EMD在現(xiàn)代模具加工中的應(yīng)用
EMD在現(xiàn)代模具加工中的應(yīng)用
模具制造電火花加工應(yīng)用技術(shù)綜述 |
摘要：簡(jiǎn)述了電火花加工在模具制造領(lǐng)域中的地位，介紹了模具制造電火花加工的整個(gè)工藝流程，探討了其重要應(yīng)用技術(shù)的要點(diǎn)。對(duì)**了解電火花加工在模具制造中的應(yīng)用具有參考意義。
關(guān)鍵詞：模具制造；電火花加工；工藝流程；應(yīng)用技術(shù)
EMD在現(xiàn)代模具加工中的應(yīng)用
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1 引言
電火花加工（EDM）是當(dāng)前模具制造的重要方法，尤其是在注塑模具制造中，電火花加工可以說(shuō)是一種不可替代的工藝方法，發(fā)揮著重要的作用。在高速銑加工迅速發(fā)展的今天，電火花加工發(fā)展空間受到了一定的擠壓。對(duì)于大型注塑模具的加工，目前大多采用銑削加工可以直接完成。中型模具一般采用銑削加工模具外表及粗銑型腔，僅將刀具精銑困難或無(wú)法精銑的部位留給電火花加工。而在小型注塑模具制造中，尤其是成型產(chǎn)品復(fù)雜的模具，其模仁、滑塊、鑲件、斜銷等零件的溝槽拐角特別多，用電火花加工比用銑削加工更具有優(yōu)越性。因此電火花加工精密注塑模具始終占加工中的主導(dǎo)地位。下文對(duì)模具制造電火花加工的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行綜合介紹。
2 模具制造電火花加工的工藝流程
模具制造電火花加工包括多個(gè)工藝環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)直接影響模具加工的質(zhì)量。這里按照電火花加工的操作順序介紹其工藝流程，分析主要的工藝要點(diǎn)。
2.1模具電火花加工的工藝確定
模具零件在制造前，根據(jù)本身特點(diǎn)、加工要求來(lái)確定合理的加工工藝。一般來(lái)說(shuō)，為了使模具零件在盡量短的時(shí)間內(nèi)加工出來(lái)，減少加工成本，提高加工效率，所以在可能的情況下盡量選用銑削加工、線切割加工等工藝來(lái)加工零件。當(dāng)在銑削加工，線切割加工等加工不到或工件有特殊要求的情況下才進(jìn)行電火花加工，像在對(duì)于當(dāng)?shù)毒唠y于夠到的復(fù)雜表面，在需要深度切削的地方，在長(zhǎng)徑比特別高的地方，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，規(guī)定了要提供火花紋表面等的加工場(chǎng)合，就要選用電火花加工。
2.2工具電極的設(shè)???與制造
電火花加工首先要進(jìn)行電極的設(shè)計(jì)、制造。當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）技術(shù)已廣泛應(yīng)用于模具制造行業(yè)。那些**的CAD/CAM軟件，像UG、Pro/E、CimatronE、MasterCAM等都提供了強(qiáng)大的電極設(shè)計(jì)、編程功能，減少了手工拆電極的繁瑣工作，與傳統(tǒng)的電極設(shè)計(jì)、制造相比，提高效率十幾倍甚至幾十倍。
根據(jù)企業(yè)的工藝水平，考慮電極加工精度要求、加工成本等工藝要點(diǎn)來(lái)安排電極的制造工藝。目前模具企業(yè)已廣泛使用加工中心來(lái)制造各種型面復(fù)雜的電極。加工中心比傳統(tǒng)銑削加工速度快，全自動(dòng)，重復(fù)生產(chǎn)的精度很高，可得到較復(fù)雜的形狀。*近推出的高速加工中心，能勝任形狀更復(fù)雜、精度要求更高類電極的制造，為制造電極提供了**的技術(shù)解決方案。線切割加工也是很常用的一種電極加工方法，非常適合2D電極的制造，可用來(lái)單獨(dú)完成整個(gè)電極的制造，或者用于銑削制造電極的清角加工。另外對(duì)于薄片類電極用機(jī)械切削加工很難進(jìn)行，而使用線切割加工可以獲得很高的加工效率和加工精度。使用慢走絲切割機(jī)床，可以加工有斜度、上下異形的復(fù)雜電極，獲得很高的加工精度、表面質(zhì)量。
采用快速裝夾定位系統(tǒng)來(lái)制造電極是電火花加工的一種先進(jìn)工藝方法，它是將電極胚料裝夾在加工機(jī)床的裝夾系統(tǒng)上來(lái)制造，制造完成后，可直接將電極裝于電火花機(jī)床的快速裝夾系統(tǒng)上進(jìn)行放電加工。給加工操作帶來(lái)了很大的方便，提高了電極的制造效率、也保證了電極的裝夾、定位精度。
2.3工件、工具電極的裝夾與校正
電火花加工將工件安裝于工作臺(tái)，并對(duì)工件進(jìn)行校正。由于電火花加工中工具電極與工件并不接觸，宏觀作用力很小，所以工件裝夾一般都比較簡(jiǎn)單。通常用永磁吸盤(pán)來(lái)裝夾工件，為了適應(yīng)各種不同工件加工的需求，還可使用其它工具來(lái)進(jìn)行裝夾，如平口鉗、導(dǎo)磁塊、正弦磁臺(tái)、角度導(dǎo)磁塊等。工件裝夾后要對(duì)其進(jìn)行校正。以保證工件的坐標(biāo)系方向與機(jī)床的坐標(biāo)系方向一致。使用校表來(lái)校正工件是在實(shí)際加工中應(yīng)用*廣泛的校正方法。先進(jìn)的數(shù)控電火花機(jī)床可使用托盤(pán)進(jìn)行工件的自動(dòng)換裝。
電極安裝在機(jī)床主軸上，應(yīng)使電極軸線與主軸軸線方向一致，保證電極與工件在垂直的情況下進(jìn)行加工。電極的裝夾方式有自動(dòng)裝夾和手動(dòng)裝夾兩種。自動(dòng)裝夾電極是先進(jìn)數(shù)控電火花機(jī)床的一項(xiàng)自動(dòng)功能。它是通過(guò)機(jī)床的電極自動(dòng)交換裝置（ATC）和配套使用電極專用夾具（EROWA、3R）來(lái)完成電極換裝的，使用電極專用夾具可實(shí)現(xiàn)電極的自然校正，無(wú)需對(duì)電極進(jìn)行校正或調(diào)整，能夠保證電極與機(jī)床的正確位置關(guān)系，大大減少了電火花加工過(guò)程中裝夾、重復(fù)調(diào)整的時(shí)間。手動(dòng)裝夾電極是指使用通用的電極夾具，通過(guò)可調(diào)節(jié)電極角度的夾頭來(lái)校正電極，由人工完成電極裝夾、校正操作。
2.4加工的定位
當(dāng)工件和電極裝夾、校正完成后，就需要將電極對(duì)準(zhǔn)工件的加工位置，才能在工件上加工出準(zhǔn)確的型腔。模具制造電火花加工*常用的定位方式是利用電極基準(zhǔn)中心與工件基準(zhǔn)中心之間的距離來(lái)確定加工位置，稱之為“四面分中”。利用電極基準(zhǔn)中心與工件單邊之間的距離確定加工位置的定位方式也比較常用，稱之為“單邊分中”。另外還有一些其它的定位方式。
各種定位方式都是通過(guò)一定的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。模具制造電火花加工操作中，通常運(yùn)用電火花機(jī)床的接觸感知功能來(lái)獲得正確的加工位置?？梢灾苯永秒姌O的基準(zhǔn)面與工件的基準(zhǔn)面進(jìn)行接觸感知實(shí)現(xiàn)定位。精密模具電火花加工采用基準(zhǔn)球進(jìn)行接觸感知定位，點(diǎn)接觸減少了誤差，可實(shí)現(xiàn)較高精度的定位。另外還有千分表比較、放電定位等定位方法。使用快速裝夾定位系統(tǒng)，可省卻重復(fù)的定位操作，當(dāng)配備ATC裝置時(shí)，則完全可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人操作的自動(dòng)化加工，可有效地提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
目前的數(shù)控電火花機(jī)床都具有自動(dòng)找內(nèi)中心、找外中心、找角、找單邊等功能，這些功能只要輸入相關(guān)的測(cè)量數(shù)值，即可方便地實(shí)現(xiàn)加工的定位，比手動(dòng)定位要方便得多。
2.5電參數(shù)的配置
在完成校正、定位等基本操作以后，就要根據(jù)加工要求選擇合理的電參數(shù)。電參數(shù)選擇的好壞，直接影響加工的各項(xiàng)工藝指標(biāo)。選用電參數(shù)*終目的是為了達(dá)到預(yù)定的加工尺寸和表面粗糙度要求。一般是根據(jù)電極縮放量確定電參數(shù)，在控制放電間隙和搖動(dòng)量中進(jìn)行加工的。選用電參數(shù)時(shí)，基本上要考慮：電極數(shù)目、電極損耗、加工液處理、加工表面粗糙度要求、電極縮放量、加工面積、加工深度等因素。粗加工選擇的主要依據(jù)是電極縮放尺寸的大小。粗加工電極的縮放尺寸一般都比較大，可以選用其**間隙接近電極縮放尺寸的電參數(shù)。精加工選擇的主要依據(jù)是*終的表面粗糙度要求，選用多組電參數(shù)，依次按放電能量從大到小進(jìn)行搖動(dòng)加工，達(dá)到表面粗糙度和加工尺寸的要求。
數(shù)控電火花機(jī)床有許多配置好的*佳成套電參數(shù)，在機(jī)床自動(dòng)選擇電參數(shù)時(shí)只要對(duì)所需要輸入的條件準(zhǔn)確輸入，即可自動(dòng)配置好電參數(shù)。機(jī)床配置的電參數(shù)一般能滿足加工要求，操作簡(jiǎn)單，避免了加工過(guò)程中人為的干預(yù)。而傳統(tǒng)電火花機(jī)床要求操作者具有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)加工要求靈活配置電參數(shù)。
2.6加工過(guò)程的監(jiān)控
電火花加工一切準(zhǔn)備就緒時(shí)，就可以啟動(dòng)機(jī)床開(kāi)始進(jìn)行加工。在加工的過(guò)程中，要隨時(shí)監(jiān)控加工狀態(tài)。對(duì)加工中不正常的放電狀態(tài)及時(shí)采取相應(yīng)的處理方法，保證加工的順利進(jìn)行。主要是防止發(fā)生拉弧現(xiàn)象，一般可通過(guò)修改抬刀參數(shù)、清理電極和工件、調(diào)整電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)等措施來(lái)改善放電狀況。
目前數(shù)控電火花機(jī)床的加工性能已經(jīng)有了很大的提高，一些先進(jìn)數(shù)控電火花機(jī)床的智能化控制技術(shù)幾乎可以代替人工監(jiān)控。加工中由計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)、判斷電火花加工間隙的狀態(tài)，在保持穩(wěn)定電弧的范圍內(nèi)自動(dòng)選擇使加工效率達(dá)到*高的加工條件。但機(jī)床的智能控制技術(shù)不是萬(wàn)能的，還是不能忽視人工監(jiān)控的作用。尤其像在深孔加工、大錐度加工、大面積加工等一些比較特殊的加工場(chǎng)合，人工監(jiān)控就有它的意義了。
3 模具制造電火花加工重要應(yīng)用技術(shù)的探討
模具制造電火花加工包括一些重要的應(yīng)用技術(shù)，有如：鏡面電火花加工、精密電火花加工、多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花加工、深孔電火花加工等，下面對(duì)這些技術(shù)的要點(diǎn)進(jìn)行探討。
3.1鏡面電火花加工
鏡面電火花加工一般是指加工表面粗糙度值在Ra0.2um以下的電火花加工，加工表面具有鏡面反光效果。鏡面電火花加工主要應(yīng)用于復(fù)雜模具型腔、尤其是不便于進(jìn)行拋光作業(yè)的復(fù)雜曲面的精密加工，可以省去手工拋光工序，提高零件的使用性能，對(duì)縮短模具制造周期，具有十分重要的實(shí)際意義。
鏡面電火花加工主要有以下一些技術(shù)：
（1）成功地實(shí)現(xiàn)鏡面加工，*關(guān)鍵的因素是電火花機(jī)床應(yīng)具有鏡面精加工電路。
（2）運(yùn)用先進(jìn)的混粉方法來(lái)改善電火花加工表面粗糙度，獲得更快的加工速度。對(duì)于較大面積的電火花加工來(lái)說(shuō)，改善作用顯著。
（3）采用多電極更換的工藝方法。要求多個(gè)電極的一致性要好、制造精度要高，更換電極的重復(fù)裝夾、定位精度要高。可以采用高速銑制造電極、使用基準(zhǔn)球測(cè)量的定位方法、使用快速裝夾定位系統(tǒng)等先進(jìn)工藝來(lái)滿足要求。
（4）選擇合理的序間材料余量是保證加工質(zhì)量與加工效率的關(guān)鍵。
（5）電規(guī)準(zhǔn)配置的一般原則是：主參數(shù)選用小的峰值電流、小的脈沖寬度、較大的脈沖間隙、采用負(fù)極性加工。一些非主要電參數(shù)的選擇與常規(guī)加工存在一些差別，如：放電時(shí)間要設(shè)長(zhǎng)些，抬刀高度短些，抬刀速度不能太快。
（6）運(yùn)用搖動(dòng)加工方法保證鏡面加工的順利進(jìn)行。
（7）電極必須進(jìn)行精修拋光。電極材料的放電性能要優(yōu)良。合理選擇電極縮放尺寸。選擇容易加工鏡面的材料作為工件材料，常用的鏡面加工材料有：SKD61、NAK80、STAVAX等進(jìn)口鋼材。
（8）鏡面加工中的一些操作技巧：采用數(shù)控電火花機(jī)床的定時(shí)加工功能；如果鏡面加工的型腔為規(guī)則的旋轉(zhuǎn)形狀，若機(jī)床配置有C軸，那么采用工具電極與C軸同心的夾具，加工時(shí)使C軸作合理轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；工作液的處理方式一般在浸油加工的基礎(chǔ)上加適當(dāng)壓力的側(cè)沖液，使加工部位的工作液處于輕微的循環(huán)狀態(tài)；加工過(guò)程中應(yīng)盡量少停機(jī)，尤其是不要將留在工件加工表面的粉墨層清理掉。
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3.2精密電火花加工
精密模具如微型接插件、IC塑封模、手機(jī)、CD盒等，已成為市場(chǎng)上非常熱門(mén)的模具品種。盡管高速銑削進(jìn)行模具微細(xì)加工的技術(shù)在不斷進(jìn)步，但用電火花加工精密模具零件的細(xì)微部位，始終占加工中的主要地位。
精密模具電火花加工過(guò)程中每一個(gè)加工環(huán)節(jié)都與加工精度有著密切的關(guān)系。精密模具電火花加工技術(shù)的要點(diǎn)：
（1）選擇好的放電機(jī)床是精密電火花加工的前提條件。
（2）采用多電極加工的工藝方法。根據(jù)加工部位在粗、半精、精加工中放電間隙不同的特點(diǎn)采用幾個(gè)相應(yīng)尺寸縮放量的電極完成一個(gè)型腔的粗、半精、精加工。
（3）為保證極高的重復(fù)定位精度，也不降低加工效率，采用快速裝夾的定位系統(tǒng)。如瑞典的3R和瑞士的EROWA裝置。
（4）采用精密的加工方法來(lái)保證電極的質(zhì)量，對(duì)制造電極的工藝水平提出高的要求。電極在用于電火花加工前應(yīng)對(duì)尺寸、形狀進(jìn)行**檢測(cè)。選擇電極材料時(shí)，應(yīng)考慮選用價(jià)格較貴的銅鎢合金材料。
（5）精密加工使用的**機(jī)床電規(guī)準(zhǔn)的控制方法一般是智能化控制的，人為盡量不要去修改電規(guī)準(zhǔn)主要參數(shù)，以免影響機(jī)床自選條件的火花間隙。
（6）精加工中通常采用無(wú)沖液、浸油加工的液處理方式，依靠高速抬刀的動(dòng)作來(lái)排屑。工作液的質(zhì)量很重要。
（7）精密加工臨終前一般都要反復(fù)進(jìn)行測(cè)量、加工以保證*終的尺寸精度，稱之為補(bǔ)刀加工。
（8）要求整個(gè)加工流程規(guī)范化，擁有成熟的工藝技術(shù)水平。零件的各加工環(huán)節(jié)都應(yīng)有明確的工藝安排和要求。每道工序嚴(yán)格按照工藝方法、要求進(jìn)行加工，才能保證高精度零件制造的成功率。
（9）注意加工環(huán)境及使用工具的加工精度的影響。
（10）加工技術(shù)人員的工作態(tài)度、加工技術(shù)水平對(duì)能否完成精密加工任務(wù)很重要。
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3.3多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花加工
數(shù)控電火花機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)具有多軸數(shù)字化控制，電極和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就可以復(fù)雜多樣。可以實(shí)現(xiàn)以簡(jiǎn)單電極加工出復(fù)雜零件。如可以采用UG等軟件的數(shù)據(jù)文件自動(dòng)生成加工指令控制工作臺(tái)及主軸多坐標(biāo)數(shù)控伺服運(yùn)動(dòng)，配以高效放電加工電源，仿銑加工平面輪廓曲線和三維空間復(fù)雜曲面。
在實(shí)際生產(chǎn)中，模具企業(yè)擁有的數(shù)控電火花機(jī)床大多具有多軸數(shù)控功能，但目前這類機(jī)床多采用成形電極的Z向伺服加工。如果能夠靈活使用多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花加工，在一些加工場(chǎng)合中則可以收到很好的加工效益。如一些注塑模具的斜向潛伏式點(diǎn)澆口通常采用電火花加工來(lái)完成。一般是將工件用正弦磁臺(tái)來(lái)擺正相應(yīng)的角度，利用電極作垂直的Z軸伺服加工來(lái)完成的，也可以通過(guò)設(shè)計(jì)裝夾電極的斜度夾具，進(jìn)行斜向聯(lián)動(dòng)加工來(lái)簡(jiǎn)化加工操作。利用電火花加工來(lái)**切削加工剩下的刀具R角是比較常見(jiàn)的加工類型，進(jìn)行這類加工時(shí)往往因?yàn)榧庸っ娣e小，很容易發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，甚至可能出現(xiàn)難以完成加工的情況。采用電極斜向聯(lián)動(dòng)加工是解決這種問(wèn)題的好方法。采用斜向聯(lián)動(dòng)加工方法，應(yīng)對(duì)加工部位進(jìn)行認(rèn)真分析、確認(rèn)可行，如考慮加工部位是否存在與進(jìn)給方向相抵觸的倒扣、反斜度等，在這些情況下就不能使用斜向加工方法，否則會(huì)使加工形狀發(fā)生改變。在確認(rèn)能使用斜向加工方法時(shí)，就可根據(jù)需要選擇二軸聯(lián)動(dòng)或三軸聯(lián)動(dòng)。這要根據(jù)加工部位的形狀、朝各方向的開(kāi)放程度來(lái)決定，一般在加工可行的情況下盡可能使用三軸聯(lián)動(dòng)的方法，因?yàn)槠渚哂懈玫呐判夹Ч?，能夠更穩(wěn)定、更快速地完成整個(gè)加工過(guò)程。
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3.4深孔電火花加工
對(duì)于深孔的電火花加工，由于加工深度值較大，因此加工過(guò)程中的排屑比較困難，很容易發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，甚至發(fā)生積碳等異常情況，另外，頻繁的二次放電會(huì)使加工尺寸難以控制。種種放電**的現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致加工速度緩慢、加工質(zhì)量異常，因此有必要采用一系列措施來(lái)改善這些**現(xiàn)象。
（1）高速抬刀技術(shù)。目前先進(jìn)的數(shù)控電火花機(jī)床大多具有高速抬刀功能，將這一功能應(yīng)用在深窄部位的加工非常有效，高速跳躍的抬刀動(dòng)作能將加工部位產(chǎn)生的加工屑有效排出，并且減少了空抬刀時(shí)間。
（2）C軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)床配備有C軸時(shí)，可使用快速裝夾定位夾具裝夾電極，使電極與C軸同心，那么在加工中使C軸帶動(dòng)電極作連續(xù)不斷的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以使加工達(dá)到非常穩(wěn)定的加工狀態(tài)，大大提高加工速度。
3）搖動(dòng)加工。可以通過(guò)搖動(dòng)加工方法來(lái)改善排屑條件，避免集中放電等**現(xiàn)象。具體通過(guò)對(duì)電極選取一個(gè)較大的縮放尺寸值，通過(guò)搖動(dòng)加工來(lái)補(bǔ)償尺寸差。
4）調(diào)整參數(shù)?？紤]增大脈沖間隙，減少放電時(shí)間，增大抬刀高度等來(lái)保證加工的消電離，改善排屑狀況。不要認(rèn)為這樣設(shè)置參數(shù)會(huì)降低加工效率，實(shí)際上在加工深孔時(shí)，只有保證加工的順利進(jìn)行才能提高加工效率。
5）下沖油。采用下沖油的方式，并適當(dāng)加大沖油壓力進(jìn)行排屑。
6）及時(shí)清理。應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行加工監(jiān)控，建議在放電不穩(wěn)定的情況下，停機(jī)清理工件、電極加工部位的殘留屑。
4 結(jié)束語(yǔ)
電火花加工作為模具制造的重要方法，隨著模具工業(yè)的迅速發(fā)展，被賦予越來(lái)越高的加工要求，促使電火花加工技術(shù)朝精密化、自動(dòng)化、智能化、高效化等方向的更深層次不斷發(fā)展。 |
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來(lái)源：蘇州中航長(zhǎng)風(fēng) 介紹：線切割機(jī)，中走絲線切割，電火花線切割，快走絲線切割機(jī)，電火花穿孔機(jī)，電火花去斷絲錐
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