电火花成形加工技术的发展概况

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1、电火花成形加工技术的发展概况电火花成形加工技术的发展概况--------------------------------------------------------------------------------http://www.CHINA-NTM.com技术交流2010年11月3日作者：杨大勇（北京市电加工研究所）摘要：总结了电火花成形加工技术的发展近况，以一些最新的应用实例系统地综述了电火花成形加工新技术的发展和应用。关键词：电火花成形加工；多轴联动数控及智能化；精密微细(微纳)加工；个性化；绿色制造；高效化；可靠性进入21世纪，电火花成形加工

2、技术得到了迅猛发展，突破了传统观念的束缚，产生了一些新的技术和应用领域。电火花成形加工的数控系统进一步采用人工神经网络技术、混沌理论、仿真技术，以进一步提高加工的各项工艺指标、加工的可靠性和自动化程度。脉冲电源则在保证电火花加工工艺指标的前提下，向稳定、可靠、环保、绿色、节能方向发展。电火花成形加工技术在“微纳"加工、“镜面"加工、半导体和超硬材料加工中发挥越来越重要的作用，为人类创造巨大的财富。1精密微细化微细加工在近代加工技术中是一个新的加工领域。对于电火花微细加工而言，主要指尺寸小于300μm的轴孔、沟槽、型腔等的加工。实现精密、微细加工的一个重要条

3、件是加工单位（即每次放电的蚀除量）尽可能小。而在电火花加工过程中，其加工单位只取决于单个放电脉冲的能量。微细电火花加工的极限能力一直是研究工作者追求的目标之一。日本东京大学生产技术研究所的增泽隆久教授加工出的直径5μm的微细孔和直径2.5μm的微细轴，代表了当前这一领域的世界前沿水平。除了微细孔和微细轴的加工外，微细电火花加工技术更深远的意义在于通过微细电火花铣削技术制造更小的微三维结构，进而制造更小的微型机械及微型机器人，从而体现该技术更为广泛的潜在价值和应用前景。图1（略）是美国林肯大学加工的1/8微型球瓣，其球径为150μm。日本东京大学增泽隆久教授

4、利用简单形状的微细电极，制作出了长500μm、宽300μm、深200μm的微型汽车模具，并用此模具制作出了微型汽车模型。日本三菱电机公司成功地制作出了由齿顶圆直径为1.2mm的大齿轮、齿顶圆直径为0.2mm的小齿轮和直径为0.1mm的内心轴构成的、最深部的加工尺寸为270μm的齿轮铸模（图2略）。2脉冲电源参数的精确控制高性能脉冲电源控制技术主要体现在3个方面，即：蚀除脉冲精度的精确控制、阻断清扫脉冲的控制、稳定放电脉冲的控制。2.1逐个脉冲检测技术实现逐个脉冲检测并做出相应对策的首要条件是速度要快，为此AGIE-Hyperspark脉冲电源研制了FPGA

5、脉冲优化模块，具有超强计算能力(30MIPS)，可在约33.3ns时间内对脉冲前沿的状况进行一次检测，不仅可消除拉弧的风险，还可按使用中效率和表面质量(表面粗糙度的一致性和加工表面平整性)的权重来设定阈值。有了这一脉冲控制技术，使诸如300mm×300mm的大面积精加工得以实现。2.2阻断清扫脉冲控制技术瑞士AGIE-Hyperspark脉冲电源的阻断清扫脉冲控制技术是在放电柱渐近进入饱和状态前突加一个适当的高电流脉冲，以阻断已没有蚀除作用的放电柱，形成第一次材料抛出，凹坑中有明显残留物；然后重建新的放电柱，在其扩展过程中又会有些蚀除，更重要的是在其放电结

6、束后的第二次材料抛出时，将原坑中的残料充分清除，形成光滑干净的放电凹坑，此放电凹坑比通常脉冲的放电凹坑浅，从而使表面粗糙度减小，白层(变质层)减薄。由于脉冲蚀除量的增加以及表面质量改善使后续精修省力，故此项技术使加工效率提高(采用铜和石墨电极时平均提高30%，深窄槽加工提高50%)，电极损耗降低。例如用直径10mm，45°尖劈形石墨电极加工钢，加工深度12mm，加工结果：长度损耗0.1mm(相对损耗0.8%)，表面粗糙度Ra1.6μm，加工时间30min，而常规脉冲电源加工时间为41min，提高27%。3中小型模具的低损耗加工电火花成形加工在中小型模具，尤

7、其是小型高档模具的加工方面呈现很大的优势。市场因素是机电产品的功能集成及相应的产品小型化，使其模具在小容积内包容了复杂的多个型腔，加上为提高模具寿命采用高硬度材料，对此，加工中心的高效率长项发挥不出来，相反由于需要去除的材料少，电火花成形加工相对低的材料去除效率，有一定损耗等则不成问题。型腔越小越复杂，它的优势越明显。尤其在当今金融危机下，模具厂求自保努力挖潜，例如手机和数码相机模具制作周期中抛光约占1/4，争取免抛光和少抛光是重要的出路，铣刀无可避免留下的刀花和刀痕成了抛光的大问题，甚至在小型腔中根本无法抛光。这些以电火花成形加工当前的性能水平，无需大的

8、花销就可稳定解决。当然这并不是说加工中心面对小型复杂型腔绝对做不了