國外最新電火花技術在模具加工中的應用

■　沙迪克機電（上海）有限公司北京事務所顧問 王克錫

國外最新電火花技術在模具加工中的應用

■沙迪克機電（上海）有限公司北京事務所顧問 王克錫

輪胎模具大深徑比排氣孔的電加工

大型輪胎模具的直徑已超過2m，要求在該模具上加工出平均直徑為2mm、深度為300mm的大深徑比的排氣孔。因品種不同，有時每一副模具需要加工出1 500個排氣孔。

以往，加工這種排氣孔，很難在加工中心等機床上進行鉆削加工。一般則由熟練的操作工利用電鉆進行手動操作，因此，經常會出現鉆頭折損而重新加工的現象，致使操作者在長時間處于緊張狀態下，造成體力上的負擔。為此，作為日本模具制造廠的木原高技術公司和福岡縣工業技術公司合作研究采用電火花加工來實現高速化與自動化加工這種大深徑比孔的難題。

1. 電火花加工的研制目標與方法

過去用電鉆、手工操作加工直徑2mm、深度300mm的小孔時，平均需要花費30min以上的加工時間，在整體上加工1 500個孔則需要花費750h。

在該項試制中要確保實現如下的加工目標：①加工速度要超過1倍以上（每孔為15min），深度方向的加工速度要達到20mm/min以上。②深度方向電極損耗率要降低到33%以下。③相對直徑2.0mm的小孔，尺寸公差應達到±0.2mm。④應實現排氣孔加工的機械化與自動化。

2. 根據試驗所確定的加工條件與結論

加工條件如下：①利用電容器作為模具排氣孔的加工電源。電容器的電容量設定為10個等級，即0.41～4.47μF；脈寬為2.0～19.0μs，脈寬系數（D·F）50%。②被加工模具的材質為碳素鋼（S45C）。③工具電極的材質是帶型芯狹縫的黃銅管，外徑1.8mm、內徑0.6mm、長度500mm。④工具電極的極性為正極性（+）。

根據以上的加工條件，獲得了以下的實用的加工效果：①當利用電容器為3.67μF，脈寬為2μs，D·F為50%，供液壓力為3.0MPa時可使加工速度達到26.1mm/min，當供液壓力提高到7MPa時，加工速度可實現33.8mm/min。②當加工深度方向為20mm/min時，電極損耗率約為40%。③在加工孔徑2.0mm、實用的深度300mm時，其深/徑已實現了150倍，孔徑的上端部的尺寸為2.04mm，出口部的下端為1.98mm，從而實現了最終所要求的公差。

3. 加工液過濾器的改善降低了機床的運行成本

由于每一副模具上的排氣孔非常多，所以使加工液中加工切屑回收用的過濾器壽命變得極短，因此，成為增大運行成本的一個重要因素，于是便把延長過濾器的使用壽命作為一個課題進行了改進。

就電火花加工小孔而言，因其加工切屑形成很微細顆粒，一旦原封不動地進入過濾器，隨著加工量的增多，便與過濾器的壽命成為反比。如果使加工屑

在到達過濾器之前予以回收，就會減少過濾器中的加工屑，延長其壽命。于是便探討了在加工液中添加凝固劑與界面活性劑，使得加工點上部的加工屑在瞬間予以凝固的回收對策。經過實際驗證表明，改進后的過濾器壽命提高了近2倍多。

至此，對加工大型輪胎模具排氣來說，利用電火花加工已成為高速化、自動化的重要加工裝備。

模具彎曲孔的電火花加工

對于模具、葉片等工件，一般皆需要加工冷卻介質的通路，以及油泵零件動作的油和潤滑油的通路。然而，通常這些通路只能用鉆削方法加工成直孔，若想在其內部制作成理想的彎曲孔（或折彎孔）是非常困難的。曾經有人介紹過采用電火花或電解加工這類的孔，由于電極的結構較為復雜，不是孔徑變大，就是彎曲孔的曲率增大，故難以加工出形狀復雜、精度好的彎曲孔。

因此，最近日本岡山大學與兵庫縣立工業技術中心合作，嘗試用簡單的電極和通常的電火花加工機加工彎曲孔，其方法如圖1a所示。在使用被涂覆絕緣薄膜的金屬絲與下部的金屬球（以下簡稱吊掛電極）使機床主軸（Z軸）下降，金屬球就會不斷地朝重力方向進給加工。若想改變金屬球的角度達到所希望的位置時，就像圖1b所示那樣將工件傾斜到既定的位置。如果電極絲充分柔軟的話，便可從其位置往重力方向加工。可以認為，只要通過控制所需要的角度或按照設定的轉數，就能獲得所期望的彎曲孔。

圖1　彎曲孔的加工原理

進而，如果認為吊掛電極球的金屬絲剛度較

小，也可采用金屬箔對彎曲角較大的彎曲孔進行加工。另外，由于電極球不斷地往重力方向加工，為此，還在金屬箔上設置了導向部分，對提高形狀精度起到良好的作用。

1. 用金屬絲吊掛電極加工折彎孔

圖2表示利用軟銅絲吊掛直徑5.5mm的銅鎢電極球對彎曲孔進行加工。從圖2中了解到，當折彎角度為10°或20°時，雖能高精度加工出直徑約6mm的彎曲孔，但是在折彎角超過45°的情況下，也能加工出彎曲的折彎孔，然而孔的入口處卻增大了一些。在該項試驗中，為提供加工所需要的放電電流，在某種程度上已使用了直徑較大的電極絲。因此，而喪失了電極絲的充分的柔軟性，并引起金屬絲在加工孔的內部進行接觸，產生新的支點，影響了正常加工。

圖2　不同角度折彎孔的加工形狀

2. 用金屬箔吊掛電極加工折彎孔

為提高電極的柔性，而使用了剛度小、厚度為10μm、寬度為4mm的銅箔來懸吊電極，如圖3所示的銅箔與金屬球電極將其彎曲成90°，實施折彎孔加工時，由于電極球受到橫向作用力，在孔的入口處與金屬箔電極相接觸而形成支點，因此曲折角度存在控制性的問題。于是即在金屬箔表面上安裝一種被稱作導向球的導向裝置（見圖4、圖5），使其作為電極的支點不斷地向上控制電極球，便解決了這一問題。圖6是成功地加工出90°的彎曲孔。

圖3　金屬球與金屬箔電極

圖4　帶導向器的吊掛電極

圖5　用帶導向器的吊掛電極加工彎曲孔的模式圖

圖6　利用金屬箔吊掛電極導向球控制角度的精度

3. 加工復雜的彎曲孔

以下是對復雜的彎曲孔進行的加工試驗。圖7a是加工兩個折彎孔相連接的彎曲孔加工。首先加工10mm深度的直孔，然后每加工0.2mm直線孔就返復1°的折彎（以Rr/0.2mm作為標記），當加工60°

的折彎孔時，接著便加工10mm的直孔，進而對折彎方向相反的Rr：1°/0.2mm，60°的屈折進行一次加工，由此可以了解到能獲得將兩個彎曲孔與直孔相互連接的形狀。再者，如同圖7b所示那樣也可獲得曲率半徑相異的彎曲狀的孔。

最后，圖8a是從深孔底部加工彎曲孔的形狀。從深度為30mm的直孔開始實施了Rr：1°/0.2mm，90°的折曲孔加工，由此可以得知，能從90°的深孔得到準確的彎曲形狀。再次利用鉆頭鉆出2個深度為30mm相對的直線預孔工件，從2個方向加工90°的折彎孔，由于兩者的加工孔能并合在一起，因此而獲得了如圖8b所示的U形孔。

圖7　連續折彎形狀的彎曲孔加工

圖8　從深孔加工彎曲孔與U字形孔

參考文獻：

[1] 在川功，木原慎一郎. 電火花加工高深比輪胎模具排氣孔加工技術的實用化[J].日本：電氣加工技術，2014，38（118）.

[2] 山口篤，池鳴俊貴，岡田晃. 用吊掛電極電火花加工變曲孔[J].日本：電氣加工技術，2014，38（118）.

收稿日期：（20150310）