电火花线切割技术在模具型腔电极加工中的应用
2014-07-24柯建平宋国亮付宏生
柯建平+宋国亮+付宏生
摘要：电火花线切割加工是当前模具加工的重要方法之一，有着其它加工方法无可替代的优点。它是一种直接利用电能和热能进行加工的工艺。对于模具型腔电极的加工，电火花线切割加工设备可以作为首选。本文就注射模具（徽标）模具电极的制造中的实际情况，说明了采用电火花线切割加工的方法，分析了模具型腔精度与电极的关系等。
关键词：电火花线切割加工 模具型腔电极 工艺
一些具有复杂结构的工件，复杂的型腔，凹模型孔的模具采用传统的切削方法往往很难实现，因而特种加工技术得以广泛应用。其中，电火花线切割加工方法就是其中之一，在模具制造工业中被广泛应用于型孔及型腔的加工。对于模具型腔电极的加工，电火花线切割加工设备可以作为首选。
1 电火花线切割加工特点
电火花线切割加工是指在工具电极（电极丝）和工件间施加脉冲电压，使电压击穿间隙产生火花放电的一种加工方法。现电火花线切割加工机床以其特有的生命力迅速在全世界得到广泛应用和普及，成为全世界拥有量最多的电加工机床。同时也是模具制造与加工行业必不可少的加工机床。
电火花线切割具有电火花加工的共性，金属材料的硬度和韧性并不影响加工速度，常用来加工淬火钢和硬质合金等。当前绝大多数的线切割机床，都采用数字程序控制，其工艺特点如下：
1.1 不像电火花成形加工那样制造特定形状的工具电极，而是采用直径不等的细金属丝（铜丝或钼丝等）作工具电极，因此切割用的刀具简单，大大降低生产准备工时。
1.2 利用计算机辅助制图自动编程软件，可方便地加工复杂形状的直纹表面。
1.3 电极丝直径较细（Φ0.025～Φ0.3mm）切缝很窄，这样不仅有利于材料的利用，而且适合加工细小零件。
1.4 电极丝在加工中是移动的，不断更新（低速走丝）或往复使用（高速走丝），可以完全或短时间不考虑电极丝损耗对加工精度的影响。
1.5 依靠计算机对电极丝轨迹的控制和偏移轨迹的计算，可方便地调整凹凸模具的配合间隙，依靠锥度切割功能，可实现凹凸模一次加工成形。
1.6 对于粗、半精、精加工，只需调整电参数即可，操作方便、自动化程度高。
1.7 加工对象主要是平面形状，台阶盲孔型零件还无法进行加工。但是当机床上加上能使电极丝作相应倾斜运动的功能后，可实现锥面加工。
1.8 当零件无法从周边切入时，工件上需钻穿丝孔完成加工。
2 以加工（徽标）电极制作为例说明快走丝电火花线切割机床应用
2.1 加工前的准备工作
此机床可输出3B、4b及ISO格式的线切割加工程序。其自动化编程的过程一般有以下几步：
①利用ET HL微机线切割的CAD功能绘制加工图形。②生成加工轨迹及加工仿真。③生成线切割加工程序。④将线切割加工程序传输给线切割加工机床。
其操作简单，功能齐全，现场数据停电记忆，上电恢复，应用广泛，根据对校标图纸的分析，故选择一般快走丝机床即可。
2.2 技术要求
①工件坯料（尺寸为50mm×50mm×6mm）一块，材料紫铜。②型腔尺寸按凸模尺寸配双面间隙0.02。③表面光洁度Ra3.2。
2.3 工艺参数的确定
该工件线切割加工的电极丝选φ0.12mm的钼丝，单面放电间隙为0.01mm。脉宽为12Js，脉间为5倍脉宽，功放电流为3组，加工电流为1.2A。
2.4 工件的装夹、定位与校正
工件装夹的形式对加工精度有着直接的影响。电火花线切割加工机床的夹具比较简单，一般在通用夹具上采用压板螺钉固定工件（机床出厂时通常提供一对夹持板形工件的夹具）。为了适应各种形状工件加工的需要，通常还可使用磁性夹具等。
工件装夹的一般要求：
①工件的基准面应清洁且无毛刺。②夹具应具备必要的精度，使其稳固地固定在工作台上，拧紧螺丝时用力必须均匀。③工件装夹的位置应有利于工件找正。④对工件的夹紧力必须均匀，不得使工件变形或翘起。⑤大批零件加工时，最好采用专用夹具，以提高生产效率。⑥细小、精密、薄壁的工件应固定在不易变形的辅助夹具上。
本工件选择两端支撑夹具，调整垂直度并找正，使其稳固地固定在工作台上，拧紧螺丝时用力必须均匀，留有足够的加工余量，工作台移动时工件不得与丝架相碰。
2.5 绘图编程及操作加工
编程方法一般有手工编程和自动编程。当所切割的工件形状十分复杂、手工编程的工作量很大且出错率高时，必须应用计算机编程，即自动编程（计算机绘图自动生成程序）。本工件选择绘图自动生成程序。
首先绘制工件图形
2.5.1 作圆
①选择‘基本曲线—圆，用“圆心+半径”方式作圆。②系统提示：圆心
2.5.2 作直线
①选择‘基本曲线—直线，选用“两点直线”方式，系统提示输入“直线端点
2.5.3 最后编辑
①将有用线段打上交点，没用的线段打断。②将图形上方画上挂环，下方画上倒三角，最终结果如图2所示。
说明：进刀点位置与进刀线长度可根据需要随意选取，应合理。③无误后数据存盘。
2.6 轨迹生成及模拟切割
①轨迹生成从数控程序进入，按系统提示进入加工路线，确认后将光标移至起始点，按系统提示选择合适的方向，完成后输入尖点圆弧半径=0，选择3B程序，根据钼丝半径选择间隙为-0.07（钼丝半径+0.01）；程序存盘。②进入模拟切割，F1 键开始，F2逆向，F3修改参数，F4终点；走刀路线如图3 所示。并判断其合理性。③生成线切割加工程序
2.7 机床加工
①机床：运丝开关一水泵开关一高频开关。②控制器：文件调入（选盘符，选文件，退出）。③开软开关（选切割，起始段，终止段）。④联机软开关一变频软开关一高频软开关。⑤实际加工。
首先选中F10自动加工，F12进给，F3选择检查是否合适的参数，连接机床并启动机床，F1开始，最后打开高频F11；直至加工完毕。
3 型腔模具的精度与电极的关系
由于徽标模具型腔比较复杂，故选择电火花线切割机床加工徽标电极，是合理的选择。
目前精密型腔模具的精度表现在尺寸精度、仿形精度、表面质量等三个方面。加工精密型腔模具应正确分析其各部位尺寸要求，灵活控制不同地方的尺寸精度。应特别重视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达±2～3微米，可见其尺寸要求的严格性。模具的精度在很大程度上取决于电极制造的精度。一副复杂模具已不可能完全靠普通加工方法制造出来，而必须采用电火花成形加工工艺，其中模具电极至关重要。第二为改进模具表面的质量，还可利用电火花脉冲放电产生高温的工作原理，用硬质合金如YG8等做电极材料，将硬质合金材料熔渗到模具及易损件的工作面上，形成一层高硬度、高强度、高耐磨、高耐温、又不剥离的硬质白色合金强化层，改变表面的物理、化学性能，是对模具进行表面处理非常有效的方法。第三仿形精度要求亦高，型腔应清角，棱角清楚。表面粗糙度值均匀，并达到预定表面精糙度值，一般要求Ra值很小，甚至要求镜面加工。
如今在模具工业快速发展的新形势下，电火花线切割加工技术已取得了突破性的进展，不仅是过去、现在的模具制造中被广泛应用，相信在今后的模具加工中必将发挥引领作用。
参考文献：
[1]狄士春，于滨，赵万生，迟关心.微细电火花线切割加工技术的研究现状及发展趋势[J].航空精密制造技术，2004（01）.
[2]陈德忠.电火花线切割加工技术在模具制造中的应用[J].机械工人.冷加工，2003（06）.
[3]郭俊杰.电火花线切割技术的研究现状及发展趋势[J].机电产品开发与创新，2008（02）.endprint
说明：进刀点位置与进刀线长度可根据需要随意选取，应合理。③无误后数据存盘。
2.6 轨迹生成及模拟切割
①轨迹生成从数控程序进入，按系统提示进入加工路线，确认后将光标移至起始点，按系统提示选择合适的方向，完成后输入尖点圆弧半径=0，选择3B程序，根据钼丝半径选择间隙为-0.07（钼丝半径+0.01）；程序存盘。②进入模拟切割，F1 键开始，F2逆向，F3修改参数，F4终点；走刀路线如图3 所示。并判断其合理性。③生成线切割加工程序
2.7 机床加工
①机床：运丝开关一水泵开关一高频开关。②控制器：文件调入（选盘符，选文件，退出）。③开软开关（选切割，起始段，终止段）。④联机软开关一变频软开关一高频软开关。⑤实际加工。
首先选中F10自动加工，F12进给，F3选择检查是否合适的参数，连接机床并启动机床，F1开始，最后打开高频F11；直至加工完毕。
3 型腔模具的精度与电极的关系
由于徽标模具型腔比较复杂，故选择电火花线切割机床加工徽标电极，是合理的选择。
目前精密型腔模具的精度表现在尺寸精度、仿形精度、表面质量等三个方面。加工精密型腔模具应正确分析其各部位尺寸要求，灵活控制不同地方的尺寸精度。应特别重视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达±2～3微米，可见其尺寸要求的严格性。模具的精度在很大程度上取决于电极制造的精度。一副复杂模具已不可能完全靠普通加工方法制造出来，而必须采用电火花成形加工工艺，其中模具电极至关重要。第二为改进模具表面的质量，还可利用电火花脉冲放电产生高温的工作原理，用硬质合金如YG8等做电极材料，将硬质合金材料熔渗到模具及易损件的工作面上，形成一层高硬度、高强度、高耐磨、高耐温、又不剥离的硬质白色合金强化层，改变表面的物理、化学性能，是对模具进行表面处理非常有效的方法。第三仿形精度要求亦高，型腔应清角，棱角清楚。表面粗糙度值均匀，并达到预定表面精糙度值，一般要求Ra值很小，甚至要求镜面加工。
如今在模具工业快速发展的新形势下，电火花线切割加工技术已取得了突破性的进展，不仅是过去、现在的模具制造中被广泛应用，相信在今后的模具加工中必将发挥引领作用。
参考文献：
[1]狄士春，于滨，赵万生，迟关心.微细电火花线切割加工技术的研究现状及发展趋势[J].航空精密制造技术，2004（01）.
[2]陈德忠.电火花线切割加工技术在模具制造中的应用[J].机械工人.冷加工，2003（06）.
[3]郭俊杰.电火花线切割技术的研究现状及发展趋势[J].机电产品开发与创新，2008（02）.endprint
说明：进刀点位置与进刀线长度可根据需要随意选取，应合理。③无误后数据存盘。
2.6 轨迹生成及模拟切割
①轨迹生成从数控程序进入，按系统提示进入加工路线，确认后将光标移至起始点，按系统提示选择合适的方向，完成后输入尖点圆弧半径=0，选择3B程序，根据钼丝半径选择间隙为-0.07（钼丝半径+0.01）；程序存盘。②进入模拟切割，F1 键开始，F2逆向，F3修改参数，F4终点；走刀路线如图3 所示。并判断其合理性。③生成线切割加工程序
2.7 机床加工
①机床：运丝开关一水泵开关一高频开关。②控制器：文件调入（选盘符，选文件，退出）。③开软开关（选切割，起始段，终止段）。④联机软开关一变频软开关一高频软开关。⑤实际加工。
首先选中F10自动加工，F12进给，F3选择检查是否合适的参数，连接机床并启动机床，F1开始，最后打开高频F11；直至加工完毕。
3 型腔模具的精度与电极的关系
由于徽标模具型腔比较复杂，故选择电火花线切割机床加工徽标电极，是合理的选择。
目前精密型腔模具的精度表现在尺寸精度、仿形精度、表面质量等三个方面。加工精密型腔模具应正确分析其各部位尺寸要求，灵活控制不同地方的尺寸精度。应特别重视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达±2～3微米，可见其尺寸要求的严格性。模具的精度在很大程度上取决于电极制造的精度。一副复杂模具已不可能完全靠普通加工方法制造出来，而必须采用电火花成形加工工艺，其中模具电极至关重要。第二为改进模具表面的质量，还可利用电火花脉冲放电产生高温的工作原理，用硬质合金如YG8等做电极材料，将硬质合金材料熔渗到模具及易损件的工作面上，形成一层高硬度、高强度、高耐磨、高耐温、又不剥离的硬质白色合金强化层，改变表面的物理、化学性能，是对模具进行表面处理非常有效的方法。第三仿形精度要求亦高，型腔应清角，棱角清楚。表面粗糙度值均匀，并达到预定表面精糙度值，一般要求Ra值很小，甚至要求镜面加工。
如今在模具工业快速发展的新形势下，电火花线切割加工技术已取得了突破性的进展，不仅是过去、现在的模具制造中被广泛应用，相信在今后的模具加工中必将发挥引领作用。
参考文献：
[1]狄士春，于滨，赵万生，迟关心.微细电火花线切割加工技术的研究现状及发展趋势[J].航空精密制造技术，2004（01）.
[2]陈德忠.电火花线切割加工技术在模具制造中的应用[J].机械工人.冷加工，2003（06）.
[3]郭俊杰.电火花线切割技术的研究现状及发展趋势[J].机电产品开发与创新，2008（02）.endprint
