现代模具制造对电火花成形加工的需求分析

　　电火花加工是由前苏联学者拉扎连科夫妇1943年研究发明的，之后，随着脉冲电源和控制系统的改进而迅速发展起来。工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。

　　数控高速切削加工是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术，具有高效、高精度、高表面质量的优点，在模具制造中正得到广泛应用，并在某些情况下可以替代部分磨削加工和电火花加工。但是，高速铣削在加工过程中必须满足无干涉、无碰撞、光滑、切削负荷平滑等条件，并且主轴在加工过程中容易磨损且成本高。这些特点也决定了高速铣削不能完全替代电火花加工。

　　高速铣削与电火花加工有各自的适用空间

　　高速铣削加工与数控电火花成形加工有共同点，都属于去除性加工方法。有些情况下是可以实现互相替代的，但是两者都有各自的优势，完全互相取代是不可能的。

　　从工件结构来看，对于开放式的模具结构，高速铣削和数控电火花加工从加工能力来说不分上下，可以互相替代；而对于深腔、沟槽、带叶冠整体式涡轮盘叶片类零件，由于结构所限，高速铣削根本无法完成加工，而数控电火花加工由于具有很好的柔性，利用其多轴联动功能可以很方便地完成各种复杂结构的加工。

　　从加工精度来看，随着数控技术的发展，两者基本不相上下，但是同样的精度，数控电火花的加工效率明显要低于高速铣削加工。如果不考虑加工效率，只要是高速铣削能加工的工件结构，数控电火花均可以替代加工；反之，如前所述，数控电火花能加工的结构，对于高速铣削来说却未必可以替代加工。

　　从加工材料来看，高速铣削的加工特点决定了对刀具材料、刀具结构、刀具装夹以及机床的主轴、机床结构、进给驱动和CNC系统上要求比较高，高速铣削加工高硬度材料对于刀具的要求也比较高，而电火花加工主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片以及加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具等，它对于材料硬度没有什么要求。同样的高硬度材料，对于高速铣削来说，硬度越高，对于刀具的要求越高，成本也越高；而对于电火花来说，硬度的变化，基本对加工没有什么影响。

　　从加工速度来看，目前来看，对于普通材料，高速铣削加工明显优于电火花加工，但是对于高硬度难加工材料来说，高速铣削加工所用的刀具成本随着硬度的增加会成几何级数式的增长，而对于数控电火花加工，成本变化不大或者基本没有什么变化，因此从加工成本上考虑，数控电火花加工要占优一些。

　　从工艺选择上来说，在达到同样的加工精度情况下，应该优先选择成本低的加工方法。除非加工工艺要求或普通加工无法实现，一般普通加工方法能实现的就不要选择特种加工方法。

　　航天领域高精加工典型案例及工艺选择

　　对于航天发动机带叶冠整体式涡轮盘，由于此类涡轮盘叶片形状复杂，叶片间的最小通道仅有几毫米，数控铣削加工虽然具有一定的柔性，但是由于切削刀具发生干涉叶片现象而不能实现加工。到目前为止，多轴联动精密数控电火花加工技术是能实现带叶冠整体式涡轮盘类转子叶片加工的最可行的方法。

　　对于集成电路模具、喷注器的喷油嘴等微小结构来说，一般设计技术要求：①有很好的形貌。②型面边或孔边需无毛刺。③孔口要保持锐边。④型面内或微孔内表面保持好的表面质量。而对于这样的要求，尤其是保持锐边且无毛刺，且直径小于0.1mm的微小孔，高速铣削加工根本达不到。与传统的机械加工方法相比，微细数控电火花加工技术具有非接触、可操控性强、与材料硬度和强度无关、无切削力等优点，特别适合于机械切削加工难以胜任的高硬度、高强度、高熔点、高韧性、高脆性等难加工金属材料的加工。同时在微细轴、微细孔和微三维结构加工方面具有其他加工方法难以比拟的优势，具有强大的微尺度制造能力，受到国内外的普遍关注。

　　数控电火花能加工普通切削方法难以加工的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无需比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中需进一步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。

　　一般工艺选择上，尽量利用高速铣削去除余量，最后用数控电火花加工进行精加工，这样可以大大提高加工效率，降低成本。

　　现代模具制造对数控电火花成形加工的需求分析

　　模具制造企业目前遇到的问题主要还是加工效率问题，这是数控电火花加工的不足之一。比如汽车轮胎模具，除了要解决效率问题外，对于设备提供商来说，还要提高电源性能，针对不同产品材料提供不同的电火花加工参数库。目前国外进口的设备一般都具有良好的机械运动精度和丰富的工艺数据库，同时进口设备的故障率也很低、运行可靠。

　　而国产数控电火花加工技术及设备与国外相比存在着明显的不足，工艺数据库的实用性有待进一步提高。对于用户来说，希望购买的设备能够适合于加工自己的产品，这就要求设备制造商必须通过大量的工艺试验来验证不同材料加工规准的一致性和可靠性。目前国内设备的工艺数据库比较单一，需要用户自行摸索和试验，加大了用户的使用难度。比如医疗器械产品大多都采用了钛合金等难加工轻质材料，国内的多轴联动精密数控电火花机床基本上还没有加工钛合金材料的数据库，而瑞士GF阿奇夏米尔公司的多轴联动电火花机床，就已经内置了加工钛合金材料的参数库，直接调用即可，大大降低了用户的使用要求，企业因此也可以省去大量试验所花费的时间、材料、人力等成本，直接投入生产即可。

　　随着现代科学技术的发展，数控电火花加工正朝着高速化和高精度化方向发展，同时也产生了许多复合型加工方法。比如电火花混粉加工、超声-微细电火花复合加工等，但是目前这类技术基本上都处于高效实验室研究阶段，市场上并没有成熟产品应用。尤其是微细电火花微孔加工、微三维结构加工等，研究成果基本上都是来自于各高校实验室，而国外已经有了非常成熟的机床型号推向市场，国内市场基本还是一片空白。

　　随着制造业技术的发展，一些零件需要多轴联动精密数控电火花加工来完成，但是国内目前还没有五轴及五轴以上的精密数控电火花机床正式投入市场，虽然现在国内已经有支持多轴联动的数控系统出现，但是其加工稳定性、系统可靠性还有待进一步考验。国外此类设备已经非常普及，瑞士、日本、德国等均有五轴联动精密数控电火花加工机床在市场上销售。

　　目前国内的数控电火花机床液槽均采用了侧开门方式，由于结构的原因，用户在使用时容易导致漏油污染地面。对于国内生产商来说，若能解决自动升降液槽的金属钣金及密封技术，对于提高我国数控电火花机床制造水平将是一个巨大的进步。

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