高附加值模具的精密电火花加工技术

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高附加值模具的精密电火花加工技术

近年来模具行业大幅度的发展，对模具精度的要求也越来越高。高附加值模具如微型接插件、IC塑封模、LED模具等，已成为市场上非常热门的模具品种。尽管高速铣削进行模具微细加工的技术在不断进步，但用电火花加工高附加值模具零件的细微部位，始终占加工中的主要地位。

精密电火花加工的核心主要体现在尺寸精度、仿形精度、表面质量的要求。加工尺寸配合应严格合缝，要求可达±2–3μm。仿形精度要求棱角清晰，底面拐角R值应尽可能小（一般要求R值小于0.03mm），平面度由棱边部分到到中心部分的深度误差在2μm内。表面质量要求型面粗糙度均匀，Ra应小于0.4μm，大多加工部位要求镜面加工，加工过后不再进行抛光处理。
影响电火花加工精度的因素众多。在电火花加工机理中，放电过程存在放电间隙，不可避免的存在电极损耗，精加工中的排屑效果差等特点，是直接困扰着精密电火花加工精度控制的难题，在实际加工中，加工精度受到多重环节的影响。只有掌握加工技术的精髓，在加工中对各环节加以严格的控制，不断积累加工经验，才能保证高的成功率。下文从实际加工经验出发，对精密电火花加工技术作要点介绍。

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精密电火花加工的前提
使用机床进行加工，加工精度无法超越机床精度。对于高附加值模具零件的电火花加工，一般放电机床难以胜任完成，选择好的放电机床是加工的基本要求。
GF加工方案集团(原阿奇夏米尔集团)的电火花成形机床在电加工领域是被公众承认适用于高精密放电的机器。精密电火花加工机床在结构的力学性能、主轴和工作台的各种几何精度方面应满足高精度要求，要求使用光栅尺的全闭环的控制方式，机床的自动定位能保证高定位精度。机床的放电加工性能特别重要，要尺寸精、轮廓清的话就要求放电间隙很小，在小间隙加工条件下能实现稳定加工。在抬刀技术上应能保证可靠的排屑，使用高速抬刀技术的机床能使加工废屑和焦油有效地排出，获得稳定的放电间隙，高性能的伺服控制系统能把加工深度误差控制在最小限度达到高精度加工。精加工中丰富的摇动方式用来精确的补偿型面轮廓的尺寸。精加工中电极损耗极小，精加工电路满足镜面加工要求，能加工出高品位的表面。自动化程度高、智能性突出，极大地降低加工精度对人为的依赖。

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精密电火花加工的工艺方法
精密电火花加工采用多电极加工的工艺方法。根据加工部位在粗、半精、精加工中放电间隙不同的特点采用几个相应尺寸缩放量的电极完成一个型腔的粗、半精、精加工。首先用粗加工电极蚀除大量金属，然后再换半精加工电极完成粗加工到精加工的过渡加工，最后用精加工电极进行终精加工。终精加工还应换用多个电极来补偿电极的损耗。一般精密加工中电极的尺寸缩放量取0.03—0.1mm/单侧，加工中采用多段加工条件用摇动的方法对侧面和底面逐段修光。因摇动量小，还是具有很高的仿形精度，且摇动加工使放电更稳定，可获得侧面与底面更均匀的表面粗糙度，被广泛采用。精密加工中需要换用多个电极，只要保证重复的定位精度，就可以达到满意的工艺效果。

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保证精密加工定位精度的方法
精密电火花加工为保证极高的重复定位精度，也不降低加工效率，采用快速装夹的定位系统,如GF加工方案集团旗下的3R快速装夹夹具。使用这类夹具时，只要在配套前对精度作好了调试，在加工中最高重复定位精度可达±2μm，电极和工件都可以快速换装，加工前使用分中基准球工具，利用数控电火花机床的自动分中功能，完成主轴夹头与工件中心零点的定位。加工中需取下工件进行尺寸测量然后继续加工非常方便。利用基准球分中的方法能保证高精度的重复定位，分中时基准球与工件之间的接触面积为一点，能避免因微细杂物的存在而影响定位精度。精密加工的定位电极和工件都必需有明确的定位基准，电极取其基准的中心点，这样可将电极尺寸的误差均等分布。工件根据情况可取基准单面或者基准中心，用来碰边的基准面必须光滑平整，尤其在深度定位时尤为重要，这样才能把定位的精度误差控制在最小。

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精密加工对电极的要求
电火花加工的过程就是把电极的形状复制到工件上去。由此可知，电极的形状、尺寸、表面光洁度在一定程度上决定了加工出工件的形状、尺寸的精度及粗糙度。所以对精密加工用的电极，必需采用精密的制造方法来保证电极的质量。电极的制造应满足高的精度要求，一般精密电极的制造由高速加工中心来完成，加工完成后应达到尽量不需人工对电极进行处理的要求，需要情况下才进行精修抛光，这样做是为了避免电极后道工序的处理影响了电极的精度，但也对制造电极的工艺水平提出了高要求。电极的材料在精密加工中是一个关键的问题。紫铜在电加工领域里是用得最多的电极材料，能满足较高精度的加工要求，但在微细加工中，为了减少电极损耗，减少电极数量，提高加工表面质量，实现高稳定的加工，应考虑选用价格较贵的铜钨合金电极材料。电极在用于电火花加工前应对尺寸、形状进行详细的投影测量，全面检测合格后才用来加工。在实际生产加工中，由于电极不合格的问题造成的报废事例是很多的。因此精密加工中抓好电极的制造这一环节是十分重要的。

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精密加工中电规准的控制
精密加工使用的高档机床电规准的控制方法一般是智能化控制的。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。人为可以对停歇时间和抬刀条件稍作修改，但尽量不要去修改电脉冲主参数（像电流、脉冲宽度等），以免影响机床自选用的加工条件的火花间隙。机床有许多配置好的最佳成套电参数，在机床自动选择加工条件时对所需要输入的条件应准确输入，如加工面积，加工形状，电极锥度，电极尺寸缩放量、摇动方式，加工表面粗糙度值等。机床选用的加工条件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。对使用的机床凭借加工经验适当控制就能较容易地控制好电规准。

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精密加工中的液处理方式
电火花加工是在工作液介质中进行的。工作液的绝缘性能在脉冲放电的过程中起消电离的作用，在加工中对电极和工件起到加速冷却，使电蚀产物从放电间隙中悬浮、排泄出去的作用。在电火花加工中常使用冲、抽液的方法进行排渣，可使加工稳定，效率提高。但不均匀的流场，造成不均匀的加工屑堆积，引起集中放电和二次放电，对工件平面度、粗糙度影响很大，产生放电间隙不均匀的现象。而且强烈的冲刷会引起电极边角异常损耗。所以精密加工的精加工中通常采用无冲液、浸油加工的液处理方式，依靠抬刀的动作来排屑。像主轴采用很高加速度进给加工时，产生的抽吸作用，使存在于电极与工件之间的加工屑、焦油以及废气等能有效地排出。精密加工中工作液的质量也很重要，目前有很多类型的电火花加工专用工作液,要点是黏度要低,精加工性能更好。

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精密加工的补刀加工处理
在精密加工中，由于存在各加工环节的误差，所以临终前一般都要反复进行测量、加工以保证最终的尺寸精度。刚开始加工的尺寸尽可能取上偏差，加工尺寸宁小勿大。在对加工尺寸进行测量后，对尺寸差别予以修正，称之为补刀加工。补刀加工是在加工面清扫干净之后没有焦油的状况下进行的，所以放电间隙比清扫前更小，能更精确的完成细微的加工。快速装夹工件重定位系统对补刀加工起到了强有力的支持作用。通过补刀加工可以进一步提高加工精度。

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精密加工对加工工艺的要求
高附加值模具加工要求整个加工流程规范化，拥有成熟的工艺技术水平。零件的各加工环节都应有明确的工艺安排和要求。每道工序严格按照工艺方法、要求进行加工，才能保证高精度零件制造的成功率。尤其是精密零件忌讳烧焊等修补处理，任何一个加工环节出现质量问题都将导致整个零件的报废。电火花加工往往是整个加工中的后道工序，严格控制加工质量尤为重要。精密电火花加工的工艺应作一些规范：设计部门拆分的电极应满足精密加工的要求，应特别注意对薄、细微部位的处理。对加工的内容应制作相关的加工图，采用准确的定位方式，给出准确的加工数据。因很多零件加工部位细微，在加工前不易掌握要加工的形状，应给加工人员提供详细的3D依据。用来加工的零件应经过去应力、退磁、预加工等的前些工序的处理。工件的定位基准面应采用磨床精磨、倒角处理过。电极应有辨别方向的基准角，并且基准角与工件基准角相对应，对所有电极的深度定位基准作统一规定。电极上均应标注电极编号、粗精标号，加工图上应给出加工的详细信息，如电极数目、电极尺寸缩放量、加工公差、表面粗糙度要求。规范、明确的加工流程能使加工人员按部就班，减少出错率，提高加工质量。

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精密加工对加工环境及使用工具的要求
精密加工对加工环境也有要求，高精密加工应设专门的精加工室，这样可以防止车间其它机床运转产生的震动、尘污而影响加工精度。加工室内应安装空调，室温控制在20℃±2℃左右，薄小零件的尺寸会受温度的影响而发生测量误差，电火花机床只有在恒温条件下才能发挥预定的加工性能。精密加工中使用的工具应具有高精度性，如平口钳、正弦磁盘、冲子成型研磨器、量块、千分表、进行尺寸测量的仪器等。加工时要借助这些工具来完成辅助操作，工具的精度也在直接地影响加工精度。