電火花線切割技術(shù)在模具型腔電極加工中的應(yīng)用

柯建平+宋國(guó)亮+付宏生

摘要：電火花線切割加工是當(dāng)前模具加工的重要方法之一，有著其它加工方法無(wú)可替代的優(yōu)點(diǎn)。它是一種直接利用電能和熱能進(jìn)行加工的工藝。對(duì)于模具型腔電極的加工，電火花線切割加工設(shè)備可以作為首選。本文就注射模具（徽標(biāo)）模具電極的制造中的實(shí)際情況，說(shuō)明了采用電火花線切割加工的方法，分析了模具型腔精度與電極的關(guān)系等。

關(guān)鍵詞：電火花線切割加工 模具型腔電極 工藝

一些具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工件，復(fù)雜的型腔，凹模型孔的模具采用傳統(tǒng)的切削方法往往很難實(shí)現(xiàn)，因而特種加工技術(shù)得以廣泛應(yīng)用。其中，電火花線切割加工方法就是其中之一，在模具制造工業(yè)中被廣泛應(yīng)用于型孔及型腔的加工。對(duì)于模具型腔電極的加工，電火花線切割加工設(shè)備可以作為首選。

1 電火花線切割加工特點(diǎn)

電火花線切割加工是指在工具電極（電極絲）和工件間施加脈沖電壓，使電壓擊穿間隙產(chǎn)生火花放電的一種加工方法。現(xiàn)電火花線切割加工機(jī)床以其特有的生命力迅速在全世界得到廣泛應(yīng)用和普及，成為全世界擁有量最多的電加工機(jī)床。同時(shí)也是模具制造與加工行業(yè)必不可少的加工機(jī)床。

電火花線切割具有電火花加工的共性，金屬材料的硬度和韌性并不影響加工速度，常用來(lái)加工淬火鋼和硬質(zhì)合金等。當(dāng)前絕大多數(shù)的線切割機(jī)床，都采用數(shù)字程序控制，其工藝特點(diǎn)如下：

1.1 不像電火花成形加工那樣制造特定形狀的工具電極，而是采用直徑不等的細(xì)金屬絲（銅絲或鉬絲等）作工具電極，因此切割用的刀具簡(jiǎn)單，大大降低生產(chǎn)準(zhǔn)備工時(shí)。

1.2 利用計(jì)算機(jī)輔助制圖自動(dòng)編程軟件，可方便地加工復(fù)雜形狀的直紋表面。

1.3 電極絲直徑較細(xì)（Φ0.025～Φ0.3mm）切縫很窄，這樣不僅有利于材料的利用，而且適合加工細(xì)小零件。

1.4 電極絲在加工中是移動(dòng)的，不斷更新（低速走絲）或往復(fù)使用（高速走絲），可以完全或短時(shí)間不考慮電極絲損耗對(duì)加工精度的影響。

1.5 依靠計(jì)算機(jī)對(duì)電極絲軌跡的控制和偏移軌跡的計(jì)算，可方便地調(diào)整凹凸模具的配合間隙，依靠錐度切割功能，可實(shí)現(xiàn)凹凸模一次加工成形。

1.6 對(duì)于粗、半精、精加工，只需調(diào)整電參數(shù)即可，操作方便、自動(dòng)化程度高。

1.7 加工對(duì)象主要是平面形狀，臺(tái)階盲孔型零件還無(wú)法進(jìn)行加工。但是當(dāng)機(jī)床上加上能使電極絲作相應(yīng)傾斜運(yùn)動(dòng)的功能后，可實(shí)現(xiàn)錐面加工。

1.8 當(dāng)零件無(wú)法從周邊切入時(shí)，工件上需鉆穿絲孔完成加工。

2 以加工（徽標(biāo)）電極制作為例說(shuō)明快走絲電火花線切割機(jī)床應(yīng)用

2.1 加工前的準(zhǔn)備工作

此機(jī)床可輸出3B、4b及ISO格式的線切割加工程序。其自動(dòng)化編程的過(guò)程一般有以下幾步：

①利用ET HL微機(jī)線切割的CAD功能繪制加工圖形。②生成加工軌跡及加工仿真。③生成線切割加工程序。④將線切割加工程序傳輸給線切割加工機(jī)床。

其操作簡(jiǎn)單，功能齊全，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)停電記憶，上電恢復(fù)，應(yīng)用廣泛，根據(jù)對(duì)校標(biāo)圖紙的分析，故選擇一般快走絲機(jī)床即可。

2.2 技術(shù)要求

①工件坯料（尺寸為50mm×50mm×6mm）一塊，材料紫銅。②型腔尺寸按凸模尺寸配雙面間隙0.02。③表面光潔度Ra3.2。

2.3 工藝參數(shù)的確定

該工件線切割加工的電極絲選φ0.12mm的鉬絲，單面放電間隙為0.01mm。脈寬為12Js，脈間為5倍脈寬，功放電流為3組，加工電流為1.2A。

2.4 工件的裝夾、定位與校正

工件裝夾的形式對(duì)加工精度有著直接的影響。電火花線切割加工機(jī)床的夾具比較簡(jiǎn)單，一般在通用夾具上采用壓板螺釘固定工件（機(jī)床出廠時(shí)通常提供一對(duì)夾持板形工件的夾具）。為了適應(yīng)各種形狀工件加工的需要，通常還可使用磁性?shī)A具等。

工件裝夾的一般要求：

①工件的基準(zhǔn)面應(yīng)清潔且無(wú)毛刺。②夾具應(yīng)具備必要的精度，使其穩(wěn)固地固定在工作臺(tái)上，擰緊螺絲時(shí)用力必須均勻。③工件裝夾的位置應(yīng)有利于工件找正。④對(duì)工件的夾緊力必須均勻，不得使工件變形或翹起。⑤大批零件加工時(shí)，最好采用專用夾具，以提高生產(chǎn)效率。⑥細(xì)小、精密、薄壁的工件應(yīng)固定在不易變形的輔助夾具上。

本工件選擇兩端支撐夾具，調(diào)整垂直度并找正，使其穩(wěn)固地固定在工作臺(tái)上，擰緊螺絲時(shí)用力必須均勻，留有足夠的加工余量，工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)工件不得與絲架相碰。

2.5 繪圖編程及操作加工

編程方法一般有手工編程和自動(dòng)編程。當(dāng)所切割的工件形狀十分復(fù)雜、手工編程的工作量很大且出錯(cuò)率高時(shí)，必須應(yīng)用計(jì)算機(jī)編程，即自動(dòng)編程（計(jì)算機(jī)繪圖自動(dòng)生成程序）。本工件選擇繪圖自動(dòng)生成程序。

首先繪制工件圖形

2.5.1 作圓

①選擇‘基本曲線—圓，用“圓心+半徑”方式作圓。②系統(tǒng)提示：圓心=，輸入坐標(biāo)（0，0）以確定圓心位置，再輸入半徑值“13”，做出一圓。同樣，再輸入半經(jīng)值“16”、“18”，再做出兩個(gè)圓，滿屏確認(rèn)。③選擇點(diǎn)點(diǎn)，輸入坐標(biāo)（0，18），然后選擇點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為（0，18），繞點(diǎn)為（0，0），角度45°，旋轉(zhuǎn)次數(shù)為5。

2.5.2 作直線

①選擇‘基本曲線—直線，選用“兩點(diǎn)直線”方式，系統(tǒng)提示輸入“直線端點(diǎn)=（0，18），（0，-18）等，或用鼠標(biāo)直接點(diǎn)到端點(diǎn)處”，滿屏確認(rèn)。②將直線平移，系統(tǒng)提示平移直線，將所平移直線的直線選中，系統(tǒng)提示平移直線的距離=，輸入1.5確認(rèn)，系統(tǒng)提示方向〈Y/N〉，根據(jù)需要選擇確認(rèn)。

2.5.3 最后編輯

①將有用線段打上交點(diǎn)，沒(méi)用的線段打斷。②將圖形上方畫上掛環(huán)，下方畫上倒三角，最終結(jié)果如圖2所示。

說(shuō)明：進(jìn)刀點(diǎn)位置與進(jìn)刀線長(zhǎng)度可根據(jù)需要隨意選取，應(yīng)合理。③無(wú)誤后數(shù)據(jù)存盤。

2.6 軌跡生成及模擬切割

①軌跡生成從數(shù)控程序進(jìn)入，按系統(tǒng)提示進(jìn)入加工路線，確認(rèn)后將光標(biāo)移至起始點(diǎn)，按系統(tǒng)提示選擇合適的方向，完成后輸入尖點(diǎn)圓弧半徑=0，選擇3B程序，根據(jù)鉬絲半徑選擇間隙為-0.07（鉬絲半徑+0.01）；程序存盤。②進(jìn)入模擬切割，F(xiàn)1 鍵開(kāi)始，F(xiàn)2逆向，F(xiàn)3修改參數(shù)，F(xiàn)4終點(diǎn)；走刀路線如圖3 所示。并判斷其合理性。③生成線切割加工程序

2.7 機(jī)床加工

①機(jī)床：運(yùn)絲開(kāi)關(guān)一水泵開(kāi)關(guān)一高頻開(kāi)關(guān)。②控制器：文件調(diào)入（選盤符，選文件，退出）。③開(kāi)軟開(kāi)關(guān)（選切割，起始段，終止段）。④聯(lián)機(jī)軟開(kāi)關(guān)一變頻軟開(kāi)關(guān)一高頻軟開(kāi)關(guān)。⑤實(shí)際加工。

首先選中F10自動(dòng)加工，F(xiàn)12進(jìn)給，F(xiàn)3選擇檢查是否合適的參數(shù)，連接機(jī)床并啟動(dòng)機(jī)床，F(xiàn)1開(kāi)始，最后打開(kāi)高頻F11；直至加工完畢。

3 型腔模具的精度與電極的關(guān)系

由于徽標(biāo)模具型腔比較復(fù)雜，故選擇電火花線切割機(jī)床加工徽標(biāo)電極，是合理的選擇。

目前精密型腔模具的精度表現(xiàn)在尺寸精度、仿形精度、表面質(zhì)量等三個(gè)方面。加工精密型腔模具應(yīng)正確分析其各部位尺寸要求，靈活控制不同地方的尺寸精度。應(yīng)特別重視那些尺寸要求高的部位，精密型腔模具中的重要尺寸公差可達(dá)±2～3微米，可見(jiàn)其尺寸要求的嚴(yán)格性。模具的精度在很大程度上取決于電極制造的精度。一副復(fù)雜模具已不可能完全靠普通加工方法制造出來(lái)，而必須采用電火花成形加工工藝，其中模具電極至關(guān)重要。第二為改進(jìn)模具表面的質(zhì)量，還可利用電火花脈沖放電產(chǎn)生高溫的工作原理，用硬質(zhì)合金如YG8等做電極材料，將硬質(zhì)合金材料熔滲到模具及易損件的工作面上，形成一層高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨、高耐溫、又不剝離的硬質(zhì)白色合金強(qiáng)化層，改變表面的物理、化學(xué)性能，是對(duì)模具進(jìn)行表面處理非常有效的方法。第三仿形精度要求亦高，型腔應(yīng)清角，棱角清楚。表面粗糙度值均勻，并達(dá)到預(yù)定表面精糙度值，一般要求Ra值很小，甚至要求鏡面加工。

如今在模具工業(yè)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，電火花線切割加工技術(shù)已取得了突破性的進(jìn)展，不僅是過(guò)去、現(xiàn)在的模具制造中被廣泛應(yīng)用，相信在今后的模具加工中必將發(fā)揮引領(lǐng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]狄士春，于濱，趙萬(wàn)生，遲關(guān)心.微細(xì)電火花線切割加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].航空精密制造技術(shù)，2004（01）.

[2]陳德忠.電火花線切割加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用[J].機(jī)械工人.冷加工，2003（06）.

[3]郭俊杰.電火花線切割技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2008（02）.endprint

說(shuō)明：進(jìn)刀點(diǎn)位置與進(jìn)刀線長(zhǎng)度可根據(jù)需要隨意選取，應(yīng)合理。③無(wú)誤后數(shù)據(jù)存盤。

2.6 軌跡生成及模擬切割

①軌跡生成從數(shù)控程序進(jìn)入，按系統(tǒng)提示進(jìn)入加工路線，確認(rèn)后將光標(biāo)移至起始點(diǎn)，按系統(tǒng)提示選擇合適的方向，完成后輸入尖點(diǎn)圓弧半徑=0，選擇3B程序，根據(jù)鉬絲半徑選擇間隙為-0.07（鉬絲半徑+0.01）；程序存盤。②進(jìn)入模擬切割，F(xiàn)1 鍵開(kāi)始，F(xiàn)2逆向，F(xiàn)3修改參數(shù)，F(xiàn)4終點(diǎn)；走刀路線如圖3 所示。并判斷其合理性。③生成線切割加工程序

2.7 機(jī)床加工

①機(jī)床：運(yùn)絲開(kāi)關(guān)一水泵開(kāi)關(guān)一高頻開(kāi)關(guān)。②控制器：文件調(diào)入（選盤符，選文件，退出）。③開(kāi)軟開(kāi)關(guān)（選切割，起始段，終止段）。④聯(lián)機(jī)軟開(kāi)關(guān)一變頻軟開(kāi)關(guān)一高頻軟開(kāi)關(guān)。⑤實(shí)際加工。

首先選中F10自動(dòng)加工，F(xiàn)12進(jìn)給，F(xiàn)3選擇檢查是否合適的參數(shù)，連接機(jī)床并啟動(dòng)機(jī)床，F(xiàn)1開(kāi)始，最后打開(kāi)高頻F11；直至加工完畢。

3 型腔模具的精度與電極的關(guān)系

由于徽標(biāo)模具型腔比較復(fù)雜，故選擇電火花線切割機(jī)床加工徽標(biāo)電極，是合理的選擇。

目前精密型腔模具的精度表現(xiàn)在尺寸精度、仿形精度、表面質(zhì)量等三個(gè)方面。加工精密型腔模具應(yīng)正確分析其各部位尺寸要求，靈活控制不同地方的尺寸精度。應(yīng)特別重視那些尺寸要求高的部位，精密型腔模具中的重要尺寸公差可達(dá)±2～3微米，可見(jiàn)其尺寸要求的嚴(yán)格性。模具的精度在很大程度上取決于電極制造的精度。一副復(fù)雜模具已不可能完全靠普通加工方法制造出來(lái)，而必須采用電火花成形加工工藝，其中模具電極至關(guān)重要。第二為改進(jìn)模具表面的質(zhì)量，還可利用電火花脈沖放電產(chǎn)生高溫的工作原理，用硬質(zhì)合金如YG8等做電極材料，將硬質(zhì)合金材料熔滲到模具及易損件的工作面上，形成一層高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨、高耐溫、又不剝離的硬質(zhì)白色合金強(qiáng)化層，改變表面的物理、化學(xué)性能，是對(duì)模具進(jìn)行表面處理非常有效的方法。第三仿形精度要求亦高，型腔應(yīng)清角，棱角清楚。表面粗糙度值均勻，并達(dá)到預(yù)定表面精糙度值，一般要求Ra值很小，甚至要求鏡面加工。

如今在模具工業(yè)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，電火花線切割加工技術(shù)已取得了突破性的進(jìn)展，不僅是過(guò)去、現(xiàn)在的模具制造中被廣泛應(yīng)用，相信在今后的模具加工中必將發(fā)揮引領(lǐng)作用。

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[3]郭俊杰.電火花線切割技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2008（02）.endprint

說(shuō)明：進(jìn)刀點(diǎn)位置與進(jìn)刀線長(zhǎng)度可根據(jù)需要隨意選取，應(yīng)合理。③無(wú)誤后數(shù)據(jù)存盤。

2.6 軌跡生成及模擬切割

①軌跡生成從數(shù)控程序進(jìn)入，按系統(tǒng)提示進(jìn)入加工路線，確認(rèn)后將光標(biāo)移至起始點(diǎn)，按系統(tǒng)提示選擇合適的方向，完成后輸入尖點(diǎn)圓弧半徑=0，選擇3B程序，根據(jù)鉬絲半徑選擇間隙為-0.07（鉬絲半徑+0.01）；程序存盤。②進(jìn)入模擬切割，F(xiàn)1 鍵開(kāi)始，F(xiàn)2逆向，F(xiàn)3修改參數(shù)，F(xiàn)4終點(diǎn)；走刀路線如圖3 所示。并判斷其合理性。③生成線切割加工程序

2.7 機(jī)床加工

①機(jī)床：運(yùn)絲開(kāi)關(guān)一水泵開(kāi)關(guān)一高頻開(kāi)關(guān)。②控制器：文件調(diào)入（選盤符，選文件，退出）。③開(kāi)軟開(kāi)關(guān)（選切割，起始段，終止段）。④聯(lián)機(jī)軟開(kāi)關(guān)一變頻軟開(kāi)關(guān)一高頻軟開(kāi)關(guān)。⑤實(shí)際加工。

首先選中F10自動(dòng)加工，F(xiàn)12進(jìn)給，F(xiàn)3選擇檢查是否合適的參數(shù)，連接機(jī)床并啟動(dòng)機(jī)床，F(xiàn)1開(kāi)始，最后打開(kāi)高頻F11；直至加工完畢。

3 型腔模具的精度與電極的關(guān)系

由于徽標(biāo)模具型腔比較復(fù)雜，故選擇電火花線切割機(jī)床加工徽標(biāo)電極，是合理的選擇。

目前精密型腔模具的精度表現(xiàn)在尺寸精度、仿形精度、表面質(zhì)量等三個(gè)方面。加工精密型腔模具應(yīng)正確分析其各部位尺寸要求，靈活控制不同地方的尺寸精度。應(yīng)特別重視那些尺寸要求高的部位，精密型腔模具中的重要尺寸公差可達(dá)±2～3微米，可見(jiàn)其尺寸要求的嚴(yán)格性。模具的精度在很大程度上取決于電極制造的精度。一副復(fù)雜模具已不可能完全靠普通加工方法制造出來(lái)，而必須采用電火花成形加工工藝，其中模具電極至關(guān)重要。第二為改進(jìn)模具表面的質(zhì)量，還可利用電火花脈沖放電產(chǎn)生高溫的工作原理，用硬質(zhì)合金如YG8等做電極材料，將硬質(zhì)合金材料熔滲到模具及易損件的工作面上，形成一層高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨、高耐溫、又不剝離的硬質(zhì)白色合金強(qiáng)化層，改變表面的物理、化學(xué)性能，是對(duì)模具進(jìn)行表面處理非常有效的方法。第三仿形精度要求亦高，型腔應(yīng)清角，棱角清楚。表面粗糙度值均勻，并達(dá)到預(yù)定表面精糙度值，一般要求Ra值很小，甚至要求鏡面加工。

如今在模具工業(yè)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，電火花線切割加工技術(shù)已取得了突破性的進(jìn)展，不僅是過(guò)去、現(xiàn)在的模具制造中被廣泛應(yīng)用，相信在今后的模具加工中必將發(fā)揮引領(lǐng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]狄士春，于濱，趙萬(wàn)生，遲關(guān)心.微細(xì)電火花線切割加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].航空精密制造技術(shù)，2004（01）.

[2]陳德忠.電火花線切割加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用[J].機(jī)械工人.冷加工，2003（06）.

[3]郭俊杰.電火花線切割技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2008（02）.endprint