电火花成型技术在模具加工中的应用

河北农业大学现代科技学院毕业论文题目电火花成型技术在模具加工中的应用学部工程技术学部专业班级机制0902学号2009614270222学生姓名王胜达指导教师姓名李昕指导教师职称讲师二O一三年五月二十五日目录1绪论111模具电火花的研究背景112模具电火花成型技术的目的意义113模具电火花的研究范围及要求达到的技术要求114模具电火花在国内外的发展情况215模具电火花成型技术研究中所存在的主要问题3151电火花加工异常放电3152表面变质层32模具电火花的基本概念及理论基础321模具的基本概念、分类及特点3211模具的基本概念3212模具的分类4213模具的制造特点422电火花加工的基本原理及特点4221电火花加工的基本原理4222电火花加工的特点53模具电火花的深层研究与分析631模具电火花研究的前提及条件6311模具电火花研究的前提6312电火花加工应具备下列条件732模具电火花研究的具体方法及论证7321精密细微化7322脉冲电源参数的精确控制7323中小型模具的低消耗加工8324人工智能技术933模具电火花研究的可行性分析114电火花成型技术在模具加工中的实例分析1141注塑模型腔镶1142V形数控电极片落料模加工135电火花成型技术在模具加工中的发展前景1451新工艺的应用14511准化夹具实现快速定位14512粉加工方法实现镜面加工效果15513摇动加工方法实现高精度加工15514多动联动加工方法实现复杂加工1552新技术的发展1653电火花加工技术的发展趋势166结论17参考文献18致谢19电火花成型技术在模具加工中的应用摘要在模具工业技术快速发展的新形势下,电火花加工是当前模具加工的重要方法之一,并有着其它加工方法无可替代的优点，电火花加工技术已取得了突破性的进展，它是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺，对于为寻求向客户在较短的交货时间以较低的价格提供较高质量的产品的模具生产商来说，电火花加工自动化是一个很有吸引力的，选择电火花加工技术作为特种加工领域的一门重要技术，本文从电火花加工技术发展的基本现状、电火花的基本原理、深层分析与研究、电火花加工的实例分析、电火花加工新技术的发展前景等五个方面入手如实论述。关键词工具电极、放电间隙、精密微细化、脉冲电源。APPLICATIONOFEDMTECHNOLOGYINTHEPROCESSINGOFMOULDABSTRACTINTHENEWSITUATIONOFFASTDEVELOPMENTOFMOLDINDUSTRYTECHNOLOGY,ELECTRICALDISCHARGEMACHININGISONEOFTHEIMPORTANTMETHODSOFTHEMOLD,ANDTHEUTILITYMODELHASTHEADVANTAGESOFNOOTHERPROCESSINGMETHODSELECTRICSPARKMACHININGTECHNOLOGYHASMADEBREAKTHROUGHPROGRESSITISANEWPROCESSOFDIRECTUSEOFELECTRICITYANDHEATPROCESSINGFORSEEKINGTOCUSTOMERSINSHORTERDELIVERYTIMETOLOWERTHEPRICEOFPRODUCTSTOPROVIDEHIGHERQUALITYMOLDMAKERS,EDMAUTOMATIONISAVERYATTRACTIVECHOICEOFEDMTECHNOLOGYASANIMPORTANTTECHNOLOGYOFSPECIALPROCESSINGFIELD,THISARTICLEFROMTHEDEVELOPMENTOFEDMTECHNOLOGYBASICSITUATION,THEBASICPRINCIPLE,THEELECTRICSPARKDEEPANALYSISANDRESEARCH,EDM,EDMEXAMPLEANALYSISOFNEWTECHNOLOGYDEVELOPMENTPROSPECTSINFIVEASPECTSASDISCUSSEDKEYWORDSTOOLSELECTRODE、PRECISIONULTRAMICRONIZATIONMODEL、THEELECTRODES、THEELECTRICCLEARANCE、PULSEPOWERSUPPLY1绪论11模具电火花的研究背景在模具工业技术快速发展的新形势下，电火花加工是当前模具加工的重要方法之一，并有着其它加工方法无可替代的优点,电火花加工技术已取得了突破性的进展,它是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺,对于为寻求向客户在较短的交货时间以较低的价格提供较高质量的产品的模具生产商来说，电火花加工自动化是一个很有吸引力的,选择电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术。电火花加工ELECTRICALDISCHARGEMACHINING，简称EDM技术是在一定介质中通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用对工件进行加工的方法,该项技术在20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产,从最初只能去除折断在工件中的钻头、丝锥、切割硬质合金刀片开始，经过半个多世纪的发展，电火花加工现在已成为精密模具、复杂形状零件以及精密微小孔加工的重要装备，在航空航天、模具制造等领域获得了极为广泛的应用。近年来，电火花技术的研究和应用日新月异，并在精密微细化、智能化、个性化、绿色环保化和高效化等方面获得了长足的发展。12模具电火花成型技术的目的意义电火花加工的原理是利用工件和工具之间脉冲性电火花放电所产生的电腐蚀现象来蚀除多余材料，这决定了电火花加工主要用于金属等导电材料的加工1。凭借其可用于加工任何硬度、强度、脆性、韧性的材料和各种形状复杂零部件的优势，被广泛的应用于机械制造、航空航天、电子、精密机械、仪器仪表、汽车、轻工等行业，已经成为现代特种制造加工技术中不可缺少的一种重要的加工方法。国外许多知名厂商都已经生产出细微放电加工专用机床，但由于这类机床能够对特种材料进行微米级加工，因而发达国家一般将其列入对我国禁运的产品，鉴于国内还没有相对成熟的产品，一定程度上制约了我国在细微加工研究的发展，国内针对微细电火花放电状态的研究非常少，主要通过常规电火花检测方法来实现细微电火花放电状态检测，其辨识准确率不高的原因，影响了细微电火花的稳定性和加工效率，所以急需构建细微电加工平台，对深入研究细微电火花加工技术，总结目前尚不清楚的加工规律，探索电火花在实际生产中的应用与规律，更好的提高细微电火花的加工质量和促进电火花基础研究具有重要意义。13模具电火花的研究范围及要求达到的技术要求由于电火花加工有其独特的优越性，再加上数控水平和工艺技术的不断提高，其应用领域日益扩大，已经覆盖到机械、宇航、航空、电子、核能、仪器、轻工等部门，用于解决各种难加工材料、复杂形状零件和有特殊要求的零件的制造，成为常规切削、磨削加工的重要补充和发展，模具制造是电火花成形加工应用最多的领域，而且非常典型。电火花加工在模具制造中的主要应用1高硬度零件加工对于某些要求硬度较高的模具，或者是硬度要求特别高的滑块、顶块等零件，在热处理后其表面硬度高达50HRC以上，采用机加工方式将很难加工这么高硬度的零件，采用电火花加工则可以不受材料硬度的影响。2型腔尖角部位加工如锻模、塑料模、压铸模、挤压模、橡胶模等各种模具的型腔常存在着一些尖角部位，在常规切削加工中由于存在刀具半径而无法加工到位，使用电火花加工可以完全成型。3模具上的筋加工在压铸件或者塑料件上，常有各种窄长的加强筋或者散热片，这种筋在模具上表现为下凹深而窄的槽，用机加工的方法很难将其加工成形，而使用电火花可以很便利地进行加工。4深腔部位的加工由于机加工时，没有足够长度的刀具，或者这种刀具没有足够的刚性，不能加工具有足够精度的零件，此时可以用电火花进行加工。5小孔加工对各种圆形小孔、异形孔的加工，如线切割的穿丝孔、喷丝板型孔等，对于长深比非常大的深孔，很难采用钻孔方法加工，而采用电火花或者专用的高速小孔加工机可以完成各种深度的小孔加工。6表面处理如刻制文字、花纹，对金属表面的渗碳和涂覆特殊材料的电火花强化等，通过选择合理加工参数，也可以直接用电火花加工出一定形状的表面蚀纹。14模具电火花在国内外的发展情况数控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，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。精密化电火花加工的精密核心主要体现在对尺寸精度、仿形精度、表面质量的要求，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23M、底面拐角R值可小于003MM，最佳加工表面粗糙度可低于RA03M。通过采用一系列先进加工技术和工艺方法，可达到镜面加工效果且能够成功地完成微型接插件、IC塑封、手机、CD盒等高精密模具部位的电火花加工。从总体来看，现代模具企业在先进数控电火花机床的应用上，还没能很好地挖掘出机床的精密加工性能，因此，有必要全面推动已有数控加工技术的进一步发展，不断提高模具加工精度。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。专家系统在检测加工条件时，只要输入加工形状、电极与工件材质、加工位置、目标粗糙度值、电极缩放量、摇动方式、锥度值等指标，就可自动推算并配置最佳加工条件。模糊控制技术是由计算机监测来判定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；自动监控加工过程，实现最稳定的加工过程的控制技术。专家系统智能技术的应用使机床操作更容易，对操作人员的技术水平要求更低。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。自动化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。普及机床的自动化程度是当前数控电火花机床行业的发展趋势之一。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。如手机外壳、家电制品、电器用品、电子仪表等领域，都要求将大面积（例如100100MM）工件的放电时间大幅缩短，同时又要降低粗糙度。从原来的RA08M改进到RA025M，使放电后不必再进行手工抛光处理。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。最佳的加工模式是企业扩大市场空间、提升市场竞争力的资本，其开发而成的新产品、新技术亦愈受欢迎。15模具电火花成型技术研究中所存在的主要问题151电火花加工异常放电常用的电火花放电过程一般认为是击穿介质游离放电放电结束绝缘恢复。过去认为在电火花稳定加工的状态下不会产生异常放电现象，但试验表明即使在非常稳定的加工状态下也会产生异常放电，只不过此时的异常放电现象微弱而短暂。另外在加工过程中，并不是所有的脉冲都放电加工，进给速度越快，脉冲利用率就越高，但产生异常放电的几率也就越大。异常放电主要有烧弧、桥接、短路等几种形式。152表面变质层放电时产生的瞬时高温高压，以及工作液快速冷却作用，使工件与电极表面在放电结束后产生与原材料工件性能不同的变质层，工件表面的变质层从外向内又可大致分成三层放电时被高温熔化后未被抛出的材料颗粒，受工作液快速冷却而凝固粘结于工件表面，形成熔化凝固层；靠近熔化层的材料受放电高温作用及工作液的急冷作用形成淬火层；距表面更深一些的材料则受温度变化影响形成回火层。2模具电火花的基本概念及理论基础21模具的基本概念、分类及特点211模具的基本概念在工业生产中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属或非金属材料制成所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。用模具成形制造出来的零件通常称为“制件”。212模具的分类在工业生产中，模具的用途广泛、种类繁多，常见的分类方式有按模具结构形式分为冲模、塑料模具、锻模和压铸模等。冲模又分为单工序模、复合模、级进模等；塑料模具可分为单分型面注射模和双分型面注射型等。按模具使用对象可分为电工模、汽车模、机壳模、玩具模等。按工艺性质划分，冲模分为冲孔模、落料模、拉深模、弯曲模。塑料模具分为压缩模、压注模、注射模、挤出模、吹塑模等。采用综合归纳法，将模具分为10大类，各大类按其使用对象、材料、功能和模具制造方法，及工艺性质等，再分成若干小类和品种。213模具的制造特点模具生产制造技术集中了机械加工的精华，即是机电结合加工，也离不开模具钳工的操作，其特点如下。（1）模具生产的工艺特点。一套模具制出后，通过它可以生产出数十万件零件或制品。但是制造模具自身，只能是单件生产。（2）模具制造的特点。模具制造对工人的技术等级要求较高。模具生产周期一般较长，成本较高。制造模具的过程中，同一工序的加工往往内容较多，因而生产效率较低。模具在加工中，某些工作部分的位置和尺寸，应经过试验才能确定。装配后，模具必须试模和调整。模具生产是典型的单件生产，因此，生产工艺、管理方式、模具制造工艺等都有独特的适应性与规律。22电火花加工的基本原理及特点221电火花加工的基本原理电火花加工的原理如图1所示，工件1与工具4分别与脉冲电源2的两个不同极性输出端相连接，自动进给调节装置3使工件和电极间保持相当的放电间隙。两电极间加上脉冲电压后，在间隙最小处或绝缘强度最低处将工作液介质击穿，形成放电火花。放电通道中等离子瞬时高温使工件和电极表面都被蚀除掉一小部分材料，使各自形成一个微小的放电坑。脉冲放电结束后，经过一段时间间隔，使工作液恢复绝缘，下一个脉冲电压又加在两极上，同样进行另一个循环，形成另一个小凹坑。当这种过程以相当高的频率重复进行时，工具电极不断地调整与工件的相对位置，加工出所需要的零件。所以，从微观上看，加工表面是由很多个脉冲放电小坑组成。电火花加工原理图1工件2脉冲电源3自动进给调节装置4工具5工作液6过滤器7工作液泵图1电火花加工原理图222电火花加工的特点电火花加工不用机械能量，不靠切削力去除金属，而是直接利用电能和热能来去除金属，已成为常规切削、磨削加工的重要补充，相对于机械切削加工而言，电火花加工具有以下一些特点1适合于用传统机械加工方法难以加工材料的加工。因为材料的去除是靠放电热蚀作用实现的，材料的加工性主要取决于材料的热学性质，如熔点、比热容、导热系数热导率等，几乎与其硬度、韧性等力学性能无关。工具电极材料不必比工件硬，所以电极制造相对比较容易。2可加工特殊及复杂形状的零件。由于电极和工件之间没有相对切削运动，不存在机械加工时的切削力，因此适宜于低刚度工件和细微加工。由于脉冲放电时间短，材料加工表面受热影响范围比较小，所以适宜于热敏性材料的加工。此外，由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于薄壁、低刚性、弹性、微细及复杂形状表面的加工，如复杂的型腔模具的加工。3可实现加工过程自动化。加工过程中的电参数较机械量易于实现数字控制、自适应控制、智能化控制，能方便地进行粗、半精、精加工各工序，简化工艺过程。在设置好加工参数后，加工过程中无需进行人工干涉。4可以改进结构设计，改善结构的工艺性。采用电火花加工后可以将拼镶、焊接结构改为整体结构，既大大提高了工件的可靠性，又大大减少了工件的体积和质量，还可以缩短模具加工周期。5可以改变零件的工艺路线。由于电火花加工不受材料硬度影响，所以可以在淬火后进行加工，这样可以避免淬火过程中产生的热处理变形。如在压铸模或者锻压模制造中，可以将模具淬火到大于56HRC的硬度。电火花加工有其独特的优势，但同时电火花加工也有一定的局限性，具体表现在以下几个方面1主要用于金属材料的加工。不能加工塑料、陶瓷等绝缘的非导电材料。但近年来研究表明，在一定条件下也可加工半导体和聚晶金刚石等非导体超硬材料。2加工效率比较低。一般情况下，单位加工电流的加工速度不超过20MM3AMIN。相比于机加工来说，电火花加工的材料去除率是比较低的。因此通常采用机加工切削去除大部分余量，然后再进行电火花加工。此外，加工速度和表面质量存在着突出的矛盾，即精加工时加工速度很低，粗加工时常受到表面质量的限制。3加工精度受限制。电火花加工中存在电极损耗，由于电火花加工靠电、热来蚀除金属，电极也会遭受损耗，而且电极损耗多集中在尖角或底面，影响成形精度。虽然最近的机床产品在粗加工时已能将电极的相对损耗比降至1以下，精加工时能降至01，甚至更小，但精加工时的电极低损耗问题仍需深入研究。4加工表面有变质层甚至微裂纹。由于电火花加工时在加工表面产生瞬时的高热量，因此会产生热应力变形，从而造成加工零件表面产生变质层。5最小角部半径的限制。通常情况下，电火花加工功能得到的最小角部半径略大于加工放电间隙，一般为002003MM，若电极有损耗或采用平动头加工，角部半径还要增大，而不可能做到真正的完全直角。6外部加工条件的限制。电火花加工时放电部位必须在工作液中，否则将引起异常放电，这给观察加工状态带来麻烦，加工件的大小也受到影响。7加工表面的“光泽”问题。一般精加工后的表面，仍无机械加工后的那种“光泽”，需经抛光后才能发“光”。3模具电火花的深层研究与分析31模具电火花研究的前提及条件311模具电火花研究的前提模具零件在制造前，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。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。312电火花加工应具备下列条件1在脉冲放电点必须有足够大的能量密度，能使金属局部熔化和气化，并在放电爆炸力的作用下，把熔化的金属抛出来。为了使能量集中，放电过程通常在液体介质中进行。2工具电极和工件被加工表面之间要经常保持一定的放电间隙。这一间隙随加工条件而定，通常为几微米至几百微米。如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质。因此，在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调节装置。3放电形式应该是脉冲的，放电时间要很短，一般为107103S。这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，将每次放电点分布在很小的范围内，否则像持续电弧放电，产生大量热量，只是金属表面熔化、烧伤，只能用于焊接或切割。4必须把加工过程中所产生的电蚀产物包括加工焦、焦油、气体之类的介质分解产物和余热及时地从加工间隙中排除出去，保证加工能正常地持续进行。5在相邻两次脉冲放电的间隔时间内，电极间的介质必须能及时消除电离，避免在同一点上持续放电而形成集中的稳定电弧。6电火花放电加工必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如煤油、皂化液或去离子水等。液体介质又称工作液，必须具有较高的绝缘强度103107CM，以利于产生脉冲性的放电火花。同时，工作液应能及时清除电火花加工过程中产生的金属小屑、碳黑等电蚀产物，并且对工具电极和工件表面有较好的冷却作用。32模具电火花研究的具体方法及论证321精密细微化微细加工在近代加工技术中是一个新的加工领域。对于电火花微细加工而言，主要指尺寸小于300M的轴孔、沟槽、型腔等的加工。实现精密、微细加工的一个重要条件是加工单位（即每次放电的蚀除量）尽可能小。而在电火花加工过程中，其加工单位只取决于单个放电脉冲的能量。微细电火花加工的极限能力一直是研究工作者追求的目标之一。日本东京大学生产技术研究所的增泽隆久教授加工出的直径5M的微细孔和直径25M的微细轴，代表了当前这一领域的世界前沿水平。除了微细孔和微细轴的加工外，微细电火花加工技术更深远的意义在于通过微细电火花铣削技术制造更小的微三维结构，进而制造更小的微型机械及微型机器人，从而体现该技术更为广泛的潜在价值和应用前景。322脉冲电源参数的精确控制高性能脉冲电源控制技术主要体现在3个方面，即蚀除脉冲精度的精确控制、阻断清扫脉冲的控制、稳定放电脉冲的控制。3221逐个脉冲检测技术实现逐个脉冲检测并做出相应对策的首要条件是速度要快，为此AGIEHYPERSPARK脉冲电源研制了FPGA脉冲优化模块，具有超强计算能力30MIPS，可在约333NS时间内对脉冲前沿的状况进行一次检测，不仅可消除拉弧的风险，还可按使用中效率和表面质量表面粗糙度的一致性和加工表面平整性的权重来设定阈值。有了这一脉冲控制技术，使诸如300MM300MM的大面积精加工得以实现。3222阻断清扫脉冲控制技术瑞士AGIEHYPERSPARK脉冲电源的阻断清扫脉冲控制技术是在放电柱渐近进入饱和状态前突加一个适当的高电流脉冲，以阻断已没有蚀除作用的放电柱，形成第一次材料抛出，凹坑中有明显残留物；然后重建新的放电柱，在其扩展过程中又会有些蚀除，更重要的是在其放电结束后的第二次材料抛出时，将原坑中的残料充分清除，形成光滑干净的放电凹坑，此放电凹坑比通常脉冲的放电凹坑浅，从而使表面粗糙度减小，白层变质层减薄。由于脉冲蚀除量的增加以及表面质量改善使后续精修省力，故此项技术使加工效率提高采用铜和石墨电极时平均提高30，深窄槽加工提高50，电极损耗降低。例如用直径10MM，45尖劈形石墨电极加工钢，加工深度12MM，加工结果长度损耗01MM相对损耗08，表面粗糙度RA16M，加工时间30MIN，而常规脉冲电源加工时间为41MIN，提高27。323中小型模具的低消耗加工电火花成形加工在中小型模具，尤其是小型高档模具的加工方面呈现很大的优势。市场因素是机电产品的功能集成及相应的产品小型化，使其模具在小容积内包容了复杂的多个型腔，加上为提高模具寿命采用高硬度材料，对此，加工中心的高效率长项发挥不出来，相反由于需要去除的材料少，电火花成形加工相对低的材料去除效率，有一定损耗等则不成问题。型腔越小越复杂，它的优势越明显。尤其在当今金融危机下，模具厂求自保努力挖潜，例如手机和数码相机模具制作周期中抛光约占1/4，争取免抛光和少抛光是重要的出路，铣刀无可避免留下的刀花和刀痕成了抛光的大问题，甚至在小型腔中根本无法抛光。这些以电火花成形加工当前的性能水平，无需大的花销就可稳定解决。当然这并不是说加工中心面对小型复杂型腔绝对做不了，而是说在加工工时和刀具费用等方面已不合算。就是在中大型模具上，除了窄深槽和清角的工作外，如音响设备的音窗，汽车的进风格栅，以及落差大的型腔如汽车发动机箱压铸模型芯，需要超长的铣刀加工，此时由于刀具刚度不足，表面质量无法保证，只能用电火花成形加工。可以说在小型腔加工上电火花成形加工已成为主角，这块市场现在发展很快，足以使电火花成形加工站稳脚跟，而在中大型型腔加工上至少也是最佳配角了。实际上电火花成形加工和加工中心所代表的高速铣，已不是零和游戏的双方，而是优势互补，进入双赢的局面。为此，电火花成形加工近年来技术上有了长足的进步，并在此基础上推出一系列新机型。当前正进入模具行业添置高速铣的高潮，高速铣供应商中的一些人大量散发电火花成形加工被替代的信息。这明明是欺骗大多数用户没有用过高速铣，对它期望值过高。在国外这个过程在10年前就已经过去了，也没有人再谈论这些东西。事实是高速铣会替代一部分，也因为它在电极制造和型腔预铣上提供了很大的方便，使电火花成形加工功能更合理更有效，正因为高速铣和电火花成形加工之间工艺上的联结是如此的紧密，MAKINO将它们成功地捆绑销售，类似的还有AGIECHARMILLES的米克朗。SODICK还自行开发了MC430L/MC650L高速铣削中心。据统计在2002年世界市场上电火花成形加工的销售额达56亿瑞士法郎不包括中国。当然电火花成形加工的大方向是向高端精密微细方面发展，在超硬和高耐热材料加工领域内，为减少昂贵的刀具消耗，常规电火花成形加工还有一定市场。总之高速铣效率高，工艺相对简单，更适合加工凸模，而在型腔，尤其是深窄槽、微细型面、硬韧材料、无刀痕加工中效率就不太高，花销大，颇难接受。而清角、超硬合金的加工等等正是发挥电火花成形加工的优势所在。电火花成形加工最主要是相对效率低，工艺复杂。故趋势是用它的平动功能去除高速铣留下的刀痕和清角窄槽的加工，所以要求今天的电火花成形加工精度要高，微细加工能力强，如果余量留得很小如单边00501MM，效率就不太低，形状平整度都会很好。高速铣和电火花成形加工真正是互补极强的一对，两者结合的范例以手机模具最为典型，因为此模具为抢市场，交货期很紧，且质量很苛刻，通常会使用高速铣为主，但电火花成形加工也有10多个电极。即使最有名的三星公司，把电火花成形加工的应用一再压缩，至少也要用3个电极，其中还用上了混粉镜面加工工艺。电火花成形加工最近在加工硬质合金型面上取得进展后，继续攻克高耐热的钛合金，这些材料又硬又粘，高速铣加工刀具消耗很大，采用窄脉宽高峰值电流的电火花成形加工据介绍电极损耗可以控制在25以下，故AGIE公司中等规格的成形机所配脉冲电源的峰值电流都达到了104A过去这不多见，在工艺数据库里也配上了相应参数。324人工智能技术提高电火花成形加工过程自动化程度是该加工技术发展的必然趋势。由于电火花成形加工是在复杂环境下基于复杂任务对复杂对象的控制，传统的控制系统已不能满足自动化加工的要求，因此需要建立多输入、多输出的控制系统，智能控制将是解决此类复杂问题的有效途径。智能控制系统具有自学习和自适应功能，能自主调节系统的控制结构、参数和方法，进行决策规划和广义问题求解。它就如同一个有经验的操作者，可通过对加工信息的定性刻划，模拟熟练操作者的思维方式，根据当前的加工状态调整加工参数，进而实现提高加工效率、加工精度、加工过程稳定性以及简化操作过程，拓宽加工范围的目的。虽然智能控制系统在电火花成形加工中得到了大量应用，但仍有许多不完善之处，主要需解决以下问题根据不同加工要求确定工具电极与工件加工表面之间的合理间隙和合理加工参数；开发能根据加工过程中间隙状态的改变而自适应变化的脉冲电源；工作液的合理选用及其对加工过程的影响；降低各种干扰对加工过程的影响。针对以上问题，电火花成形加工智能控制系统应重点研究和应用以下技术3241自适应控制由于电火花加工机理非常复杂，要建立一个严格的数学模型十分困难，虽然不同的学者从各自的角度提出了不同的模型，但大多与实际相差甚远，故应用传统的经典控制方法如RC控制不可能达到良好的控制效果。因此，现代控制理论中的自适应控制技术必然被电火花加工控制技术所吸收，国内外专家学者在这方面做了广泛的探索研究工作。各种自适应控制方法的不同之处在于控制参数及评价标准的选择。监控参数大致有伺服参考电压、脉冲电源参数、抬刀周期、高频信号、脉冲上升沿、击穿延时、火花放电时间、脉冲下降沿的时间占有率等。电火花加工过程自适应控制的目标是在满足表面粗糙度、电极损耗及加工稳定性要求的前提下优化蚀除速度，使生产率尽量提高。然而，电火花加工过程中需优化的参数很多，且各种参数之间是相互耦合的。而上述各种自适应控制方法，基本上都是控制单一变量，或是相互分离地控制几个变量，至于变量之间的耦合问题还未涉及到，致使自适应控制方法难以实现真正意义上的最优控制。3242专家系统的应用由于电火花成形加工的复杂性，操作人员需熟练掌握数控编程技术、加工规准选择、电极损耗补偿等技术和相关知识，其中任何一个环节的欠缺都将造成加工过程的缺陷或失败。采用专家系统可较好地解决这一问题。专家系统的建立及功能的完善需根据电火花成形加工的特点，结合多年的试验研究成果及实际操作经验，不断充实、改进专家系统知识库，细化推理过程，建立良好的人机接口，从而根据不同的加工要求，实现加工参数优化及加工过程中的在线实时调整，达到降低操作难度、实现高效率、高精度和稳定加工的目的。国外电火花成形机床在专家系统方面有了新的进展。例如夏米尔公司ROBOFORM2000L机床配置了新的PROGRAMEXPERT2自动编程系统，加工时按照画面的提示只需输入少量数据，如电极损耗、表面粗糙度、加工工件及电极材料、加工面积、加工深度等，加工时即可自动选取最优参数，自动监控加工过程，实现自动化最优控制。3243人工神经网络技术的应用虽然专家系统可使计算机控制系统具有类似人类专家解决问题的能力，但在知识的获取方面存在困难，自学能力差。人工神经网络是一种通过计算机对人类大脑功能进行抽象、简化和模拟而建立的高度非线性系统，它具有自组织、自学习、容错性和并行处理信息的能力，特别适合处理复杂问题，与专家系统、模糊控制技术互相取长补短，提高对放电状态、加工效率、放电位置等的预测精度，提高在线实时控制效果，推动电火花成形加工过程控制向更高层次发展。3244模糊控制技术的应用模糊控制技术是在模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理技术的基础上发展起来的先进计算机控制技术，通过输入少量参数，模糊控制系统即可自动选择最优参数，自动监控加工过程，实现自动化、最优化控制。此外，将自适应和学习能力引入模糊控制系统，可实现对模糊控制规则、隶属函数和模糊量化在控制中的自动调整和完善。目前，国外电火花成形机几乎都应用了模糊控制FC技术。用模糊控制理论可起到替代一个熟练操作人员的作用。即对检测到的间隙放电状态进行模糊推理，以识别加工是否高效、稳定，由此确定下阶段新的加工参数，来实现加工过程的最优化。采用该技术一般能提高加工速度2030，特别是对深槽、筋肋、多腔多件加工以及加工中截面积变化较大的零件加工效果更为显著。3245混合智能控制的应用需指出的是，上述各种控制技术在电火花加工过程中的应用并不是相互独立的。由于各自都存在着无法自我克服的缺陷，采用单一控制方式对于电火花加工过程很难获得满意的控制效果。因此，它们之间需要取长补短，在充分发挥自身优势的同时，通过相互结合取得联合增值效应。如对神经网络来说，知识抽取和知识表达较困难，而模糊信息处理方法对此却很有效；另一方面，模糊推理很难从样本中直接学习规则，且在模糊推理过程中会增加模糊性，但神经网络却能进行有效的学习，并因采用联想记忆而降低模糊熵。国内外学者对混合控制方法进行了广泛研究，提出了模糊控制与神经网络的结合、神经网络与遗传算法的结合、模糊控制与遗传算法的结合、模糊控制与灰色预测的结合等混合智能控制理论。为了紧跟先进制造技术的发展步伐，应进一步完善模糊控制与自适应控制、人工神经网络、专家系统的结合，利用混沌理论、模糊控制等各种控制技术的特点与优势，研制智能化、模块化的电火花成形加工机床的控制部件和执行机构，实现高效率、高精度、低损耗、稳定的加工过程控制，促进电加工事业的发展。33模具电火花研究的可行性分析大学期间的金工实习、数控课讲授，让我对模具加工有了深一步的认识，从心里有一种去探究它的欲望，经过长期的学习，我慢慢的发现电火花成型技术在模具上的发展有着不可预算的发展前景，而现代社会，在模具工业技术快速发展的新形势下，电火花加工是当前模具加工的重要方法之一，并有着其它加工方法无可替代的优点。电火花加工技术已取得了突破性的进展。它是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。在引进电火花技术的情况下，产品会更加精密，生产率也会有着前所未有的提高，在经济上会有进一步广阔的提升，在技术上通过数控电火花机床在结构设计、脉冲电源的开发方面将朝更合理、更具优势化的方向全面发展，提高加工性能，同时考虑降低机床制造的成本。数控电火花加工在控制技术上将朝自动化、智能化方面的更高层次发展，数控电火花加工的网络管理技术在高档机床上已有初步应用，将逐步被推广及应用，获取更好的系统管理效果。4电火花成型技术在模具加工中的实例分析电火花成型加工主要基于脉冲放电时的电火花腐蚀原理，当工具电极与工件在绝缘液体介质中相互靠近时，极间脉冲电压将两极间“相对最近点”的液体介质电离击穿，形成脉冲放电，并在放电通道中瞬间生产大量的热能，使局部金属融化甚至气化，而将金属蚀除下来。与传统的加工相比，电火花成形加工的特点有三个一是可以加工任何导电材料，并且不受其机械强度及硬度的影响；二是加工时无“切削力”，有利于加工小孔、薄壁、窄槽以及各种复杂异壁面的零部件加工；三是脉冲参数可以任意调节，在同一台机床设备上，可持续进行粗加工、半精加工和精加工。41注塑模型腔镶如图2所示，其材料为40GR，硬度为40421HRC，加工表面粗糙度值RA063UM，型腔侧面棱角半径R（11）1515和3151515315MM，而精修时尽管也有损耗，但由于两部分精修量一样，故不会影响两者深度差。如图2所示为电极结构，其总长无严格要求。图2电极结构图电极可以利用机械加工的方法制造，但因为两边圆弧一般都用数控线切割加工，主要工序备料刨削上下端面划线水平尺寸用线切割加工两边圆弧按图示方向旋转90，用线切割加工半圆凸台与主体的长度钳工划线铣削椭圆槽加工2个BM810MM螺孔钳工修正待用。（3）镶块坏料加工按图样要求备料刨削六面体热处理（调质）硬度达40421HRC磨削镶块6个面。（4）电极与镶块的装夹和定位M8螺钉，固定电极，并装夹在主轴头的夹具上，然后用千分表（或百分表）的电极上端面和侧面各基准，校正电极与工体的平行度和垂直度，并使其X、Y轴与工作台的X、Y轴移动方向一致。工件一般用平口钳夹紧，并校正使用X、Y轴与工作台的X、Y轴移动方向一致。定位即保证电极与工件的中心线完全重合，用数控电火花成形机床加工时，也可以用其自动找中心功能来准确定位。42V形数控电极片落料模加工如图3所示，材料为CR12，凸凹模配合间隙为006008MM，硬度为6062HRC。图3数控电极凹凸间隙图（1）模在电火花加工前的工艺准备按图样要求备料削凹模六面，上下端面留0305MM的单位面积的磨量钳工划线，用钻床加工6MM两销孔和4个8M螺纹孔铣削凹模的空刀部分成形淬火6062HRC磨削上下端钳工修正待用。（2）工具电极（凸模）在电火花加工前的工艺准备按图样要求备料其厚度为60MM刨削凸模六面，上下端面留0305MM的单面磨量磨削上下端面淬火硬度5860HRC用线切割按凹模刃口形状、尺寸加工钳工修正待用。（3）加工方法采用“钢打钢”即凸模直接加工凹模的方法。如图4所示把凹模的空刀部分向上，开始加工，直到加工成形为止，“反打正用”。（4）装夹、校正、安装固定用电板夹紧装置，固定凸模电极，校正后预固定在主轴头上。将凹模放置在副工作台上，将凸模电极对准凹模的空刀部分，预加工刃口对准凸模电极，校正后用压板将凹模压紧固定。（5）设备及加工规准用D7410电火花穿孔成形机床、JF80B晶体管脉冲电流。其电规准为低压脉宽2US，脉冲间隔2040MS，低压80V,加工电流35A,高压脉宽5US，高压173V，加工电流06A,加工极性负、下冲油、加工深度30MM。（6）加工完成后，其凸凹模双边配合间隙006MM，双边加工斜度为003MM加工表面粗糙度RA125UM。图4数控电极图上述电火花加工技术在模具加工中的应用案例，凸显了电火花成形加工在模具的异型不通孔与底肋加工及均匀模具间隙方面的优势；只要我们能很好地掌握和利用电火花加工技术的特点，就会给我们的模具生产与制造提供极大的便利。5电火花成型技术在模具加工中的发展前景51新工艺的应用电火花加工工艺是实现加工目的直接手段。目前已经开发出了多种电火花加工工艺，并在生产中取得了一定的经济效益。下面介绍几种在数控电火花加工中新应用的工艺及其优势。511准化夹具实现快速定位数控电火花加工为保证极高的重复定位精度且不降低加工效率，采用快速装夹的标准化夹具。目前有瑞士的EROWA和瑞典的3R装置可实现快速精密定位。这类装置的原理是电极在制造时，是集电极与夹具为一体的组件在装有同数控电火花机床上配备的工艺定位基准附件相同的加工设备上完成的。工艺定位基准附件都统一同心、同位，并且各数控机床都有坐标原点。因此电极在制造完成后，直接取下电极和夹具的组件，装入数控电火花机床的基准附件上，无需再进行纠正调节。加工过程中如需插入一“急件”加工，同样可以将正在加工的半成品卸下，待急件加工完后再继续快速装夹加工。标准化夹具，是一种快速精密定位的工艺方法，它的使用大大减少了数控电火花加工过程中的装夹定位时间，有效地提升了企业的竞争力。512粉加工方法实现镜面加工效果在放电加工液内混入粉末添加剂，以高速获得光泽面的加工方法称之为混粉加工。该方法主要应用于复杂模具型腔，尤其是不便于进行抛光作业的复杂曲面的精密加工。可降低零件表面粗糙度值，省去手工抛光工序，提高零件的使用性能（如寿命、耐磨性、耐腐蚀性、脱模性等）。其加工原理主要是电火花工作液中加入一定比例的导电粉末，放电间隙增大，电极间的寄生电容和电流密度减少；使放电点分散、放电集中现象减少。混粉方法加工镜面主要技术要求有电火花机床具有镜面精加工电路（具有极小的单个脉冲能量）；选择合适的粉末添加剂；进行粉末添加剂的浓度管理；利用扩散装置来消除浓度的误差；采用无冲液处理方式。混粉加工技术的发展，使精密型腔模具镜面加工成为现实。513摇动加工方法实现高精度加工电火花加工复杂型腔时，在不同方向上的加工难度和加工面积相差很大，会引起加工屑局部集中，触发加工不稳定、放电间隙不均匀等情况。为了保证高效率下放电间隙的一致性、维持高的稳定加工性，可以在加工过程中采用电极不断摇动的方法。加工中采用摇动的方法可获得侧面与底面更均匀的表面粗糙度，更容易控制加工尺寸。摇动加工选用是根据被加工部位的摇动图形、摇动量的形状及精度的要求而定。如果在加工中不采用摇动的方法，则很难实现小间隙放电条件下的稳定加工。在精加工中很容易发现因这个原因造成的不稳定加工现象，不稳定放电使尺寸不能准确地得到控制且粗糙度不均匀。采用摇动的加工方法能能很好解决这些问题且能保证高精度、高质量的加工。514多动联动加工方法实现复杂加工近年来，随着模具工业和计算机技术的发展，促进了多轴联动电火花加工技术的进步。采用多轴回转系统与多种直线运动协调组合成多种复合运动方式，以适应不同种类工件的加工要求，扩大了数控电火花加工的加工范围，提高其在精密加工方面的比较优势和技术效益。数控电火花加工机床可利用多轴联动很方便地实现传统电火花机床难以加工的复杂型腔模具或微小零件的加工，如三维螺旋面、微细齿轮、微细齿条等。目前模具企业采用数控电火花加工基本采用成型电极的轴向伺服加工，但也可以巧用多轴联动的方法来提高加工性能，如清角部位在加工可行的情况下采用X、Y、Z三轴联动的方法，即斜向加工，避免了因加工部位面积小而发生放电不稳定的现象。模具潜伏式胶口的加工通过对电极斜度装夹定位的设计，也可进行斜向多轴联动加工。52新技术的发展数控电火花成形机（NCSEDM机床）各项工艺指标虽然已达到了很高的水平，可是在高速铣（HSM）迅速发展的今天，其发展空间仍受到了一定的挤压。但由于HSM在加工凹型腔时还存在一定的问题，包括深槽窄缝的加工，内清角的加工，棱边清晰的加工，细微、复杂、精密加工，深型腔（L/D5）的加工等，还有超硬材料的加工也不是HSM的特长。从实力来讲国外几个著名厂商还是处于领先优势。日本牧野公司第一次展出电极自动交换（AEC）和工件自动交换（AWC）的EDGE2全自动NCSEDM机床。AEC采用EROWAITS系统、3R宏系统或牧野的Y形系统，分直接交换式和旋转式二种。直接交换式电极容量为4根，旋转式电极容量为832根，使用卡盘适配器交换时最大电极重量（含电极夹具）40KG，AEC交换时间一般为20S；AWC具有通用性的工件库和工件货盘交换装置，容易确认的平面工件库适合于复杂模具加工。采用辅助工作台，以便于大工件的自动交换，采用工作液快速处理技术，使下一个工件的交换变得更快、更可靠。该机床还具有工作液恒温控制（05），RA018M的超精加工技术（电极直径40MM铜，工件NAK80），R0015MM的锐角加工技术以及添加剂为SC的混粉加工技术等。日本沙迪克公司展出的AM45L同样是全自动的NCSEDM机床，具有电极和工件自动交换功能，采用的是EROWA系统，也是第一次在国际模展上展出。瑞士夏米尔公司也开发了混粉加工技术，在国际模展上第一次展出了ROBOFORM350混粉加工机