电火花加工技术论文（精选8篇）
电火花加工现状与发展
张杰
（上海理工大学 机械工程学院，上海）
摘要：首先简要地说明了电火花加工的原理、特点、分类和其在机械制造领域内的应用，继而详细地论述了近年来电火花加工的国内外研究现状，最后通过对一些资料的查阅对电火花加工的发展方向以及进一步深入研究时所需要注意的问题进行了初步的探讨。关键词：电火花加工，电火花成形加工，电火花线切割加工，发展现状，发展方向
Present Situation and Development of EDM
ZhangJie（School of Mechanical Engineering ,University of Shanghai for Science and
Technology,Shanghai）
Abstract : The principles ,features ,classifications of EDM and its applications in the fields of mechanical manufacturing are briefly stated, and then the research at home and abroad are presented in detail.Finally ,by the reference of several documents, some problems in need of a further investigation are proposed.Key words :EDM, Electric spark forming, wire-cut electrical discharge machining，present situation, future direction.1.概述
电火花加工是特种加工的一种。早在前苏联，拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。
1.1电火花加工原理
电火花加工现状与发展
进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。
其工作原理图如下：
1.2电火花加工特点
电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现，具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，电火花加工的特点概括如下：
（1）直接利用电脑进行加工，便于实现自动化，适于特殊材料和复杂形状的加工。脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。
（2）适用的材料范围广。脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围较小，可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料。
（3）工具电极制造容易。加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极校工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。
（4）可以再同一台机床连续进行粗，半精及精加工。脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。
1.3电火花加工分类
按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同,大致可分为电火花成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类。前五类属电火花成形、尺寸加工，是用于改变零件形状或尺寸的加工方法；后者则属表面加工方法，用于改善或改变零件表面性质。以上方法中以电火花成形加工和电火花线切割应用最为广泛。
1.3.1电火花成形加工
该方法是通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。
电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。
电火花加工现状与发展
电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年来，为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题，在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工，取得良好的社会经济效益。典型机床有D7125,D7140等电火花穿孔成形机床。
1.3.2电火花线切割加工
该方法是利用移动的细金属丝作工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。按金属丝电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。我国普通采用高速走丝线切割，近年来正在发展低速走丝线切割，高速走丝时，金属丝电极是直径为φ0.02～φ0.3mm的高强度钼丝，往复运动速度为8～10m/s。低速走丝时，多采用铜丝，线电极以小于0.2m/s的速度作单方向低速运动。线切割时，电极丝不断移动，其损耗很小，因而加工精度较高。其平均加工精度可达 0.0lmm，大大高于电火花成形加工。表面粗糙度Ra值可达1.6 或更小。
目前电火花线切割广泛用于加工各种冲裁模（冲孔和落料用）、样板以及各种形状复杂型孔、型面和窄缝、凸轮、成形刀具、精密细小零件和特殊材料，试制电机、电器等产品等。典型机床有DK7725,DK7740数控电火花线切割机床。
1.3.3其他电火花加工方式
剩下的电火花加工方式应用较少，不是主流。包括：
电火花内孔、外圆和成形磨削：用于加工高精度、表面粗糙度值小的小孔，如拉丝模、挤压模、微型轴承内环、钻套等和加工外圆、小模数滚刀等。典型机床有D6310电火花小孔内圆磨床等。
（2）电火花同步共轭回转加工：用于加工各种复杂型面的零件，如高精度的异形齿轮，精密螺纹环规，高精度、高对称度、表面粗糙度值小的内、外回转体表面等。典型机床有JN-2,JN-8内外螺纹加工机床。
（3）电火花高速小孔加工：用于加工线切割穿丝预孔，深径比很大的小孔，如喷嘴等。典型机床有D703G电火花高速小孔加工机床。
（4）电火花表面强化、刻字：用于电火花刻字、打印记。典型设备有D9105电火花强化机等。
1.4电火花加工用途
目前电火花加工已广泛应用于模具制造、航天航空、电子、电机电器、精密机械、仪器仪表、汽车、轻工业等行业，以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题，加工范围已达到小到几微米的小孔、轴、缝，大到几米的超大型模具和零件。电火花加工的主要用途可以概括为以下几项：
（1）用于模具生产中的型孔、型腔加工，已成为模具制造业的主导加工方法，推动了模具行业的技术进步。可以用于制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。（2）加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。（3）在金属板材上切割出零件。（4）加工窄缝。
（5）磨削平面和圆面。
（6）其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。
2.发展历程及技术成果
2,1电火花加工发展历程
早在十九世纪，人们就发现了电器开关的触点开闭时，因为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。
电火花加工现状与发展
二十世纪四十年代初，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。
五十年代，改进为电阻-电感-电容等回路。同时，还采用脉冲发电机之类的所谓长脉冲电源，使蚀除效率提高，工具电极相对损耗降低，随后又出现了大功率电子管、闸流管等高频脉冲电源，使在同样表面粗糙度条件下的生产率得以提高。
六十年代出现了晶体管和可控硅脉冲电源，提高了能源利用效率和降低了工具电极损耗，并扩大了粗精加工的可调范围。
七十年代出现了高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲和可调波形脉冲等电源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具电极损耗等方面又有了新的进展。在控制系统方面，从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。
电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。控制系统也越来越复杂，从单轴数控到3轴数控、再到多轴联动。20世纪90年代初期，3轴电火花机在国内还是空白，主要是从日本和瑞士引进。直到90年代中期，我国才开始步入国内电火花加工机的真正快速发展轨道，后来在此基础上又生产研发了4轴4联动电火花加工机。
2,2电火花加工技术成果
2.2.1对电火花加工优缺点的总结
电火花加工属于电脉冲放电腐蚀类，被加工的工件是好的导电材料，而且最好是优良的导电材料且不含杂质。
电火花加工的优点：
（1）电火花加工，最擅长对付那些高硬度的（一般的机械加工难以实现的）金属的加工（2）电火花加工尤其适合细、窄缝类（普通机械加工难以做到的）、清角位等的加工。
电化花加工的缺点：
（1）不能加工不导电的材料；
（2）加工过程中，有因为使用控制不良，引起火灾的安全隐患；（3）加工效率较低（相对机械加工来讲）；
（4）加工过程造成被加工件的内应力增加而变形，加工尺寸精度不高。
2.2.2影响其加工精度的因素的总结
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。概括为以下几个方面：（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。（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。这些因素包括电极损耗、工作液脏污程度、冲油或抽油、加工深度等。（4）楞角倒圆的原因及规律
电火花加工现状与发展
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。
2.2.3影响其加工后表面粗糙度的因素的总结
（1）脉冲能量越大，加工速度越高，Ra值越大。（2）工件材料越硬、熔点越高，Ra值越小。
（3）工件电极的表面粗糙度越大，工件的Ra值越大。
3.电火花加工的国内外研究基本现状
近年来电火花线切割加工无论在加工过程控制,还是改进加工工艺方面都取得了许多新的进展。主要表现在突破了许多传统观念的束缚,产生了一些新的加工方法,以及一些新的控制和检测方式。
往复走丝电火花线切割机床的走丝速度为6～12 m/s，是我国独创的机种。自1970年9月由
电火花加工现状与发展
微电子、数控、电力半导体、机械技术、电气技术等，是多方面、多学科集成的产品，是比较复杂的高科技产品。国内现在显然还没有一个能够独立进行原始创新的团队，因此注定要经历一个长时间痛苦的积淀过程，电火花加工技术正不断向精密化、自动化、智能化、高效化等方向发展。我国务必要紧跟电火花加工技术发展步伐，才能立足世界。如今新型数控电火花机床层出不穷，如瑞士阿奇、瑞士夏米尔、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱等机床在这方面技术都有了全面的提高。（1）电火花加工的精密化核心主要体现在对尺寸精度、仿形精度、表面质量的要求。时下数控电火花机床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可达±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3μm。
（2）自动化指目前最先进的数控电火花机床在配有电极库和标准电极夹具的情况下，只要在加工前将电极装入刀库，编制好加工程序，整个电火花加工过程便能日以赴继地自动运转，几乎无需人工操作。机床的自动化运转降低了操作人员的劳动强度、提高生产效率。但自动装置配件的价格比较昂贵，大多模具企业的数控电火花机床的配置并不齐全。数控电火花机床具备的自动测量找正、自动定位、多工件的连续加工等功能已较好地发挥了它的自动化性能。自动操作过程不需人工干预，可以提高加工精度、效率。
（3）智能化：智能控制技术的出现把数控电火花加工推向了新的发展高度。新型数控电火花机床采用了智能控制技术。专家系统是数控电火花机床智能化的重要体现，它的智能性体现在精确的检测技术和模糊控制技术两方面。专家系统采用人机对话方式，根据加工的条件、要求，合理输入设定值后便能自动创建加工程序，选用最佳加工条件组合来进行加工。在线自动监测、调整加工过程，实现加工过程的最优化控制。目前智能化技术不断地升级，使得智能控制技术的应用范围更加的广泛。随着市场对电加工要求的提升，智能化技术将获得更为广阔的发展空间。
（4）高效化：现代加工的要求为数控电火花加工技术提供了最佳的加工模式，即要求在保证加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如这不但缩短了加工时间且省却后处理的麻烦，同时提升了模具品质，使用粉末加工设备可达到要求。另外减少辅助时间(如编程时间、电极与工件定位时间等)，这就需要增强机床的自动编程功能，配置电极与工件定位的夹具、装置。若在大工件的粗加工中选用石墨电极材料也是提高加工效率的好方法。
4.未来发展方向
先进制造技术的快速发展和制造业市场竞争的加剧对电火花成形加工技术提出了更高要求，同时也为电火花成形加工技术加工理论的研究和工艺开发、设备更新提供了新的动力。
今后电火花成形加工的加工对象应主要面向传统切削加工不易实现的难加工材料、复杂型面等加工，其中精细加工、精密加工、窄槽加工、深腔加工等将成为发展重点。同时，还应注意与其它特种加工技术或传统切削加工技术的复合应用，充分发挥各种加工方法在难加工材料加工中的优势，取得联合增值效应。相对于切削加工技术而言，电火花成形加工技术仍是一门较年轻的技术，因此在今后的发展中，应借鉴切削加工技术发展过程中取得的经验与成果，根据电火花成形加工自身的技术特点，选用适当的加工理论、控制原理和工艺方法，并在己有成果的基础上不断完善、创新。电火花成形加工机床向数控化方向发展的趋势已不可逆转，但应注意不可盲目追求“大而全”，应以市场为导向，建立具有开放性的数控体系。总体而言，电火花成形加工技术今后的发展趋势应是高效率、高精度、低损耗、微细化、自动化、安全、环保等。
对电火花加工而言，电火花成形机下一步的发展空间在精密微细和特殊材料两个方面。特殊材料（如航空航天领域用的材料）专机，窄槽窄缝、异型腔的加工，精密模具等领域都是发展重点。在精加工方面，曾经有过高速铣要代替电火花的传言，现在证明这是不现实的。
电火花加工现状与发展
现在粗加工、大电流的火花机又有回头的趋势，在家电、汽车很多行业中应用。人类新开发出来的导电的特殊材料都可进行放电加工，而高速铣通常很难实现。精密微细加工比如喷丝板等微小型零件都离不开电火花加工；航空航天领域中很多零部件需要多轴联动电火花加工。我们国家在专用机型上有创新的能力，有很大的空间。
5.需要进一步研究的问题
电火花加工虽然发展迅速，但仍然存在一些问题，经过对一些资料的查阅，这些问题可以总结为以下几条：
（1）一般加工速度较慢，生产率低于切削加工 安排工艺时可采用机械加工去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率。最近新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率甚至高于切削加工。
（2）存在电极损耗和二次放电 电极损耗多集中在尖角或底面，最近的机床产品已能将电极相对损耗比降至0.1％，甚至更小；电蚀产物在排除过程中与工具电极距离太小时会引起二次放电，形成加工斜度，影响成型精度，（3）工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。
（4）由于电级丝是往复使用，所以会造成电极丝损耗，加工精度和表面质量降低。（5）放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。（6）电极之间需要始终保持确定的距离。（7）电火花需要达到足够高的电流密度。（8）脉冲性放电是一个难题。
（9)如何及时有效的排除电蚀产物值得进一步的研究。
近年来随着特种加工技术在现代制造技术中的发展和广泛应用，国家很重视特种加工行业发展，我国的特种加工机床拥有量较高，也具有很大的生产规模，但在高端机床装备方面，与发达国家还有明显的差距，在加工精度、加工质量以及自动化程度等方面都有很大的提升空间。电火花加工技术中遇到的难题也将在这一趋势中不断被解决。我们相信，电火花加工技术将会不断成熟，并为我们带来巨大的价值。
参考资料：卢秉恒．机械制造技术基础．北京．机械工业出版社，２００７． 王贵成，张银喜．精密与特种加工．武汉．武汉理工大学出版社，２００９．
刘志东，高长水．电火花加工工艺及应用．北京．国防工业出版社，２０１１．
1 全球电火花加工专利分析
图1是全球历年电火花专利申请量, 按年度分布其大致可以被分为三个阶段。第一阶段为电火花加工的起步阶段 (1945-1996年) , 是电火花加工技术的萌芽、起步时期, 这个阶段的专利申请量很少。第二阶段是稳定发展阶段 (1996-2008年) , 在这一阶段, 相关专利的申请量得到了稳定增长。第三阶段 (2008-2014年) , 进入21世纪以后, 相关专利的申请量呈现快速增长的态势。
图2为电火花全球专利申请的分布情况, 可以看出, 中国、欧洲、日本、美国、韩国是主要的专利申请国, 特别是中国的申请量很大, 占46%。
2 国内电火花加工专利分析
图3为中国专利申请量的变化情况, 可以看出, 中国在电火花技术领域起步较晚, 直至1985年才开始有相关专利申请, 但是在其后的20年内每年申请量依然不足20件, 2002年之前专利申请量基本处于一个起步阶段, 2002年以后专利申请量才开始快速地增长。
图4为中国公开专利的来源国, 可以看出, 在中国进行专利申请的是国际上的制造业大国, 其中日本是最大的来源国, 占到除中国以外申请的70%, 一方面说明日本在电火花加工领域技术先进, 另一方面也可以说明日本重视中国这个电火花加工机床的消费市场。
图5为中国专利中公司申请人排行, 可以看出, 在中国专利申请中最多的公司为日本的发那科株式会社, 其一家公司即占到了所有公司的27%, 中国公司中专利申请最多的是昆山市瑞捷精密模具有限公司, 也才有10份专利申请, 由此可知, 中国企业在电火花加工领域的技术储备比较薄弱, 国外发达国家的公司已经开始大量在中国展开专利布局, 尤其是日本在中国专利的布局, 已经走在前列。
通过对发那科株式会社专利申请进行分析, 如图6所示, 可以看出, 发那科株式会社专利申请重点关注的是线切割技术, 然后是电极与工件之间行程控制、线电极的支撑以及电极的电路方向上。
3 总结
3.1电火花加工正处于一个快速成长的时期, 大量的专利申请都是2000年以后才开始的, 即使是发达国家其技术储备也不是很强大, 电火花加工是一个前景广阔, 大有可为的领域;
3.2国内公司在此领域的专利申请都很少, 但是国内顶尖的高校却在电火花加工领域有比较多的研究, 并且其研究的热点同国外公司在中国申请专利的热点基本相同, 应当对这些成果有效转化;
3.3发那科株式会社等申请的发明热点是线切割技术, 在相关专利还不太多的情况下, 国内企业可以尝试在线切割领域针对细小的点申请外围的实用新型专利, 对外国的发明专利进行一个战略上的包围, 不至于在日本产品大肆进入中国的时候束手无策。
摘要：电火花加工技术作为一种特种加工技术, 几乎可加工具有任何硬度的导电金属材料, 具有很强的实用价值, 通过对电火花加工国内外专利申请的情况进行分析统计, 对国内外电火花的技术发展路线和发展趋势进行梳理, 分析我国电火花与国外的技术差距以及国外专利申请的热点, 为我国电火花的发展提供建议和专利布局方向。
关键词：电火花,线切割,专利,专利分析
参考文献
[1]杨大勇.电火花成形加工技术的发展概况[J].电加工与模具, 2010 (S1) :45-51.
[2]秦勇, 王霖, 张建华, 等.电火花成形加工技术的现状与发展趋势[J].工具技术, 2002 (36) :17-20.
[3]王克锡.电火花加工的最新发展[J].金属加工·冷加工, 2008 (8) :82-84.
[4]王振龙, 赵万生, 李文卓.电火花加工技术的发展趋势与工艺进展[J].制造技术与机床, 2011 (7) :23-25.
摘要：本文对模具制造中电火花加工技术的应用、加工中应考虑的影响因素、电火花加工的方法和加工精度的影响因素进行了分析，对模具制造中电火花加工技术的应用有重要的指导意义。关键词：模具制造电火花加工模具精度电火花加工技术（Electric Discharge Machining，EDM）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，在模具制造、不规则孔加工、窄缝加工和金属板材上切割零件等方面有着广泛的应用。在冲模、塑料模、锻模、压铸模和注射模等模具制造中，电火花加工技术有着独特甚至是不可替代的作用。比如在小型注射模制造中，尤其是成型产品复杂的模具，由于其型芯、滑块、镶件、斜销等零件的沟槽拐角多，精度要求高，用铣削加工方法难度大，工时多，而且很难达到精度要求，而用电火花加工技术可以很好地解决这些难题。本文对电火花加工技术在模具制造中的应用及相关问题进行分析，以更好促进电火花加工技术在模具制造中的应用。一、电火花加工技术在模具制造中的应用及优缺点1. 电火花加工技术在模具制造中的应用电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺.随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性、高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现。具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，人們除了进一步发展和完善机械加工方法之外，还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛的应用。2. 电火花加工主要优点和局限性电火花加工的主要优点：（1）适合任何难切削材料的加工；（2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件；（3）脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小；（4）可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。其局限性如下：（1）主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非导体材料；（2）一般加工速度较慢；但最近已有新的研究表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率提高；（3）存在电极损耗；但近年来粗加工时已能将电极相对损耗比降至0.1%以下，甚至更小。所以在加工中我们要了解其优缺点，做到扬长避短。二、电火花加工主要考虑因素1. 电火花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接触到的复杂表面，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，材料硬度又很高，规定了要提供火花纹表面等的加工场合，就要选用电火花加工。2. 工具电极的设计与制造电火花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、、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。线切割加工也是很常用的一种电极加工方法，非常适合2D 电极的制造，可用来单独完成整个电极的制造，或者用于铣削制造电极的清角加工。另外，对于薄片类电极用机械切削加工很难进行，而使用线切割加工可以获得很高的加工效率和加工精度。使用慢走丝切割机床，可以加工有斜度、上下异形的复杂电极，获得很高的加工精度、表面质量。采用快速装夹定位系统来制造电极是电火花加工的一种先进工艺方法，它是将电极坯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. 工件、工具电极的装夹与校正电火花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，还可使用其他工具来进行装夹，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和配套使用电极专用夹具来完成电极换装的，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。4. 加工定位方式当工件和电极装夹、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。模具制造中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”。另外还有一些其他的定位方式。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，当配备动交换装装置时，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。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值要求。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、加工表面粗糙度值要求、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值要求，选用多组电参数，依次按放电能量从大到小进行摇动加工，达到表面粗糙度值和加工尺寸的要求。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。三、电火花加工1. 加工条件电火花加工开始的加工条件应采取与加工面积相适应的加工电流。如果电流过大就会因放电热量而使电极产生异常损耗。另外，在精密加工中电极与工件多为薄形件，也会因放电热量而产生弯曲和毛刺，所以应根据实际需要限制电流值。加工条件虽然决定于表面粗糙度，但为使拐角冗达到最小，往往要选择放电间隙小、表面粗糙度较细的加工条件，这一点非常重要。此时的表面质量，因为成形品的观感非常重要，因此与光泽面相比，更倾向于希望获得看上去比较均质的梨皮面。2. 加工方法为减小拐角尺，必须将电极拐角尺部分的损耗控制到最小限度。通常的摇动加工，由于电极底面拐角不断的产生放电，棱边部分容易受到损耗，因此不能获得满意的拐角尺。1. 加工精度影响因素现代模具企业使用的电火花机床一般都是数显和数控的，机床本身的精度对加工精度起着主要影响.另外影响加工精度的因素还有：（1）放电间隙的大小及其一致性对加工精度的影响；（2）工具电极损耗对加工精度的影响；（3）工件结构形状对加工精度的影响.这些影响因素对工件的加工精度的影响是不能忽视的.2. 模具中电加工精度质量问题分析及对策
（1）质量问题分析型腔的尺寸误差 用电火花加工时，其加工精度受机床、夹具、电极、放电参数、放电环境等诸多因素影响，仅电极而言，其尺寸精度和相对于型腔的位置精度，直接影响放电型腔的尺寸精度，如果设计电极时，只考虑电极的尺寸精度，而忽略电极在型腔加工中的位置精度和校正电极的基准，势必造成型腔尺寸误差和位置误差.因此，设计加工电极时，不仅要考虑电极的尺寸精度，还要考虑电极放电时的位置精度。
（2）针对放电加工中出现的问题提出的相应的解决措施针对型腔的尺寸误差可以采用多电极加工法.多电极加工法是根据一个型腔在粗、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。1.用粗加工电极蚀除大量金属；2.再换半精加工电极完成粗加工到精加工的过渡加工；3.用精加工电极进行终精加工。可以根据型腔的几何形状把电极分解成主型腔电极和副型腔电极。此种加工方法仿形精度高，只要熟练掌握火花间隙，保证重复定位精度，就可以达到满意的工艺要求。针对型孔清角圆角半径太大的问题，应加强对电极的要求。合理选择电极材料。电火花加工中，用得最多的电极材料是紫铜，其次是石墨，精密电火花加工根据需要可选用铜钨合金。虽然紫铜电极的熔点低、密度大、难以成形磨削，但其電火花加工性能好，加工稳定，电极相对损耗小，能保证较高的加工精度，使用范围广，容易制造出各种精密复杂的电极，经锻造后还可以做成加工其他型腔用的电极，材料利用率高，但在加工中不宜采用大电流.在长脉冲负极加工中，加工型腔经常选用石墨作为电极，磨削容易，密度小，并且它能吸附炭来补偿电极的损耗，尤其在脉冲大的情况下具有更小的电极损耗，可实现“高效率低损耗加工”。但由于它的机械强度差，制造精度难以保证，精加工时容易引起稳定电弧使工件烧伤，所以精加工时不宜选用石墨作为电极.铜钨合金与银钨合金价格昂贵，尤其是银钨合金，它们的加工性能稳定，电极损耗极小，特别适用于加工深槽、深腔及一些精度要求高的地方。五、结束语电火花加工技术在模具制造中有着重要的作用，能够完成机械加工不能完成或难以完成的加工任务。电火花加工中，影响加工精度的因素较多，在生产过程中，如果根据零件的要求、电极与工件的材料、加工工艺等因素合理的选择电参数，就一定能够充分发挥该技术的优点，制造出高效率、高质量的模具。参考文献： [1]赵万生.电火花加工技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社. [2]伍端阳.数控电火花实用加工技术机械工业出版社.
这周我正式进入生产车间实习，被安排到了电火花加工中心。
通过在电火花加工车间一周的实习，首先对它的基本工作原理有了初步的了解，知道了它是利用火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行尺寸加工的一种方法。在第一个车间有两台电火花穿孔机，主要用来加工一些很难加工的小孔，处理人工操作过程中出现的一些问题（如攻丝时丝锥断在孔内）。另外，还有四台电火花线切割机，主要对零件进行切割以达到图纸上设计所要求的尺寸。另外一个车间还有从日本进口回来的三台机器，精度都很高。
在实习过程中，有不懂的问题，我就会请教陈师傅来帮我解答，慢慢的也学到了很多以前根本不懂得东西，还纠正了我的一些错误认识。起初，由于自己对机器的操作还不太熟悉，但第三天的时候，在同事的帮助下，我开始着手操作，主要是对射流管进行切割以达到图纸设计所要求的尺寸。直到亲手操作过之后，我才深深体会到实践的重要性，终于懂得，只有自己亲自动手操作了，才会真正学到想要的东西。接下来的两天，我看见同事在画图，自己也想试试，可是一画才知道，根本不像以前学到的哪种操作方法，它是要运用在实际操作过程中的。于是，我就立即虚心请教同事，在他的帮助下，我终于对它的基本操作有所了解，也动手画了图。
在电火花加工过程中，工作液是放电加工的介质，电火花工作液的主要作用是维持工具电极与工件之间适当的绝缘强度，压缩放电通道，使放电能量集中到极小的区域内，排除放电间隙中的产物，使电极与工件及时冷却，此外工作液的分解产物对电极产生镀覆作用，有利于降低电极的损耗。工作液对加工工艺指标的影响很大，对加工效率、加工精度、表面粗糙度以及工作环境等都有很重要的影响。
煤油具有较高的绝缘强度、低的粘度和良好的流动性，因而自电火花加工技术问世以来就一直是电火花成型加工常用的工作液，但是煤油的闪点低、挥发性大、臭味大、安全性差，易引起火灾事故，并且在加工过程中容易产生碳的粘附，消耗了放电能量，降低了加工效果，而且当加工面积较大时，在煤油中不易进行稳定加工，得不到很好的加工表面。和煤油相比，水基工作液具有成本低、不易燃、不污染环境等优点，是一种具有发展前途的电火花加工工作液。目前国内外很多学者集中于蒸馏水或蒸馏水中添加一定的添加剂作为电火花加工工作液的研究，取得了良好的效果，但是基本上都集中于微细电火花加工，并且蒸馏水作为电火花加工工作液时容易锈蚀机床和工件。
过去，乳化油作为冷却液，广泛应用于电火花线切割加工，由于乳化液的介电性能较差在加工过程中会产生电解，消耗放电能量，降低了击穿电压和放电爆炸力，加工效率较低，而且传统的乳化油是油性工作液，长期使用，会发黑发臭，对人体和环境都会造成污染。
一、技术概述
超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。
超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。目前，一般认为，超高速切削各种材料的切速范围为：铝合金已超过1600m/min，铸铁为1500m/min，超耐热镍合金达300m/min，钛合金达150-1000m/min，纤维增强塑料为2000-9000m/min。各种切削工艺的切速范围为：车削700-7000m/min，铣削300-6000m/min，钻削200-1100m/min，磨削250m/s以上等等。
超高速加工技术主要包括：超高速切削与磨削机理研究，超高速主轴单元制造技术，超高速进给单元制造技术，超高速加工用刀具与磨具制造技术，超高速加工在线自动检测与控制技术等。
超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μ
m，表面粗糙度Ra小于0.025μ m，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μ
m的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。
超精密加工技术主要包括：超精密加工的机理研究，超精密加工的设备制造技术研究，超精密加工工具及刃磨技术研究，超精密测量技术和误差补偿技术研究，超精密加工工作环境条件研究。
二、现状及国内外发展趋势
1．超高速加工
工业发达国家对超高速加工的研究起步早，水平高。在此项技术中，处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等。
在超高速加工技术中，超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件，超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法，而高速数控机床和加工中心则是实现超高速加工的关键设备。目前，刀具材料已从碳素钢和合金工具钢，经高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料，发展到人造金刚石及聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼（CBN）。切削速度亦随着刀具材料创新而从以前的12m/min提高到1200m/min以上。砂轮材料过去主要是采用刚玉系、碳化硅系等，美国G．E公司50年代首先在金刚石人工合成方面取得成功，60年代又首先研制成功CBN。90年代陶瓷或树脂结合剂CBN砂轮、金刚石砂轮线速度可达125m/s，有的可达150m/s，而单层电镀CBN砂轮可达250m/s。因此有人认为，随着新刀具（磨具）材料的不断发展，每隔十年切削速度要提高一倍，亚音速乃至超声速加工的出现不会太遥远了。
在超高速切削技术方面，1976年美国的Vought公司研制了一台超高速铣床，最高转速达到了20000rpm。特别引人注目的是，联邦德国Darmstadt工业大学生产工程与机床研究所（PTW）从1978年开始系统地进行超高速切削机理研究，对各种金属和非金属材料进行高速切削试验，联邦德国组织了几十家企业并提供了2000多万马克支持该项研究工作，自八十年代中后期以来，商品化的超高速切削机床不断出现，超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等。瑞士、英国、日本也相继推出自己的超高速机床。日本日立精机的HG400III型加工中心主轴最高转速达36000-40000r/min，工作台快速移动速度为36~40m/min。采用直线电机的美国Ingersoll公司的HVM800型高速加工中心进给移动速度为60m/min。
在高速和超高速磨削技术方面，人们开发了高速、超高速磨削、深切缓进给磨削、深切快进给磨削（即HEDG）、多片砂轮和多砂轮架磨削等许多高速高效率磨削，这些高速高效率磨削技术在近20年来得到长足的发展及应用。德国Guehring Automation公司1983年制造出了当时世界第一台最具威力的60kw强力CBN砂轮磨床，Vs达到140-160m/s。德国阿享工业大学、Bremen大学在高效深磨的研究方面取得了世界公认的高水平成果，并积极在铝合金、钛合金、因康镍合金等难加工材料方面进行高效深磨的研究。德国Bosch公司应用CBN砂轮高速磨削加工齿轮齿形，采用电镀CBN砂轮超高速磨削代替原须经滚齿及剃齿加工的工艺，加工16MnCr5材料的齿轮齿形，Vs＝155m/s，其Q达到811mm3/mm.s，德国Kapp公司应用高速深磨加工泵类零件深槽，工件材料为100Cr6轴承钢，采用电镀CBN砂轮，Vs达到300m/s，其Q`＝140mm3/mm.s，磨削加工中，可将淬火后的叶片泵转子10个一次装夹，一次磨出转子槽，磨削时工件进给速度为1.2m/min，平均每个转子加工工时只需10秒钟，槽宽精度可保证在2μ m，一个砂轮可加工1300个工件。目前日本工业实用磨削速度已达200m/s，美国Conneticut大学磨削研究中心，1996年其无心外圆高速磨床上，最高砂轮磨削速度达250m/s。
近年来，我国在高速超高速加工的各关键领域如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、陶瓷滚动轴承等方面也进行了较多的研究，但总体水平同国外尚有较大差距，必须急起直追。
2．超精密加工
超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高，而且商品化的程度也非常高。
美国是开展超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。早在50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为“SPDT技术”（Single Point Diamond Turning）或“微英寸技术”（1微英寸＝0.025μ m），并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床。用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面非球面大型零件等等。如美国LLL实验室和Y－12工厂在美国能源部支持下，于1983年7月研制成功大型超精密金刚石车床DTM－3型，该机床可加工最大零件?2100mm、重量4500kg的激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜（包括X光天体望远镜）等。该机床的加工精度可达到形状误差为28nm（半径），圆度和平面度为12.5nm，加工表面粗糙度为Ra4.2nm。该机床与该实验室1984年研制的LODTM大型超精密车床一起仍是现在世界上公认的技术水平最高、精度最高的大型金刚石超精密车床。
在超精密加工技术领域，英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所（简称CUPE）享有较高声誉，它是当今世界上精密工程的研究中心之一，是英国超精密加工技术水平的独特代表。如CUPE生产的Nanocentre（纳米加工中心）既可进行超精密车削，又带有磨头，也可进行超精密磨削，加工工件的形状精度可达0.1μ m，表面粗糙度Ra<10nm。
日本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚，但是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。日本的研究重点不同于美国，前者是以民品应用为主要对象，后者则是以发展国防尖端技术为主要目标。所以日本在用于声、光、图象、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面，是更加先进和具有优势的，甚至超过了美国。
我国的超精密加工技术在70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。北京机床研究所是国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一，研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等，如精度达0.025μ m的精密轴承、JCS－027超精密车床、JCS－031超精密铣床、JCS－035超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动－位移测微仪等，达到了国内领先、国际先进水平。航空航天工业部三零三所在超精密主轴、花岗岩坐标测量机等方面进行了深入研究及产品生产。哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微粉砂轮电解在线修整技术等方面进行了卓有成效的研究。清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究，并有相应产品问世。此外中科院长春光学精密机械研究所、华中理工大学、沈阳第一机床厂、成都工具研究所、国防科技大学等都进行了这一领域的研究，成绩显著。但总的来说，我国在超精密加工的效率、精度可靠性，特别是规格（大尺寸）和技术配套性方面与国外比，与生产实际要求比，还有相当大的差距。
超精密加工技术发展趋势是：向更高精度、更高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展；不断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。21世纪初十年将是超精密加工技术达到和完成纳米加工技术的关键十年。
三、“十五”目标及主要研究内容
1．目标
超高速加工到2005年基本实现工业应用，主轴最高转速达15000r/min，进给速度达40-60m/min，砂轮磨削速度达100-150m/s；超精密加工基本实现亚微米级加工，加强纳米级加工技术应用研究，达到国际九十年代初期水平。
2．主要研究内容
（1）超高速切削、磨削机理研究。对超高速切削和磨削加工过程、各种切削磨削现象、各种被加工材料和各种刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工艺参数优化等进行系统研究。
（2）超高速主轴单元制造技术研究。主轴材料、结构、轴承的研究与开发；主轴系统动态特性及热态性研究；柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究；主轴系统的润滑与冷却技术研究；主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究；主轴换刀技术研究。
（3）超高速进给单元制造技术研究。高速位置芯片环的研制；精密交流伺服系统及电机的研究；系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究；机械传动链静、动刚度研究；加减速控制技术研究；精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等。
（4）超高速加工用刀具磨具及材料研究。研究开发各种超高速加工（包括难加工材料）用刀具磨具材料及制备技术，使刀具的切削速度达到国外工业发达国家90年代末的水平，磨具的磨削速度达到150m/s以上。
（5）超高速加工测试技术研究。对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动控制系统的监控技术，对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工精度、加工表面质量等在线监控技术进行研究。
（6）超精密加工的加工机理研究。“进化加工”及“超越性加工”机理研究；微观表面完整性研究；在超精密范畴内的对各种材料（包括被加工材料和刀具磨具材料）的加工过程、现象、性能以及工艺参数进行提示性研究。
（7）超精密加工设备制造技术研究。纳米级超精密车床工程化研究；超精密磨床研究；关键基础件，如轴系、导轨副、数控伺服系统、微位移装置等研究；超精密机床总成制造技术研究。
（8）超精密加工刀具、磨具及刃磨技术研究。金刚石刀具及刃磨技术、金刚石微粉砂轮及其修整技术研究。
（9）精密测量技术及误差补偿技术研究。纳米级基准与传递系统建立；纳米级测量仪器研究；空间误差补偿技术研究；测量集成技术研究。
1 混粉电火花加工机理
电火花加工速度较机械加工要慢, 其获得广泛应用在于其能加工任何导电材料及加工质量优于传统机械加工。其中表面粗糙度是考查加工质量的重要方面, 根据实验公式, 表面粗糙度与脉冲能量之间的关系表达如下[1]:
式 (1) 中:Rmax——表面粗糙度 (μm) ;
KR——与工件材料和电极材料有关的常数, 铜对钢时取2.3;
te——脉冲放电时间 (μs) ;
——峰值电流 (A) 。
从式 (1) 可看出, 影响加工表面粗糙度值的加工工艺因素主要是脉冲放电时间和峰值电流乘积大小, 即单个脉冲能量大小。采用较短的脉冲放电时间和较小峰值电流加工, 即单个脉冲能量较小时, 理应获得较低的表面粗糙度值。但在实践中发现, 即使单个脉冲能量很小, 当电极面积较大时, Rmax亦很难低于2μm, 并且加工面积越大, 所能达到的表面粗糙度值越高。其原因在于加工时, 在工作液中, 加工工件与电极相当于电容的两极, 具有“寄生电容”, 相当于在放电间隙并联了一个电容。采用小的单个脉冲能量精加工时, 每次脉冲并不能将放电间隙击穿, 而是对“寄生电容”起了“充电”作用, 待进行了几个周期的“充电”, 电压值足够击穿放电间隙时, 才进行放电加工, 此时, 已积累了较多的脉冲能量, 形成较大蚀坑, 恶化表面粗糙度。
混粉电火花加工是指在工作液中加入铝、硅等导电微粉的电火花加工工艺。它能有效降低工作液电阻率, 放电间隙可成倍扩大, 寄生电容成倍减小, 不会发生上述多个脉冲能量积累, 达到很大脉冲能量才能击穿放电间隙, 进而进行放电的情况;混入的导电微粉对放电火花通道起分割作用, 将每次放电火花通道分割成数个小通道, 同时对脉冲能量也进行相应分解, 使落在工件表面的单个脉冲能量成倍减小, 相应的放电蚀坑也较小, 以获得大面积光亮表面。
2 混粉电火花加工的实施要求[2]
2.1 混粉电火花工艺对加工机床的要求
混粉加工通常用于加工面积较大的精加工中, 因此应用混粉电火花加工工艺的机床应具有精加工功能。主要在于机床加工电路, 具有纳秒级脉冲放电时间和较低脉冲电流, 使单个脉冲能量很小, 并能在小脉冲能量下持续稳定放电, 以满足小规准精加工要求。铝、硅等导电微粉密度大于工作液密度, 要顺利进行混粉电火花加工, 机床必须具备防止粉末沉淀功能, 应用搅拌或循环喷射技术, 使导电微粉均匀分布在工作液中。
2.2 混粉电火花对加工工件的要求
混粉电火花加工适合于加工面积大而要求表面粗糙度值低的工件, 在加工前应对工件进行判断是否适合用该工艺进行加工。对于微细型腔和有尖角存在的工件, 因容易在窄缝中积留微粉且该工艺放电间隙大, 而难以达到预定要求。较大面积的型腔如手机外壳模具则适合用混粉电火花加工工艺。工件在进行混粉电火花加工前应留适当加工余量。加工余量太少, 精加工不能将上一次放电痕迹去除, 无法达到要求表面粗糙度;加工余量太多, 则影响加工效率。
2.3 混粉电火花对加工工艺的要求
混粉电火花加工较常规电火花加工工艺, 较大的电规准也能获得同样的表面粗糙度值, 因此其加工效率较常规电火花加工高。在文章上述对加工机床要求中提过, 混粉电火花加工机床具有更好的精加工电路, 更高的持续、稳定放电性能, 因此在混粉加工参数选择与常规加工有所不现, 要求更高的放电时间和更短的抬刀高度, 以获得稳定小能量电蚀过程。目前应用于混粉电火花加工机床都还有成套参数, 操作者可输入加工面积, 要求表面粗糙度等条件, 系统自动适配加工参数, 当然在实际生产中要获得最佳加工效果, 则需操作者根据实际经验优化加工参数。
3 混粉电火花加工对表面质量的影响
3.1 表面力学性能[3]
电火花加工时工件表面受到瞬时高温并迅速油冷, 类似于热处理中的淬火工艺, 因此经电火花加工后的工件表面硬度一般比较高, 只有某些淬火钢可能稍低于基体硬度。且硬度随含碳量增大而升高, 耐磨性也相应提高。但表面熔化凝固层与基体结合不牢, 容易剥落, 有些要求高的模具需把表面熔化凝固层研磨掉再进行后续加工。
混粉电火花加工, 与常规电火花加工相同, 工件表面受瞬时高温而熔化, 又在工作液中迅速冷却。上海交通大学高绪宝等人对混粉电火花加工表面做了能谱分析, 发现铝、硅等微粉在熔化凝固层占有一定比重[3]。铝、硅粉的混入对熔化凝固层起了强化作用, 工件表面层硬度较高, 耐磨性好。可以做为最终表面使用。混粉电火花加工表面由于受到瞬时高温作用并迅速冷却收缩而产生拉应力, 易出现显微裂纹。大连理工大学对混粉加工表面微裂纹进行了研究, 发现对微裂纹影响最大的是脉冲放电时间, 时间越长, 微裂纹越大, 且分布越密。
3.2 表面粗糙度[4]
混粉电火花加工与常规电火花加工的最大区别在于微粉的存在能提高工作液导电性, 加工中可用更小的电规准, 单个脉冲能量更小;导电性能增加, 放电间隙增大, 寄生电容减小, 减少常规电火花精加中的单个能量“累积”现象;微粉的存在能分割火花放电通道, 将单个脉冲能量分割成几个小能量, 每个放电通道蚀除凹坑更小, 以达到更好表面粗糙度。
4 小结
采用混粉电火花加工工艺加工面积大、表面粗糙度要求高的工作是非常有效的。在使用中应注意机床选择与加工工艺参数确定。
机床应具有持续、稳定镜面精加工电路;铝、硅等微粉密度大于工作液密度, 机床应能有效防止微粉沉淀。
混粉电火花加工工艺适合于大面积精加工表面, 而对于微细型腔及清角, 会由于放电间隙增大及导电微粉积存无法有效工作, 加工余量留取应适当, 达到较好表面质量, 较高加工速度。
工艺参数如峰值电流、脉冲宽度、峰值电压的选择对加工速度与加工质量影响较大, 目前机床一般具备多套可供选择参数, 生产实践中需根据经验合理调整。
本文通过对混粉电火花加工工艺原理分析, 解析其使用要求及对表面质量改善状况, 希望对企业吸收与利用当前先进的混粉电火花加工工艺提供一点帮助。
参考文献
[1]刘晋春, 白基成, 郭永丰.特种加工[M].北京:机械工业出版社, 2010.
[2]张宗才, 伍端阳.混粉电火花加工在型腔模中的应用[J].电加工与模具, 2010 (5) :69-72.
[3]高绪宝, 顾琳, 赵万生, 等.混粉电火花加工工件表面质量影响因素分析[J].制造业自动化, 2009 (3) :1-4.
关键词：塑料模加工；电火花线切割；特殊方法
一、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，电火花线切割定会在塑料模加工中发挥出越来越重要的作用。
二、数控电火花线切割的特点
因为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，因此与其他加工方式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，两者之间的作用力很小，故而电极丝、夹具不需要太高的强度。
（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）由于電极丝比较细，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的特点，因而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。
三、数控电火花线切割在塑料模加工中的应用场合
1、数控电火花线切割在动模和定模加工中的应用
在塑料模具中，动模和定模是塑料模具的主要组成部分。动模也称型芯或凸模，是成型塑件内表面的模具零件，多装在注塑机的动模板上。定模也称型腔或凹模，是成型塑件外表面的模具零件，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。见图一：数控电火花线切割在动模加工中的应用；图二：数控电火花线切割在定模加工中的应用。
2、数控电火花线切割在工具电极加工中的应用
在塑料模具中，特别是动模、定模有许多微小的地方刀具不宜加工，或者形状较复杂的面，这时就需要制作工具电极，采用电火花成型加工。工具电极苦有细异形孔、窄缝和复杂斜面的型柱、型孔，刀具不宜加工，就必须使用数控电火花线切割机床进行切割成形。由于铣刀总存在着半径R，在要求尖角的模具中，电极也常常要用数控电火花线切割进行清角。清角加工充分利用了电极丝R小，可变锥度大的优点。如图三：数控电火花线切割在工具电极加工中的应用。
图三：数控电火花线切割在电极加工中的应用
在电极的切割过程中，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；在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。
3、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工中的应用常有：动模定模镶件、斜顶、滑块、销钉孔、以及一些耐磨板、压板压条等。
零配件加工时常常也考虑配合间隙，一般取值的规则是将镶孔割大0.003～0.005MM，而镶件照正常数据加工。或者在不知镶孔大小的情况下将镶件单边放大0.003～0.008MM，以免镶件过小不能使用。在斜度镶件加工时，底部顶部一般都放长1MM左右。因为在装配时可以把镶件装得很紧，不留一点缝隙，多余的部分可以用铣刀或钞轮加工去掉。
四、数控电火花线切割在塑料模加工中的几种特殊应用方法
1、数控电火花线切割在顶针孔加工中的应用方法
顶针是塑料模中最简单的脱模零件，常设计在脱模阻力较大的部位。顶针孔就是供顶针通过到达产品内表面，顶出产品的通道。
一般模具中顶针孔都较多，在线切割中穿丝频繁，故适宜带有自动穿丝的慢走丝机床加工。在编程软件上也适宜选用带有多件编程的软件进行程序编制，如台湾的统达软件。该软件能一次框选所有顶针孔，只需一次设置加工参数或条件，就能自动生成所有顶针孔的加工程式。不像有些软件，对顶针孔的加工需要一次又一次的选择顶针孔或加工参数及条件。在顶针孔的加工时，第一个顶针孔的大小往往需要进行试配。如果最后一次加工顶针仍然放不进去则要进行二次重割。重割时将程序的第一刀删除，第二刀补正值不变，第三刀补正值略加。如果能进去一小半，则第一刀、第二刀匀删除，第三刀补正值略加。这是一个经验积累的工作，往往要多次才能取得合适的配合补正值。
2、数控电火花线切割在斜顶孔加工中的应用方法
斜顶也是塑料模中常见的一零件，它常常是成对的在动模左右两边出现。斜顶孔也就是斜顶顶出的通道。斜顶孔一般都有斜度，而且它的斜度是两边同向而斜，两边为直身，不同于一般的斜度工件加工。在编程时切记要小心，分清楚它的斜向，注意检查程式中的偏斜代码与偏斜值正负。
3、数控电火花线切割在上下异形件加工中的应用方法
上下异形是指工件的上端与下端形状不一样，如上端为一个圆，下端为一正方形。如图四：数控电火花线切割在上下异形加工中的应用。
在编写这个应用的程式时，应以两点隔开，前面的程式是下面的形状（正方形），后面的程式是上面的形状（圆形）。它为一个复合程式，是将上下两个程式并在一起走，下面数据走X、Y轴，上面的数据走U、V轴。
图四：数控电火花线切割在上下异形加工中的应用方法
4、数控电火花线切割在斜导柱孔加工中的应用方法
斜导柱是抽芯滑块中的一个零件，斜导柱孔也就是导柱斜向通过的通道。由于是圆孔，又有单向斜度，常是线切割加工中的难题。如图八：数控电火花线切割在斜导柱孔加工中的应用方法。
斜导柱孔简单加工方法是用辅助夹具进行辅正加工，采用一条边线碰数或画线取数加工，故该方法加工精度低不准确，采用软件分析处理才是较合理的加工方案。在编程取数时切记要小心，在它的程式面上是一个椭圆，而不是一个标准圆。它的程式上实际上就是两个椭圆的上下异形程式。
五、总结
与其他加工形式相比，数控电火花线切割有许多无可替代的优势。在塑料模加工中，数控电火线切割广泛应用于动模、定模、电极以及零配件。尤其在特殊加工场合，只要能编制出正确的数控程式，电火花线切割定会在塑料模加工中发挥出越来越重要的作用。
参考文献：
[1]杨永平主编. 《模具技术基础》. 北京. 化学工业出版社 2006；
【电火花加工技术论文】推荐阅读：
电火花成型加工教案10-06
电火花加工实训总结11-24
雨中的火花作文10-25
让创新的火花点亮未来10-11
让智慧的“火花”点燃生命的课堂07-17
在开放式阅读教学中点燃创新火花10-14
让青春的火花在农电事业中燃烧的演讲稿11-05
加工技术论文11-20
高速多轴加工技术10-04
钣金成型加工技术11-07
