精密模具的电火花线切割加工工艺
作者：苏州中航长风数控科技 | 来源：http://www.szcfedm.com | 浏览次数：
精密模具的电火花线切割加工工艺
摘 要：随着电加工设备及加工工艺的发展，加工模具的工艺路线，在不断的改进。该文以线切割的加工原理及发展过程为背景，对彩虹彩色显像管总厂零件分厂的模具加工工艺路线作简单介绍。
关键词：线切割；工艺路线；变革；精度；效率
自从电加工技术成功应用于模具加工行业以来，随着电加工设备及电加工技术的不断发展，对模具特别是精密模具的加工起到了巨大的推动作用。本文重点介绍电火花线切割加工工艺。
1 电火花线切割的加工原理及基本特性
1.1 加工原理
电火花线切割加工是在极短时间内，微小区域里，利用放电能量，对金属进行熔化、汽化，从而使多余部分按预定轨迹被切除。
1.2 主要优点
１）由于放电产生的热量，可使加工点产生高达10 000℃以上的温度，此温度足以使各种金属物体熔化。因此，可以加工各种高硬度金属。
２）工件所受的侧向力几乎为零，省去了传统加工中复杂的装夹系统及较长的准备时间。
３）常规加工中，很难得到的尖角、窄缝及复杂形状的工件，均可由线切割轻易加工成形。
2 我厂以前精密模具的加工工艺
2.1 早期电火花线切割加工存在的问题
１）加工效率相对较低。
２）加工质量达不到精密模具的使用要求，主要表现为：内部应力造成工件变形或开裂；加工面的重铸层、淬火层、过热软化层，影响工件表面质量；电极丝抖动，引起表面条纹；电极丝的运行状态，使加工表面呈凹鼓状；电极丝的弯曲，引起角部变形；丝半径造成工件角部内过大；机床精度及工件的基准面，对工件形位精度和定位精度影响较大；切入、切出点及断丝痕影响工件精度等。
2.2 以前精密模具的加工工艺
1995年以前，我厂拥有的快走丝线切割设备主要有杭州无线电专用设备一厂生产的SCX-73、J0780-1，北京第四机床厂生产的DK-7732；慢走丝线切割设备主要有日本富士通的CUT-E，苏州电加工研究所组装的HC-6，汉川机床厂生产的HCX250。这些设备不同程度地存在着上述问题。因此，在精密模具加工中受到一定限制，模具关键件的加工多采用以下工艺路线,对复杂工件，一般需要经过10多道工序。
3 精密模具线切割加工工艺的优化
3.1 电火花线切割及其配套技术的发展现状
90年代国外电火花线切割设备及加工技术产生了巨大的突破，从前存在的不足得到了妥善的解决，而这些技术已逐步为国内一些用户所使用。一些线切割设备加工的工件可以达到以下指标：最高加工速度可稳定在300 mm2/min以上， 尺寸及轮廓精度可达到±0.002 mm，加工面粗糙度可达到Ra0.15 μm,变质层及微观裂纹几乎消除。其技术工艺的先进性主要表现在以下几方面。
１）采用低频共振应力消除系统，减少了工件在线切割加工前、后的内应力，使工件的变形量及加工裂纹发生率大大减小，延长了模具的使用寿命。
２）采用快速穿孔机加工穿丝孔，为利用线切割设备减少模具加工工序及降低材料消耗奠定了基础。
３）各种脉冲电源的改进、控制系统的高速及智能化、各驱动系统的快速反应及各类加工专家系统的优化等，使线切割加工的效率有了大幅度的提高。
４）机床结构的优化设计，高精度、高可靠性、长寿命部件的使用，大大地提高了加工工件的形位精度。
５）高准确性的找正线路、精密的脉冲电源、恒定的智能走丝机构和高精度的伺服进给系统等，提高了加工面的线形度及工件的定位精度，消除了表面的加工条纹。
６）整个设备硬件系统的优化以及专家系统的不断丰富，提高了加工工件的形状精度，即使新操作工也能达到稳定的加工质量和理想的加工效率。
７）各种电解电源、高效抛光电源、控制加工屑电源的实际应用及加工液、冲水系统的优化，使加工面的表面质量有了革命性的变化。
８）多种专家系统，克服了角部变形及切入、切出点的精度问题。
９）细丝功能，基本解决了小内角加工问题。
１０）多次切割使内应力造成的变形逐步消除，从而保证了工件的最终尺寸。
１１）设备的自动化、智能化，为线切割加工实现无人操作或“一人多机”提供了保障。
3.2 精密模具加工工艺举例
1995年至今，我厂先后引进了日本三菱公司的DWC200HC，瑞士夏米尔公司的ROBOFIL2020、ROBFIL2030SI、ROBFIL4030SI ，及线切割加工的一些配套设备。
随着线切割设备及加工工艺的变更，采用线切割加工精密模具的工艺也在不断改进。现提供以下工艺路线，以供参考。
3.2.1 硬质合金材料凸模、凹模工件的工艺路线
根据不同厚度的工件，采购较大尺寸的硬质合金板料→精磨厚度保证平行度→依据实际情况由快速穿孔机做穿丝孔→线切割切形状达图→磨厚度达图。
3.2.2 需要淬火的凸模和型腔掏空量较少的凹模、固定板、卸料板等工件的工艺路线
１）对外形尺寸较小的工件，可根据工件的厚度进行分类，并锻造较大尺寸的毛坯料→热处理调质→粗铣厚度及三基准面→热处理淬火→深冷处理及超声波消除应力→需要时精磨三基准面→依据实际需要做穿丝孔→精切形状达图→精磨厚度→超声波消除应力。
２）对于尺寸较大的工件，可采用锻造→热处理调质→粗铣六面→热处理淬火→深冷处理及超声波
3.2.3 需要淬火，且掏空量较大的凹模、固定板、卸料板等工件的工艺路线
１）锻造→热处理调质→粗铣六面，并在废料侧距有效尺寸2 mm～5 mm处做应力释放孔（槽）及穿丝孔→热处理淬火→深冷处理及超声波消除应力→精磨六面达图→采用多次切割切型腔达图→超声波消除应力。
２）锻造→热处理调质→粗铣六面→粗磨六面→铣型腔留量1 mm～5 mm→热处理淬火→深冷处理及超声波消除应力→精磨外形达图→多次切割型腔达图→超声波消除应力。
３）锻造→热处理调质→粗铣六面→热处理淬火→超声波消除应力→做穿丝孔→粗切型腔留量3 mm～5 mm→深冷处理及超声波消除应力→精磨外形达图→采用多次切割型腔达图→超声波消除应力。
3.2.4 不需要淬火（或硬度较低），但形状较复杂、精度要求较高工件工艺
锻造→热处理调质→粗铣六面→精磨外形→做穿丝孔→线切割多次切割达图→超声波消除应力。
3.2.5 其他事项
１）对于有模具设计能力的单位，在模具设计时要根据产品的要求进行分类，制定出具有相同外形及厚度的工件标准。
２）为提高高精度慢走丝线切割设备的有效利用率，降低加工成本，同时，使精密工件有充足的应力释放机会，可采用多台快走丝线切割去废料，慢走丝线切割精加工。
4 效果对比
优化后的线切割工艺比优化前的线切割工艺具有以下优点。
１）减少加工工序，缩短加工周期。一些工件的实际加工时间缩短到原来的1/3，综合周转时间及过程检验等时间，生产周期缩短到原来的1/6左右。
２）工件的质量大幅度提高。工件的最终质量由原来的手工保障 ，改为由高精度的设备保障，从而提高了产品的品位，保证了产品的一致性，使工件的使用寿命成数量级增加。降低了加工成本。切割下来的废料可再次使用。
5 精密电加工对座标磨加工的要求
座标磨加工，以其设备的位置精度、砂轮转速以及加工点良好的散热性等，使其加工出的工件尺寸精度及表面质量都很高，多年来一直为加工精密模具的首选工艺。但是，随着电加工设备及其加工工艺的不断发展，利用电加工设备不仅可以达到座标磨加工同样的精度及表面质量和模具刃口耐磨性能，而且还很容易地解决了座标磨无法克服的小尖角、小内角半径及大深度工件的加工难题。这就迫使座标磨设备生产厂家应不断地开发更高更新的功能，以便改变被电加工设备所替代的命运。
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