电火花加工技术在模具制造中的应用

王芳 蔡方方

摘要：在模具工业技术快速发展的新形势下，越来越多的模具采用了具有高强度、高硬度、高韧性等特殊性能的难加工材料，而传统的加工方法已经难以应对，以电火花加工为代表的特种加工技术解决了难加工材料的模具加工难题，并有着其它加工方法无可替代的优点，成为模具制造中的主力装备。

关键词：传统加工  电火花加工  模具

1、引言

电火花加工原理是基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，主要有电火花线切割加工和电火花成型加工，一般主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件;加工各种硬脆材料，如硬质合金和淬火钢等;加工异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等;加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。

塑料模具生产的塑料制品在机械、电子工业中有着广泛的应用[1]。塑料模具分为压缩模、压注模、注射模、挤出模、吹塑模等，在小型注射模型制造中，尤其是成型产品复杂的模具，其型芯、滑块、斜销等零件的沟槽拐角特别多，电火花加工比铣削加工更有优越性。大多塑料模零件通常也采用电火花加工来完成最终精加工[2]，加工完成的质量直接影响模具零件的装配性能或成型精度。

2、电火花加工模具的特点

电火花加工是与机械加工性质完全不同的一种新工艺、新技术。电火花加工不用机械能量，不靠切削力去除金属，而是直接利用电能和热能来去除金属，已成为常规切削、磨削加工的重要补充，电火花加工具有以柔克刚、精密微细、仿形逼真等其他加工方法所不及的突出特点，成为模具制造中重要的加工方法。相对于机械切削加工而言，电火花加工具有以下一些特点：

（1）适合用传统机械加工方法难以加工材料的加工。

（2）脉冲放电持续时间短，放电时产生的热量传导扩算范围小，材料受热影响范围小。

（3）可改善工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。

（4）易于实现控制和加工自动化。电火花加工直接利用电能加工，而电能、电参数易于数字控制，因此电火花加工适应智能化和无人化操作等。

3、电火花加工模具应具备的条件

模具零件在制造前，根据本身特点、加工要求来确定合理的加工工艺。一般来说，对于刀具难够到的复杂表面，在需要深度切削的地方，在长径比特别高的地方[3]，精密小型腔、窄缝、沟槽、拐角，不便于切削加工装夹，材料硬度很高的加工场合，就要选用电火花加工，电火花加工应具备以下条件：

（1）脉冲放电点必须有足够大的能量密度，能使金属局部熔化和气化，并在放电爆炸力的作用下，把熔化的金属抛出来，放电过程通常在液体介质中进行。

（2）工具电极和工件被加工表面之间要保持一定的放电间隙，间隙随加工条件而定，一般为几微米至几百微米，间隙过大会造成极间电压不能击穿极间介质。因此，电火花加工时要有工具电极的自动进给和调节装置。

（3）放电形式是脉冲放电，放电时间为10-7～10-3s，这样放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，每次放电点分布在很小的范围内，否则像持续电弧放电，产生大量热量，只是金属表面熔化、烧伤，只能用于焊接或切割。

（4）加工过程中产生的电蚀产物（包括加工焦油、气体之类的介质分解产物）和余热能及时从加工间隙中排除出去，保证加工正常地持续进行。

（5）相邻两次脉冲放电的间隔时间内，电极间的介质必须能及时消除电离，避免在同一点上持续放电而形成集中的稳定电弧。

（6）电火花放电加工的液体介质必须是绝缘性能的，例如煤油、皂化液或去离子水等，必须具有较高的绝缘强度 （10-3～10-7Ω·cm，）以利于产生脉冲性的放电火花。同時，工作液应能及时清除电火花加工过程中产生的金属小屑、碳黑等电蚀产物，对工具电极和工件表面有较好的冷却作用。

4、电火花加工模具的应用场合

（1）加工各种形状复杂的型腔和型孔，加工如冲模的型孔和注射模、吹塑模、压铸模的型腔。

塑料模具中，动模和定模是塑料模具的主要组成部分[4]。动模也称型芯或凸模，多装注塑机的动模板上。定模也称型腔或凹模，多装在注塑机的定模板上。动模和定模通常都要经过淬火处理，硬度极高，一般加工方法难以加工，特别是小孔与异型孔。数控电火花线切割在动模加工中的应用常有镶件孔、顶针孔、司筒孔、斜顶孔等的加工[5]。在定模加工中的应用常有镶件孔、镶针孔等的加工。

（2）混粉加工方法实现精密型腔模具镜面加工效果。

在放电加工液内混入粉末添加剂，以高速获得光泽面的加工方法称之为混粉加工。其原理是电火花工作液中加入一定比例的导电粉末，放电间隙增大，电极间的寄生电容和电流密度减少;使放电点分散、放电集中现象减少。混粉方法加工镜面主要技术要求有：电火花机床具有镜面精加工电路（具有极小的单个脉冲能量）;选择合适的粉末添加剂;进行粉末添加剂的浓度管理;利用扩散装置来消除浓度的误差;采用无冲液处理方式。混粉加工技术的发展，使精密型腔模具镜面加工成为现实。

（3）多轴联动加工方法实现复杂型腔模具加工。

近年来，随着模具工业和计算机技术的发展，促进了多轴联动电火花加工技术的进步。采用多轴回转系统与多种直线运动协调组合成多种复合运动方式，以适应不同种类工件的加工要求，扩大了数控电火花加工的加工范围，提高其在精密加工方面的比较优势和技术效益。数控电火花加工机床可利用多轴联动很方便地实现传统电火花机床难以加工的复杂型腔模具或微小零件的加工，如三维螺旋面、微细齿轮、微细齿条等。

5、结束语

电火花加工过程中，影响加工质量的因素较多，在具体加工时应根据工件的加工要求，电极与工件的材料，加工的工艺指标等因素来合理选择加工参数，并通过工艺试验和生产实践掌握其转换规律，以提高模具加工精度，加工生产率和经济性。随着人们对产品的要求越来越高，新产品的更新速度越来越快，模具生产企业如果能把这些问题妥当解决，相信在不久的将来，电火花加工技术在模具工业中会具有越来越广泛的应用，也具有越来越美好的前景。

参考文献：

[1]田福祥.现代模具特点及发展趋势[J].青岛理工大学研究院，2004.

[2]李和平.肖根福.模具技术现状与发展趋势综述[J].2006年27卷02M期》.

[3]李明辉.电火花线切割技术的研究现状及发展趋势[J]，模具技术，2002，（6）： 49-52.

[4]杨大勇.电加工与模具[J].北京市电加工研究所，2010年增刊.

[5]张学仁，等，数控电火花线切割加工技术[J].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，200