摘要：根據(jù)模具企業(yè)多年的電火花加工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就電火花加工常出現(xiàn)的異常問(wèn)題作了充分闡述，并分析了其產(chǎn)生原因及預(yù)防問(wèn)題發(fā)生的方法，對(duì)提高電火花加工質(zhì)量有指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞:電火花加工；模具質(zhì)量；異常；原因 ；防范措施
中圖分類號(hào)：TG661文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
Problems in mould EDM and analysis on whys
Abstract: The problems usually occurred in EDM was discussed in detail according to many years of practical experiences in EDM processing. The whys were analyzed and the method to prevent was explored. It can be some references to the upgrading of EDM.
Key words: EDM; mould quality; problem; whys; countermeasure
1 引 言
電火花加工在模具制造中是十分重要的工藝環(huán)節(jié)，尤其在塑料模制造中更為重要。大多塑料模零件通常采用電火花加工來(lái)完成最終精加工，加工完成的質(zhì)量直接影響模具零件的裝配性能或成型精度。加工出現(xiàn)的異常問(wèn)題輕則造成一些不必要的處理方法，重則造成工件整體報(bào)廢，延長(zhǎng)了模具制造周期，增加了模具制造成本，降低了模具質(zhì)量，因此防范發(fā)生加工異常問(wèn)題具有重要意義。加工異常問(wèn)題包括加工中的不正常現(xiàn)象和加工后的質(zhì)量問(wèn)題。
2 電火花加工常見的異常問(wèn)題及分析
(1)模具零件加工完成后加工部位實(shí)測(cè)尺寸不合格。用電火花加工完成的部位通常能達(dá)到的精度為0.005mm左右。模具零件中不同部位的加工精度要求是不一樣的，有一些精度要求高的部位尺寸公差控制很嚴(yán)格。如果加工尺寸不在公差允許范圍內(nèi)，即為不合格尺寸。不合格尺寸有大于最大極限尺寸和小于最小極限尺寸。影響加工尺寸大小的因素有以下幾種：
a.電極尺寸縮放量的影響。電火花加工時(shí)兩極間存在火花間隙，為了加工出符合要求的尺寸，對(duì)電極縮放適當(dāng)尺寸來(lái)加工。電極的縮放尺寸在生產(chǎn)中稱為電極縮放量。在加工時(shí)，實(shí)際產(chǎn)生的火花間隙與電極縮放量的不匹配將直接影響加工尺寸的精度。在不采用電極平動(dòng)加工時(shí)，如果所產(chǎn)生的火花間隙小于電極縮放量，加工出來(lái)的尺寸將小于標(biāo)準(zhǔn)值。相反，電極縮放量比實(shí)際火花間隙要小時(shí)會(huì)使加工后的尺寸大于標(biāo)準(zhǔn)值。因此正確確定電極縮放量的大小是保證加工尺寸合格的前提。確定電極縮放量大小時(shí)要視加工部位的不同而合理選用。塑膠模具加工部位一般分為結(jié)構(gòu)性部位和成型部位。結(jié)構(gòu)性部位在模具中起配合、定位等作用。這些部位的加工表面粗糙度無(wú)嚴(yán)格要求，但要求尺寸一次加工到位，保證加工后的尺寸符合要求。在確定這些部位火花位大小時(shí)取加工時(shí)實(shí)際產(chǎn)生的火花間隙的大小。成型部位是用來(lái)直接成型塑件的部位。此類部位的加工尺寸和表面粗糙度都有相應(yīng)的要求。電火花加工的成型部位一般在加工完成后采用拋光的方法去除火花紋跡達(dá)到預(yù)定表面粗糙度要求，所以在確定這類成型部位電極縮放量時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確確定拋光余量。一般拋光余量取4Ra+0.005mm左右（Ra：電火花加工完成的表面粗糙度值），在計(jì)算電極縮放量時(shí)取實(shí)際火花間隙和拋光余量之和。電火花加工工藝一般是用不同尺寸的電極采用不同的電規(guī)準(zhǔn)由粗到精完成加工。加工后的尺寸主要決定于精加工的控制。在不采用電極平動(dòng)加工時(shí)，確定精加工火花位大小時(shí)應(yīng)先考慮好為達(dá)到預(yù)定表面粗糙度要選用的電參數(shù)條件，明確該條件火花間1隙的大小再確定電極火花位的大小。成型部位精加工的火花位一般為單側(cè)0.04—0.08mm，結(jié)構(gòu)部位為單側(cè)0.02—0.06mm。確定粗加工火花位大小時(shí)以考慮加工速度和為精加工預(yù)留適當(dāng)余量為標(biāo)準(zhǔn)，一般取單側(cè)0.15—0.25mm。在采用電極平動(dòng)加工時(shí)，火花位取標(biāo)準(zhǔn)值減去火花間隙和平動(dòng)量，精加工中電極火花位一般取單側(cè)0.12mm左右。確定電極火花位大小時(shí)還應(yīng)詳細(xì)考慮加工部位的加工性能。如在通孔類排渣良好的情況下，不容易形成二次放電，產(chǎn)生的火花間隙相對(duì)比較小，而盲孔類加工因排渣不是很順，二次放電的機(jī)會(huì)比較多，而使火花間隙變大。大電極縮放量較小電極縮放量相對(duì)小一些。因?yàn)榇箅姌O放電時(shí)放電能量分布均勻，小電極放電時(shí)能量集中。
b．電極實(shí)際尺寸、平動(dòng)量控制的影響。在不采用電極平動(dòng)加工時(shí)，電極的實(shí)際尺寸對(duì)加工部位完成的尺寸起決定性的作用。在正確確定電極火花位以后，應(yīng)該采用合理的加工方法保證制造電極的精度。在采用電極平動(dòng)加工時(shí)，平動(dòng)量的控制對(duì)加工尺寸起決定性的作用。應(yīng)根據(jù)電極實(shí)測(cè)尺寸的大小，確定正確的平動(dòng)量來(lái)保證加工尺寸符合要求。
c．電極校正精度的影響。加工后的尺寸與電極的校正精度有很大的關(guān)系。電極的校正偏差會(huì)使其在加工進(jìn)給方向的垂直平面投影面積增大，使其加工部位的尺寸大于正常值。因此一般存在用小電極加工后的側(cè)面間隙比用大電極加工后的側(cè)面間隙稍大的情況。因?yàn)樾‰姌O的校正精度不可能有大電極那樣高。保證好電極的校正精度是電火花加工開始階段最重要的環(huán)節(jié)，是保證加工尺寸合格的重要條件之一。
d．電參數(shù)調(diào)節(jié)因素的影響。電參數(shù)調(diào)節(jié)直接關(guān)系到加工中實(shí)際火花位的大小。更改電參數(shù)條件的各項(xiàng)均會(huì)影響火花間隙的大小。對(duì)火花間隙影響最明顯的是電流，隨著電流的增大火花間隙也相應(yīng)增大。脈沖寬度的影響也是如此。脈沖間隙的增大會(huì)使火花間隙變小，但作用不是很明顯。其它相關(guān)參數(shù)也在間接地影響火花位的大小。因此在調(diào)節(jié)電參數(shù)時(shí)一定要選用合理，更改電參數(shù)時(shí)要弄清楚會(huì)對(duì)加工尺寸產(chǎn)生的影響。
e．加工中電極損耗的影響。在加工過(guò)程中不可避免的存在電極損耗，電極損耗使加工完成的尺寸小于標(biāo)準(zhǔn)值。（不正常的過(guò)大電極損耗原因在下面詳述）一定要正確控制好電極損耗來(lái)保證加工的尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)。
f．加工深度控制的影響。在加工尺寸中加工進(jìn)給方向的深度是一個(gè)特別重要的尺寸。深度的控制精度關(guān)系著加工尺寸是否合格。影響深度控制精度的因素首先是加工前對(duì)刀精度的影響。在對(duì)刀時(shí)如果電極和工件間存在雜物，會(huì)使對(duì)刀產(chǎn)生偏差，通常會(huì)使加工完成的深度小于標(biāo)準(zhǔn)值。所以在對(duì)刀時(shí)一定要保證兩極間的干凈。其次是預(yù)留的加工余量的影響。加工部位側(cè)面的尺寸控制決定于電極的火花位。而深度控制則決定于加工時(shí)對(duì)所要加工的深度尺寸的預(yù)留。預(yù)留量的選取同電極火花位選取原則相同。再次是對(duì)刀基準(zhǔn)的精度的影響。電極用來(lái)對(duì)刀的部位必須是明確的基準(zhǔn)，基準(zhǔn)面應(yīng)光潔平整。最后還要注意在粗加工中電極熱膨脹的影響，使其變長(zhǎng)而超過(guò)為精加工預(yù)留的余量，使加工深度偏深，出現(xiàn)精加工時(shí)修不光的現(xiàn)象。
(2)加工完成部位表面質(zhì)量不合格。表面質(zhì)量異常問(wèn)題一般有積炭、粗糙度不符合要求、表面變質(zhì)層過(guò)厚。下面針對(duì)這三種問(wèn)題具體分析。
a.積炭。積炭是表面質(zhì)量異常最嚴(yán)重的問(wèn)題，對(duì)模具零件產(chǎn)生破壞性的效果。它是電火花加工中放電異常的產(chǎn)物。引起放電異常的主要原因是電規(guī)則選擇不當(dāng)。一般積炭發(fā)生在精加工中，因?yàn)榫庸r(shí)放電間隙小，排渣不容易。因此在調(diào)節(jié)電參數(shù)時(shí)要以觀察到放電狀態(tài)穩(wěn)定為標(biāo)準(zhǔn)，在放電不穩(wěn)定的情況下，應(yīng)該將放電時(shí)間減短，抬刀高度增大，脈沖寬度減小，脈沖間隙增大，伺服壓力減小等。粗加工中，在加工面積小時(shí)注意峰值電流不要過(guò)大。其次沖油也有很大影響。不適當(dāng)?shù)臎_油方式、沖油壓力使電蝕物無(wú)法順利排出，使放電狀態(tài)很不穩(wěn)定而引起電弧放電。一般采用的沖油方式是下沖油，朝開口部位沖油，淋油等。沖油壓力控制在接近加工的臨界壓力范圍內(nèi)，采用的火花油應(yīng)該較清潔。整個(gè)加工過(guò)程中要隨時(shí)監(jiān)控加工穩(wěn)定狀況，通過(guò)看火花、聽聲音、觀察電流、電壓表來(lái)評(píng)定。對(duì)加工中的不正常現(xiàn)象及時(shí)采取相應(yīng)措施。
b．粗糙度不符合要求。加工完成的表面粗糙度不符合要求是表面質(zhì)量異常的常見問(wèn)題。一些精密部位通常要求加工出很細(xì)微的表面再采用拋光處理，如果加工得粗將會(huì)增大拋光量，影響加工形狀、尺寸精度。還有一些產(chǎn)品是要求表面火花紋的，這就要求加工出來(lái)的表面粗糙度符合要求，整體均勻。上述的電規(guī)準(zhǔn)選擇不當(dāng)和沖油因素也是產(chǎn)生表面粗糙度不符合要求的重要原因。另外還有電極表面粗糙度、電極材料、加工留量等因素的影響。電極表面粗糙度直接影響加工表面的粗糙度。加工時(shí)是將電極的表面復(fù)制到工件表面，因此精加工的電極通常都要拋光處理。電極材料質(zhì)量差，組織不均勻，含雜質(zhì)等會(huì)使加工出來(lái)的工件表面粗糙度不均勻，達(dá)不到預(yù)定要求，選擇電極材料時(shí)應(yīng)該根據(jù)加工部位的要求合理選用。粗加工的加工留量對(duì)精加工效果的影響很大。如果留的太少，會(huì)產(chǎn)生精加工修不光的現(xiàn)象。一般粗加工為精加工留0.15mm進(jìn)行修光。大電極比小電極可適當(dāng)少留一些。一些同樣的型腔多個(gè)數(shù)目加工時(shí)應(yīng)該及時(shí)更換電極，因?yàn)殡姌O在加工多個(gè)部位以后，其表面質(zhì)量會(huì)變差，使加工的工件表面粗糙度不一樣。
c．表面變質(zhì)層過(guò)厚。放電時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓，以及工作液快速冷卻作用，使工件表面在放電結(jié)束后產(chǎn)生與原材料工件性能不同的變質(zhì)層。一般情況下，表面變質(zhì)層對(duì)加工結(jié)果的影響是不利的。尤其是表面變質(zhì)層過(guò)厚，會(huì)使加工表面耐磨性、耐疲勞性大大降低，對(duì)工件使用壽命產(chǎn)生不利的影響。表面變質(zhì)層過(guò)厚的情況一般發(fā)生在加工部位比較小的地方，因?yàn)檫@些加工部位放電能量很大。像加工出的部位有小的凸形的話，在粗加工中也不能使用大的電流，過(guò)大放電能量的熱影響會(huì)影響工件的表面質(zhì)量。
(3)加工位置偏差。加工完成后發(fā)現(xiàn)電極打偏了是加工異常的常見問(wèn)題。裝夾工件、電極的方式要牢靠，不會(huì)在加工中發(fā)生松動(dòng)。保證好電極和工件的校正精度。在定位時(shí)要選用準(zhǔn)確的基準(zhǔn)，準(zhǔn)確的定位方式來(lái)進(jìn)行。確保定位基準(zhǔn)無(wú)毛刺、無(wú)雜物。在操作過(guò)程中要精心控制定位精度。在加工開始時(shí)要仔細(xì)觀察加工部位有無(wú)偏差，加工中要及時(shí)檢查加工部位位置有無(wú)差別。細(xì)心做好這些要點(diǎn)可防止加工位置偏差異常現(xiàn)象的發(fā)生。
(4)加工中的異常。電火花加工中的異常現(xiàn)象使整個(gè)加工過(guò)程不能正常進(jìn)行，一般在加工中常出現(xiàn)的異常問(wèn)題有：
a．加工效率很低。電火花加工的效率直接影響模具加工效率，應(yīng)該正確控制。電參數(shù)是影響加工速度的主要原因。加工電流的大小是電參數(shù)中影響最明顯的條件。一般在粗加工中，應(yīng)該在保證為精加工預(yù)留適當(dāng)余量的原則上選用最大電流，這樣既提高了加工效率，也更便于精加工的進(jìn)行。如果在粗加工中電流選用過(guò)小，首先影響了粗加工的效率，同時(shí)因?yàn)榫庸さ挠嗔勘容^多，也降低了精加工的效率。提高脈沖頻率即加大脈沖寬度，減小脈沖間隙也是提高加工效率的方法。其它輔助電參數(shù)同樣也很重要，如可以增長(zhǎng)放電時(shí)間，減少抬刀次數(shù)。但要以加工穩(wěn)定為前提，否則加工區(qū)工作液不能及時(shí)消電離，電蝕產(chǎn)物不能及時(shí)排出，反而導(dǎo)致加工效率的下降。比如在大面積精加工時(shí)應(yīng)該將放電時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)為很短，勤抬刀。只有這樣才能保證加工的順利進(jìn)行，在放電穩(wěn)定的情況下，實(shí)質(zhì)上提高了加工效率。工作液的質(zhì)量，沖油方式的影響也很明顯。應(yīng)該選用優(yōu)質(zhì)電火花加工液，在沖油時(shí)采用合理的沖油方式保證排屑順利，大電極加工時(shí)建議浸油加工。加工部位應(yīng)先進(jìn)行預(yù)加工，留適當(dāng)余量。加工余量過(guò)多會(huì)增多加工時(shí)間而大大降低加工效率。粗加工為精加工預(yù)留的深度余量不宜太多，尤其在大面積的情況下，因?yàn)榫庸ひ?guī)則的電蝕能力很低，當(dāng)余量過(guò)多時(shí)會(huì)提高加工難度而影響加工效率。
b．電極損耗很大。電極損耗過(guò)大時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響加工部位的仿形精度、尺寸精度。應(yīng)正確分析引起電極損耗很大的原因。電規(guī)準(zhǔn)中脈沖寬度是控制電極損耗的主要參數(shù)，在電極損耗大的情況下應(yīng)該考慮選用的脈沖寬度值是否太小。在精度要求很高的情況下應(yīng)考慮選用的電極材料能否達(dá)到低損耗加工要求。檢查加工的正負(fù)極性是否接反。在小電極加工時(shí)是否因?yàn)榧庸る娏鬟^(guò)大引起損耗過(guò)大。沖油壓力，流速過(guò)大也會(huì)引起電極局部損耗過(guò)大，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。
c．放電狀態(tài)不穩(wěn)定。放電狀態(tài)不穩(wěn)定這種情況是在加工過(guò)程中能夠發(fā)現(xiàn)的異常現(xiàn)象，應(yīng)該及時(shí)處理，以免造成影響加工質(zhì)量的后果。放電狀態(tài)不穩(wěn)定時(shí)會(huì)有一系列相應(yīng)表現(xiàn)，如火花顏色紅亮，冒白煙，聲音低而悶，放電集中于一處，電流、電壓表表針不均勻急速擺動(dòng)，伺服百分表指針來(lái)回?cái)[動(dòng)等。發(fā)現(xiàn)這些情況時(shí)，應(yīng)先考慮電參數(shù)的影響，如放電時(shí)間是否過(guò)長(zhǎng)，排渣高度是否不夠，電流、脈沖寬度是否過(guò)大，脈沖間隙是否過(guò)小等。其次應(yīng)考慮加工部位是否存在雜物、毛刺。再次應(yīng)考慮沖油壓力和方式的選用是否合理。
d．電極發(fā)生變形。電極發(fā)生變形多見于薄小電極的加工中。這種變形主要是熱變形。其次是伺服壓力過(guò)大。對(duì)于這類電極的加工，放電能量不能太大，加工過(guò)程中熱量持續(xù)的時(shí)間不能太長(zhǎng)。故電流不能選太大，放電時(shí)間要短，沖油要充分。在設(shè)計(jì)電極時(shí)，除結(jié)構(gòu)本身薄小的部位外，其它加工部位的電極應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。
e. 型孔加工中產(chǎn)生“放炮” 。在加工過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，集聚在電極下端或油杯內(nèi)部，當(dāng)氣體受到電火花引燃時(shí)，就會(huì)象“放炮”一樣沖破阻力而排出，這時(shí)很容易使電極與凹模錯(cuò)位，這種情況在抽油加工時(shí)更易發(fā)生。因此，在使用油杯進(jìn)行型孔加工時(shí)，要特別注意排氣，適當(dāng)抬刀或者在油杯頂部周圍開出氣槽、排氣孔，以利排出積聚的氣體。
(5)人為的不小心造成的加工異常。由于人為的不小心而導(dǎo)致加工質(zhì)量異常在生產(chǎn)中時(shí)會(huì)發(fā)生。這些現(xiàn)象主要發(fā)生在電火花操作員身上，如將坐標(biāo)數(shù)字設(shè)置錯(cuò)誤，深度設(shè)錯(cuò)，電極裝夾方向弄反，拿錯(cuò)電極，看錯(cuò)圖紙，數(shù)控程序編錯(cuò)等，還有設(shè)計(jì)給數(shù)出錯(cuò)等，這些問(wèn)題不是犯在技術(shù)性上，而是最低級(jí)的人為錯(cuò)誤。但有時(shí)一些小錯(cuò)誤造成的后果卻是很嚴(yán)重的。應(yīng)該盡量避免犯錯(cuò)誤，不斷的提高自身的技術(shù)水平。
3 結(jié)束語(yǔ)
防止電火花加工中異常問(wèn)題的發(fā)生對(duì)提高模具質(zhì)量有著重要的意義。應(yīng)該正確分析加工中各環(huán)節(jié)對(duì)加工質(zhì)量的影響，把握好每一個(gè)環(huán)節(jié)，注重每一個(gè)加工細(xì)節(jié)，保證最終的加工質(zhì)量。
