电火花加工在模具中的应用

电火花线切割在模具加工中的应用

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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 processing

Name

Summary: EDM is immersed in working fluid 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 complex 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 discharge machining, plastic molding

1 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8～10m/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，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ƒ、峰值电流ie、峰值电压μ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：

① 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1°C（或 1K）所需之热量即为该金属材料的比热容；

② 每熔化1g材料所需之热量即为该金属的熔化热；

③ 使熔化的金属液体继续升温至沸点，每

克材料升高1°C 所需之热量即为该熔融金属的比热容；

④ 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；

⑤ 使金属蒸气继续加热成过热蒸气，每克

金属蒸气升高1°C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，