电火花加工和高效铣削

148102143

　　在过去的十年里，工具和模具制造业发生了重大变化，几乎没有任何一个行业能比该工业领域更能明显地令人感受到全球化发展的迹象。一方面，许多人工成本高的工作岗位向东欧和亚洲进行转移；另一方面，则是引入新的工艺技术，迫使企业重新安排他们的生产流程，并进行持续不断的投资，以便有针对性地挖掘企业新的潜力。
　　特别是采用电火花加工和以高速加工方式的高效铣削来制造注塑模和压铸模的复杂三维型腔和模芯，制造锻模的凸模和锻模，以及制造冲模、压印凸模、粉末冶金冲压凹模和吹模等。
　　电火花加工是一种热腐蚀的加工工艺，加工时几乎没有力的作用。而高速铣削则是一种采用一定几何形状的刀刃进行切削的加工工艺。即使从这些常常不太注意的区别中，就能为某些应用确定基本能力的一些特征。高速铣削通过加工转向，在制造石墨电极和铜电极中站稳了脚跟，从这个角度来看，高速铣削工艺已成为电火花加工工艺的一种互补的加工工艺。
　　这两种加工工艺的特征是什么？
　　首先是由于刀具材料技术的迅速发展，以及对刀具和工件间作用过程的深刻认识，由此使高速铣削成为可能。正确分配和排除由切削所产生的热是一个重要准则，特别是在加工淬硬的工具钢时，加工过程应进行参数化，使刀刃切削区产生的温度接近工件材料的熔化温度或高于这个熔化温度。只有当该条件被满足时，才能使加工过程正常进行，并实现经济的加工。作为刀具，是采用涂层的现代精细颗粒硬质合金，而涂层材料则根据工件的材质进行选择。在工具和模具制造中，典型的刀具直径从0.2mm至16mm是足够了，在这里，刀具长度与刀具直径的比值(l/d)最大可达到10至15，有时也存在例外的情况。
" a8 Q( r* F& G% U/ o0 E& @. ?# g* ?　　在进行电火花加工(EDM)时，两个通过施加电压的电极(工件和电极)在绝缘的液体介质(电介质)里相互长时间的进行靠近，直到在电场尖端产生火花放电，并在电极之间连续地形成一个伴有材料转移的等离子体通道，通过不断重复这个过程，可以从导电的工件材料上蚀除掉可观的材料量。最佳边缘条件的精确调整，可以在很大程度上影响电火花加工过程的效率和可靠性。这就意味着放电的参数化，智能地蚀除下来的微粒和选择特别合适的工具电极材料。因此，相应机床的开发费用首先在于为终端用户准备合适的工艺参数，以及采用现代和最快的电气设备。
　　尽管高速铣削有明显的优点，但对于一些几何形状复杂的构件，只能采用电火花加工才能精密和可靠地进行加工。
9 L: H$ `' f1 p9 }) P: b　　两种加工工艺的优劣势
　　在最近的十年里，高速铣削不仅减少了电火花加工的市场占有率，而且也使常规铣削加工减少了市场份额，高速铣削还挤进了硬加工领域。
　　人们可以基于这样的看法：采用高速铣削和电火花加工，在构件的加工精度(形状误差可达到2～5μm的数量级)方面，在很大程度上均能达到同等的水平。一个不同寻常之处是5轴高速铣削，这种铣削加工的精度要稍许低一些。
0 D% C9 u" w7 L$ x; L! j4 z　　当然，这样的限制也同样适用于具有多于三个轴的电火花加工机床。即使从可以达到的加工表面质量(Ra=0.1μm)看，目前，这两种加工工艺都能达到同等的水平，而高速铣削则占有小小的优势。在实际生产中，电火花加工受到下列限制：电火花加工所能达到的加工表面质量取决于电极的作用面积，若增大作用面积，则所能达到的表面质量会下降。如果要达到所要求的表面质量，那么同时将会成比例地增加必要的加工时间。与电火花加工相比，高速铣削的加工表面的大小不会影响其加工的表面质量。而对铣刀的使用寿命则会是一种限制，对于塑料零件的表面结构化(原文：Struktuierung，根据译者的理解，这里所述的表面结构化是指在零件表面有规律地布置诸如花纹、网格等凹凸的几何图案。—译注)，如果由加工工艺特长来制造型腔和模具型芯的表面结构，显然电火花加工工艺具有优势。如果没有工件表面结构方面的要求，例如，对具有光滑和光亮表面的塑料件，对于锻模及锻模的凸模或者对于压铸模，当仔细观察一下表面的加工质量，可以认为高速铣削是一种快速的加工工艺。粗加工时，在所能达到的单位时间材料切除量，或精加工时，在单位时间可实现的加工表面积，高速铣削比电火花加工有着3～4倍的速度优势。但是，就无人操作运行来说，电火花加工设备在自动化运行方面应该说过程是比较可靠的，这种设备在一天工作之后还可以继续运行。
　　与高速铣削相比，电火花加工的突出优点之一是加工工艺与所加工的材质硬度和韧性完全无关。实际观察表明，高速铣削工艺在加工58～60HRC这样的材质硬度时是完全没有问题的，当工件硬度高于这个数值时，刀具的磨损便开始加剧。刀具的磨损程度与所要加工的材料硬度有关，肯定也与工件的韧性有关联。这样，便可以采用专门推荐的铣刀几何角度来适应硬材料和韧性材质的加工。
: u- E$ p' H0 Z: J9 @　　如果两种材质的特征非常不同，可以通过有针对性的选择铣刀以获得最佳的解决方案。而加工特别硬或者加工非常坚韧的材料是有困难的。
　　与电火花加工相比，高速铣削还受到另外一个条件的限制，即型腔深度对宽度的比例。型腔深度对型腔内壁转角处半径的比例对高速铣削也有着类似的限制。转角处的半径愈小和对其的接近性愈差，则加工所存在的问题愈严重。为此，基本上需要采用长度对直径的比例较大的铣刀。一些因素与这些加工问题会同时起作用，如材料的硬度和韧性、加工的情况(排屑，润滑液供给)、铣刀的质量、刀具夹紧装置的质量(圆跳动)以及加工战略等就属于这些因素。而采用电火花加工能相对容易地解决这类加工任务。对此，两种加工工艺可以例如在加工单元中不同寻常地进行组合是有意义的。对于这种组合，通过电火花加工来完成那些用高速铣削不可能完成的加工任务。
; ~" C  {. F2 ?　　电火花加工机床和高速铣床的运行费用在很大程度上是相当的。前提是以相同类型的机床进行相互比较。在进行这种比较时，刀具(铣刀、电极的制造)、辅助材料(工作介质、微量润滑油)、备件和互换性零件(心轴、轴和螺杆等)以及排放(工作介质、切屑、电火花加工的淤渣)等费用的考虑是一个重要因素。
, f' C& Y) e9 L) w# K8 G$ i　　结论
　　在工具和模具制造中谁是赢者，是高速铣削还是电火花加工？对这个问题是不可能作出明确和肯定的回答的。尽管高速铣削有着显著的优点，但是，另一方面，有一些几何形状复杂的构件仍只能采用电火花加工来进行精确和过程可靠的加工。所以，就目前的技术发展水平看，宁可将这两种加工工艺看作是互补的工艺而进行应用。因为，对于加工电极，高速铣削的优点是公认的，所以许多工具和模具制造厂家转向采用高速铣削工艺，但与此同时，还应更好地认识到高速铣削与电火花加工是一种工艺伙伴的关系。【MechNet】
文章关键词： 模具