将EDM技术应用于微型模具制造

HEATS

今天，为了在全球市场中保持竞争优势，许多美国模具制造商正在利用不同的EDM加工能力，使它们在微型模具制造业中能够发挥更大的作用。由于其所生产的零件具有复杂和精密的特点，因此那些愿意采用必要技术可靠地生产微型模具的厂家为这个市场打开了大门，并为这个正在发展中的市场提供了服务。

许多厂家认为，微型模具的生产只不过是简单地采用一种很小的电极来生产元件。但事实上，还有一个更精确的定义，就是其使用的电极应小于0.1in×0.1in(1in=25.4mm)，并且应包含一些细节，例如模具上的一些文字说明，很细的加强筋等。此外，在纳米技术中不断增加的投资也促进了微型模具技术的开发，以生产出各个领域中所需要的元件。

图1 元件的微型化及精密的几何形状，促使制造商必须开发越来越小的模具，
以保证能生产出优质的产品

测量时的挑战

在处理这么微小的零件时，生产微型模具的车间必须有能力精确地测量这些微小零件，以保证制造出正确的模腔。首先，该零件应该可以从机床上卸下来，然后送到CMM坐标测量机上进行测量。但是，如果一个微型模具不能烧蚀加工到正确的深度，那么要以切削加工代替它加工到足够的精度是极其困难的。即使偏差量仅有0.0001in，也会使这个微型模具受到很大的影响，引起模具损坏，导致零件报废。

比较可靠的方法是使用卡盘。如果将零件安装在托盘上，然后再放置在机床的卡盘内夹紧。那么，测量时零件可以从卡盘上卸下，然后再重新准确的夹持到机床原来的位置上进行二次烧蚀加工。今天的高精度卡盘可以保证这个系统顺利完成加工任务，但费用较高。

在不增加卡盘系统投资的情况下，为了能够精确、可靠地测量零件，可以选用一台装有内置测量探针的EDM加工机床，这种探针对零件尺寸和切削深度的测量精度均可达到0.000 001in，而且不需要将零件从机床上卸下来进行测量。

保持恒定温度

微型模具制造过程中极高精度的要求，使得某些因素变得比它们在正常EDM环境下更为重要。特别是温度，它对于能否生产出可靠的零件起着至关重要的作用。即使是机床或生产环境所产生的微小温度变化，也足以影响机床的铸铁床身和所生产零件的精度，导致零件报废。

许多微型模具制造商为了解温度变化的问题，设计并建造了现代化的全气候控制工作区域。这是一个理想的解决方案，一个全气候控制室不会暴露于阳光之下，室内温度保持在±1 F范围内。

机床设计的发展进步使得加工车间内的机床可以获得较高水平的热稳定性。现在已经开发了一种在微型模具生产中使用的机床双重热稳定性系统。这个系统可以监控电介质温度，然后通过电介质冷却空气，从而使机床保持恒定的温度。电介质本身也通过工作台循环运转，防止在电介质注入时发生热冲击现象。这种系统有助于微型模具制造商生产出更加可靠的产品。

图2 在微型模具制造中，采用一种小于0.1in×0.1in的电极来生产齿轮、
微型芯片和医疗设备元件等，而且在零件上还带有类似于数字和字母之类的微小细节

电极方面的考虑

除了温度和外界环境对机床的影响之外，微型模具制造商还必须考虑热量会对电极性能产生怎样的影响。在传统工艺中，美国的EDM机床都采用石墨电极。但实践证明，这类电极并不适合于微型模具的制造，因为这种加工工艺会很快造成复杂细节处的磨损。正因为这个原因，必须采用纯铜电极，但这又会导致另一个挑战。

石墨电极几乎不会因受热而膨胀，但纯铜电极却不是这样。因为考虑到这个问题，所以需要使用多种电极。微型模具制造商可以使用不同的电极，分别用于粗加工、精加工和超精加工，以避免在电极的某点上聚积热量，导致电极在加工零件时超过公差范围。

在微型模具的生产过程中，材料的热特性并不是选择电极所要考虑的惟一问题。微型模具制造中的费用远远高于标准EDM加工所需的费用。它们的生产，要求机床具有比传统铣床更高的主轴转速、精度和可靠性。如果电极不是依靠外协生产的话，那么这应该是加工车间需要考虑的一个重要问题，考虑是否需要加入到微型模具制造之中。

避免错误的技术投资

在考虑微型模具生产时，许多制造商最初可能考虑的是购置一台带有添加剂的EDM加工机床。从表面上看，这好像是一个明智的选择，因为这种新技术既可以降低电极的磨损，又可以提高切削速度和表面质量。但是，微型模具的微小细节一般比混合添加剂的粒度还小。这就意味着要生产更精密的圆角或半径是不可能的。尽管这种技术可以为某些模具制造领域带来很多利益，但是对微型模具制造来说，则可能是一个错误的选择。【MechNet】