摘要：列舉了模具企業(yè)中電火花加工存在的常見(jiàn)誤區(qū)，針對(duì)這些誤區(qū)進(jìn)行了技術(shù)探討，對(duì)模具企業(yè)電火花加工具有指導(dǎo)意義。
關(guān)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(fā)揮著舉足輕重的作用。目前仍有不少模具企業(yè)的工藝水平不夠完善，工藝中存在的一些誤區(qū)往往導(dǎo)致模具零件的電火花加工達(dá)不到預(yù)定的精度、效率要求。下文對(duì)模具企業(yè)中電火花加工常見(jiàn)的誤區(qū)進(jìn)行了較詳細(xì)的分析。
2電火花加工的常見(jiàn)誤區(qū)
2.1定位方法的誤區(qū)
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(shí)現(xiàn)電火花加工定位的方法有多種，利用電極與工件進(jìn)行接觸感知的定位方法（圖1）在模具企業(yè)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(duì)簡(jiǎn)單，是操作人員非常熟悉的。但我們可以發(fā)現(xiàn)，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(duì)合、插穿部位等的加工，這些情況下使用上述方法將會(huì)有很大的難度，難以保證穩(wěn)定的定位精度，因定位超差導(dǎo)致零件反復(fù)修理、報(bào)廢的情況時(shí)有發(fā)生。操作者往往埋怨機(jī)床的感知性能不好或者定位精度不高。其實(shí)目前的電火花加工機(jī)床在位移方面的精度是相當(dāng)高的，出現(xiàn)定位不準(zhǔn)的情況就是在選用定位的方法上存在誤區(qū)。
利用電極與工件進(jìn)行直接碰邊，因?yàn)榻佑|面積較大，電極或工件上的毛刺、存在的細(xì)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(duì)于工件（電極）異形或電極過(guò)大（過(guò)小）及精度要求相當(dāng)高的加工來(lái)說(shuō)，有且只有采用間接定位方法，即利用基準(zhǔn)球進(jìn)行間接定位（圖2），這種定位方法由于采用的是點(diǎn)接觸，可在最大范圍內(nèi)消除誤差。
圖2 基準(zhǔn)球間接定位
目前還有不少模具企業(yè)不知道使用基準(zhǔn)球定位的方法。使用基準(zhǔn)球進(jìn)行定位不但容易保證精度，而且在工件形狀復(fù)雜的情況下，能方便地實(shí)現(xiàn)分中；電極對(duì)基準(zhǔn)球找中心的過(guò)程避免了電極作較大行程的移動(dòng)，節(jié)省了操作時(shí)間；對(duì)于多個(gè)工件加工的情況，不需要利用電極多次分中，只要對(duì)基準(zhǔn)球分一次中即可，節(jié)省了大量的操作時(shí)間，多電極加工中優(yōu)勢(shì)尤為明顯。當(dāng)然，這里并不是一味強(qiáng)調(diào)使用基準(zhǔn)球定位方法的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于一般精度要求的加工、少量工件、電極數(shù)目不多的情況來(lái)說(shuō)，為了提高工作效率，通常還是使用電極直接進(jìn)行定位。另外使用基準(zhǔn)球定位的方法要求電極和工件基準(zhǔn)面的精度要很高，否則反而會(huì)產(chǎn)生更大的定位誤差。
2.2電極材料選擇的誤區(qū)
電極材料的選取直接關(guān)系到放電的效果，在很大程度上，材料的選取是否恰當(dāng)，決定了放電速度，加工精度以及表面粗糙度的最終情況。應(yīng)根據(jù)不同類(lèi)型模具加工的實(shí)際需求，有針對(duì)性地進(jìn)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(yè)在選擇電極材料時(shí)，很少進(jìn)行考慮，大小電極一律習(xí)慣選用同種電極材料。這種做法在通常加工中不會(huì)發(fā)現(xiàn)其弊端，但在極限加工就可以發(fā)現(xiàn)明顯的問(wèn)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(shí)往往會(huì)埋怨機(jī)床損耗太大，需要采用很多個(gè)電極進(jìn)行加工，大型電極也選用紫銅，導(dǎo)致加工所耗時(shí)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(qū)。
合理選擇電極材料，可以從下列方面進(jìn)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(zhì)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(yōu)劣之處，這就要求抓住加工的關(guān)鍵要素。如果進(jìn)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(jìn)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(wěn)定的加工狀態(tài)，精加工中采用低損規(guī)準(zhǔn)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(diǎn)低，不宜承受較大的電流密度，一般不能超過(guò)30A電流的加工，否則會(huì)使電極表面嚴(yán)重受損、龜裂，影響加工效果。熱膨脹系數(shù)較大，在加工深窄筋位部分，較大電流下產(chǎn)生的局部高溫很容易使電極發(fā)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(chǎn)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(shí)現(xiàn)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(fā)揮其獨(dú)特的加工優(yōu)勢(shì)。在高溫下具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，熱膨脹系數(shù)小，非常適合對(duì)窄縫進(jìn)行高精度加工。因其重量輕，常用于大型電極的制造。導(dǎo)電性能好，加工速度快，能節(jié)省大量的放電時(shí)間，價(jià)錢(qián)一般是銅料的1/2。其缺點(diǎn)是在精加工中放電穩(wěn)定性較差，容易過(guò)渡到電弧放電，只能選取損耗較大的加工條件來(lái)加工。加工微細(xì)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(mén)的加工機(jī)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(chǎng)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(shí)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的加工。缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，材料來(lái)源困難。加工電子接插件類(lèi)高精度模具時(shí)，對(duì)細(xì)微部分的形狀（如深長(zhǎng)直壁孔、復(fù)雜小型腔）要求很?chē)?yán)格，這就要求加工中電極損耗必須極小，選用銅鎢合金來(lái)制造電極是加工技術(shù)的基本要求。銅鎢電極針對(duì)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(qū)
電火花加工時(shí)兩極間存在火花間隙，為了加工出符合要求的尺寸，對(duì)電極縮放適當(dāng)尺寸來(lái)加工。電極縮放量的大小對(duì)加工的尺寸精度、仿形精度、加工效率、表面質(zhì)量都有影響。多數(shù)模具企業(yè)在選取電極的縮放量時(shí)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(shù)，降低了加工效率，這就是電極縮放量選取的誤區(qū)。
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(dòng)加工和不平動(dòng)加工兩種方式，數(shù)控電火花機(jī)床一般都可采用平動(dòng)加工，而傳統(tǒng)電火花機(jī)床如果沒(méi)有安裝平動(dòng)頭就不能進(jìn)行平動(dòng)加工。這兩種加工方式電極縮放量的選取是有區(qū)別的。
在不采用平動(dòng)加工時(shí)，如果所產(chǎn)生的火花間隙小于電極縮放量，加工出來(lái)的尺寸將小于標(biāo)準(zhǔn)值。相反，電極縮放量比實(shí)際火花間隙要小時(shí)會(huì)使加工后的尺寸大于標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(jié)構(gòu)性部位和成型部位。結(jié)構(gòu)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(wú)嚴(yán)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(shí)取加工時(shí)實(shí)際產(chǎn)生的火花間隙的大小。成型部位是用來(lái)直接成型塑件的部位。此類(lèi)部位的加工尺寸和表面粗糙度都有相應(yīng)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(dá)到預(yù)定表面粗糙度要求，所以在確定這類(lèi)成型部位電極縮放量時(shí)應(yīng)準(zhǔn)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(jì)算電極縮放量時(shí)取實(shí)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(guī)準(zhǔn)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(shí)應(yīng)先考慮好為達(dá)到預(yù)定表面粗糙度要選用的電參數(shù)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(cè)0.04～0.08mm，結(jié)構(gòu)部位取單側(cè)0.02～0.06mm。確定粗加工火花位大小時(shí)以考慮加工速度和為精加工預(yù)留適當(dāng)余量為標(biāo)準(zhǔn)，一般取單側(cè)0.15～0.25mm。
在采用電極平動(dòng)加工時(shí)，加工的尺寸精度決定于對(duì)放電間隙、電極縮放量和平動(dòng)量的控制。由于平動(dòng)量的大小是可控的，所以可以根據(jù)放電間隙的大小調(diào)節(jié)平動(dòng)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(duì)大一些，尤其是對(duì)精加工來(lái)說(shuō)，并且可以根據(jù)一些具體情況來(lái)靈活選取。一般在粗加工中不用平動(dòng)加工，電極縮放量取單側(cè)0.15—0.3mm。精加工采用多段加工條件用平動(dòng)的方法來(lái)改善排屑狀況，達(dá)到穩(wěn)定的加工，可獲得側(cè)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(dòng)量并不是很大，對(duì)加工仿形精度不會(huì)有影響。但在精密加工中，由于選用平動(dòng)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(shí)還應(yīng)詳細(xì)考慮加工部位的加工性能。如在通孔類(lèi)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(lèi)加工因排渣不是很順，二次放電的機(jī)會(huì)比較多，電極縮放量應(yīng)取大一些；大面積加工時(shí)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(duì)于薄、尖形狀的電極，縮放量要選小些，因?yàn)檫@類(lèi)加工不能選擇大的加工條件，否則會(huì)使電極在加工中發(fā)生變形，另外較大的電極縮放量也降低了電極的強(qiáng)度。
2.4工藝方法的誤區(qū)
目前數(shù)控電火花機(jī)床在模具企業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越普及。模具企業(yè)中有些廠家是由使用傳統(tǒng)電火花機(jī)床發(fā)展到使用數(shù)控電火花機(jī)床的，這些企業(yè)由于受到長(zhǎng)時(shí)間使用傳統(tǒng)機(jī)床的影響，已經(jīng)形成了很多加工經(jīng)驗(yàn)。但實(shí)際上，由于數(shù)控電火花機(jī)床的操作和傳統(tǒng)電火花機(jī)床的操作是不一樣的，這就造成了模具企業(yè)在使用數(shù)控電火花機(jī)床時(shí)存在很多誤區(qū)。
傳統(tǒng)電火花機(jī)床一般只能采用Z軸進(jìn)行垂直的伺服進(jìn)給加工。而目前大多數(shù)控電火花機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)橫向加工、多軸聯(lián)動(dòng)加工。但是這些功能在模具企業(yè)中并沒(méi)有得到很好的應(yīng)用，很多操作者認(rèn)為只要能把零件加工完成就可以了，習(xí)慣采用保守的Z軸加工。其實(shí)，如果能充分發(fā)揮機(jī)床的功能，是可以顯著改善加工質(zhì)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(huì)因局部放電面積小，加工深度大，加工過(guò)程中就會(huì)發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，繼而導(dǎo)致電極進(jìn)給呈反復(fù)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(wèn)題，不能滿足加工要求。若通過(guò)改善工藝方法，利用數(shù)控電火花機(jī)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(wèn)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(shù)倍。
圖3 橫向伺服加工
圖4是利用電火花加工來(lái)清除切削加工后剩下的刀具R角，是比較常見(jiàn)的加工類(lèi)型，又稱“清角加工”。進(jìn)行這類(lèi)加工時(shí)，如果采用X、Y、Z三軸聯(lián)動(dòng)的方法，即斜向加工，可避免因加工部位面積小而發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
圖4 斜向清角加工
3 結(jié)束語(yǔ)
目前一些模具企業(yè)在工藝方法上缺乏革新，缺乏對(duì)外界新技術(shù)的了解，這就使得企業(yè)無(wú)法整體提高模具的制造水平。上文對(duì)模具企業(yè)電火花加工的常見(jiàn)誤區(qū)進(jìn)行了技術(shù)分析，希望可以給相關(guān)企業(yè)帶來(lái)提示性的幫助。另外，當(dāng)前電火花加工的技術(shù)已經(jīng)取得了很大發(fā)展，如先進(jìn)數(shù)控電火花機(jī)床層出不窮，可以實(shí)現(xiàn)高效率的精密加工；快速裝夾定位系統(tǒng)（EROWA、3R）不需要對(duì)電極和工件進(jìn)行重復(fù)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(xiàn)實(shí)，等等。可見(jiàn)在模具制造技術(shù)快速發(fā)展的情況下，模具企業(yè)應(yīng)根據(jù)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(yè)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的潮流中處于不敗之地。
4參考文獻(xiàn)
[1] 伍端陽(yáng).數(shù)控電火花加工實(shí)用技術(shù) [M ]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2007.
