现代模具制造中的电火花加工技术

来源：现代模具作者：曹凤国杨大勇伏金娟发布时间：2007-11-06

近年来随着记忆装置的大容量化加速了IC(集成电路)组件的高集成化，集成电路框架模具的窄缝尺寸要求越来越小，尺寸精度和步距精度要求越来越高。图6是在油性介质中加工的集成电路框架32工位级进模的应用实例。该模具材质为硬质合金，厚度1mm，使用的电极丝直径Ф0.05mm，加工后表面粗糙度Ra0.078mm(Ry0.56mm)，表面变质层很小，实现了最小窄缝宽度70mm、最小内拐角R18mm、形状精度－0.7mm～＋0.4mm的亚微米级加工精度。

图5 两种工作介质切割表面质量对比图6 集成电路框架32工位级进模照片

3大锥度高速走丝线切割技术

图7是北京迪蒙卡特公司生产的大锥度高速走丝线切割机走丝系统照片，该机床在技术上解决了大锥度高精密模具以及在军工、家电、航空等领域迫切需要解决的关键加工问题。该机床最大

加工锥度范围为82º，最大加工高度为800mm，在锥度60º时加工精度≤0.02mm，在锥度82º时加工精度≤0.03mm，在加工厚度500mm时，加工精度≤0.02mm，加工速度可达到140mm²/min，最佳表面粗糙度可达到Ra2.0mm。图8是利用该机床加工的一种冷冲刀具模具的照片。该模具材质采用SLD特种冷冲模合金钢，表面镀钛处理，外形尺寸：总长度45.72mm，总宽度15.9mm，高度17.8mm，最大锥度为71º。该零件锥度切割后，测量上面刃口任意部分尺寸，精度误差≤0.02mm，达到了较好的冲裁效果。

图7 82º大锥度走丝系统照片图8 冷冲刀具模具照片

4高速走丝线切割多次切割技术

高速走丝线切割技术是中国人发明的，高速走丝线切割机在我国已经形成了一个相当大的市场规模。据粗略估计，目前年产销量已超过4万台，年销售额约15亿元，以不争的事实，证明了高速走丝线切割具有较强的市场生命力。但加工精度一直是一大难题，影响着机床的应用范围。近年来国内许多厂家突破了多次切割中的关键技术问题，提高了加工工艺水平，并已形成产品进入市场。多次切割高速走丝线切割机目前达到的工艺水平：苏州新火花公司的多次切割高速走丝线切割机床，三次切割能获得Ra≤1.2mm，平均加工速度为≥50mm²/min，加工件表面光泽、无换向条纹，单次切割的最大加工效率可达140mm²/min。上海大量TP系列多次切割机进行三次切割后Ra≤1.0mm，加工精度≤6.0mm。

5多轴联动数控电火花加工技术

多轴联动数控电火花加工技术是在机床上装备分度旋转轴U轴(C轴)、V轴(B轴)、W轴(A轴)，配合其他三个直线运动轴进行的多轴联动加工方法，它在模具制造等领域具有非常重要的作用，特别是加工表面形状复杂的关键性零部件时，更具有不可替代的作用。图9是北京市电加工研究所研制开发的可用于六轴数控五轴联动加工的电火花数控系统界面。

图9 六轴数控五轴联动加工的数控系统加工界面图10 五轴五联动加工的整体叶轮零件照片

整体叶轮是火箭发动机、飞机发动机以及航空机载设备的重要零件之一。整体叶轮工作在高温、高压、高转速条件下，选用材料多为不锈钢、高温耐热合金和钛合金等难切削材料，再加上其为整体结构，带有复杂型面的叶片，使得它的制造非常困难，成为航空航天制造技术中的关键。目前国外采用五轴联动电火花成形加工的方法，如图10所示为国外进口的整体叶轮零件照片，该零件采用电火花五轴五联动加工。图11是国内采用四轴四联动加工的带冠涡轮转子组件的照片，该形状的零件用机械加工方法是很难实现的。

图11 四轴四联动加工的带冠涡轮转子组件照片

木工聚晶金刚石刀具的加工是多轴联动数控电火花加工技术又一成功应用领域之一。图12是螺旋线木工聚晶金刚石刀具在机加工各部分安装位置照片。该刀具的特点是多齿刀刃分布在圆柱面的螺旋线上，加工难度不仅在于加工时要进行联动的螺旋线插补，还要能够进行在线测量。因此在加工系统上加装了精密的电感位移传感器，利用系统已有的接触感知功能进行精密在线测量。在机械装置上将分度轴安装在工作台上作为绕X轴旋转的A轴使用，将R轴水平安装在Z轴上，圆盘紫铜电极装夹在R轴上进行高速旋转；被加工的聚晶金刚石刀具装夹在A轴上，与X、Z轴进行伺服联动，用电火花磨削的方法进行加工。图13所示为盘式聚晶金刚石木工刀具在机加工各部分装置安装位置图，该木工刀具的特点是12个齿刀刃均匀分布在圆周上，采用圆盘石墨电极装夹在R轴上进行高速旋转；被加工的聚晶金刚石刀具装夹在A轴上，与X、Z轴进行伺服联动加工而成。

图12 螺旋线聚晶金刚石刀具加工照片图13 盘式聚晶金刚石刀具加工照片

6镜面加工技术

随着科学技术的不断发展，对模具零件的要求不断提高，即要求加工精度高，表面质量好，而且要具有很好的耐磨性和耐蚀性。常规电火花加工工艺不易获得低表面粗糙度值的加工表面，特别是加工面积增大时，由于极间寄生电容的影响，很难获得高质量的加工表面，同时普通电火花加工会在工件表面产生一层具有残余拉应力、含有较多微裂纹的“白层”，对提高零件的使用寿命不利，为此人们不得不在电火花加工后安排抛光、研磨等工序，一方面降低加工表面粗糙度值，另一方面去掉加工表面“白层”。这样势必使加工周期变长，生产成本增加。而且对一些复杂的型面或小孔、窄槽等极难进行抛光、研磨。镜面加工技术的出现较好的解决了这一问题。