模具制造电火花成型加工的工艺流程分析研究

寇 元 哲

（甘肃畜牧工程职业技术学院 机械工程系，甘肃省 武威 733006）

摘 要:简述了电火花加工在模具制造领域中的地位，探讨了模具制造电火花加工的整个工艺流程。对全面了解电火花成型加工在模具制造中的应用具有参考意义。

关键词: 电火花加工,工艺流程, 应用技术

1 引言

电火花加工（EDM）是当前模具制造的重要方法，尤其是在注塑模具制造中，电火花加工可以说是一种不可替代的工艺方法，发挥着重要的作用。在高速铣加工迅速发展的今天，电火花加工发展空间受到了一定的挤压。对于大型注塑模具的加工，目前大多采用铣削加工可以直接完成。中型模具一般采用铣削加工模具外表及粗铣型腔，仅将刀具精铣困难或无法精铣的部位留给电火花加工。而在小型注塑模具制造中，尤其是成型产品复杂的模具，其模仁、滑块、镶件、斜销等零件的沟槽拐角特别多，用电火花加工比用铣削加工更具有优越性。因此电火花加工精密注塑模具始终占加工中的主导地位。

2电火花成型加工的基本原理

电火花成型加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。其基本原理如图一所示是被加工的工件做件电极，石墨或者紫铜做工具电极。脉冲电源发出一连串的脉冲电压，加到工件电极和工具电极上，此时工具电极和工件均淹没于具有一定绝缘性能的工作液中。在自动进给调节装置的控制下，当工具电极与工件的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，两极间最近处的工作液被击穿，工具电极与工件之间形成瞬时放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来，形成局部的电蚀凹坑。这样随着相当高的频率，连续不断的重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可以将工具电极的形状复制到工件上，加工出所需要的和工具形状阴阳相反的零件。

1—工件;

2—脉冲电源；

3—自动进给调节装置； 4—工具电极； 5—工作液； 6—过滤器； 7—泵

图一 电火花成形加工原理图

3 模具制造电火花加工的工艺流程

模具制造电火花加工包括多个工艺环节，各环节直接影响模具加工的质量。这里按照电火花加工的操作顺序介绍其工艺流程，分析主要的工艺要点。

3.1模具电火花成型加工的工艺确定

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，为了使模具零件在尽量短的时间内加工出来，减少加工成本，提高加工效率，所以在可能的情况下尽量选用铣削加工、线切割加工等工艺来加工零件。当在铣削加工，线切割加工等加工不到或工件有特殊要求的情况下才进行电火花加工，像在对于当刀具难于够到的复杂表面，在需要深度切削的地方，在长径比特别高的地方，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，规定了要提供火花纹表面等的加工场合，就要选用电火花成型加工。

3.2工具电极的设计与制造

电火花成型加工首先要进行电极的设计、制造。当前计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术已广泛应用于模具制造行业。那些高端的CAD/CAM软件，像UG、Pro/E、CimatronE、MasterCAM等都提供了强大的电极设计、编程功能，减少了手工拆电极的繁琐工作，与传统的电极设计、制造相比，提高效率十几倍甚至几十倍。

根据企业的工艺水平，考虑电极加工精度要求、加工成本等工艺要点来安排电极的制造工艺。目前模具企业已广泛使用加工中心来制造各种型面复杂的电极。加工中心比传统铣削加工速度快，全自动，重复生产的精度很高，可得到较复杂的形状。最近推出的高速加工中心，能胜任形状更复杂、精度要求更高类电极的制造，为制造电极提供了完美的技术解决方案。

采用快速装夹定位系统来制造电极是电火花成型加工的一种先进工艺方法， 它是将电极胚料装夹在加工机床的装夹系统上来制造，制造完成后，可直接将电极装于电火花机床的快速装夹系统上进行放电加工。给加工操作带来了很大的方便，提高了电极的制造效率、也保证了电极的装夹、定位精度。

3.3工件、工具电极的装夹与校正

电火花成型加工将工件安装于工作台，并对工件进行校正。由于电火花加工中工具电极与工件并不接触，宏观作用力很小，所以工件装夹一般都比较简单。通常用永磁吸盘来装夹工件，为了适应各种不同工件加工的需求，还可使用其它工具来进行装夹，如平口钳、导磁块、正弦磁台、角度导磁块等。工件装夹后要对其进行校正。以保证工件的坐标系方向与机床的坐标系方向一致。使用校表来校正工件是在实际加工中应用最广泛的校正方法。先进的数控电火花机床可使用托盘进行工件的自动换装。

电极安装在机床主轴上，应使电极轴线与主轴轴线方向一致，保证电极与工件在垂直的情况下进行加工。电极的装夹方式有自动装夹和手动装夹两种。自动装夹电极是先进数控电火花机床的一项自动功能。它是通过机床的电极自动交换装置（ATC）和配套使用电极专用夹具（EROWA、3R）来完成电极换装的，使用电极专用夹具可实现电极的自然校正，无需对电极进行校正或调整，能够保证电极与机床的正确位置关系，大大减少了电火花加工过程中装夹、重复调整的时间。手动装夹电极是指使用通用的电极夹具，通过可调节电极角度的夹头来校正电极，由人工完成电极装夹、校正操作。

3.4加工的定位

当工件和电极装夹、校正完成后，就需要将电极对准工件的加工位置，才能在工件上加工出准确的型腔。模具制造电火花加工最常用的定位方式是利用电极基准中心与工件基准中心之间的距离来确定加工位置，称之为“四面分中”。利用电极基准中心与工件单边之间的距离确定加工位置的定位方式也比较常用，称之为“单边分中”。另外还有一些其它的定位方式。

各种定位方式都是通过一定的方法来实现的。模具制造电火花加工操作中，通常运用电火花机床的接触感知功能来获得正确的加工位置。可以直接利用电极的基准面与工件的基准面进行接触感知实现定位。精密模具电火花加工采用基准球进行接触感知定位，点接触减少了误差，可实现较高精度的定位。另外还有千分表比较、放电定位等定位方法。使用快速装夹定位系统，可省却重复的定位操作，当配备ATC装置时，则完全可以实现长时间无人操作的自动化加工，可有效地提升企业的竞争力。

目前的数控电火花机床都具有自动找内中心、找外中心、找角、找单边等功能，这些功能只要输入相关的测量数值，即可方便地实现加工的定位，比手动定位要方便得多。

3.5电参数的配置

在完成校正、定位等基本操作以后，就要根据加工要求选择合理的电参数。电参数选择的好坏，直接影响加工的各项工艺指标。选用电参数最终目的是为了达到预定的加工尺寸和表面粗糙度要求。一般是根据电极缩放量确定电参数，在控制放电间隙和摇动量中进行加工的。选用电参数时，基本上要考虑：电极数目、电极损耗、加工液处理、加工表面粗糙度要求、电极缩放量、加工面积、加工深度等因素。粗加工选择的主要依据是电极缩放尺寸的大小。粗加工电极的缩放尺寸一般都比较大，可以选用其安全间隙接近电极缩放尺寸的电参数。精加工选择的主要依据是最终的表面粗糙度要求，选用多组电参数，依次按放电能量从大到小进行摇动加工，达到表面粗糙度和加工尺寸的要求。

数控电火花机床有许多配置好的最佳成套电参数，在机床自动选择电参数时只要对所需要输入的条件准确输入，即可自动配置好电参数。机床配置的电参数一般能满足加工要求，操作简单，避免了加工过程中人为的干预。而传统电火花机床要求操作者具有丰富的工作经验，能够根据加工要求灵活配置电参数。

3.6加工过程的监控

电火花加工一切准备就绪时，就可以启动机床开始进行加工。在加工的过程中，要随时监控加工状态。对加工中不正常的放电状态及时采取相应的处理方法，保证加工的顺利进行。主要是防止发生拉弧现象，一般可通过修改抬刀参数、清理电极和工件、调整电规准参数等措施来改善放电状况。

目前数控电火花机床的加工性能已经有了很大的提高，一些先进数控电火花机床的智能化控制技术几乎可以代替人工监控。加工中由计算机监测、判断电火花加工间隙的状态，在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件。但机床的智能控制技术不是万能的，还是不能忽视人工监控的作用。尤其像在深孔加工、大锥度加工、大面积加工等一些比较特殊的加工场合，人工监控就有它的意义了。

4 结束语

电火花成型加工作为模具制造的重要方法，随着模具工业的迅速发展，被赋予越来越高的加工要求，促使电火花加工技术朝精密化、自动化、智能化、高效化等方向的更深层次不断发展。这就要求在电火

花成型加工工艺的安排、工具电极的设计与制造、工件\\工具电极的装夹与校正、加工的定位、电参数的配置、加工过程的监控等环节必须科学合理地选择参数，精益求精，确保模具的制造精度。

参考文献：

1、 孙凤勤主编.模具制造工艺与设备. 北京：机械工业出版社，2002 2、 王隆太主编.现代制造技术. 北京：机械工业出版社，2002 3、 张荣清主编.模具设计与制造. 北京：高等教育出版社，2004

作者简介：寇元哲（1972年——）男，汉族，甘肃省庆阳人。甘肃畜牧工程职业技术学院机械工程系，讲师，硕士学位。研究方向：模具设计与制造，现代教育技术。有多篇科技研究、专业技术论文在国家级、省部级刊物上发表。

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