模具制造中电火花加工异常问题及分析

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模具制造中电火花加工异常问题及分析
摘要：根据模具企业多年的电火花加工实践经验,就电火花加工常出现的异常问题作了充分阐述,并分析了其产生原因及预防问题发生的方法,对提高电火花加工质量有指导作用。
关键词：电火花加工；模具质量；异常；原因；防范措施
中图分类号：TG661文献标识码：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
电火花加工在模具制造中是十分重要的工艺环节,尤其在塑料模制造中更为重要。大多塑料模零件通常采用电火花加工来完成最终精加工,加工完成的质量直接影响模具零件的装配性能或成型精度。加工出现的异常问题轻则造成一些不必要的处理方法,重则造成工件整体报废,延长了模具制造周期,增加了模具制造成本,降低了模具质量,因此防范发生加工异常问题具有重要意义。加工异常问题包括加工中的不正常现象和加工后的质量问题。
2电火花加工常见的异常问题及分析
(1)模具零件加工完成后加工部位实测尺寸不合格。用电火花加工完成的部位通常能达到的精度为0.005mm左右。模具零件中不同部位的加工精度要求是不一样的,有一些精度要求高的部位尺寸公差控制很严格。如果加工尺寸不在公差允许范围内,即为不合格尺寸。不合格尺寸有大于最大极限尺寸和小于最小极限尺寸。影响加工尺寸大小的因素有以下几种：
a.电极尺寸缩放量的影响。电火花加工时两极间存在火花间隙,为了加工出符合要求的尺寸,对电极缩放适当尺寸来加工。电极的缩放尺寸在生产中称为电极缩放量。在加工时,实际产生的火花间隙与电极缩放量的不匹配将直接影响加工尺寸的精度。在不采用电极平动加工时,如果所产生的火花间隙小于电极缩放量,加工出来的尺寸将小于标准值。相反,电极缩放量比实际火花间隙要小时会使加工后的尺寸大于标准值。因此正确确定电极缩放量的大小是保证加工尺寸合格的前提。确定电极缩放量大小时要视加工部位的不同而合理选用。塑胶模具加工部位一般分为结构性部位和成型部位。结构性部位在模具中起配合、定位等作用。这些部位的加工表面粗糙度无严格要求,但要求尺寸一次加工到位,保证加工后的尺寸符合要求。在确定这些部位火花位大小时取加工时实际产生的火花间隙的大校成型部位是用来直接成型塑件的部位。此类部位的加工尺寸和表面粗糙度都有相应的要求。电火花加工的成型部位一般在加工完成后采用抛光的方法去除火花纹迹达到预定表面粗糙度要求,所以在确定这类成型部位电极缩放量时应准确确定抛光余量。一般抛光余量取4Ra+0.005mm左右（Ra：电火花加工完成的表面粗糙度值）,在计算电极缩放量时取实际火花间隙和抛光余量之和。电火花加工工艺一般是用不同尺寸的电极采用不同的电规准由粗到精完成加工。加工后的尺寸主要决定于精加工的控制。在不采用电极平动加工时,确定精加工火花位大小时应先考虑好为达到预定表面粗糙度要选用的电参数条件,明确该条件火花间1隙的大小再确定电极火花位的大校成型部位精加工的火花位一般为单侧0.04—0.08mm,结构部位为单侧0.02—0.06mm。确定粗加工火花位大小时以考虑加工速度和为精加工预留适当余量为标准,一般取单侧0.15—0.25mm。在采用电极平动加工时,火花位取标准值减去火花间隙和平动量,精加工中电极火花位一般取单侧0.12mm左右。确定电极火花位大小时还应详细考虑加工部位的加工性能。如在通孔类排渣良好的情况下,不容易形成二次放电,产生的火花间隙相对比较小,而盲孔类加工因排渣不是很顺,二次放电的机会比较多,而使火花间隙变大。大电极缩放量较小电极缩放量相对小一些。因为大电极放电时放电能量分布均匀,小电极放电时能量集中。
b．电极实际尺寸、平动量控制的影响。在不采用电极平动加工时,电极的实际尺寸对加工部位完成的尺寸起决定性的作用。在正确确定电极火花位以后,应该采用合理的加工方法保证制造电极的精度。在采用电极平动加工时,平动量的控制对加工尺寸起决定性的作用。应根据电极实测尺寸的大小,确定正确的平动量来保证加工尺寸符合要求。
c．电极校正精度的影响。加工后的尺寸与电极的校正精度有很大的关系。电极的校正偏差会使其在加工进给方向的垂直平面投影面积增大,使其加工部位的尺寸大于正常值。因此一般存在用小电极加工后的侧面间隙比用大电极加工后的侧面间隙稍大的情况。因为小电极的校正精度不可能有大电极那样高。保证好电极的校正精度是电火花加工开始阶段最重要的环节,是保证加工尺寸合格的重要条件之一。
d．电参数调节因素的影响。电参数调节直接关系到加工中实际火花位的大校更改电参数条件的各项均会影响火花间隙的大校对火花间隙影响最明显的是电流,随着电流的增大火花间隙也相应增大。脉冲宽度的影响也是如此。脉冲间隙的增大会使火花间隙变小,但作用不是很明显。其它相关参数也在间接地影响火花位的大校因此在调节电参数时一定要选用合理,更改电参数时要弄清楚会对加工尺寸产生的影响。
e．加工中电极损耗的影响。在加工过程中不可避免的存在电极损耗,电极损耗使加工完成的尺寸小于标准值。（不正常的过大电极损耗原因在下面详述）一定要正确控制好电极损耗来保证加工的尺寸符合标准。
f．加工深度控制的影响。在加工尺寸中加工进给方向的深度是一个特别重要的尺寸。深度的控制精度关系着加工尺寸是否合格。影响深度控制精度的因素首先是加工前对刀精度的影响。在对刀时如果电极和工件间存在杂物,会使对刀产生偏差,通常会使加工完成的深度小于标准值。所以在对刀时一定要保证两极间的干净。其次是预留的加工余量的影响。加工部位侧面的尺寸控制决定于电极的火花位。而深度控制则决定于加工时对所要加工的深度尺寸的预留。预留量的选取同电极火花位选取原则相同。再次是对刀基准的精度的影响。电极用来对刀的部位必须是明确的基准,基准面应光洁平整。最后还要注意在粗加工中电极热膨胀的影响,使其变长而超过为精加工预留的余量,使加工深度偏深,出现精加工时修不光的现象。
(2)加工完成部位表面质量不合格。表面质量异常问题一般有积炭、粗糙度不符合要求、表面变质层过厚。下面针对这三种问题具体分析。
a.积炭。积炭是表面质量异常最严重的问题,对模具零件产生破坏性的效果。它是电火花加工中放电异常的产物。引起放电异常的主要原因是电规则选择不当。一般积炭发生在精加工中,因为精加工时放电间隙小,排渣不容易。因此在调节电参数时要以观察到放电状态稳定为标准,在放电不稳定的情况下,应该将放电时间减短,抬刀高度增大,脉冲宽度减小,脉冲间隙增大,伺服压力减小等。粗加工中,在加工面积小时注意峰值电流不要过大。其次冲油也有很大影响。不适当的冲油方式、冲油压力使电蚀物无法顺利排出,使放电状态很不稳定而引起电弧放电。一般采用的冲油方式是下冲油,朝开口部位冲油,淋油等。冲油压力控制在接近加工的临界压力范围内,采用的火花油应该较清洁。整个加工过程中要随时监控加工稳定状况,通过看火花、听声音、观察电流、电压表来评定。对加工中的不正常现象及时采取相应措施。
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质量异常的常见问题。一些精密部位通常要求加工出很细微的表面再采用抛光处理,如果加工得粗将会增大抛光量,影响加工形状、尺寸精度。还有一些产品是要求表面火花纹的,这就要求加工出来的表面粗糙度符合要求,整体均匀。上述的电规准选择不当和冲油因素也是产生表面粗糙度不符合要求的重要原因。另外还有电极表面粗糙度、电极材料、加工留量等因素的影响。电极表面粗糙度直接影响加工表面的粗糙度。加工时是将电极的表面复制到工件表面,因此精加工的电极通常都要抛光处理。电极材料质量差,组织不均匀,含杂质等会使加工出来的工件表面粗糙度不均匀,达不到预定要求,选择电极材料时应该根据加工部位的要求合理选用。粗加工的加工留量对精加工效果的影响很大。如果留的太少,会产生精加工修不光的现象。一般粗加工为精加工留0.15mm进行修光。大电极比小电极可适当少留一些。一些同样的型腔多个数目加工时应该及时更换电极,因为电极在加工多个部位以后,其表面质量会变差,使加工的工件表面粗糙度不一样。
c．表面变质层过厚。放电时产生的瞬时高温高压,以及工作液快速冷却作用,使工件表面在放电结束后产生与原材料工件性能不同的变质层。一般情况下,表面变质层对加工结果的影响是不利的。尤其是表面变质层过厚,会使加工表面耐磨性、耐疲劳性大大降低,对工件使用寿命产生不利的影响。表面变质层过厚的情况一般发生在加工部位比较小的地方,因为这些加工部位放电能量很大。像加工出的部位有小的凸形的话,在粗加工中也不能使用大的电流,过大放电能量的热影响会影响工件的表面质量。
(3)加工位置偏差。加工完成后发现电极打偏了是加工异常的常见问题。装夹工件、电极的方式要牢靠,不会在加工中发生松动。保证好电极和工件的校正精度。在定位时要选用准确的基准,准确的定位方式来进行。确保定位基准无毛刺、无杂物。在操作过程中要精心控制定位精度。在加工开始时要仔细观察加工部位有无偏差,加工中要及时检查加工部位位置有无差别。细心做好这些要点可防止加工位置偏差异常现象的发生。
(4)加工中的异常。电火花加工中的异常现象使整个加工过程不能正常进行,一般在加工中常出现的异常问题有：
a．加工效率很低。电火花加工的效率直接影响模具加工效率,应该正确控制。电参数是影响加工速度的主要原因。加工电流的大小是电参数中影响最明显的条件。一般在粗加工中,应该在保证为精加工预留适当余量的原则上选用最大电流,这样既提高了加工效率,也更便于精加工的进行。如果在粗加工中电流选用过小,首先影响了粗加工的效率,同时因为精加工的余量比较多,也降低了精加工的效率。提高脉冲频率即加大脉冲宽度,减小脉冲间隙也是提高加工效率的方法。其它辅助电参数同样也很重要,如可以增长放电时间,减少抬刀次数。但要以加工稳定为前提,否则加工区工作液不能及时消电离,电蚀产物不能及时排出,反而导致加工效率的下降。比如在大面积精加工时应该将放电时间长度设为很短,勤抬刀。只有这样才能保证加工的顺利进行,在放电稳定的情况下,实质上提高了加工效率。工作液的质量,冲油方式的影响也很明显。应该选用优质电火花加工液,在冲油时采用合理的冲油方式保证排屑顺利,大电极加工时建议浸油加工。加工部位应先进行预加工,留适当余量。加工余量过多会增多加工时间而大大降低加工效率。粗加工为精加工预留的深度余量不宜太多,尤其在大面积的情况下,因为精加工规则的电蚀能力很低,当余量过多时会提高加工难度而影响加工效率。
b．电极损耗很大。电极损耗过大时会严重影响加工部位的仿形精度、尺寸精度。应正确分析引起电极损耗很大的原因。电规准中脉冲宽度是控制电极损耗的主要参数,在电极损耗大的情况下应该考虑选用的脉冲宽度值是否太校在精度要求很高的情况下应考虑选用的电极材料能否达到低损耗加工要求。检查加工的正负极性是否接反。在小电极加工时是否因为加工电流过大引起损耗过大。冲油压力,流速过大也会引起电极局部损耗过大,应适当调整。
c．放电状态不稳定。放电状态不稳定这种情况是在加工过程中能够发现的异常现象,应该及时处理,以免造成影响加工质量的后果。放电状态不稳定时会有一系列相应表现,如火花颜色红亮,冒白烟,声音低而闷,放电集中于一处,电流、电压表表针不均匀急速摆动,伺服百分表指针来回摆动等。发现这些情况时,应先考虑电参数的影响,如放电时间是否过长,排渣高度是否不够,电流、脉冲宽度是否过大,脉冲间隙是否过小等。其次应考虑加工部位是否存在杂物、毛刺。再次应考虑冲油压力和方式的选用是否合理。
d．电极发生变形。电极发生变形多见于薄小电极的加工中。这种变形主要是热变形。其次是伺服压力过大。对于这类电极的加工,放电能量不能太大,加工过程中热量持续的时间不能太长。故电流不能选太大,放电时间要短,冲油要充分。在设计电极时,除结构本身薄小的部位外,其它加工部位的电极应具有足够的强度。
e.型孔加工中产生“放炮”。在加工过程中产生的气体,集聚在电极下端或油杯内部,当气体受到电火花引燃时,就会象“放炮”一样冲破阻力而排出,这时很容易使电极与凹模错位,这种情况在抽油加工时更易发生。因此,在使用油杯进行型孔加工时,要特别注意排气,适当抬刀或者在油杯顶部周围开出气槽、排气孔,以利排出积聚的气体。
(5)人为的不小心造成的加工异常。由于人为的不小心而导致加工质量异常在生产中时会发生。这些现象主要发生在电火花操作员身上,如将坐标数字设置错误,深度设错,电极装夹方向弄反,拿错电极,看错图纸,数控程序编错等,还有设计给数出错等,这些问题不是犯在技术性上,而是最低级的人为错误。但有时一些小错误造成的后果却是很严重的。应该尽量避免犯错误,不断的提高自身的技术水平。
3结束语
防止电火花加工中异常问题的发生对提高模具质量有着重要的意义。应该正确分析加工中各环节对加工质量的影响,把握好每一个环节,注重每一个加工细节,保证最终的加工质量。