控制。（6）工作液一般采用水基乳化液或純 水，成本低，不會(huì)發(fā)生火災(zāi)。（7）利用四軸或五軸聯(lián)動(dòng)，可加工錐 度、上下面異形體或回轉(zhuǎn)體等零件。（8）由于電極絲比較細(xì)

21、，可以方便地 加工微細(xì)異形孔、窄縫和復(fù)雜截面的型柱、 型孔。由于切縫很窄，實(shí)際金屬去除量很少， 材料的利用率很高。對(duì)加工、節(jié)約貴重金屬 有重要意義。（9）采用移動(dòng)的長電極絲進(jìn)行加工， 使單位長度電極絲的損耗較少，從而對(duì)加工 精度的影響比較小，特別在慢走絲線切割加 工中，電極絲一次性使用，電極絲損耗對(duì)加 工精度的影響更小。正是由于電火花線切割加工有許多突 出優(yōu)良特點(diǎn)，因面在國內(nèi)外發(fā)展都很快，在 塑料模具加工中已獲得了廣泛的應(yīng)用。電火花線切割要求有嚴(yán)格的工作環(huán)境：（1）滿足線切割機(jī)床所要求的空間尺 寸。（2）選擇能承受機(jī)床重量的場所。（3）選擇沒有振動(dòng)和沖擊傳入的場所。線切割放電機(jī)床是高精度加工設(shè)

22、備， 如果所放置的地方有振動(dòng)和沖擊，將會(huì)對(duì)機(jī) 臺(tái)造成嚴(yán)重的損傷，從而嚴(yán)重影響其加工精 度，縮短其使用壽命，甚至導(dǎo)致機(jī)器報(bào)廢。（4）選擇沒有粉塵的場所，避免流向 眾多的通道旁邊。線切割放電機(jī)器之本身特性，其空氣中 有灰塵存在，將會(huì)使機(jī)器的絲桿受到嚴(yán)重磨 損，從而影響使用壽命；線切割放電機(jī)器屬于計(jì)算機(jī)控制，計(jì)算 機(jī)所使用的磁盤對(duì)空氣中灰塵的要求相當(dāng)嚴(yán)格的，當(dāng)磁盤內(nèi)有灰塵進(jìn)入時(shí)，磁盤就會(huì) 被損壞，同時(shí)也損壞硬盤；線切割放電機(jī)本身發(fā)出大量熱，所以電 器柜內(nèi)需要經(jīng)常換氣，若空氣中灰塵太多， 則會(huì)在換氣過程中附積到各個(gè)電器組件上， 造成電器組件散熱不良，從而導(dǎo)致電路板被 燒壞掉。因此，機(jī)臺(tái)防塵網(wǎng)要經(jīng)常清潔

23、。（5）選擇溫度變化小的場所，避免陽 光通過窗戶和頂窗玻璃直射及靠近熱流的 地方高精密零件加工之產(chǎn)品需要在恒定的 溫度下進(jìn)行，一般為室溫20C；由于線切割放電機(jī)器本身工作時(shí)產(chǎn)生 相當(dāng)大的熱量，如果溫度變化太大則會(huì)對(duì)機(jī) 器使用壽命造成嚴(yán)重影響。（6）選擇屏蔽屋：因線切割放電加工 過程屬于電弧放電過程，在電弧放電過程中 會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁波，從而對(duì)人體健康造成 傷害，同時(shí)會(huì)影響到周圍的環(huán)境。（7）選擇通風(fēng)條件好，寬敞的廠房， 以便操作者和機(jī)床能在最好的環(huán)境下工作。5、數(shù)控電火花線切割在塑料模加工中的應(yīng)用場合5.1數(shù)控電火花線切割在動(dòng)模和定模 中的加工應(yīng)用在塑料模具中，動(dòng)模和定模是塑料模具 的主要組成

24、部分。動(dòng)模也稱型芯或凸模，是 成型塑件內(nèi)表面的模具零件，多裝注塑機(jī) 的動(dòng)模板上。定模也稱型腔或凹模，是成型 塑件外表面模具零件，多裝在注塑機(jī)的定 模板上。動(dòng)模和定模通常都要經(jīng)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(shù)控電火花線切割在動(dòng)模加 工中的應(yīng)用常有鑲件孔、頂針孔、司筒孔、 斜頂孔等的加工。在定模加工中的應(yīng)用常有 鑲件孔、鑲針孔等的加工。（如圖4-1所示）： 數(shù)控電火花線切割在動(dòng)模加工中的應(yīng)用； （如圖4-2所示）：數(shù)控電火花線切割在定 模加工中的應(yīng)用。圖5-1 :數(shù)控電火花線切割在動(dòng)模加工中 的應(yīng)用圖5-3：數(shù)控電火花線切割 電極加工中 應(yīng)用在電極的切割過程中

25、，切記要考慮電極 成型時(shí)所用的火花位。一般勻有粗、精電極 兩種，放電火花位分別約為單邊0.15mm、 0.05mm；大型工件加工中還需要用到粗中精三個(gè)電極，放電火花位分別約為單邊 0.3mm、0.15mm、0.05mm。在加工孔時(shí)，補(bǔ) 正值要減去單邊放電火花位，也即將孔割大 雙邊兩個(gè)火花位。如加工一個(gè)10mm的孔，若 火花位為單邊0.3mm，則加工后的孔的尺寸 為10.6MM（在加工外形時(shí)，補(bǔ)正值也是要減 去單邊放電火花位，也即將電極外形雙邊割 小兩個(gè)放電火花位。如加工一個(gè) 10mm*10mm的正方柱，若火花位為0.3mm，則 加工后的尺寸為9.4mm*9.4mm。5.2數(shù)控電火花線切割在零配件加工 中的應(yīng)用數(shù)控電火花線切割在零配件加