数控电火花线切割在塑料模加工中的应用方法

大老虎

数控电火花线切割在塑料模加工中的应用方法 摘要：分析了数控电火花线切割在塑料模加工中的应用场合，探讨了数控电火花线切割在塑料模加工应用中的几种特殊方法。
关键词：电火花线切割；塑料模加工；特殊方法

! \7 @' S- v* E9 \: D0 JOf CNC WEDM apply method in the plastic Mould process
Lili
# o  y5 u% m7 {) @$ j4 [( X$ ~(Department of Mould, Shanghai Nanbu plastic Co., Ltd, Shanghai 201203,China)
: V# l4 C9 A! N: G" ^4 T. ]9 VAbstract: Of CNC WEDM apply in the plastic Mould process, and This paper discuss special method of WEDMin the plastic Mould process.
( p0 |7 c4 r7 f% A) IKey words: WEDM；the plastic Mould process ; special method
4 n6 x8 ?; v+ K1 @
3 p0 @4 X1 W, ^- F- @1 引言
/ y2 g9 c  j& K7 U7 v
2 J# j: k% g6 l; ^% N3 p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。
& L5 |! S% l' i. C0 ^5 s& j
% Q9 \$ ^2 f0 [; Y$ ~% V2 数控电火花线切割的特点
$ J# P: ~1 U8 M- t
- D! ^$ @  I1 f5 v! v4 D* F% P8 j( |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，因些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。
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（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。
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（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。
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（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。
& \! W2 M! J( o) a5 Y- ~. F
, C/ H7 M) }' R! g+ {3 i4 B（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。
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5 `& x  x( i5 j. B( c8 u1 Z5 d8 m7 O（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。

( |) p* s( h3 b# }（8）由于电极丝比较细，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。
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/ ^. q0 Z: l% T  V（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。

8 g$ l: q9 S: P7 ?% r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。
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4 I# _& ]& f" `) ?; w0 a3 数控电火花线切割在塑料模加工中的应用场合

3.1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。

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

3.2 数控电火花线切割在工具电极加工中的应用

: W3 p& K6 }7 E1 [& g9 Q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。

* w3 k' K& s, K% Z* o: |: Z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。
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3.3 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。如图四：数控电火花线切割在零配件加工中的应用。

图四：数控电火花线切割在零配件加工中的应用

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。
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$ s' |$ A' J' ~" ?+ C8 ?/ \4.数控电火花线切割在塑料模加工中的几种特殊应用方法
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; `, Y5 F4 M5 ~9 k4.1数控电火花线切割在顶针孔加工中的应用方法
0 C$ u0 E) G0 V8 f: [' X9 ~; ^  P
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。如图五：数控电火花线切割在顶针孔加工中的应用。

  O- j0 \( W6 I+ b" y9 c图五：数控电火花线切割在顶针孔加工中的应用

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。
5 F/ O5 ?" f/ l* }
) E; A9 e7 m1 ~/ e# w; o4.2数控电火花线切割在斜顶孔加工中的应用方法

9 p! b" k0 T, I: G5 p  Y: J: d! n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。如图六：数控电火花线切割在斜顶孔加工中的应用方法。

图六：数控电火花线切割在斜顶孔加工中的应用方法

斜顶孔的程式例如下：
6 T+ Q% |( M5 i/ j4 n6 o
G54
G21
- o( F0 u. @- m) Z6 G6 DG90
G92 X0. Y0.
T84
6 l3 K9 G2 Q2 GC101 H001
1 q( A' @* y0 V# J+ v* E; IM98 P0001
T85
C102 H002
+ @0 Z' ~+ t: aM98 P0002
1 n) z9 i; }* G% JC103 H003
M98 P0001
2 ^0 ~7 i: k- u9 |# V9 T5 z1 YM02
+ }3 i. j  e( T" U+ ^. \
N0001
  N! _; l) D0 H1 s/ x, pG91
! ?8 A: K; g! {7 T* [2 zG42G52A0. G01 X-1.0167 Y12.5
; @4 `- e& v- y$ B0 ]6 e/ @G52 A5.X26.0167
G50 Y-25. A0.
G51 X-50. A5.
G50 Y25. A0.
% c  {1 l, U3 E% x# ?' K' eG52 X23.9833 A5.
G40 G50 X1.0167 Y-12.5 A0.
. g  U6 R5 Q- UG90
M99
+ _- H/ ~6 `8 A$ z. a
N0002
G91
G41 G01 G51A0 X-1.0167 Y12.5
0 r! a" j3 l+ y' Q. ]: r! x! iX-23.9833 A5.
G50 Y-25. A0.
G52 X50. A5.
2 U4 `' }" ^- u6 l4 M  p8 SG50 Y25. A0.
& \2 G! K# @5 E1 D& Y2 _+ {G51 X-26.0167 A5.
1 X6 Z8 M7 @( {6 U+ c. FG40 G50 X1.0167 Y-12.5 A0.
- ~0 t# r+ i- K0 cG90
3 \* Z. R" a/ Z2 w" WM99
$ j) D. R! _- G2 {3 V: X
在上面的程式中注意G51和G52的区别，以及两个子程序中来回正走与反走G51和G52的不同。

- [! ~+ ~& A0 ]  O  Z4.3数控电火花线切割在上下异形件加工中的应用方法
# q$ _9 Z) T9 M8 \/ u+ o0 |! _& T5 r
0 _0 ?* L" d& T, R% k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。如图七：数控电火花线切割在上下异形加工中的应用方法。

9 o' G$ {# r$ v+ C9 \$ d* T图七：数控电火花线切割在上下异形加工中的应用方法

上下异形的程式例如下：
- J! [' x( N) W5 Y" V4 B
* O+ V/ [& O% P# |: f" Q% rG54
G21
# I; I: @. ^$ o6 n: C. DG90
; N( F+ {% b1 i3 s9 fG92 X0. Y-31.25 U0. V0.
1 u- d- S+ Y, v$ s4 D* n' OT84
C101 H001
  ~# v6 J' B8 Z) B- z% q. b  E8 G" JG142
G01 Y-25. : G01 Y-18.75
, j+ V7 {5 D0 l, ^3 }4 ~) fX25. : G03 X13.2582 Y-13.2583 J18.75
; J5 }, v1 a, ~  OY25. : X13.2583 Y13.2583 I-13.2582 J13.2583
X-25. : X-13.2582 I-13.2583 J-13.2583
7 g' U2 }+ |! i8 o- M$ D9 D" BY-25. : Y-13.2583 I13.2582 J-13.2583
X0. : X0. Y-18.75 I13.2582 J13.2583
" v( G$ n% h& J, W7 RY-31.25 : G01 Y-31.25
. E+ U2 ?$ f: B6 b: qG140
M02
( P! i# h) M* j! s4 _$ {# x
在上面的程式中，以两点隔开，前面的程式是下面的形状为正方形，后面的程式是上面的形状为圆形。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。
% |6 n& C$ y: I) L4 R4 ]
4.4 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。

: V: P5 [; Y1 l& Y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。
* E% ^) K4 I+ j# T/ o6 ]7 e
6 a# y* Y( ~9 z斜导柱孔的程式例如下：
5 r. z' Q; ]% b8 [
3 W1 _% }3 K6 t5 ~G54
G21
G90
. D1 T7 W( a7 P: [9 ~% y; fG92 X0. Y0. U0. V0.
T84
C101 H001
G142
3 i  o$ m4 N* |  CG01 X-5.3557 : G01 X4.2409
。。。。。。。。。
。。。。。。。。。
。。。。。。。。。
X-5.1994 Y1.1993 I4.6364 J-.7839 : X4.3972 Y1.1993 I4.6364 J-.7839
* E+ ]& \$ `6 E; f% K- d* NX-5.335 Y-.4391 I4.632 J.658 : X4.2616 Y-.4391 I4.6321 J.658
1 b( W6 o& d! H. i7 hX-5.3506 Y-.2198 I4.6525 J.4394 : X4.2461 Y-.2198 I4.6525 J.4394
' H& p" a% k/ K2 B  m# zX-5.3557 Y0. I4.6627 J.2198 : X4.2409 Y0. I4.6627 J.2198
6 C1 e0 v: c' wG01 X0. : G01 X0.
G140
M02
: l( X6 T4 U% e1 }+ g2 _2 J
在上面程式中的省略号代表省略去了中间的程式。因为椭圆是splines，而线切割机的控制器只能执行线和圆弧指令，故splines打断为圆弧，才造成上面的程式有好几十甚至上百条。

7 g: [2 f0 b! g. g( V9 [在实际加工中如果斜度较大，还必须考虑补偿值offset的更改。因为程序上的补偿值是在XY平面内求出的，与斜度加工时的实际补偿值存在误差，因此还需要考虑这部分多出的补偿值，对实际补偿值进行修正。
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在实际加工中，因机器控制器不同，上述各种程式还必须经过手工略作修改，才能应用于工业生产。

5 总结
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因此，数控电火花线切割始终是塑料模加工的利器，广泛应用于动模、定模、电极以及零配件。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。
! D  a# O. h: V/ x8 S
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
) ^+ T! t# i. U0 s( c[2] 徐峰主编. 数控线切割加工技能实训教程. 北京.国防工业出版社2006.

作者简介：
李立，男，1979年生。湖北黄石市人，数控电加工应用技师，十余年模具电加工应用经验。对电加工机床特别是日本SODICK机床有深入的了解，探讨过多种电加工应用上的技术难题。