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

6.1无混粉电火花镜面加工

北京市电加工研究所利用高性能镜面加工回路，在普通加工液中不添加任何粉末的条件下实现了较大面积的电火花镜面加工。图14是直径为Ф25mm的镜面加工照片。利用该项加工技术在直径为Ф25mm(面积为490mm²)加工面积上，达到表面粗糙度Ra0.05µm，并可清晰地像镜子一样映照出钢板尺的形状和颜色。该镜面加工回路有效克服了分布电容、分布电感等寄生参数对镜面加工的不利影响，精确控制了微小放电能量的恒量输出，并在工具电极表面形成一层炭黑膜有效保护电极表面不被损耗，提高了加工精度和工件表面质量，实现了像手机、个人掌上电脑(PDA)等中小型模具表面用电火花加工作为最终精加工工序的目的，有效地解决了深槽窄缝等不易抛光和加工精度差的问题，进一步拓展了电火花加工技术的应用范围。图15是采用该项技术加工的手机按键模具照片，电极为紫铜(面积为460mm²)，工件为SKD61热作模具钢，在普通加工液中一次加工完成的，加工后表面粗糙度为Ra0.2µm。

图14 直径Ф25mm的镜面加工照片图15 手机按键模具的镜面加工

6.2混粉电火花镜面加工

通过在工作液中添加一定浓度的导电性硅、铝等微粉，而改变电火花放电状态，使大面积电火花加工表面粗糙度值显著降低，表面性能(耐磨、耐蚀等)得到改善，克服了常规电火花加工表面粗糙度、表面性能差的缺点，使电火花加工作为大面积精密、复杂型面的最终加工成为可能，从而省去了后续抛光工序，使产品的制作周期、工人的劳动强度减少。图16是在日本沙迪克公司PGM65高速镜面电火花成形加工机床上加工的发动机箱盖的压铸模具。该模具的特点是几乎没有平面，由曲面组成，不易抛光。模具的材料为SKD61热作模具钢，加工部位的平面尺寸为200×150mm，加工深度为41mm，加工表面粗糙度为Rmax1.8µm；电极的材料为ISO-63石墨，粗、精加工各用一个电极，粗加工电极的单边缩放量为500µm，精加工电极的单边缩放量为300µm。模具加工时，首先采用普通电火花进行6小时的粗、中加工，表面粗糙度达Rmax8～10µm；然后用混粉电火花进行30小时的精加工。加工结果：表面粗糙度达Rmax1.8µm，表面变质层≤4µm，表面光亮度好。

图16 发动机箱盖压铸模具的电火花镜面加工

7高性能脉冲电源的控制技术

高性能脉冲电源控制技术主要体现在三个方面：即蚀除脉冲精度的精确控制、阻断清扫脉冲的控制、稳定放电脉冲的控制。下面简单说明后两种控制技术对加工结果的影响。

7.1阻断清扫脉冲控制技术

瑞士AGIE-Hyperspark脉冲电源的阻断清扫脉冲控制技术是在放电柱渐近进入饱和状态前突加一个适当的高电流脉冲，以阻断已没有蚀除作用的放电柱，形成第一次材料抛出，凹坑中有明显残留物(见图17a)；然后重建新的放电柱，在其扩展过程中又会有些蚀除，更重要的是在其放电结束后的第二次材料抛出时，将原坑中的残料充分清除，形成光滑干净的放电凹坑(见图17b)，此放电凹坑比通常脉冲的放电凹坑来得浅平，从而使表面粗糙度减少，白层(变质层)减薄。由于脉冲蚀除量的增加，以及表面质量改善使后续精修省力，故此项技术使加工效率提高(采用铜和石墨电极时平均提高30%，深窄槽加工提高50%)，电极损耗降低。例如用Ф10mm，45º尖劈形石墨电极加工钢，加工深度12mm，加工结果：长度损耗0.1mm(相对损耗0.8%)，表面粗糙度Ra1.6µm，加工时间30min，而常规脉冲电源加工时间为41min，提高27%。

a)第一次材料抛出凹坑状况 b)第二次材料抛出凹坑状况

图17 采用阻断清扫脉冲加工的凹坑状况

7.2逐个脉冲检测技术

实现逐个脉冲检测并做出相应对策的首要条件是速度要快，为此AGIE-Hyperspark脉冲电源研制了FPGA脉冲优化模块，具有超强计算能力(30MIPS)，可在约33.3ns时间内对脉冲前沿的状况进行一次检测，不仅可以消除拉弧的风险，还可以按照使用中对效率和表面质量(表面粗糙度的一致性和加工表面平整性)的权重来设定阈值。有了这一脉冲控制技术使300×300mm(面积为90000mm²)的大面积精加工得以实现。

8高精度的机械装备系统和自动交换技术

高精度的机械装备系统和自动交换技术有效地解决了精密模具的合模问题，提高了机床的使用效率，缩短了模具的制造周期。图18是日本牧野公司生产的EDGE3型全自动电火花加工机床。该机床带有电极自动交换(AEC)和工件自动交换(AWC)系统。AEC可采用EROWA ITS系统、3R系统或牧野的Y形系统，分直排交换式和旋转交换式二种。直排交换式电极容量为4根，旋转交换式电极容量为8～32根，使用卡盘适配器交换时最大电极重量(含电极夹具)40kg，AEC交换时间一般为20s；AWC有通用性的平面工件库和工件货盘交换装置两种，平面工件库适合于复杂模具加工。采用辅助工作台，以便于大工件的自动交换。该机床还采用工作液快速处理技术，使下一个工件的交换变得更快、更可靠。该机床还具有工作液恒温控制(±0.5℃)，有效保证了机床的定位精度(0.003mm)和重复定位精度(0.001mm)。图19是工件自动交换系统照片，图20是电极自动交换系统照片。