电火花加工模具的那些事儿！

青华小欢 · 发表于 2019-6-19 17:24

电火花加工又称放电加工或电蚀加工，是目前最流行的四大加工方法之一，和铣削、车削和磨削并驾齐驱。在模具行业中，尤其是塑胶模具行业，它是一个非常重要的工艺环节。现代模具制造的发展方向是高速切削加工与电火花加工两者紧密相连，优势互补。以注射模具为例，往往大面积、易于高速切削加工为优先使用，其他难以切削加工的型腔部分由电火花加工完成。下面我们就来了解一下电火花加工模具的那些事儿！

模具工厂电火花加工的八大误区

电火花加工是模具工厂的一种重要工艺，有的工厂工艺水平很好，能加工出高品质的模具，但有些企业就不行了，即使使用了很高端的数控电火花加工机床，效果仍然很不理性。这里总结了电火花加工的一些主要技术误区，对工厂的实际生产有很好的帮助。

误区1. 用电极碰工件分中，经常“打偏”

不少模具工厂仍然使用电极碰工件的分中方法，这是一个很严重的问题。使用电极直接碰工件属于面接触，接触面之间不可避免地存在或多或少的细微物，接触面也存在装夹精度误差，它们将直接影响找边、分中的精确度。使用这种方法，必须严格要求将接触面擦拭干净，但由于还是有人为因素的存在，精度会有不稳定的情况。

对于数控放电机，推荐使用基准球分中的方法，这是模具工厂放电必备的方法。通常的做法是：

装夹工件；

在工作台上放一个基准球；

在主轴头上安装测头；

使用测头对工件分中；

使用测头对基准球分中；

取下测头，安装电极；

之后的电极都是对基准球进行分中

由于分中过程都是点对点的感知接触，因而可实现μm级的高精度定位精度。另外，电极分基准球的过程移动距离变小，可充分利用机床的行程，效率也提高了。

误区2. 千篇一律选用同一种电极材料

国内大多数模具企业使用紫铜作为电极材料。在追求高效率加工的今天，你是否去考察过石墨电极的加工优势？或许你会简单地认为石墨电极只适用于大型模具加工或者粗加工。事实上，这种认识是片面的或者还停留在传统的制模观念。

当前越来越多的模具企业，开始使用石墨电极来大幅度缩短模具制造周期。因为无论是铣削电极还是放电加工的过程，都能节约大概50%的时间，这是石墨电极的显著优势。另外，石墨做大电极重量轻，窄缝加工不容易变形，CNC铣削没有毛刺，可设计整体电极来减少电极数目等等，都充分体现了石墨材料的优势。当然了，在要求Ra0.4μm以下的精细表面加工，好的石墨加工虽然也能达到，但就没有必要了。

对于微细类加工，要求极低的电极损耗。这时就有必要选用优质的紫铜电极或者铬铜电极。对于高附加值零件的放电加工，使用价格更昂贵的铜钨合金能获得更小的电极损耗，尤其在加工硬质合金类工件。

误区3. 电极火花位做得偏小，大幅度降低了加工效率

大多企业都是从使用传统放电机升级到数控放电机，不少工厂在使用数控放电机时，电极火花位工艺仍然参照传统放电机，比如粗加工粗加工电极火花位取单边0.15mm，精加工电极取单边0.06mm。

偏小的电极火花位大幅度限制了数控放电机不能使用更大的电流来进行高速加工。事实上，在高速切入加工后，只需通过平动加工即可快速修光型腔侧面，这是实现放电表面、效率、精度指标完美效果的工艺方法。这里提供一个参考，数控放电机的粗加工电极火花位取单边0.3——0.15mm，精加工电极取单边0.15——0.1mm。需要参照放电面积与加工量，在面积允许的情况下，尽可能将火花位做大一些，可获得甚至是高达几倍的加工效率。

误区4. 仍然在使用手动夹头安装、调整电极

企业出于实力或者成本的考虑，使用传统的手动夹头安装、调整电极，这种方法简单实用，被普遍使用。但一些企业购买了几十万的数控放电机，仍然在使用传统夹头。

使用传统的手动夹头，机床的实际利用率并不高，在不能满足生产效能的情况下只能花更多的资金投资增加放电机床。事实上，好马需配好鞍，数控机应配置如3R快速装夹定位夹具，可以省去人工打表的过程，减少了机床频繁的待机，提高了生产效能。

误区5. 使用数控机床，不用侧打与斜打功能

数控放电机可实现侧打、多轴加工。一些注塑模的成型镶件，四周有比较薄、深的胶位，这些部位很适合侧打。

放电清除切削加工后剩下的刀具R角，是比较常见的加工类型，如果采用X、Y、Z三轴联动的方法，即斜向加工，可避免因加工部位面积小而发生放电不稳定、电极局部损耗的现象。

误区6. 大面积的高光洁度加工难以达到要求

如果公司的模具放电加工都属于大面积（30平方厘米以上）类型，并且表面都要求在VDI18以下，要求均匀一致的火花纹理，像电视遥控器类型腔。那么放电加工就是一个头痛的问题，经常会为了纹理作反反复复的修整，加工效率也很低。

如果是批量放电加工大面积、大型腔类模具，应考虑使用混粉加工技术，可大幅度提高加工效率，更容易获得大面积的精细纹理或者镜面。

误区7. 不正确的放电加工表面品质控制

一些模具企业，制造的模具要求并不是很高，放电部位基本都要后续进行抛光处理。在这种情况下，模具放电加工却在追求VDI18（Ra0.8μm）以下甚至是镜面加工的要求，而同时又在抱怨放电速度太慢，交期来不及。

企业应根据模具不同的要求来正确控制放电表面品质，分清楚放电的优先级是效率还是品质。对于大多数后续要进行抛光处理的加工部位，放电加工达到VDI22（Ra1.25μm）或以上即可。对于细微的部位，为避免抛光变形可以加工精细些。这里需要强调的是，在追求VDI22以下的高品质亚光表面要求时，放电时间会大幅度增加，同时电极损耗也会增加。

误区8. 镜面放电加工误区

对于没有接触过镜面放电加工的模具企业，对这门技术会颇感兴趣。但遗憾的是，由于缺乏实践经验，他们的一些不正确的认知，导致出现加工失败的案例。

事实上，对于数控放电机来说，实现镜面加工并不难，而像VDI7（Ra0.2μm）级别的亚镜面才是具有极高的加工难度。能否实现高品质的镜面效果，除选用的加工参数外，其很大程度取决于工件材料，某些材料如SKD11、DC53、仿冒S136是无论如何也达不到好的镜面效果，因此一定要判断材料再决定进行镜面放电，否则可能会浪费时间而达不到要求。而对于电极来说，并没有那么严格的要求，并不是要求电极必须进行镜面抛光处理。

镜面加工的主要经验是时间的控制。多大的面积，应该设定多少时间，有经验的师傅可灵活地实现高效率的镜面生产，没有经验的情况下就只能依赖数控机床的专家系统。

以上这些电火花加工的误区值得每家模具工厂关注。事实上，工厂里某个工艺的小改进就有可能创造巨大的价值，或者带来品质、效率的提升，这也是经验的价值所在！

尤其是塑胶模具行业，需要设计大量的电极（拆铜公）来进行电火花加工。

1. 模具中需要设计电极的部位

模具型面上有许多深槽窄缝、复杂型腔，是铣削加工机床难以加工的部位，这就需要电火花加工，另外一些加工精度和表面粗糙度要求特别高的部分也常用电火花加工。

（1）模具中存在直角或尖角的部位

（2）圆角位太深且所在位置狭窄

（3）由曲面与直壁或斜壁组成的角位

（4）模具结构中存在较深且窄的部位

2. 电极的结构形式

有整体式电极和镶拼式电极两种结构形式。整个电极用一块材料加工而成，是最常用的结构形式。对形状复杂的电极整体加工有困难时，可将其分成几块，分别加工后再镶拼成整体，镶拼式电极可节省材料，但应保证各电极镶块之间的精度。

整体式电极与镶拼式电极

3. 设计电极的经验

（1）设计电极前要充分了解模具结构。分清楚模具的胶位、插破位、靠破位、枕位等，确认好哪些部位需要放电加工，模仁与镶件是否要组装放电。

（2）设计电极时要按照一定的顺序进行，以防漏拆电极。这点对于复杂模具的电极设计非常重要。

（3）设计电极要考虑电极的制作问题。设计的电极应容易制作，最好是只使用一种加工方法就可以完成。如用CNC铣制作复杂电极非常方便，也容易保证电极精度。

（4）对于产品有外观和棱线要求的模具，可以优先考虑将电极设计为一次可以加工整体型腔的结构；有时整体电极加工有困难，有加工不到的死角，或者是不好加工，所需刀具太长或太小，就可以考虑分多一个电极，有时局部需要清角电极。

（5）电极的尖角、棱边等凸起部位，在放电加工中比平坦部位损耗要快。为提高电火花加工精度，在设计电极时可将其分解为主电极和副电极，先用主电极加工型腔或型孔的主要部分，再用副电极加工尖角、窄缝等部分。

（6）对于一些薄小、高低跌差很大的电极，电极在CNC铣制作和电火花加工中都非常容易变形，设计电极时，应采用加强电极的结构。

（7）电极在加工部位开向的方向，必须延伸一定尺寸，以保证工位加工出来后口部无凸起的小筋。

（8）考虑对某些电极进行避空处理，避免在电火花加工中发生加工部位以外不希望的放电情况。

（9）设计电极时应考虑减少电极的数目。可以合理地将工件上一些不同的加工部位组合在一起，作为整体加工或通过移动坐标实现多处位置的加工，如下图所示，将工件上多处相同的加工部位采用电极移动坐标来加工。

不同加工部位组合在一起的电极

（10）设计电极时应将加工要求不同的部位分开设计，以满足各自的加工要求。如模具零件中装配部位和成型部位的表面粗糙度要求和尺寸精度是不一样的，所以不能将这些部位的电极混合设计在一起。

（11）给电极设计合适的底座。底座是电火花加工中校正电极和定位的基准，同时也是电极多道工序的加工基准，如在用线切割清除电极上刀具拐角部位的加工中，就需要用基座进行定位。另外，底座上最好设计方便电极安装时辨别方向的基准角。

（12）设计电极时要考虑电火花加工工艺。选用Z轴伺服加工还是侧向加工或多轴联动加工；电极要便于装夹定位；根据具体情况开设排屑、排气孔。

（13）电极数量的确定。电极数量的确定主要取决于工件的加工形状及数量，其次还要考虑到工件的材质﹑加工的深度以及加工的面积。

（14）设计电极的底座有两种方法，一种方法是在电极加工部位最大外形的基础上均匀扩大设计出底座，结果是以底座为基准的X、Y、Z坐标值往往为小数。第二种方法是先给底座基准的X、Y、Z坐标值确定一个整数。显然第二种方法可以避免电火花加工中操作者将复杂小数看错的情况。

（15）一套模具的所有电极设计完成后，应填好备料单（根据电极要求确认电极坯料长，宽，高和电极数量，材质），安排电极的制作，设计好电火花加工的图纸（放电坐标、加工要求及细节备注）。

4. 确定电极缩放量

确定电极缩放量主要考虑的因素：加工形状、加工尺寸、加工余量、加工精度要求、加工表面粗糙度要求、电极与工件材质。

（1）数控电火花粗、中、精加工电极的单侧缩放量一般取0.30-0.15㎜、0.2-0.15㎜、0.15-0.05㎜。比如大多数模具厂的电极尺寸缩放量为粗公单边0.2mm，精公单边0.1mm。

（2）加工面积比较小的电火花加工场合，电极缩放量应取小一些；加工面积比较大的电火花加工场合，电极缩放量应取大一些。

（3）深度值比较大的电火花加工场合，电极缩放量应取大一些，以避免粗加工效率偏低及二次放电造成工位口部尺寸超差。

（4）工件材质为硬质合金时，实际加工中放电间隙大约只有钢材质工件的一半，故确定的电极缩放量也要小些。

（5）电极缩放量在很大程度上决定了加工速度。如果放电能量较大，放电间隙也会较大；反之相反。较大放电能量的加工速度也就会快。如果电极缩放量加大，加工速度也会成倍加快。

5. 选择电极材料

（1）紫铜电极

紫铜是电火花加工中应用最广泛的电极材料。因为电极大部份都采用铜加工，所以在沿海地区把电火花加工的电极叫铜公。能比较容易获得稳定的加工状态，精加工中采用低损规准可获得轮廓清晰的型腔，可进行镜面超光加工。缺点是不宜承受较大的电流密度，在加工深窄筋位部分，局部高温很容易使电极发生变形，小电极的毛刺处理困难。

（2）石墨电极

石墨很容易制造成形，无加工毛刺。在大电流的粗加工中，加工速度快。密度小，只有紫铜材料的1/5，使得大型电极制作和准备作业更容易。超薄电极放电加工中时不易变形。石墨电极的不足是不能加工非常精细的表面，在精细加工中电极损耗较铜要大，另外是石墨电极的制作需要专门的石墨加工机。

（3）铜钨合金

铜钨合金电极材料在电火花加工中使用较少，只有在高精密模具及一些特殊超硬合金的电火花加工中才常被采用。铜钨合金电极材料可以有效地抵御电火花加工时的损耗，能保证极低的电极损耗。不足是材料价格昂贵。

电火花加工表面质量提高

由于电火花加工可以加工难切削的材料，并且可以加工出特殊以及复杂形状的零件。因此，广泛应用于机械、航空航天、电子、仪器、轻工业等部门。但是由于加工过程工艺参数较多，各工艺参数之间存在一定的影响，常常会带来一些工艺问题，直接影响加工的质量与效率。因此，对影响加工表面质量因素的分析具有重要的意义。

1、电火花加工表面质量分析

电火花加工表面质量主要包括表面粗糙度、表面变质层和表面力学性能。电火花加工表面主要由无数个无方向性的小坑和硬凸边所组成，其表面粗糙度的计算与机械加工一样，采用微观轮廓平面度的平均算术偏差值Ra表示。由于电火花加工去除材料靠的是工具和工件之间由于放电产生的高温，在消电离阶段，由于工作液的迅速冷却，使得工件表面层发生很大的变化。在表面变质层中又分为熔融凝固层、热影响层、微观裂纹3个层次，如图1。

表面力学性能主要为显微硬度、残余应力、耐疲劳性能等项指标。大量实验研究证明：在电火花加工后，工件的显微硬度和耐磨性都有所提高，不同的材料，提高的程度也有所不同。由于加工过程中，工件表面经历瞬时的先膨胀后收缩的作用，使工件表面形成残余应力，残余应力大部分为拉应力，在外表层中会出现较小的压应力。由于残余应力和可能存在的微观裂纹的作用，加工后的工件的耐疲劳性会大大降低，因此需要采取一定的热处理，消除这一不利的影响。

2、电参数对表面粗糙度的影响

电火花加工主要靠工具电极与工件之间的脉冲性放电产生的瞬时高温、高热去除材料的。去除材料形成的放电痕迹主要由脉冲能量决定。而单个脉冲放电所释放的能量取决于极间放电电压、放电电流和放电持续时间（即脉冲宽度），其计算公式为：

因此，影响电火花加工表面粗糙度的电参数主要有峰值电压、峰值电流和脉冲宽度。由于在一定的加工条件下，峰值电压变化不大，通常取定值，所以，表面粗糙度主要取决于峰值电流和脉冲宽度。

根据实验研究，以铜为工具电极，钢为工件时，可得到表面粗糙度与峰值电流和脉冲宽度的经验公式：

2.1 峰值电流对表面粗糙度的影响

在脉冲宽度一定时，随着峰值电流增加，单个脉冲能量也增加，使表面粗糙度值增大，如图2。因此，为获得较小的表面粗糙度值，应尽量减小峰值电流值。

2.2 脉冲宽度对表面粗糙度的影响

当峰值电流一定时，脉冲宽度大，单个脉冲能量大，放电腐蚀产生的放电痕迹大而深，表面粗糙度变差，如图3。因此，在峰值电流一定时，通常选取较小的脉冲宽度，来获得较好的表面粗糙度。

3、工具电极对表面粗糙度的影响

3.1 工具电极材料和表面粗糙度

在电火花加工过程中，工具电极的材料不同，电极的性能不同，在加工过程中电极的损耗不同，对工件表面粗糙度的影响也不同。材料质量差、组织不均匀、含杂质的电极会使加工出来的工件表面粗糙度值大，达不到加工的要求。通常，在粗加工规准中，脉冲宽度较大，此时紫铜电极比石墨电极的加工表面粗糙度好。在精加工规准中，脉冲宽度小，石墨电极加工表面粗糙度较好。电火花成型加工是将电极的表面复制到工件表面，电极表面粗糙度会直接影响加工表面的粗糙度，特别在精加工时，工具电极通常都要进行抛光处理。

3.2 加工极性的影响

在脉冲放电过程中，正、负电极表面分别受到负电子和正离子的轰击，因此两极表面分配的能量不同。由于电子的质量和惯性较小，在放电初始阶段，就能获得较大的速度和初速度，轰击正极表面，使电极材料迅速熔化和气化。然而，正离子的质量和惯性较大，随着放电时间的持续，其获得的能量较大，对负极表面的轰击作用强。因此，在脉冲宽度较小时，应选择正极性加工;在脉冲宽度较大时，应选择负极性加工。一般来说，正极性加工的表面粗糙度要比负极性加工的表面粗糙度好，精加工时为了获得较好的表面质量都选择正极性加工。

4、加工面积的影响

实验研究表明：在其他加工条件相同的情况下，加工面积不同，表面粗糙度相差很大。当加工面积较大时，即使很小的脉冲能量，加工工件的表面粗糙度值也很难小于0.32 μm，而且随着加工面积的增大，表面粗糙度变差。这是因为在加工过程中，工具电极和工件相当于电容器的两个极。根据平行板电容计算公式：

由式（3）可知，随着加工面积的增大，电火花加工中寄生电容增大，即电火花加工两极板的储能作用增强，在电规准较小的情况下，电能被此电容“吸收”。此时，只能起到“充电”作用而不会引起火花放电。往往积累多次脉冲才能产生一次放电，这使得加工出的放电凹坑较大，表面粗糙度值变大。

“混粉加工”新工艺的出现解决了这一问题，采用“混粉”加工技术，可以在较大的面积上加工出粗糙度值为0.05——0.1 μm的光亮面。混粉加工就是在工作液中混入一定量的硅或铝等导电粉末，使工作液的电阻率降低，潜布电容减小。同时将放电通道分割成许多小的放电通道，使放电能量大大细化，可以得到较小的表面粗糙度值。普通加工与混粉加工极间电场分布图如图4所示。

5、电蚀产物对表面粗糙度的影响

随着加工的进行，工具电极和工件之间的电蚀产物增多，过多的电蚀产物如果来不及从极间排除、扩散出去，这不仅会使油液变脏、粘度变大，不利于带走电极与工件之间的电蚀产物，而且会改变间隙介质的成分，降低其绝缘强度，使工具和工件之间的二次放电次数增多，影响极间放电状态。使放电点集中在某一部位，破坏消电离过程，影响放电稳定性。这样，脉冲性火花放电将恶性循环转变为有害的稳定电弧放电状态，同时工作液局部高温分解后可能形成积碳现象，在该处聚集成焦粒，这都会烧伤工具电极和工件表面，使表面粗糙度值增大。另外，电蚀产物排出不充分还容易引起短路现象，降低加工速度，长时间的短路作用使电路中电流增大，影响脉冲电源的寿命。为了解决这一问题，需要经常过滤及清洁工作液，加强过滤循环，要人工清理工作液中的积存炭黑和金属微粒。在加工过程中，为了强化电蚀产物的排出，还要进行适当的工作液循环。工作液循环方式可分为冲油式和抽油式两种形式。冲油或抽油方式如图5所示。

从图5中可以看出，冲油方式排屑能力强，能使电蚀产物完全从极间排出。但是，在排屑过程中，电蚀产物会通过已加工区，会引起工具和工件之间的“二次放电”，从而破坏加工表面，降低表面质量。采用抽油方式，电蚀产物从待加工表面排出，虽然不会影响已加工表面的质量。但是，排屑不充分，而且加工过程分解出的可燃气体容易积聚在抽油回路的死角处，引起“放炮”现象。这不仅会引起安全性隐患，而且也会加剧电极的损耗，使电极形成锥度，影响加工的精度。因此，通常选择冲油方式强化电蚀产物的排出。

冲油方式的选择，引起了另一个影响表面质量因素的研究。如何避免电蚀产物从已加工区排出时引起的二次放电问题，成为人们关注的热点。尤其是在微小孔电火花加工中，工具电极与工件之间放电间隙非常小，引起二次放电的概率非常大，即使加工过程中能得到很好的表面质量，在电蚀产物排出的过程中也会被破坏。为了解决这一问题，日本学者在电极表面镀上一层薄薄的绝缘层。这种介质在加工过程中气化，附着在已加工工件表面，使工具电极和加工表面都被绝缘介质覆盖，这样就不会由于“二次放电”对已加工表面再次加工，破坏其表面质量。在工件加工完后，对工件进行冲洗，就会去除附着在加工表面的绝缘介质。目前这种介质的成分尚且不清楚，还有待材料领域专家进一步深入研究。关于防止二次放电破坏已加工表面的方案的研究，也是保证加工表面质量的必不可少的关键因素，对其研究有重要的研究价值。

综上所述，影响电火花加工表面质量的因素很多，每个因素的解决方案都很简单。但是，在加工过程中，要综合考虑这些因素对加工质量的影响以及各因素之间的相互影响，对其进行系统的分析和科学的分配，最终找到最优的参数控制与分配，从而提高表面质量，降低表面粗糙度。以上就是贤集网小编整理的在模具制造中电火花加工的相关内容，希望对大家有所帮助！

青华成立于2004年，学院工厂桥接，自有模具工厂，采用工厂管理模式教学，与实际应用接轨。

学院开设有UG产品设计、UG模具设计、UG数控编程、五金模具设计、PowerMill编程等热门专业技术课程。学院以完善的培训体系、雄厚的师资力量、卓越的培训效果被业界公认为国内较好、较专业的模具技术培训。每位在校学员每人配备一台专属液晶显示电脑；每个专业都有独立的多媒体教室上课，全日制教学，完全不需要排队上课；配有宽敞的学员上机练习大厅；拥有独立的加工中心。

学习请咨询18819106276 青华张欢

★情有独钟★ · 发表于 2019-6-21 10:10

做为一名UG爱好者，看帖看完了至少要顶一下，还可以加入到淘帖哦！

byc881230 · 发表于 2019-10-15 17:25

我是UG爱好者，看了LZ的帖子，我只想说一句楼上的贴很好！UG论坛好强大！

byc881230 · 发表于 2019-10-18 14:03

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