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(fā)展起來的一種新技術(shù)，在精密型腔模制造中發(fā)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(yīng)用技術(shù)進行了探討，對模具電火花加工具有一定的參考價值。
關(guān)鍵詞：型腔模;鏡面電火花加工;混粉技術(shù);工藝方法
1 引 言
電火花加工技術(shù)廣泛地應(yīng)用于型腔模制造中。當前，模具制造技術(shù)的快速發(fā)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(shù)指標。目前電火花加工技術(shù)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(fā)新的工藝方法，已能實現(xiàn)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(zhì)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(yīng)用于復(fù)雜模具型腔、尤其是不便于進行拋光作業(yè)的復(fù)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(jù)實際加工經(jīng)驗，對精密型腔模鏡面電火花加工的關(guān)鍵技術(shù)進行探討。
2.1 電火花機床應(yīng)具有鏡面精加工電路
要成功地實現(xiàn)鏡面加工，最關(guān)鍵的因素是電火花機床應(yīng)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(wěn)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(shù)控電火花機床都開發(fā)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(xù)穩(wěn)定放電，不能保證可靠的預(yù)定加工效果，因此一般不能用于鏡面加工�？梢�，選擇高性能的放電機床是實現(xiàn)鏡面加工的前提條件。
2.2 運用混粉技術(shù)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(guān)添加劑，以期使加工表面獲得鏡面效果。使用混粉加工技術(shù)，能夠在同樣的電參數(shù)條件下，比不使用混粉加工技術(shù)獲得更快的加工速度(使精加工時間縮短20%-30%)和更優(yōu)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(shù)已經(jīng)商品化，和一些數(shù)控電火花成形機床配套應(yīng)用，深受模具業(yè)的青睞。
混粉電火花加工的原理是：由于工作介質(zhì)中混入一定比例的導(dǎo)電性或半導(dǎo)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(xiàn)，容易形成電火花放電，較常規(guī)電火花加工的放電間隙變大，能夠有效防止集中放電發(fā)生，使放電在加工表面均勻產(chǎn)生，相應(yīng)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(huán)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(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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(yīng)注意控制好電極的損耗情況，要求在經(jīng)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(zhì)量與加工效率的關(guān)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?nèi)f化，因此為了安全要考慮材料余量，余量的大小可根據(jù)實際的放電狀況而定，對于那些放電比較穩(wěn)定，加工狀態(tài)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(guī)準
鏡面電火花加工電規(guī)準配置的一般原則：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。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(yīng)選用較大的峰值電流和較小的脈沖寬度。與常規(guī)加工不同的是在小脈寬條件下，混粉電火花加工可以產(chǎn)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(fā)生擊穿放電，減小脈沖寬度，會使單位時間內(nèi)的放電次數(shù)增加，使加工效率保持較高的水平。鏡面電火花加工應(yīng)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(shù)的選擇同樣非常重要，與常規(guī)加工的選擇也存在一些差別，如放電時間要設(shè)長些，抬刀高度短些，抬刀速度不能太快，這樣設(shè)置的目的是為了維持一個穩(wěn)定的小能量電蝕過程，因為在鏡面加工中，本身就不會產(chǎn)生很多的電蝕產(chǎn)物，過勤的抬刀動作反而會干擾放電的持續(xù)穩(wěn)定進行。
目前先進的數(shù)控電火花機床的電規(guī)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(shù)，都是通過大量的工藝實驗取得的最佳參數(shù)組合，可以根據(jù)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(yōu)的電規(guī)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(shè)置各段的材料余量。這種智能方式選用的電規(guī)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(yù)。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(shù)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(fā)局部集中放電的情況，使加工不能穩(wěn)定進行。為了提高加工的穩(wěn)定性，可采用搖動加工。在穩(wěn)定的放電狀態(tài)下，可獲得側(cè)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(fù)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(wěn)定性，因此在加工中被廣泛采用。一些數(shù)控電火花機床新開發(fā)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(xiàn)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(fù)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(jù)加工經(jīng)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(dǎo)電性優(yōu)良、質(zhì)地均勻、具有放電穩(wěn)定等特點。純銅、銅鎢電極加工性能很好，不易發(fā)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(chǎn)生放電不穩(wěn)定現(xiàn)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(guī)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(cè)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(fù)裝夾、定位精度要高�？梢圆捎酶咚�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)進行重復(fù)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(jù)工件材料的不同而不同，對于有鏡面要求的型腔模，應(yīng)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(yōu)越。
2.7 鏡面加工中的一些操作技巧
鏡面加工電規(guī)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(jīng)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(jié)束加工，因此可采用數(shù)控電火花機床的定時加工功能(G86指令)，根據(jù)經(jīng)驗來決定加工多長時間。
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(如EROWA、3R夾具)，加工時使C軸作旋轉(zhuǎn)運動，則可達到非常穩(wěn)定的加工，可改善表面粗糙度。但鏡面加工中C軸轉(zhuǎn)速不能太快，否則會導(dǎo)致加工過程穩(wěn)定性趨壞，起弧現(xiàn)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(chǔ)上可加適當壓力的側(cè)沖液，使加工部位的工作液處于輕微的循環(huán)狀態(tài)。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(jù)加工經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，只要加工各環(huán)節(jié)處理得當，在鏡面加工中一般不會產(chǎn)生積碳現(xiàn)象，因此在加工過程中應(yīng)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(jié)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(shù)。型腔模鏡面電火花加工的探討，對于推廣這一技術(shù)的應(yīng)用提供參考作用。
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