電火花加工方式分為五類：利用成型工具電極，相對工件作簡單進給運動的電火花成形加工；利用軸向移動的金屬絲作工具電極，工件按所需形狀和尺寸作軌跡運動，以切割導(dǎo)電材料的電火花線切割加工；利用金屬絲或成形導(dǎo)電磨輪作工具電極，進行小孔磨削或成形磨削的電火花磨削；用于加工螺紋環(huán)規(guī)、螺紋塞規(guī)、齒輪等的電火花共軛回轉(zhuǎn)加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面強化等其他種類的加工。

一、擠壓模具電加工的主要方法和設(shè)備

    目前用于模具制造的電加工方法主要有：
    (1)電火花成形加工。主要用來加工模子的出口帶、舌型模、分流組合模芯頭型槽，也可以用來代替車床或銑床加工多孔棒摸或者模墊等。其主要設(shè)備是各種電火花成形加工機床。
    (2)電火花穿孔加工。主要用來加工棒材模，特別是多孔模的工作帶、模墊和專用模腔通孔，以及直徑較小、深度較深、內(nèi)表面要求較光潔的各種通孔和盲孔。與一般機械加工方法相比具有許多優(yōu)點，如在熱處理后加工能避免因熱處理產(chǎn)生的廢品，可加工復(fù)雜的異形孔，而且加工周期短。加工方法可用間接法、直接法、混合法、二次電極法。電火花穿孔加工可在普通電火花機床上進行，也可在專用的電火花穿孔機機床上進行。
    (3)電火花線切割加工。這是擠壓模具制造中的一道關(guān)鍵工序，主要用來加工模子工作帶和切割樣板。電火花線切割加工也是直接利用電能對金屬進行加工的，其工作原理與電火花成形加工相同，但其加工方法不同，它能彌補電火花加工之不足，而且操作更方便、效率更高。用電火花線切割加工的模子工作帶尺寸精度更高、表面更光潔。

    電火花線切割加工用的主要設(shè)備是各種電火花切割機床，目前采用的有三種形式，即靠模仿形、光電跟蹤型和數(shù)控型，其中以數(shù)控線切割機應(yīng)用最廣。
    (4)電解成形加工。電解電容器成形加工又稱為電化學(xué)加工，是根據(jù)電化學(xué)的溶解作用，使工件表面溶解的一種加工方法。利用上述原理，制作所需形狀的電極作為陰極，工件(模具)作為陽極，當(dāng)陽極接近陰極位置(一般間隙在0.02～0.07 mm)時，則通過電解液進行放電，同時工件(模具)表面產(chǎn)生溶解作用。電解成形加工與電火花加工相比較有如下優(yōu)點：加工速度快，前者是后者的5～10倍；不消耗電極；不出現(xiàn)加工硬化層。缺點是尺寸精度差，電火花加工誤差為0.01～0.02 mm，電火花線切割加工為0.005 mm左右，而且電解加工則為0.1 mm左右；加工表面粗糙，電火花加工最好粗糙度Ra 5～8 μm。因此，電解加工一般用來粗加工。
    (5)電解磨削加工。電解磨削加工是將金屬的陰極溶解作用和機械磨削作用相結(jié)合的一種磨削工藝。
    磨削時，工件接直流電源的正極，電極磨輪接直流電源的負極，兩極間由電解磨輪中凸出的磨料保持一定的電解液。接通電源后，工件(陽極)的金屬表面發(fā)生電化學(xué)溶解，表面的金屬原子失去電子變成離子被析出而溶解于電解液中，同時電解液中氧與金屬離子化合在工件表面生成一層極薄的氧化膜，這層氧化膜具有較高的電阻，使陽極溶解過程減慢，這時，通過高速旋轉(zhuǎn)的磨輪將這層極薄的氧化膜不斷刮除，并被電解液帶走。由于陽極溶解和機械磨削共同交替作用的結(jié)果，使工具表面不斷被蝕除并形成光滑的表面和達到一定的尺寸精度。主要的設(shè)備是電解磨床，它由直流電源、機床本體和電解液系統(tǒng)等部分組成。
    (6)電解拋光。電解拋光就是利用電化學(xué)陽極溶解的原理進行金屬表面拋光的一種表面加工方法。電解拋光時用鉛板制成與工件相似的工具電極作為陰極，并與工件形成一定的電解間隙。在電解液中通以直流電，工件表面發(fā)生陽極溶解，并逐步被整平，從而去除模具電火花加工后形成的表面硬化變質(zhì)層，以大大減少鉗工的工作量和縮短模具的制造周期。
    (7)電解修磨。電解修磨加工是通過陽極溶解作用對金屬進行腐蝕，以被加工的工件為陽極，修模工具即磨頭為陰極，兩極由一低壓直流電源供電，兩級間通以電解液。為防止兩電極接觸時形成短路，在工具磨頭表面上敷上一層能起絕緣作用的金剛石磨粒，當(dāng)電流及電解液在兩極間流動時，工件(陽極)表面被溶解并生成很薄的氧化膜，這層氧化膜被移動著的工具磨頭上的磨粒所刮除，使工件表面露出一層新的金屬表面并繼續(xù)被電解。由于這種電解作用和刮除氧化膜作用的交替進行，達到去除氧化膜和降低粗糙度的作用。



二、擠壓模具電加工的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

    自從20世紀40年代創(chuàng)立“電火花加工法”以來，隨著擠壓技術(shù)和制模技術(shù)的發(fā)展，電加工設(shè)備，電加工工藝，電加工方法，電源及控制系統(tǒng)，電極材料及其加工，電解液以及電加工制造模具的規(guī)格范圍，精度、表面質(zhì)量和模具檢測等方面都獲得了飛速發(fā)展和日臻完善。如制模方法經(jīng)歷了一個由機械加工+手工制模法→仿型銑削+手工銼修制模法→電火花穿孔+光電跟蹤制模法→數(shù)控電火花成形+數(shù)控電火花線切割制模法的發(fā)展過程，使制模質(zhì)量有了突破性的進展。模具的尺寸精度、使用壽命大大提高，適用范圍和品種擴大，制模周期縮短，成本降低，生產(chǎn)效率提高。如線切割機床由20世紀60年代的高速往復(fù)走絲發(fā)展到今天的慢速單向走絲形式，加工速度提高30%以上，目前最大的加工速度達到300 mm²/min以上。峰值電流可高達200～300 A，能以微毫秒級的脈寬進行高精度加工，可達到Ra 3～4μm的表面粗糙度。目前世界各國的電加工制模技術(shù)正向著高速度、高精度和高自動化方向發(fā)展。用電子計算機控制的數(shù)控加工機床和數(shù)控電加工機床與自動化熱處理裝置將形成一條全自動的制模生產(chǎn)線，實現(xiàn)無人操作，即利用機械手裝卡模具，自動找正穿絲，自動定位，實現(xiàn)斷絲保護和斷絲記憶，自動回加工起始點，自動回斷絲點，短路自動退回，按邏輯程序控制(PLC)進行操作，使擠壓模的制作水平進入一個嶄新的時代。
    20世紀50年代初期，我國開始研究和應(yīng)用電火花加工技術(shù)，l954年設(shè)計和制造了一些專用電火花加工機床，l958年我國電火花加工開始從試用階段進入生產(chǎn)應(yīng)用階段，研制成功了多種電火花塞成形加工機床，60年代中期，電火花線切割加工中開始采用電子管式脈沖電源，使加工速度較50年代的RC電源提高了三倍以上，l957年，我國把光電跟蹤控制技術(shù)應(yīng)用于線切割加工中，用自動駕駛儀跟蹤圖線運動代替了靠模仿型控制，進一步提高了加工精度(可達0.02～0.03 mm)。同時，快速走絲機構(gòu)進一步完善和推廣，并以乳化液代替煤油，使加工速度大大提高。60年代末期，由于半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，研制出了數(shù)字控制系統(tǒng)，電火花線切割加工技術(shù)已經(jīng)成為我國擠壓工模具加工的極為有效和廣泛采用的一種方法。目前正在向世界先進行列邁進。



三、電火花成形加工法加工模子的工藝特點

    擠壓工模具電火花成形加工的具體工藝過程及工藝參數(shù)的選擇依加工對象、加工方法和加工技術(shù)要求的不同而異，但在加工模子工作帶、出口帶及穿孔加工時的基本工藝流程是相同的。如圖4—4—6。

圖4—4—6電火花成形加工擠壓工模具的基本工藝路線圖

1)電加工出口帶的優(yōu)越性
    模子出口帶加工是電火花成形加工在擠壓工模具加工中的典型應(yīng)用；目前不論是平面模還是組合模，其出口帶都采用電火花成形法進行加工，采用電火花塞成形加工法較之機械加工有如下的優(yōu)點：
    (1)可在熱處理以后一次加工成形，避免了熱處理變形，同時簡化了工藝，減少了工序； 
    (2)可以加工機械加工難以加工的材料，因此可以擴大模具選材的范圍；
(3)用成形電極加工，表面粗糙度低，而且表面得到了強化，提高了模具的品質(zhì)；    
(4)可方便地打出喇叭口，可以提高模具強度和便于導(dǎo)出型材；
(5)可同時打出多個孔型，大大簡化了工藝過程。

2)模子出口帶的技術(shù)要求和設(shè)備選擇
    模子出口帶是產(chǎn)品的導(dǎo)出部分，不需要進行精密加工，一般來說，出口帶的尺寸公差要求在±0.1 mm左右，表面粗糙度要求在Ra 6.2 μm左右，同時要求有l(wèi)°～3°向外斜的喇叭口。因此對電火花成形機床的主要要求是提高生產(chǎn)效率。尺寸精度和表面粗糙度可放在第二位。目前在國內(nèi)一般用D6185、D5570等電火花機床并采用粗規(guī)準來加工模子出口帶。

四、電火花線切割加工特點與設(shè)備 
   
1)電火花塞線切割加工的特點
    與電火花成形加工相比，電火花線切割加工具有如下特點：
    (1)不需要制造成型電極，而用0.1～0.2 mm細金屬絲(鉬絲、銅絲等)作為電極，可減少復(fù)雜成型電極的設(shè)計與制造。
    (2)由于采用移動的長電極絲進行加工，單位長度電極絲損耗較小，同時對加工精度的影響也很小。
    (3)能方便地加工出精密細小、形狀復(fù)雜的工件，微孔和窄縫等，而且具有較高的精度。
    (4)直接采用精加工或半精加工規(guī)準一次加工成型，一般不需要中途轉(zhuǎn)換規(guī)準。
    (5)自動化程度高，操作方便，加工周期短，成本低。    
(6)應(yīng)用范圍廣。
    2)電火花線切割加工設(shè)備
    (1)電火花線切割加工機床的分類
    按線切割軌跡的控制方式，可分為靠?？刂频?、光電跟蹤控制的、數(shù)字程序控制的線切割機床，其中數(shù)字程序控制線切割機床應(yīng)用最廣；
    按加工范圍，可分為微型、小型、中型和大型電火花線切割機床；
    按設(shè)備功能與特點可分為一般型、帶問隙偏移型、帶斜度加工型和帶旋轉(zhuǎn)坐標型等電火花線切割加工設(shè)備。
此外，也有按脈沖電源形式、按加工用途等方式分類的。表4—4—10為國內(nèi)常用的電火花線切割機床規(guī)格；表4—4—1 1為日本某些公司出產(chǎn)的部分電火花線切割加工機床的技術(shù)特性。

表4-4—10國內(nèi)常用的線切割機床規(guī)格表

規(guī)格 參數(shù)	I	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ
工作臺面長/mm 工作臺面寬/mm 工作臺縱向行程/mm 工作臺橫向行程/mm 絲架上下臂間距/mm	160 125 80 60 40	250 200 150 100 60	400 320 250 200 80	800 500 500 320 120	1600 1000 1000 600 160

表4-4—11  日本部分線切割加工機床的技術(shù)特性表

機床型號	工件最大尺寸 (D×B×H)/mm	工件最 大質(zhì)量 /kg	工作臺左右移 動距離(X軸) /mm	工作臺前后移 動距離(Y軸) /mm	工作臺最 小移動量 /mm	外形尺寸 /mm	凈重 /kg
LS350X LS500X LS800X LSl000X LX500A LU3B LSP3A LH3A LM403 LXE35 LUX3	400×500×120 500×600×150 600×l000×150 600×1200×150 500×600×200 500×100×150 400×500×120 400×200×120 100×150×100 100×500×120 400×500×150	200 300 600 800 300 150 200 200 300 200 150	250 300 500 500 300 200 200 150 400 250 200	350 500 800 1000 500 350 300 300 150 350 350	0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.00l	1365×lll0×1680 1625×1350×1745 2340×l800×1750 2340×2000×1750 2140×1670×2060 1370×1300×1690 1880×1240×1690 1365×lll0×1680 2700×l900×2150 1180×1265×l605 1370×l300×l600	1360 1860 4200 4800 1850 1200 1500 1300 1700 1360 1200

   (2)鋁合金擠壓模加工用線切割機床的特點及發(fā)展現(xiàn)狀
    為了能加工出比較好的鋁合金擠壓模，對線切割加工機床提出了以下要求：有高的剛性，床身結(jié)構(gòu)及使用材料要求合理，以保證機床加工精度的穩(wěn)定性；有良好的熱平衡性，防止不同材料變形不一致，影響機床的精度，應(yīng)盡量采用同種材料，對熱源采取絕緣和散熱措施；能嚴格執(zhí)行輸入指令，要求控制系統(tǒng)的元件性能穩(wěn)定，達到閉環(huán)控制；加工精度高．即有良好的尺寸精度、形位精度、定位精度、表面粗糙度、切縫寬度一致性、圓角和曲率半徑的均勻圓滑性和接刀圓滑性；有一個比較穩(wěn)定的良好電源。
    用于鋁合金擠壓模加工的電火花線切割機床可分為快速往復(fù)走絲和低速單向走絲兩類。國產(chǎn)設(shè)備大部分是快速往復(fù)走絲機床，使用φ0.12～φ0.2 mm鉬絲做線電極。天津機床廠、北京第四機床廠、上海第八機床廠等均生產(chǎn)此類機床。營口電火花塞機床廠1985年4月通過鑒定的DK7740型微機控制的電火花塞線切割機床，最大行程為500 mm×400 mm，表面粗糙度可達Ra 2.2 μm以下，切割速度為20 mm²/min左右。國內(nèi)也開始試制慢速走絲機床，上海第八機床廠出產(chǎn)的DK7716M慢速走絲電火花線切割機床，控制系統(tǒng)為單板機。蘇州電加工機床研究所出產(chǎn)的H型(HC－5、HC－6、HC－7等)電火花線切割機床，采用微機控制系統(tǒng)，屬于日本富士能FANVC有限公司的機床系列，走絲速度為0～5 m/min，采用銅絲、鉬絲、鎢絲作為電極，加工速度為50 mm²/min左右，表面粗糙度可達Ra l.6 μm。
    上海億光機電有限公司研制一種新型高精度線切割機，采用變頻和PLC控制，其精度為0.008 mm，光潔度和慢走絲線切割機一樣可達到1.6級，價格僅有慢走絲線切割機的六分之一左右。每日消耗成本僅為慢走絲切割機的十分之一。因此很受用戶的青睞。
    國外的線切割機床發(fā)展得很快，目前絕大多數(shù)都是慢速單向走絲機床。日本JAPAX公司的L300A電火花線切割機床，加工速度及粗糙度都比較好，牧野公司的EC3025、EC3040膠EC7050等型號，都是自動穿絲、熒光屏顯示圖像的線切割機床，加工速度已達100mm²/min。FANVC公司和三菱公司出產(chǎn)的機床，加工速度已達220 mm²/min，JAPAX公司出產(chǎn)的機床，加工速度已達300 mm²/min以上，峰值電流可達200～300 A，并可以毫微秒級的脈沖寬度進行高精度加工。銅絲的直徑由φ0.2 mm提高到φ0.3 mm，能承受高的加工能量。采用含5% Al的黃銅絲，可使加工速度提高20%～30%，并可減少電極的附著物。目前國外的擠壓模具線切割加工正向高速度、高精度和高自動化方向發(fā)展。 

3)電火花塞線切割加工工藝
電火花線切割加工工藝指標主要包括加工速度、表面粗糙度和加工精度等。此外，放電間隙、電極絲和加工表面層變化也是反映加工效果的重要內(nèi)容。在擠壓模具線切割加工中，影響工藝指標的因素很多，它們往往是互相關(guān)聯(lián)又相互矛盾的，必須充分認識它們的客觀規(guī)律性，必須發(fā)揮設(shè)備的能力，保證加工效果。圖4—4—7示出了諸因素對工藝指標的影響。

圖4—4—7諸因素對工藝指標的影響圖

    擠壓模具電火花線切割加工工藝路線如圖4—4—8所示。
    鋁合金建筑型材模?？坠ぷ鲙У木€切割加工工藝舉例說明如下。
    首先加工穿絲孔。穿絲孔的位置可根據(jù)?？仔螤詈统叽邕x在型孔的中心，型孔的邊角處或已知坐標尺寸的交點處。但對于建筑型材來說，最好不要打在型材裝飾面上。穿絲孔的大小要適宜，其直徑主要根據(jù)型孔厚度確定，一般可取0.6～1.0 mm，穿絲孔深度一般應(yīng)比模孔工作帶長2 mm左右。打孔方法可用鉆床或車床加工，也可用專用打孔機加工。
    模子的裝卡與校正。模子的裝夾方法主要是兩端支撐的方式。模具裝卡位置的校正可用拉表法、劃線法、固定基面靠定法來進行。
    線切割方法的選擇：擠壓模線切割方法有兩種，即一次切割法和多次切割法。
    一次切割法多用快速往復(fù)走絲線切割機床，主要用來加工表面粗糙度要求較高的工件或?？坠ぷ鲙АＲ淮吻懈罹褪怯善鹗键c開始一直切割到終點和開始點重合。在快速走絲切割機床上加工時，由于存在線電極輪的張力和走絲速度高等原因，模子人口和出口端6～10 mm處會形成粗糙區(qū)，為避免此問題產(chǎn)生，可在工作帶一面上附6～10 mm鋼板，使粗糙區(qū)移到鋼板上，但會降低有效的生產(chǎn)率。為了降低工作帶表面粗糙度，還可以在模具上下和導(dǎo)輪之間加上寶石定位器，以減少電極的抖動。此外，還應(yīng)及時更換導(dǎo)輪及導(dǎo)輪軸承，以減少導(dǎo)輪工作槽因磨損而使線電極在運行中的擺動。

圖4—4—8電火花線切割加工工藝路線圖

    二次切割和多次切割是在一次切割的程序上，再進行一次或幾次切割，以降低工作帶表面粗糙度。
    斜度切割法主要用于切割有斜度要求的工件，如擠壓模出口帶的喇叭口等，但經(jīng)濟性較差。
    加工條件與主要工藝參數(shù)的選擇：
①快速走絲方式?？蛰d電壓峰值75～80 V，脈沖寬度8 μs左右，脈沖間隙30 μs，平均電流l.5～2 A，短路電流2.5～3 A，工作液為10%植物性皂化液或乳化液，走絲速度9 m/s，電極絲為60.1～0.5 mm鉬絲，加工速度可達到20～30 mm²/min，表面粗糙度Ra 3．2μm。    
②慢速走絲方式。脈沖電源為RC型弛張式電源，空載電壓130 V，短路電流0.6 A，電容量0.53 μf，走絲寬度3.5～4 mm/s，電極絲φ0.l5 mm黃銅絲，工作液為煤油或去離子水，加工后的表面粗糙度可達Ra l.6 μm以下，加工生產(chǎn)率達3.5 mm²/min以上，加工精度高。

五、電加工后的研磨加工與去應(yīng)力處理

    電加工后的工作帶，需要在原來基礎(chǔ)上降低粗糙度(即達到Ra l.8～0．4 μm)并去除電加工表面變質(zhì)層和殘余應(yīng)力。拋光的方法主要有人工拋光、超聲拋光、擠壓珩磨拋光和復(fù)合拋光等。
    (1)人工拋光
    人工拋光就是用砂輪、組銼、金剛石組銼等進行拋光研磨。先用金剛石銼刀、去掉電加  工后的變質(zhì)層，再用組銼墊上砂布由粗到細進行研磨拋光。拋光時，應(yīng)防止工作帶產(chǎn)生軸向  和徑向的不平直、?？诤投嗣娌淮怪钡痊F(xiàn)象，要求銼刀端平，防止?？壮睢Ｈ斯伖馐菙D  壓模具的一種最基本的拋光方法，不需專用設(shè)備，萬能性強，即使用其他拋光手段拋光時，人工拋光也是一種必要的補充。因此，人工拋光法目前在國內(nèi)外仍應(yīng)用十分廣泛。人工拋光  法的主要缺點是勞動強度大，生產(chǎn)效率低，而且要求操作者有一定的基本功，是一種技術(shù)性  很強的手工勞動。
    (2)超聲拋光
    超聲拋光是近幾年發(fā)展起來的一種新技術(shù)。它是以高頻率、小振幅的振動工具(特種銼  刀)，用一定的壓力與加工物接觸，使磨粒在超聲波的振動下沖擊加工表面達到拋光的目的。  這種方法很適于電加工表面的拋光，因電加工表面的二次淬火層很堅硬、模孔又小，用其他方法拋光是很困難的。超聲拋光也要求操作工人有一定的基本功。目前此法在擠壓模具拋光中應(yīng)用尚不十分廣泛，但有一定的發(fā)展前途。
    (3)擠壓珩磨拋光
    擠壓珩磨拋光又稱為壓力拋光，是拋光電加工表面比較理想的方法之一。因為磨料是液  體，所以，有的也稱為流體拋光或流體磨料加工。它是美國20世紀70年代初期研究發(fā)明的一種新技術(shù)。其特點是：
    ①可加工的材質(zhì)比較廣泛，特別適于擠壓模具電加工后珩磨拋光表面變質(zhì)層；
    ②拋光效果比較顯著，粗糙度一般可降低三級，最高粗糙度可達到Ra 0.05 μm的鏡面  狀態(tài)；
    ③效率高，與手工拋光相比，加工時間可減少80%～90%以上，一般只需幾分鐘或十幾分鐘即可完成；
    ④操作簡單，不需要特殊工具；
    ⑤適用于通孔模具拋光，也可對盲孔型腔模具進行拋光，但工卡具要復(fù)雜一些。
    擠壓珩磨的原理是利用一種含有磨料的半流體狀態(tài)的彈性物質(zhì)(稱為磨料流體介質(zhì))在  一定壓力下，強迫其通過被加工?？坠ぷ鲙У谋砻?，由于磨料顆粒的磨削作用，可使工作帶  表面的電加工變質(zhì)層去除掉。磨削力的大小與擠壓力成正比，并與流體介質(zhì)的粘度、稠度、磨料顆粒及其種類等因素有關(guān)。拋光過程大致如下：將模具安裝在上下固定板中間并密封，上下固定板分別與上下介質(zhì)擠壓筒相連。加工時，磨料介質(zhì)先充滿下部擠壓圓筒，由活塞通過液壓作用把磨料流體介質(zhì)向上擠壓，使其通過固定板進入工作帶部分而產(chǎn)生摩擦拋光作用。介質(zhì)進入上部擠壓圓筒中，充滿后被上部擠壓介質(zhì)圓筒的活塞通過液壓作用往下壓擠，使磨料流體介質(zhì)返回，并再次通過工作帶表面而進入下部擠壓圓筒中，充滿后再被活塞向上擠壓。如此反復(fù)擠壓，使磨料介質(zhì)反復(fù)通過工作帶表面而達到拋光的目的。