电火花加工在模具中的应用

1、电火花线切割在模具加工中的应用姓名（工作单位）摘要：电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材 料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。电火花加工的主要用于加 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； 加工深细孔、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。关键词：电火花线切割，塑料模WEDM in the practical application of mould processingNameSummary: EDM is immersed in working fl

2、uid produced by bipolar pulsed discharge in electro-corrosion inhibition effect of conductive material removal by machining methods, also called the electrical discharge machining or electric erosion machining, English referred to as EDM. EDM is mainly used for machining holes and cavities with comp

3、lex shape mold and parts; processing of various hard, brittle materials, such as cemented carbide and hardened steel,machining deep pore, shaped hole, deep, narrow cutting blades; processing various form cutter, examples and tools and measuring tools such as thread ring.Keywords: wire electrical dis

4、charge machining, plastic molding1引言数控电火花线切割加工是一项涉及多 门学科的综合性技术，是模具制造中的主力 装备。成型塑料制品的模具简称为塑料模具， 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。在金属加工中，数控电 火花线切割始终是塑料模加工的利器。不论 是动模、定模、零配件，还是特殊加工场合， 只要编制出正确的数控程式即可。电火花线 切割在塑料模中发挥着越来越重要的作用。线切割主要用于加工各种形状复杂和 精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、 凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样 板、电火花成型加工用的金属电极，各种微 细孔槽、窄缝、任

5、意曲线等，具有加工余量 小、加工精度高、生产周期短、制造成本低 等突出优点，已在生产中获得广泛的应用， 目前国内外的电火花线切割机床已占电加 工机床总数的60%以上。根据电极丝的运行速度不同，电火花线 切割机床通常分为两类：一类是高速走丝电 火花线切割机床（WEDM-HS），其电极丝作高 速往复运动，一般走丝速度为810m/s，电 极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走 丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿，使加 工质量下降，是我国生产和使用的主要机种， 也是我国独创的电火花线切割加工模式；另 一类是低速走丝电火花线切割机床（WEDM-LS），其电极丝作低速单向运动，一 般走丝速度低于0.2m/s

6、，电极丝放电后不再 使用，工作平稳、均匀、抖动小、加工质量 较好，但加工速度较低，是国外生产和使用 的主要机种。根据对电极丝运动轨迹的控制形式不 同，电火花线切割机床又可分为三种：一种 是靠模仿形控制，其在进行线切割加工前， 预先制造出与工件形状相同的靠模，加工时 把工件毛坯和靠模同时装夹在机床工作台 上，在切割过程中电极丝紧紧地贴着靠模边 缘作轨迹移动，从而切割出与靠模形状和精 度相同的工件来；另一种是光电跟踪控制， 其在进行线切割加工前，先根据零件图样按 一定放大比例描绘出一张光电跟踪图，加工 时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台 上的光电头始终追随墨线图形的轨迹运动， 再借助于电气、机

7、械的联动，控制机床工作 台连同工件相对电极丝做相似形的运动，从 而切割出与图样形状相同的工件来；再一种 是数字程序控制，采用先进的数字化自动控 制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何 形状参数预先编制好的数控加工程序自动 完成加工，不需要制作靠模样板也无需绘制 放大图，比前面两种控制形式具有更高的加 工精度和广阔的应用范围，目前国内外95% 以上的电火花线切割机床都已采用数控化。2、电火花加工的一些规律2.1影响材料放电腐蚀的主要因素（1）极性效应能量在两极上的分配对两个电极电蚀 量的影响是一个极为重要的因素，而电子和 正离子对电极表面的撞击则是影响能量分 布的主要因素，因此，电子撞击和离子撞

8、击 无疑是影响极性效应的重要因素。但是，近 年来的生产实践和研究结果表明，正的电极 表面能吸附工作液中分解游离出来的碳微 粒，形成碳黑膜（覆盖层）减小电极损耗。由此可见，极性效应是一个较为复杂的 问题。除了脉宽、脉间的影响外，还有脉冲 峰值电流、放电电压、工作液以及电极对的 材料等都会影响到极性效应。从提高加工生产率和减少工具损耗的 角度来看，极性效应愈显著愈好，加工中必 须充分利用极性效应，最大限度地降低工具 电极的损耗，并合理选用工具电极的材料， 根据电极对材料的物理性能、加工要求选用 最佳的电规准，正确地选用加工极性，达到 工件的蚀除速度最高，工具损耗尽可能小的 目的。当用交变的脉冲电流

9、加工时，单个脉冲 的极效应便相互抵消，增加了工具的损耗。 因此，电火花加工一般都采用单向脉冲电 源。（2）电参数电参数主要是指电压脉冲宽度ti、电流 脉冲宽度te、脉冲间隔to、脉冲频率六峰 值电流ie、峰值电压u和极性等。提高电蚀量和生产率的途径在于：提高 脉冲频率，增加单个脉冲能量或者说增加平 均放电电流（对矩形脉冲即为峰值电流）和 脉冲宽度；减小脉冲间隔并提高有关的工艺 参数。在实际生产时要考虑到这些因素之间 的相互制约关系和对其它工艺指标的影响， 例如脉冲间隔时间过短，将产生电弧放电； 随着单个脉冲能量的增加，加工表面粗糙度 值也随之增大等等。（3）金属材料热学常数所谓热学常数，是指熔

10、点、沸点（气化 点）、热导率、比热容、熔化热、气化热等。 常见材料的热学常数可查相应手册。每次脉冲放电时，通道内及正、负电极 放电点都瞬时获得大量热能。而正、负电极 放电点所获得的热能，除一部分由于热传导 散失到电极其它部分和工作液中外，其余部 分将依次消耗在：使局部金属材料温度升高直至达到熔点， 而每克金属材料升高1C（或1K）所需之 热量即为该金属材料的比热容；每熔化1g材料所需之热量即为该金属的 熔化热；使熔化的金属液体继续升温至沸点，每 克材料升高1C所需之热量即为该熔融金 属的比热容；使熔融金属气化，每气化1g材料所需的 热量称为该金属的气化热；使金属蒸气继续加热成过热蒸气，每克 金

11、属蒸气升高1C所需的热量为该蒸气的 比热容。当脉冲放电能量相同时，金属的熔点、 沸点、比热容、熔化热、气化热愈高， 电蚀量将愈少，愈难加工；热导率较大的金 属，会将瞬时产生的热量传导散失到其它部 位，因而降低了本身的蚀除量。表2-1常用电极材料的选择当单个脉冲能量一定时，脉冲电流幅值 愈小，脉冲宽度愈长，散失的热量也愈多， 从而使电蚀量减少；若脉冲宽度愈短，脉冲 电流幅值愈大，由于热量过于集中而来不及材料磨损比金属切除率制造难易程度成本用途紫铜低高（对粗加工容易，能喷涂高可用于所有金属黄铜高高（仅对精加工）容易低1 J si/. 7I-HJ可用于所有金属钨最低低困难高仅用于钻小孔钨铜合金低低困

12、难高用于较精密丁作铸铁低低容易低仅用于少数材料钢高低容易低仅用于精整加工锌基合金低高很脆弱，困难低能用于所有金属传导扩散，虽使散失的热量减少，但抛出的 金属中气化部分比例增大，多耗用了气化热， 电蚀量也会降低。因此，电极的蚀除量与电极材料的热导 率以及其它热学常数、放电持续时间、单个 脉冲能量等有密切关系。（4）其它因素加工过程不稳定将干扰以致破坏正常的 火花放电，使有效脉冲利用率降低。随着加 工深度、加工面积的增加，或加工型面复杂 程度的增加，都将不利于电蚀产物的排出， 影响加工稳定性和降低加工速度，严重时将 造成结炭拉弧，使加工难以进行。如果加工面积较小，而采用的加工电流 较大，也会使局部

13、电蚀产物浓度过高，放电 点不能分散转移，放电后的余热来不及传播 扩散而积累起来，造成过热，形成电弧，破 坏加工的稳定性。电极材料对加工稳定性也有影响。用钢 电极加工钢时不易稳定，用纯铜、黄铜电极 加工钢时则比较稳定。脉冲电源的波形及其 前后沿陡度影响着输入能量的集中或分散 程度，对电蚀量也有很大影响。下表为常用 电极材料及其选择。2.2影响加工精度因素的主要因素与传统的机械加工一样，机床本身的各 种误差，工件和工具电极的定位、安装误差 都会影响到电火花加工的精度。另外，与电 火花加工工艺有关的主要因素是放电间隙 的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳 定等。电火花加工时工具电极与工件之间放 电

14、间隙大小实际上是变化的，电参数对放电 间隙的影响非常显着，精加工放电间隙一般 只有0.01mm （单面），而粗加工时则可达 0.5mm以上。目前，电火花加工的精度为 0.010.05mm。电火花加工时，可以通过修 正电极的尺寸对放电间隙进行补偿，以获得 较高的加工精度。然而，放电间隙的大小实 际上是变化的，影响着加工精度。（1）表面粗糙度电火花加工表面的粗糙度取决于放电蚀 坑的深度及其分布的均匀程度，只有在加工 表面产生浅而分布均匀的放电蚀坑，才能保 证加工表面有较小的粗糙度值。为了控制放 电凹坑的均匀性，需要采用等能量放电脉冲 控制技术，即检测间隙电压击穿下降沿，控 制放电脉冲电流宽度相等，

15、用相同的脉冲能 量进行加工，从而使加工表面粗糙度微观上 均匀一致。（2）加工间隙侧面间隙）的影响加工间隙的大小及其一致性直接影响 电火花成形加工的加工精度。只有掌握每个 规准的加工间隙和表面粗糙度的数值，才能 正确设计电极的尺寸，决定收缩量，确定加 工过程中的规准转换。（3）加工斜度的影响在加工中，不论型孔还是型腔，侧壁都 有斜度，形成斜度的原因，除电极侧壁本身 在技术要求或制造中原有的斜度外，一般都 是由电极的损耗不均匀，以及“二次放电”等 因素造成的。a、电极损耗的影响。电极由于损耗而形成 锥度，这种锥度反映到工件上，就形成了加 工斜度。b、工作液脏污程度的影响。工作液越脏，“二 次放电”

16、的机会就越多，同时由于间隙状态 恶劣，电极回升的次数必然增多。这两种情 况都将使加工斜度增大。c、冲油或抽油的影响。采用冲油或抽油对 加工斜度的影响是不同的。用冲油加工时， 电蚀产物由已加工面流出，增加了 “二次放 电”的机会，使加工斜度增大。而用抽油加 工时，电蚀产物是由抽吸管排出去，干净的 工作液从电极周边进入，所以在已加工面出 现“二次放电”的机会较少，加工斜度也就小。 d、加工深度的影响。随着加工深度的增加， 加工斜度也随着增加，但不是成比例关系。 当加工深度超过一定数值后，被加工件的上 口尺寸就不再扩大了，即加工斜度不再增加。不同的加工对象对加工斜度的要求也 不同。在型腔加工中，由于

17、本身要求有一定 的拔模斜度，则对加工斜度的要求并不严格。 对于直壁冲模，则要求加工斜度比较严格。 只要掌握影响加工斜度的规律，即可达到预 定的要求。（4）楞角倒圆的原因及规律电极尖角和楞边的损耗，比端面和侧面 的损耗严重，所以随着电极楞角的损耗导致 楞角倒圆，加工出的工件不可能得到清楞。 而且，随着加工深度的增加，电极楞角倒圆 的半径增大。但超过一定加工深度，其增大 的趋势逐渐缓慢，最后停留在某一最大值上。 楞角倒圆的原因除电极的损耗外，还有放电 间隙的等距离性。凸尖楞电极由于尖角放电 的等距离性，必然使工件产生圆角；凹尖楞 电极的尖点根本不起放电作用，但由于积屑 也会使工件凸楞倒圆。因此，既

18、使电极完全 没有损耗，由于间隙放电的等距离性仍然不 可能得到完全的清楞。如果要求倒圆半径很 小，必须要缩小放电间隙工作介质是产生放电的基本条件，目 前主要采用液体介质。它形成火花击穿放电 通道，对放电通道产生压缩作用，并在放电 结束后迅速恢复间隙的绝缘状态，帮助电蚀 产物的抛出和排除，并使工具冷却。所以说 介质对于电火花加工有很大的作用，下面为 几种液体介质的性能比较表2-2几种液体介质的性能比较液体介质加工效率（去除的金属材料）/ （cm3/ min）磨损比碳氢化合物 油39.02.8蒸馏水54.62.7自来水57.74.1四乙二醇102.96.83、数控电火花线切割原理电火花数控线切割加工

19、的过程中主要 包含下列三部分内容（如图2-1所示）：2-1电火花线切割加工原理图（1）电极丝与工件之间的脉冲放电。（2）电极丝沿其轴向（垂直或Z方向）作走 丝运动。（3）工件相对于电极丝在X、Y平面内作数 控运动。4、数控电火花线切割特点数控电火花线切割是数字系统控制下 直接利用电能加工工件的一种方法，因一些 与其他加工方相比有自己独立的特点：（1）直接利用线状的电极丝作电极，不 需要制作专用电极，可节约电极的设计、制 造费用。（2）可以加工用传统切削加工方法难 以加工或无法加工的形状复杂的工件。对不 同的工件只需编制不同的控制程序，对不同 形状的工件都很容易实现自动加工，很适合 小批量形状复

20、杂零件、单件和试制品的加工， 且加工周期短。（3）利用电蚀加工原理，电极丝与工件不直接接触，两者之间的作用很小，故而 电极丝、夹具不需要太高强度。（4）传统的车、铣、钻加工中，刀具 硬度必须比工件大，而数控电火花线切割机 床的电极丝材料不必比工件材料硬，可节省 辅助时间和刀具费用。（5）直接利用电、热能进行加工，可 以方便地对影响加工精度的加工参数（脉冲 宽度、间隔、伺服速度等）进行调整，有利 于加工精度的提高，便于实现加工过程的自 动化控制。（6）工作液一般采用水基乳化液或纯 水，成本低，不会发生火灾。（7）利用四轴或五轴联动，可加工锥 度、上下面异形体或回转体等零件。（8）由于电极丝比较细

21、，可以方便地 加工微细异形孔、窄缝和复杂截面的型柱、 型孔。由于切缝很窄，实际金属去除量很少， 材料的利用率很高。对加工、节约贵重金属 有重要意义。（9）采用移动的长电极丝进行加工， 使单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工 精度的影响比较小，特别在慢走丝线切割加 工中，电极丝一次性使用，电极丝损耗对加 工精度的影响更小。正是由于电火花线切割加工有许多突 出优良特点，因面在国内外发展都很快，在 塑料模具加工中已获得了广泛的应用。电火花线切割要求有严格的工作环境：（1）满足线切割机床所要求的空间尺 寸。（2）选择能承受机床重量的场所。（3）选择没有振动和冲击传入的场所。线切割放电机床是高精度加工设

22、备， 如果所放置的地方有振动和冲击，将会对机 台造成严重的损伤，从而严重影响其加工精 度，缩短其使用寿命，甚至导致机器报废。（4）选择没有粉尘的场所，避免流向 众多的通道旁边。线切割放电机器之本身特性，其空气中 有灰尘存在，将会使机器的丝杆受到严重磨 损，从而影响使用寿命；线切割放电机器属于计算机控制，计算 机所使用的磁盘对空气中灰尘的要求相当严格的，当磁盘内有灰尘进入时，磁盘就会 被损坏，同时也损坏硬盘；线切割放电机本身发出大量热，所以电 器柜内需要经常换气，若空气中灰尘太多， 则会在换气过程中附积到各个电器组件上， 造成电器组件散热不良，从而导致电路板被 烧坏掉。因此，机台防尘网要经常清洁

23、。（5）选择温度变化小的场所，避免阳 光通过窗户和顶窗玻璃直射及靠近热流的 地方高精密零件加工之产品需要在恒定的 温度下进行，一般为室温20C；由于线切割放电机器本身工作时产生 相当大的热量，如果温度变化太大则会对机 器使用寿命造成严重影响。（6）选择屏蔽屋：因线切割放电加工 过程属于电弧放电过程，在电弧放电过程中 会产生强烈的电磁波，从而对人体健康造成 伤害，同时会影响到周围的环境。（7）选择通风条件好，宽敞的厂房， 以便操作者和机床能在最好的环境下工作。5、数控电火花线切割在塑料模加工中的应用场合5.1数控电火花线切割在动模和定模 中的加工应用在塑料模具中，动模和定模是塑料模具 的主要组成

24、部分。动模也称型芯或凸模，是 成型塑件内表面的模具零件，多装注塑机 的动模板上。定模也称型腔或凹模，是成型 塑件外表面模具零件，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。在定模加工中的应用常有 镶件孔、镶针孔等的加工。（如图4-1所示）： 数控电火花线切割在动模加工中的应用； （如图4-2所示）：数控电火花线切割在定 模加工中的应用。图5-1 :数控电火花线切割在动模加工中 的应用图5-3：数控电火花线切割 电极加工中 应用在电极的切割过程中

25、，切记要考虑电极 成型时所用的火花位。一般匀有粗、精电极 两种，放电火花位分别约为单边0.15mm、 0.05mm；大型工件加工中还需要用到粗中精三个电极，放电火花位分别约为单边 0.3mm、0.15mm、0.05mm。在加工孔时，补 正值要减去单边放电火花位，也即将孔割大 双边两个火花位。如加工一个10mm的孔，若 火花位为单边0.3mm，则加工后的孔的尺寸 为10.6MM（在加工外形时，补正值也是要减 去单边放电火花位，也即将电极外形双边割 小两个放电火花位。如加工一个 10mm*10mm的正方柱，若火花位为0.3mm，则 加工后的尺寸为9.4mm*9.4mm。5.2数控电火花线切割在零配件加工 中的应用数控电火花线切割在零配件加