EMD在現(xiàn)代模具加工中的應用
EMD在現(xiàn)代模具加工中的應用
模具制造電火花加工應用技術(shù)綜述 |
摘要：簡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工藝流程，探討了其重要應用技術(shù)的要點。對**了解電火花加工在模具制造中的應用具有參考意義。
關(guān)鍵詞：模具制造；電火花加工；工藝流程；應用技術(shù)
1 引言
電火花加工（EDM）是當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地位。下文對模具制造電火花加工的應用技術(shù)進行綜合介紹。
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。
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、加工要求來確定合理的加工工藝。一般來說，為了使模具零件在盡量短的時間內(nèi)加工出來，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加工零件。當在銑削加工，線切割加工等加工不到或工件有特殊要求的情況下才進行電火花加工，像在對于當?shù)毒唠y于夠到的復雜表面，在需要深度切削的地方，在長徑比特別高的地方，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行電極的設(shè)計、制造。當前計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）技術(shù)已廣泛應用于模具制造行業(yè)。那些**的CAD/CAM軟件，像UG、Pro/E、CimatronE、MasterCAM等都提供了強大的電極設(shè)計、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、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來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制造各種型面復雜的電極。加工中心比傳統(tǒng)銑削加工速度快，全自動，重復生產(chǎn)的精度很高，可得到較復雜的形狀。*近推出的高速加工中心，能勝任形狀更復雜、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，可用來單獨完成整個電極的制造，或者用于銑削制造電極的清角加工。另外對于薄片類電極用機械切削加工很難進行，而使用線切割加工可以獲得很高的加工效率和加工精度。使用慢走絲切割機床，可以加工有斜度、上下異形的復雜電極，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)來制造電極是電火花加工的一種先進工藝方法，它是將電極胚料裝夾在加工機床的裝夾系統(tǒng)上來制造，制造完成后，可直接將電極裝于電火花機床的快速裝夾系統(tǒng)上進行放電加工。給加工操作帶來了很大的方便，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，并對工件進行校正。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單。通常用永磁吸盤來裝夾工件，為了適應各種不同工件加工的需求，還可使用其它工具來進行裝夾，如平口鉗、導磁塊、正弦磁臺、角度導磁塊等。工件裝夾后要對其進行校正。以保證工件的坐標系方向與機床的坐標系方向一致。使用校表來校正工件是在實際加工中應用*廣泛的校正方法。先進的數(shù)控電火花機床可使用托盤進行工件的自動換裝。
電極安裝在機床主軸上，應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行加工。電極的裝夾方式有自動裝夾和手動裝夾兩種。自動裝夾電極是先進數(shù)控電火花機床的一項自動功能。它是通過機床的電極自動交換裝置（ATC）和配套使用電極專用夾具（EROWA、3R）來完成電極換裝的，使用電極專用夾具可實現(xiàn)電極的自然校正，無需對電極進行校正或調(diào)整，能夠保證電極與機床的正確位置關(guān)系，大大減少了電火花加工過程中裝夾、重復調(diào)整的時間。手動裝夾電極是指使用通用的電極夾具，通過可調(diào)節(jié)電極角度的夾頭來校正電極，由人工完成電極裝夾、校正操作。
2.4加工的定位
當工件和電極裝夾、校正完成后，就需要將電極對準工件的加工位置，才能在工件上加工出準確的型腔。模具制造電火花加工*常用的定位方式是利用電極基準中心與工件基準中心之間的距離來確定加工位置，稱之為“四面分中”。利用電極基準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一定的方法來實現(xiàn)的。模具制造電火花加工操作中，通常運用電火花機床的接觸感知功能來獲得正確的加工位置?？梢灾苯永秒姌O的基準面與工件的基準面進行接觸感知實現(xiàn)定位。精密模具電火花加工采用基準球進行接觸感知定位，點接觸減少了誤差，可實現(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)，可省卻重復的定位操作，當配備ATC裝置時，則完全可以實現(xiàn)長時間無人操作的自動化加工，可有效地提升企業(yè)的競爭力。
目前的數(shù)控電火花機床都具有自動找內(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)的測量數(shù)值，即可方便地實現(xiàn)加工的定位，比手動定位要方便得多。
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工藝指標。選用電參數(shù)*終目的是為了達到預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量中進行加工的。選用電參數(shù)時，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行搖動加工，達到表面粗糙度和加工尺寸的要求。
數(shù)控電火花機床有許多配置好的*佳成套電參數(shù)，在機床自動選擇電參數(shù)時只要對所需要輸入的條件準確輸入，即可自動配置好電參數(shù)。機床配置的電參數(shù)一般能滿足加工要求，操作簡單，避免了加工過程中人為的干預。而傳統(tǒng)電火花機床要求操作者具有豐富的工作經(jīng)驗，能夠根據(jù)加工要求靈活配置電參數(shù)。
2.6加工過程的監(jiān)控
電火花加工一切準備就緒時，就可以啟動機床開始進行加工。在加工的過程中，要隨時監(jiān)控加工狀態(tài)。對加工中不正常的放電狀態(tài)及時采取相應的處理方法，保證加工的順利進行。主要是防止發(fā)生拉弧現(xiàn)象，一般可通過修改抬刀參數(shù)、清理電極和工件、調(diào)整電規(guī)準參數(shù)等措施來改善放電狀況。
目前數(shù)控電火花機床的加工性能已經(jīng)有了很大的提高，一些先進數(shù)控電火花機床的智能化控制技術(shù)幾乎可以代替人工監(jiān)控。加工中由計算機監(jiān)測、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)自動選擇使加工效率達到*高的加工條件。但機床的智能控制技術(shù)不是萬能的，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用技術(shù)的探討
模具制造電火花加工包括一些重要的應用技術(shù)，有如：鏡面電火花加工、精密電火花加工、多軸聯(lián)動數(shù)控電火花加工、深孔電火花加工等，下面對這些技術(shù)的要點進行探討。
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用于復雜模具型腔、尤其是不便于進行拋光作業(yè)的復雜曲面的精密加工，可以省去手工拋光工序，提高零件的使用性能，對縮短模具制造周期，具有十分重要的實際意義。
鏡面電火花加工主要有以下一些技術(shù)：
（1）成功地實現(xiàn)鏡面加工，*關(guān)鍵的因素是電火花機床應具有鏡面精加工電路。
（2）運用先進的混粉方法來改善電火花加工表面粗糙度，獲得更快的加工速度。對于較大面積的電火花加工來說，改善作用顯著。
（3）采用多電極更換的工藝方法。要求多個電極的一致性要好、制造精度要高，更換電極的重復裝夾、定位精度要高。可以采用高速銑制造電極、使用基準球測量的定位方法、使用快速裝夾定位系統(tǒng)等先進工藝來滿足要求。
（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：放電時間要設(shè)長些，抬刀高度短些，抬刀速度不能太快。
（6）運用搖動加工方法保證鏡面加工的順利進行。
（7）電極必須進行精修拋光。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)控電火花機床的定時加工功能；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，加工時使C軸作合理轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)運動；工作液的處理方式一般在浸油加工的基礎(chǔ)上加適當壓力的側(cè)沖液，使加工部位的工作液處于輕微的循環(huán)狀態(tài)；加工過程中應盡量少停機，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、CD盒等，已成為市場上非常熱門的模具品種。盡管高速銑削進行模具微細加工的技術(shù)在不斷進步，但用電火花加工精密模具零件的細微部位，始終占加工中的主要地位。
精密模具電火花加工過程中每一個加工環(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：
（1）選擇好的放電機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采用幾個相應尺寸縮放量的電極完成一個型腔的粗、半精、精加工。
（3）為保證極高的重復定位精度，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保證電極的質(zhì)量，對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對尺寸、形狀進行**檢測。選擇電極材料時，應考慮選用價格較貴的銅鎢合金材料。
（5）精密加工使用的**機床電規(guī)準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)準主要參數(shù)，以免影響機床自選條件的火花間隙。
（6）精加工中通常采用無沖液、浸油加工的液處理方式，依靠高速抬刀的動作來排屑。工作液的質(zhì)量很重要。
（7）精密加工臨終前一般都要反復進行測量、加工以保證*終的尺寸精度，稱之為補刀加工。
（8）要求整個加工流程規(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)都應有明確的工藝安排和要求。每道工序嚴格按照工藝方法、要求進行加工，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)水平對能否完成精密加工任務很重要。
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3.3多軸聯(lián)動數(shù)控電火花加工
數(shù)控電火花機床的數(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運動就可以復雜多樣?？梢詫崿F(xiàn)以簡單電極加工出復雜零件。如可以采用UG等軟件的數(shù)據(jù)文件自動生成加工指令控制工作臺及主軸多坐標數(shù)控伺服運動，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雜曲面。
在實際生產(chǎn)中，模具企業(yè)擁有的數(shù)控電火花機床大多具有多軸數(shù)控功能，但目前這類機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)動數(shù)控電火花加工，在一些加工場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澆口通常采用電火花加工來完成。一般是將工件用正弦磁臺來擺正相應的角度，利用電極作垂直的Z軸伺服加工來完成的，也可以通過設(shè)計裝夾電極的斜度夾具，進行斜向聯(lián)動加工來簡化加工操作。利用電火花加工來**切削加工剩下的刀具R角是比較常見的加工類型，進行這類加工時往往因為加工面積小，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)動加工是解決這種問題的好方法。采用斜向聯(lián)動加工方法，應對加工部位進行認真分析、確認可行，如考慮加工部位是否存在與進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，否則會使加工形狀發(fā)生改變。在確認能使用斜向加工方法時，就可根據(jù)需要選擇二軸聯(lián)動或三軸聯(lián)動。這要根據(jù)加工部位的形狀、朝各方向的開放程度來決定，一般在加工可行的情況下盡可能使用三軸聯(lián)動的方法，因為其具有更好的排屑效果，能夠更穩(wěn)定、更快速地完成整個加工過程。
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3.4深孔電火花加工
對于深孔的電火花加工，由于加工深度值較大，因此加工過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，頻繁的二次放電會使加工尺寸難以控制。種種放電**的現(xiàn)象會導致加工速度緩慢、加工質(zhì)量異常，因此有必要采用一系列措施來改善這些**現(xiàn)象。
（1）高速抬刀技術(shù)。目前先進的數(shù)控電火花機床大多具有高速抬刀功能，將這一功能應用在深窄部位的加工非常有效，高速跳躍的抬刀動作能將加工部位產(chǎn)生的加工屑有效排出，并且減少了空抬刀時間。
（2）C軸作旋轉(zhuǎn)運動。機床配備有C軸時，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軸帶動電極作連續(xù)不斷的旋轉(zhuǎn)運動，可以使加工達到非常穩(wěn)定的加工狀態(tài)，大大提高加工速度。
3）搖動加工?？梢酝ㄟ^搖動加工方法來改善排屑條件，避免集中放電等**現(xiàn)象。具體通過對電極選取一個較大的縮放尺寸值，通過搖動加工來補償尺寸差。
4）調(diào)整參數(shù)。考慮增大脈沖間隙，減少放電時間，增大抬刀高度等來保證加工的消電離，改善排屑狀況。不要認為這樣設(shè)置參數(shù)會降低加工效率，實際上在加工深孔時，只有保證加工的順利進行才能提高加工效率。
5）下沖油。采用下沖油的方式，并適當加大沖油壓力進行排屑。
6）及時清理。應隨時進行加工監(jiān)控，建議在放電不穩(wěn)定的情況下，停機清理工件、電極加工部位的殘留屑。
4 結(jié)束語
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，被賦予越來越高的加工要求，促使電火花加工技術(shù)朝精密化、自動化、智能化、高效化等方向的更深層次不斷發(fā)展。 |
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來源：蘇州中航長風 介紹：線切割機，中走絲線切割，電火花線切割，快走絲線切割機，電火花穿孔機，電火花去斷絲錐
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