电火花加工方式分为五类：利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工；利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。
一、挤压模具电加工的主要方法和设备
目前用于模具制造的电加工方法主要有：
(1)电火花成形加工。主要用来加工模子的出口带、舌型模、分流组合模芯头型槽，也可以用来代替车床或铣床加工多孔棒摸或者模垫等。其主要设备是各种电火花成形加工机床。
(2)电火花穿孔加工。主要用来加工棒材模，特别是多孔模的工作带、模垫和专用模腔通孔，以及直径较小、深度较深、内表面要求较光洁的各种通孔和盲孔。与一般机械加工方法相比具有许多优点，如在热处理后加工能避免因热处理产生的废品，可加工复杂的异形孔，而且加工周期短。加工方法可用间接法、直接法、混合法、二次电极法。电火花穿孔加工可在普通电火花机床上进行，也可在专用的电火花穿孔机机床上进行。
(3)电火花线切割加工。这是挤压模具制造中的一道关键工序，主要用来加工模子工作带和切割样板。电火花线切割加工也是直接利用电能对金属进行加工的，其工作原理与电火花成形加工相同，但其加工方法不同，它能弥补电火花加工之不足，而且操作更方便、效率更高。用电火花线切割加工的模子工作带尺寸精度更高、表面更光洁。
电火花线切割加工用的主要设备是各种电火花切割机床，目前采用的有三种形式，即靠模仿形、光电跟踪型和数控型，其中以数控线切割机应用最广。
(4)电解成形加工。电解电容器成形加工又称为电化学加工，是根据电化学的溶解作用，使工件表面溶解的一种加工方法。利用上述原理，制作所需形状的电极作为阴极，工件(模具)作为阳极，当阳极接近阴极位置(一般间隙在0.02～0.07 mm)时，则通过电解液进行放电，同时工件(模具)表面产生溶解作用。电解成形加工与电火花加工相比较有如下优点：加工速度快，前者是后者的5～10倍；不消耗电极；不出现加工硬化层。缺点是尺寸精度差，电火花加工误差为0.01～0.02 mm，电火花线切割加工为0.005 mm左右，而且电解加工则为0.1 mm左右；加工表面粗糙，电火花加工最好粗糙度Ra 5～8 μm。因此，电解加工一般用来粗加工。
(5)电解磨削加工。电解磨削加工是将金属的阴极溶解作用和机械磨削作用相结合的一种磨削工艺。
磨削时，工件接直流电源的正极，电极磨轮接直流电源的负极，两极间由电解磨轮中凸出的磨料保持一定的电解液。接通电源后，工件(阳极)的金属表面发生电化学溶解，表面的金属原子失去电子变成离子被析出而溶解于电解液中，同时电解液中氧与金属离子化合在工件表面生成一层极薄的氧化膜，这层氧化膜具有较高的电阻，使阳极溶解过程减慢，这时，通过高速旋转的磨轮将这层极薄的氧化膜不断刮除，并被电解液带走。由于阳极溶解和机械磨削共同交替作用的结果，使工具表面不断被蚀除并形成光滑的表面和达到一定的尺寸精度。主要的设备是电解磨床，它由直流电源、机床本体和电解液系统等部分组成。
(6)电解抛光。电解抛光就是利用电化学阳极溶解的原理进行金属表面抛光的一种表面加工方法。电解抛光时用铅板制成与工件相似的工具电极作为阴极，并与工件形成一定的电解间隙。在电解液中通以直流电，工件表面发生阳极溶解，并逐步被整平，从而去除模具电火花加工后形成的表面硬化变质层，以大大减少钳工的工作量和缩短模具的制造周期。
(7)电解修磨。电解修磨加工是通过阳极溶解作用对金属进行腐蚀，以被加工的工件为阳极，修模工具即磨头为阴极，两极由一低压直流电源供电，两级间通以电解液。为防止两电极接触时形成短路，在工具磨头表面上敷上一层能起绝缘作用的金刚石磨粒，当电流及电解液在两极间流动时，工件(阳极)表面被溶解并生成很薄的氧化膜，这层氧化膜被移动着的工具磨头上的磨粒所刮除，使工件表面露出一层新的金属表面并继续被电解。由于这种电解作用和刮除氧化膜作用的交替进行，达到去除氧化膜和降低粗糙度的作用。
二、挤压模具电加工的现状与发展趋势
自从20世纪40年代创立“电火花加工法”以来，随着挤压技术和制模技术的发展，电加工设备，电加工工艺，电加工方法，电源及控制系统，电极材料及其加工，电解液以及电加工制造模具的规格范围，精度、表面质量和模具检测等方面都获得了飞速发展和日臻完善。如制模方法经历了一个由机械加工+手工制模法→仿型铣削+手工锉修制模法→电火花穿孔+光电跟踪制模法→数控电火花成形+数控电火花线切割制模法的发展过程，使制模质量有了突破性的进展。模具的尺寸精度、使用寿命大大提高，适用范围和品种扩大，制模周期缩短，成本降低，生产效率提高。如线切割机床由20世纪60年代的高速往复走丝发展到今天的慢速单向走丝形式，加工速度提高30%以上，目前最大的加工速度达到300 mm2/min以上。峰值电流可高达200～300 A，能以微毫秒级的脉宽进行高精度加工，可达到Ra 3～4μm的表面粗糙度。目前世界各国的电加工制模技术正向着高速度、高精度和高自动化方向发展。用电子计算机控制的数控加工机床和数控电加工机床与自动化热处理装置将形成一条全自动的制模生产线，实现无人操作，即利用机械手装卡模具，自动找正穿丝，自动定位，实现断丝保护和断丝记忆，自动回加工起始点，自动回断丝点，短路自动退回，按逻辑程序控制(PLC)进行操作，使挤压模的制作水平进入一个崭新的时代。
20世纪50年代初期，我国开始研究和应用电火花加工技术，l954年设计和制造了一些专用电火花加工机床，l958年我国电火花加工开始从试用阶段进入生产应用阶段，研制成功了多种电火花塞成形加工机床，60年代中期，电火花线切割加工中开始采用电子管式脉冲电源，使加工速度较50年代的RC电源提高了三倍以上，l957年，我国把光电跟踪控制技术应用于线切割加工中，用自动驾驶仪跟踪图线运动代替了靠模仿型控制，进一步提高了加工精度(可达0.02～0.03 mm)。同时，快速走丝机构进一步完善和推广，并以乳化液代替煤油，使加工速度大大提高。60年代末期，由于半导体工业的发展，研制出了数字控制系统，电火花线切割加工技术已经成为我国挤压工模具加工的极为有效和广泛采用的一种方法。目前正在向世界先进行列迈进。
三、电火花成形加工法加工模子的工艺特点
挤压工模具电火花成形加工的具体工艺过程及工艺参数的选择依加工对象、加工方法和加工技术要求的不同而异，但在加工模子工作带、出口带及穿孔加工时的基本工艺流程是相同的。如图4—4—6。
图4—4—6电火花成形加工挤压工模具的基本工艺路线图
1)电加工出口带的优越性
模子出口带加工是电火花成形加工在挤压工模具加工中的典型应用；目前不论是平面模还是组合模，其出口带都采用电火花成形法进行加工，采用电火花塞成形加工法较之机械加工有如下的优点：
(1)可在热处理以后一次加工成形，避免了热处理变形，同时简化了工艺，减少了工序；
(2)可以加工机械加工难以加工的材料，因此可以扩大模具选材的范围；
(3)用成形电极加工，表面粗糙度低，而且表面得到了强化，提高了模具的品质；
(4)可方便地打出喇叭口，可以提高模具强度和便于导出型材；
(5)可同时打出多个孔型，大大简化了工艺过程。
模子出口带是产品的导出部分，不需要进行精密加工，一般来说，出口带的尺寸公差要求在±0.1 mm左右，表面粗糙度要求在Ra 6.2 μm左右，同时要求有l°～3°向外斜的喇叭口。因此对电火花成形机床的主要要求是提高生产效率。尺寸精度和表面粗糙度可放在第二位。目前在国内一般用D6185、D5570等电火花机床并采用粗规准来加工模子出口带。
四、电火花线切割加工特点与设备
1)电火花塞线切割加工的特点
与电火花成形加工相比，电火花线切割加工具有如下特点：
(1)不需要制造成型电极，而用0.1～0.2 mm细金属丝(钼丝、铜丝等)作为电极，可减少复杂成型电极的设计与制造。
(2)由于采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝损耗较小，同时对加工精度的影响也很小。
(3)能方便地加工出精密细小、形状复杂的工件，微孔和窄缝等，而且具有较高的精度。
(4)直接采用精加工或半精加工规准一次加工成型，一般不需要中途转换规准。
(5)自动化程度高，操作方便，加工周期短，成本低。
(6)应用范围广。
2)电火花线切割加工设备
(1)电火花线切割加工机床的分类
按线切割轨迹的控制方式，可分为靠模控制的、光电跟踪控制的、数字程序控制的线切割机床，其中数字程序控制线切割机床应用最广；
按加工范围，可分为微型、小型、中型和大型电火花线切割机床；
按设备功能与特点可分为一般型、带问隙偏移型、带斜度加工型和带旋转坐标型等电火花线切割加工设备。
此外，也有按脉冲电源形式、按加工用途等方式分类的。表4—4—10为国内常用的电火花线切割机床规格；表4—4—1 1为日本某些公司出产的部分电火花线切割加工机床的技术特性。
表4-4—10国内常用的线切割机床规格表
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规格 参数 |
I |
Ⅱ |
Ⅲ |
Ⅳ |
Ⅴ |
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工作台面长/mm 工作台面宽/mm 工作台纵向行程/mm 工作台横向行程/mm 丝架上下臂间距/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 日本部分线切割加工机床的技术特性表
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机床型号 |
工件最大尺寸 (D×B×H)/mm |
工件最 大质量 /kg |
工作台左右移 动距离(X轴) /mm |
工作台前后移 动距离(Y轴) /mm |
工作台最 小移动量 /mm |
外形尺寸 /mm |
净重 /kg |
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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)铝合金挤压模加工用线切割机床的特点及发展现状
为了能加工出比较好的铝合金挤压模，对线切割加工机床提出了以下要求：有高的刚性，床身结构及使用材料要求合理，以保证机床加工精度的稳定性；有良好的热平衡性，防止不同材料变形不一致，影响机床的精度，应尽量采用同种材料，对热源采取绝缘和散热措施；能严格执行输入指令，要求控制系统的元件性能稳定，达到闭环控制；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、切缝宽度一致性、圆角和曲率半径的均匀圆滑性和接刀圆滑性；有一个比较稳定的良好电源。
用于铝合金挤压模加工的电火花线切割机床可分为快速往复走丝和低速单向走丝两类。国产设备大部分是快速往复走丝机床，使用φ0.12～φ0.2 mm钼丝做线电极。天津机床厂、北京第四机床厂、上海第八机床厂等均生产此类机床。营口电火花塞机床厂1985年4月通过鉴定的DK7740型微机控制的电火花塞线切割机床，最大行程为500 mm×400 mm，表面粗糙度可达Ra 2.2 μm以下，切割速度为20 mm2/min左右。国内也开始试制慢速走丝机床，上海第八机床厂出产的DK7716M慢速走丝电火花线切割机床，控制系统为单板机。苏州电加工机床研究所出产的H型(HC－5、HC－6、HC－7等)电火花线切割机床，采用微机控制系统，属于日本富士能FANVC有限公司的机床系列，走丝速度为0～5 m/min，采用铜丝、钼丝、钨丝作为电极，加工速度为50 mm2/min左右，表面粗糙度可达Ra l.6 μm。
上海亿光机电有限公司研制一种新型高精度线切割机，采用变频和PLC控制，其精度为0.008 mm，光洁度和慢走丝线切割机一样可达到1.6级，价格仅有慢走丝线切割机的六分之一左右。每日消耗成本仅为慢走丝切割机的十分之一。因此很受用户的青睐。
国外的线切割机床发展得很快，目前绝大多数都是慢速单向走丝机床。日本JAPAX公司的L300A电火花线切割机床，加工速度及粗糙度都比较好，牧野公司的EC3025、EC3040胶EC7050等型号，都是自动穿丝、荧光屏显示图像的线切割机床，加工速度已达100mm2/min。FANVC公司和三菱公司出产的机床，加工速度已达220 mm2/min，JAPAX公司出产的机床，加工速度已达300 mm2/min以上，峰值电流可达200～300 A，并可以毫微秒级的脉冲宽度进行高精度加工。铜丝的直径由φ0.2 mm提高到φ0.3 mm，能承受高的加工能量。采用含5% Al的黄铜丝，可使加工速度提高20%～30%，并可减少电极的附着物。目前国外的挤压模具线切割加工正向高速度、高精度和高自动化方向发展。
电火花线切割加工工艺指标主要包括加工速度、表面粗糙度和加工精度等。此外，放电间隙、电极丝和加工表面层变化也是反映加工效果的重要内容。在挤压模具线切割加工中，影响工艺指标的因素很多，它们往往是互相关联又相互矛盾的，必须充分认识它们的客观规律性，必须发挥设备的能力，保证加工效果。图4—4—7示出了诸因素对工艺指标的影响。
图4—4—7诸因素对工艺指标的影响图
挤压模具电火花线切割加工工艺路线如图4—4—8所示。
铝合金建筑型材模模孔工作带的线切割加工工艺举例说明如下。
首先加工穿丝孔。穿丝孔的位置可根据模孔形状和尺寸选在型孔的中心，型孔的边角处或已知坐标尺寸的交点处。但对于建筑型材来说，最好不要打在型材装饰面上。穿丝孔的大小要适宜，其直径主要根据型孔厚度确定，一般可取0.6～1.0 mm，穿丝孔深度一般应比模孔工作带长2 mm左右。打孔方法可用钻床或车床加工，也可用专用打孔机加工。
模子的装卡与校正。模子的装夹方法主要是两端支撑的方式。模具装卡位置的校正可用拉表法、划线法、固定基面靠定法来进行。
线切割方法的选择：挤压模线切割方法有两种，即一次切割法和多次切割法。
一次切割法多用快速往复走丝线切割机床，主要用来加工表面粗糙度要求较高的工件或模孔工作带。一次切割就是由起始点开始一直切割到终点和开始点重合。在快速走丝切割机床上加工时，由于存在线电极轮的张力和走丝速度高等原因，模子人口和出口端6～10 mm处会形成粗糙区，为避免此问题产生，可在工作带一面上附6～10 mm钢板，使粗糙区移到钢板上，但会降低有效的生产率。为了降低工作带表面粗糙度，还可以在模具上下和导轮之间加上宝石定位器，以减少电极的抖动。此外，还应及时更换导轮及导轮轴承，以减少导轮工作槽因磨损而使线电极在运行中的摆动。
图4—4—8电火花线切割加工工艺路线图
二次切割和多次切割是在一次切割的程序上，再进行一次或几次切割，以降低工作带表面粗糙度。
斜度切割法主要用于切割有斜度要求的工件，如挤压模出口带的喇叭口等，但经济性较差。
加工条件与主要工艺参数的选择：
①快速走丝方式。空载电压峰值75～80 V，脉冲宽度8 μs左右，脉冲间隙30 μs，平均电流l.5～2 A，短路电流2.5～3 A，工作液为10%植物性皂化液或乳化液，走丝速度9 m/s，电极丝为60.1～0.5 mm钼丝，加工速度可达到20～30 mm2/min，表面粗糙度Ra 3．2μm。
②慢速走丝方式。脉冲电源为RC型弛张式电源，空载电压130 V，短路电流0.6 A，电容量0.53 μf，走丝宽度3.5～4 mm/s，电极丝φ0.l5 mm黄铜丝，工作液为煤油或去离子水，加工后的表面粗糙度可达Ra l.6 μm以下，加工生产率达3.5 mm2/min以上，加工精度高。
五、电加工后的研磨加工与去应力处理
电加工后的工作带，需要在原来基础上降低粗糙度(即达到Ra l.8～0．4 μm)并去除电加工表面变质层和残余应力。抛光的方法主要有人工抛光、超声抛光、挤压珩磨抛光和复合抛光等。
(1)人工抛光
人工抛光就是用砂轮、组锉、金刚石组锉等进行抛光研磨。先用金刚石锉刀、去掉电加 工后的变质层，再用组锉垫上砂布由粗到细进行研磨抛光。抛光时，应防止工作带产生轴向 和径向的不平直、模口和端面不垂直等现象，要求锉刀端平，防止模孔超差。人工抛光是挤 压模具的一种最基本的抛光方法，不需专用设备，万能性强，即使用其他抛光手段抛光时，人工抛光也是一种必要的补充。因此，人工抛光法目前在国内外仍应用十分广泛。人工抛光 法的主要缺点是劳动强度大，生产效率低，而且要求操作者有一定的基本功，是一种技术性 很强的手工劳动。
(2)超声抛光
超声抛光是近几年发展起来的一种新技术。它是以高频率、小振幅的振动工具(特种锉 刀)，用一定的压力与加工物接触，使磨粒在超声波的振动下冲击加工表面达到抛光的目的。 这种方法很适于电加工表面的抛光，因电加工表面的二次淬火层很坚硬、模孔又小，用其他方法抛光是很困难的。超声抛光也要求操作工人有一定的基本功。目前此法在挤压模具抛光中应用尚不十分广泛，但有一定的发展前途。
(3)挤压珩磨抛光
挤压珩磨抛光又称为压力抛光，是抛光电加工表面比较理想的方法之一。因为磨料是液 体，所以，有的也称为流体抛光或流体磨料加工。它是美国20世纪70年代初期研究发明的一种新技术。其特点是：
①可加工的材质比较广泛，特别适于挤压模具电加工后珩磨抛光表面变质层；
②抛光效果比较显著，粗糙度一般可降低三级，最高粗糙度可达到Ra 0.05 μm的镜面 状态；
③效率高，与手工抛光相比，加工时间可减少80%～90%以上，一般只需几分钟或十几分钟即可完成；
④操作简单，不需要特殊工具；
⑤适用于通孔模具抛光，也可对盲孔型腔模具进行抛光，但工卡具要复杂一些。
挤压珩磨的原理是利用一种含有磨料的半流体状态的弹性物质(称为磨料流体介质)在 一定压力下，强迫其通过被加工模孔工作带的表面，由于磨料颗粒的磨削作用，可使工作带 表面的电加工变质层去除掉。磨削力的大小与挤压力成正比，并与流体介质的粘度、稠度、磨料颗粒及其种类等因素有关。抛光过程大致如下：将模具安装在上下固定板中间并密封，上下固定板分别与上下介质挤压筒相连。加工时，磨料介质先充满下部挤压圆筒，由活塞通过液压作用把磨料流体介质向上挤压，使其通过固定板进入工作带部分而产生摩擦抛光作用。介质进入上部挤压圆筒中，充满后被上部挤压介质圆筒的活塞通过液压作用往下压挤，使磨料流体介质返回，并再次通过工作带表面而进入下部挤压圆筒中，充满后再被活塞向上挤压。如此反复挤压，使磨料介质反复通过工作带表面而达到抛光的目的。
