型腔模鏡面電火花加工的探討

型腔模鏡面電火花加工的探討

　　摘要：鏡面電火花加工是近幾年發展起來的一種新技術，在精密型腔模制造中發揮著越來越重要的作用，針對目前精密型腔模電火花加工的鏡面需求，就鏡面電火花加工應用技術進行了探討，對模具電火花加工具有一定的參考價值。

　　關鍵詞：型腔模;鏡面電火花加工;混粉技術;工藝方法

　　1 引 言

　　電火花加工技術廣泛地應用于型腔模制造中。當前，模具制造技術的快速發展，賦予了電火花更高的加工要求，表面粗糙度是電火花加工的一項重要技術指標。目前電火花加工技術在表面粗糙度方面取得了很大的進步，通過對機床的改進和開發新的工藝方法，已能實現鏡面加工效果。

　　所謂鏡面電火花加工一般是指加工表面粗糙度值在Ra<0.2 um的電火花加工，加工表面具有鏡面反光效果。表面的變質層厚度均勻，極少有微裂紋，并具有較高的耐磨性和耐蝕性，表面無需拋光。

　　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(如壽命、耐磨性、脫模性等)，對降低工人的勞動強度，縮短模具制造周期，具有實際意義。

　　2 型腔模鏡面電火花加工的探討

　　根據實際加工經驗，對精密型腔模鏡面電火花加工的關鍵技術進行探討。

　　2.1 電火花機床應具有鏡面精加工電路

　　要成功地實現鏡面加工，最關鍵的因素是電火花機床應具有鏡面精加工電路，也就是要求機床的脈沖電源具有極小的單個脈沖能量(納秒級脈沖寬度、低峰值電流的電源)，能在小放電能量下進行穩定的放電加工，解決加工速度慢、電極損耗大與窄脈寬的工藝矛盾。像目前要求高的數控電火花機床都開發了超精加工電路，能較容易地加工出表面粗糙度Ra<0.1 μm的鏡面效果(限于大面積的鏡面加工)。一些普通型電火花機床的脈沖電源雖具有小的單個脈沖能量，但它不能滿足鏡面加工的持續穩定放電，不能保證可靠的預定加工效果，因此一般不能用于鏡面加工。可見，選擇高性能的放電機床是實現鏡面加工的前提條件。

　　2.2 運用混粉技術來改善鏡面加工效果

　　混粉電火花加工是一種改善電火花加工表面粗糙度的先進工藝方法，所謂混粉電火花加工是指在工作液中添加了微粉，如硅粉、鋁粉、鉻粉以及有關添加劑，以期使加工表面獲得鏡面效果。使用混粉加工技術，能夠在同樣的電參數條件下，比不使用混粉加工技術獲得更快的加工速度(使精加工時間縮短20%-30%)和更優的表面粗糙度。對于較大面積的電火花加工來說，具有顯著的改善作用。目前混粉加工技術已經商品化，和一些數控電火花成形機床配套應用，深受模具業的青睞。

　　混粉電火花加工的原理是：由于工作介質中混入一定比例的導電性或半導電性超細粉未，放電時極間距離加大，使工件與電極之間的寄生電容急劇減少，破壞性的寄生電容放電不再出現，容易形成電火花放電，較常規電火花加工的放電間隙變大，能夠有效防止集中放電發生，使放電在加工表面均勻產生，相應放電蝕坑在加工表面均勻分布，形成大而淺的放電蝕坑�；ハ嘀丿B的盤狀凹坑表面，比普通放電表面要平整，減少了光的亂反射并形成閃光的鏡面。

　　混粉電火花加工要求選擇合適的粉末添加劑和混粉工作液循環裝置，進行粉末添加劑的濃度管理，利用擴散裝置來消除濃度的誤差。

　　2.3 多電極更換成形工藝及材料余量的控制

　　電火花加工的工藝過程就是一個從粗加工到精加工的加工過程。鏡面電火花加工采用多電極更換的工藝方法。根據加工部位在粗、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。首先用粗加工電極，在保證一定加工質量的條件下(尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度)，采用較大的放電能量蝕除大量金屬，以縮短加工時間，提高加工效率;然后再換半精加工電極，使用較小的放電能量完成粗加工到精加工的過渡加工，達到高的加工精度和表面質量;最后用精加工電極、采用非常小的放電能量進行鏡面加工。多電極更換中，應注意控制好電極的損耗情況，要求在經過粗加工和半精加工后，保證型腔基本達到加工尺寸、形狀要求，只用一個電極來進行最終的鏡面加工。

　　鏡面加工之前的每一個工序，均要為后面的加工考慮材料余量。選擇合理的工序間材料余量是保證加工質量與加工效率的關鍵。較大的材料余量會降低加工速度。較小的材料余量會影響加工的表面粗糙度。最理想的加工狀況是第一個條件加工完后，其后的加工只是修光第一個加工條件形成的表面不平度，而不打掉新的材料，也就是把每個條件的材料余量按零對待。但實際加工時，考慮到放電狀況受到的制約因素千變萬化，因此為了安全要考慮材料余量，余量的大小可根據實際的放電狀況而定，對于那些放電比較穩定，加工狀態比較好的情況，可適當減小材料余量，以提高加工速度。

　　2.4 合理配置鏡面加工的電規準

　　鏡面電火花加工電規準配置的一般原則：主參數選用小的峰值電流、小的脈沖寬度、較大的脈沖間隙。峰值電流選的越小，脈沖寬度越小，脈沖間隙越大，加工表面粗糙度值就越小。選用很小的峰值電流，往往在很大程度上影響了加工效率，因此混粉加工中，在滿足一定表面粗糙度要求的前提下為提高效率 ，應選用較大的峰值電流和較小的脈沖寬度。與常規加工不同的是在小脈寬條件下，混粉電火花加工可以產生較高的加工效率，因為混粉工作液使擊穿放電變得容易，在小脈寬條件下也會發生擊穿放電，減小脈沖寬度，會使單位時間內的放電次數增加，使加工效率保持較高的水平。鏡面電火花加工應采用負極性加工，有助于獲得更好的表面粗糙度值。另外，在鏡面電火花加工中，一些非主要電參數的選擇同樣非常重要，與常規加工的選擇也存在一些差別，如放電時間要設長些，抬刀高度短些，抬刀速度不能太快，這樣設置的目的是為了維持一個穩定的小能量電蝕過程，因為在鏡面加工中，本身就不會產生很多的電蝕產物，過勤的抬刀動作反而會干擾放電的持續穩定進行。

　　目前先進的數控電火花機床的電規準配置方法一般是智能化的。機床具有許多成套的加工參數，都是通過大量的工藝實驗取得的最佳參數組合，可以根據加工要求來檢索加工條件，如輸入加工面積、加工形狀、電極錐度、電極尺寸縮放量、搖動方式以及加工表面粗糙度值等，機床就能配置出最優的電規準，它將加工過程分用多個加工條件段進行加工，逐段降低電蝕能力，智能設置各段的材料余量。這種智能方式選用的電規準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。注意的是檢索加工條件時輸入的項目要準確，如果與實際情況存在差別，將會影響檢索電參數的加工效果，如輸入的加工面積比實際面積偏大的話，加工后的表面粗糙值會比要求值大些。

　　2.5 運用搖動加工方法保證鏡面加工的順利進行

　　在鏡面電火花加工的過程中，由于放電能量很小，排屑效果不理想，較容易觸發局部集中放電的情況，使加工不能穩定進行。為了提高加工的穩定性，可采用搖動加工。在穩定的放電狀態下，可獲得側面與底面更均勻的表面粗糙度，更容易控制加工尺寸。特別是在進行復雜形狀的加工中，采用搖動加工方法能顯著地提高加工的穩定性，因此在加工中被廣泛采用。一些數控電火花機床新開發的搖動功能，能使電極沿著目標加工形狀不斷在搖動中加工，消除了電極的停滯，可實現無波形和麻坑的均一加工表面。

　　2.6 對工具電極和工件的要求

　　對電極的要求主要包括表面粗糙度、材料、縮放尺寸、精度等方面。電火花加工的過程就是把電極的形狀復制到工件上去。由此可知，電極表面粗糙度在一定程度上決定了加工出工件的表面粗糙度，所以鏡面加工用的電極必須進行精修拋光，以達到高光潔的表面。但并不要求電極的表面要達到鏡面要求，一般表面粗糙度只要達到Ra0.3μm左右就可以，可以根據加工經驗來說明這個問題：拋光后的電極在鏡面加工后，電極呈暗紅色、略粗的表面，而工件呈鏡面效果。用于鏡面加工的電極材料必須導電性優良、質地均勻、具有放電穩定等特點。純銅、銅鎢電極加工性能很好，不易發生電弧放電或過渡電弧放電，能滿足鏡面加工要求。石墨電極在精加工中易剝落，易產生放電不穩定現象，一般不用來作為鏡面加工的電極材料。工具電極的縮放尺寸決定了搖動量的大小，也決定加工選用電規準能量的大小，直接影響加工速度、仿形精度等工藝指標。一般鏡面加工電極的尺寸縮放量取單側0.2～0.05 mm，在加工面積比較小時可取小一些，仿形精度要求高時可取小一些，混粉加工時適當取大一些。由于鏡面加工采用多電極更換成形工藝，這就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進行重復定位等先進工藝來滿足鏡面加工中電極的要求。

　　鏡面加工的效果根據工件材料的不同而不同，對于有鏡面要求的型腔模，應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，這些材料的電蝕性能非常優越。

　　2.7 鏡面加工中的一些操作技巧

　　鏡面加工電規準的電蝕能力非常弱，加工過程需要花費很長的時間。由于鏡面加工時的尺寸變化已經較小，只起修光作用，實際上只要加工到要求的表面粗糙度后就可結束加工，因此可采用數控電火花機床的定時加工功能(G86指令)，根據經驗來決定加工多長時間。

　　如果鏡面加工的型腔為規則的旋轉形狀，若機床配置有C軸，那么采用工具電極與C軸同心的夾具(如EROWA、3R夾具)，加工時使C軸作旋轉運動，則可達到非常穩定的加工，可改善表面粗糙度。但鏡面加工中C軸轉速不能太快，否則會導致加工過程穩定性趨壞，起弧現象加劇，反而使表面粗糙度值增大。

　　鏡面加工時工作液的處理方式也很重要，一般在浸油加工的基礎上可加適當壓力的側沖液，使加工部位的工作液處于輕微的循環狀態。絕對不要使用強烈的沖液，強烈的沖刷作用會干擾微放電過程的正常形成。

　　根據加工經驗發現，只要加工各環節處理得當，在鏡面加工中一般不會產生積碳現象，因此在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，因為粉墨層能使工具電極和工件加工面積之間的寄生、潛布電容減少，使放電能量均勻分布。

　　3 結束語

　　隨著市場對模具制造提出的更高要求，鏡面電火花加工將成為精密型腔模制造的一種必不可少的技術。型腔模鏡面電火花加工的探討，對于推廣這一技術的應用提供參考作用。