■　沙迪克機(jī)電（上海）有限公司北京事務(wù)所顧問 王克錫

國(guó)外最新電火花技術(shù)在模具加工中的應(yīng)用

■沙迪克機(jī)電（上海）有限公司北京事務(wù)所顧問 王克錫

輪胎模具大深徑比排氣孔的電加工

大型輪胎模具的直徑已超過2m，要求在該模具上加工出平均直徑為2mm、深度為300mm的大深徑比的排氣孔。因品種不同，有時(shí)每一副模具需要加工出1 500個(gè)排氣孔。

以往，加工這種排氣孔，很難在加工中心等機(jī)床上進(jìn)行鉆削加工。一般則由熟練的操作工利用電鉆進(jìn)行手動(dòng)操作，因此，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)鉆頭折損而重新加工的現(xiàn)象，致使操作者在長(zhǎng)時(shí)間處于緊張狀態(tài)下，造成體力上的負(fù)擔(dān)。為此，作為日本模具制造廠的木原高技術(shù)公司和福岡縣工業(yè)技術(shù)公司合作研究采用電火花加工來實(shí)現(xiàn)高速化與自動(dòng)化加工這種大深徑比孔的難題。

1. 電火花加工的研制目標(biāo)與方法

過去用電鉆、手工操作加工直徑2mm、深度300mm的小孔時(shí)，平均需要花費(fèi)30min以上的加工時(shí)間，在整體上加工1 500個(gè)孔則需要花費(fèi)750h。

在該項(xiàng)試制中要確保實(shí)現(xiàn)如下的加工目標(biāo)：①加工速度要超過1倍以上（每孔為15min），深度方向的加工速度要達(dá)到20mm/min以上。②深度方向電極損耗率要降低到33%以下。③相對(duì)直徑2.0mm的小孔，尺寸公差應(yīng)達(dá)到±0.2mm。④應(yīng)實(shí)現(xiàn)排氣孔加工的機(jī)械化與自動(dòng)化。

2. 根據(jù)試驗(yàn)所確定的加工條件與結(jié)論

加工條件如下：①利用電容器作為模具排氣孔的加工電源。電容器的電容量設(shè)定為10個(gè)等級(jí)，即0.41～4.47μF；脈寬為2.0～19.0μs，脈寬系數(shù)（D·F）50%。②被加工模具的材質(zhì)為碳素鋼（S45C）。③工具電極的材質(zhì)是帶型芯狹縫的黃銅管，外徑1.8mm、內(nèi)徑0.6mm、長(zhǎng)度500mm。④工具電極的極性為正極性（+）。

根據(jù)以上的加工條件，獲得了以下的實(shí)用的加工效果：①當(dāng)利用電容器為3.67μF，脈寬為2μs，D·F為50%，供液壓力為3.0MPa時(shí)可使加工速度達(dá)到26.1mm/min，當(dāng)供液壓力提高到7MPa時(shí)，加工速度可實(shí)現(xiàn)33.8mm/min。②當(dāng)加工深度方向?yàn)?0mm/min時(shí)，電極損耗率約為40%。③在加工孔徑2.0mm、實(shí)用的深度300mm時(shí)，其深/徑已實(shí)現(xiàn)了150倍，孔徑的上端部的尺寸為2.04mm，出口部的下端為1.98mm，從而實(shí)現(xiàn)了最終所要求的公差。

3. 加工液過濾器的改善降低了機(jī)床的運(yùn)行成本

由于每一副模具上的排氣孔非常多，所以使加工液中加工切屑回收用的過濾器壽命變得極短，因此，成為增大運(yùn)行成本的一個(gè)重要因素，于是便把延長(zhǎng)過濾器的使用壽命作為一個(gè)課題進(jìn)行了改進(jìn)。

就電火花加工小孔而言，因其加工切屑形成很微細(xì)顆粒，一旦原封不動(dòng)地進(jìn)入過濾器，隨著加工量的增多，便與過濾器的壽命成為反比。如果使加工屑

在到達(dá)過濾器之前予以回收，就會(huì)減少過濾器中的加工屑，延長(zhǎng)其壽命。于是便探討了在加工液中添加凝固劑與界面活性劑，使得加工點(diǎn)上部的加工屑在瞬間予以凝固的回收對(duì)策。經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證表明，改進(jìn)后的過濾器壽命提高了近2倍多。

至此，對(duì)加工大型輪胎模具排氣來說，利用電火花加工已成為高速化、自動(dòng)化的重要加工裝備。

模具彎曲孔的電火花加工

對(duì)于模具、葉片等工件，一般皆需要加工冷卻介質(zhì)的通路，以及油泵零件動(dòng)作的油和潤(rùn)滑油的通路。然而，通常這些通路只能用鉆削方法加工成直孔，若想在其內(nèi)部制作成理想的彎曲孔（或折彎孔）是非常困難的。曾經(jīng)有人介紹過采用電火花或電解加工這類的孔，由于電極的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不是孔徑變大，就是彎曲孔的曲率增大，故難以加工出形狀復(fù)雜、精度好的彎曲孔。

因此，最近日本岡山大學(xué)與兵庫(kù)縣立工業(yè)技術(shù)中心合作，嘗試用簡(jiǎn)單的電極和通常的電火花加工機(jī)加工彎曲孔，其方法如圖1a所示。在使用被涂覆絕緣薄膜的金屬絲與下部的金屬球（以下簡(jiǎn)稱吊掛電極）使機(jī)床主軸（Z軸）下降，金屬球就會(huì)不斷地朝重力方向進(jìn)給加工。若想改變金屬球的角度達(dá)到所希望的位置時(shí)，就像圖1b所示那樣將工件傾斜到既定的位置。如果電極絲充分柔軟的話，便可從其位置往重力方向加工。可以認(rèn)為，只要通過控制所需要的角度或按照設(shè)定的轉(zhuǎn)數(shù)，就能獲得所期望的彎曲孔。

圖1　彎曲孔的加工原理

進(jìn)而，如果認(rèn)為吊掛電極球的金屬絲剛度較

小，也可采用金屬箔對(duì)彎曲角較大的彎曲孔進(jìn)行加工。另外，由于電極球不斷地往重力方向加工，為此，還在金屬箔上設(shè)置了導(dǎo)向部分，對(duì)提高形狀精度起到良好的作用。

1. 用金屬絲吊掛電極加工折彎孔

圖2表示利用軟銅絲吊掛直徑5.5mm的銅鎢電極球?qū)澢走M(jìn)行加工。從圖2中了解到，當(dāng)折彎角度為10°或20°時(shí)，雖能高精度加工出直徑約6mm的彎曲孔，但是在折彎角超過45°的情況下，也能加工出彎曲的折彎孔，然而孔的入口處卻增大了一些。在該項(xiàng)試驗(yàn)中，為提供加工所需要的放電電流，在某種程度上已使用了直徑較大的電極絲。因此，而喪失了電極絲的充分的柔軟性，并引起金屬絲在加工孔的內(nèi)部進(jìn)行接觸，產(chǎn)生新的支點(diǎn)，影響了正常加工。

圖2　不同角度折彎孔的加工形狀

2. 用金屬箔吊掛電極加工折彎孔

為提高電極的柔性，而使用了剛度小、厚度為10μm、寬度為4mm的銅箔來懸吊電極，如圖3所示的銅箔與金屬球電極將其彎曲成90°，實(shí)施折彎孔加工時(shí)，由于電極球受到橫向作用力，在孔的入口處與金屬箔電極相接觸而形成支點(diǎn)，因此曲折角度存在控制性的問題。于是即在金屬箔表面上安裝一種被稱作導(dǎo)向球的導(dǎo)向裝置（見圖4、圖5），使其作為電極的支點(diǎn)不斷地向上控制電極球，便解決了這一問題。圖6是成功地加工出90°的彎曲孔。

圖3　金屬球與金屬箔電極

圖4　帶導(dǎo)向器的吊掛電極

圖5　用帶導(dǎo)向器的吊掛電極加工彎曲孔的模式圖

圖6　利用金屬箔吊掛電極導(dǎo)向球控制角度的精度

3. 加工復(fù)雜的彎曲孔

以下是對(duì)復(fù)雜的彎曲孔進(jìn)行的加工試驗(yàn)。圖7a是加工兩個(gè)折彎孔相連接的彎曲孔加工。首先加工10mm深度的直孔，然后每加工0.2mm直線孔就返復(fù)1°的折彎（以Rr/0.2mm作為標(biāo)記），當(dāng)加工60°

的折彎孔時(shí)，接著便加工10mm的直孔，進(jìn)而對(duì)折彎方向相反的Rr：1°/0.2mm，60°的屈折進(jìn)行一次加工，由此可以了解到能獲得將兩個(gè)彎曲孔與直孔相互連接的形狀。再者，如同圖7b所示那樣也可獲得曲率半徑相異的彎曲狀的孔。

最后，圖8a是從深孔底部加工彎曲孔的形狀。從深度為30mm的直孔開始實(shí)施了Rr：1°/0.2mm，90°的折曲孔加工，由此可以得知，能從90°的深孔得到準(zhǔn)確的彎曲形狀。再次利用鉆頭鉆出2個(gè)深度為30mm相對(duì)的直線預(yù)孔工件，從2個(gè)方向加工90°的折彎孔，由于兩者的加工孔能并合在一起，因此而獲得了如圖8b所示的U形孔。

圖7　連續(xù)折彎形狀的彎曲孔加工

圖8　從深孔加工彎曲孔與U字形孔

參考文獻(xiàn)：

[1] 在川功，木原慎一郎. 電火花加工高深比輪胎模具排氣孔加工技術(shù)的實(shí)用化[J].日本：電氣加工技術(shù)，2014，38（118）.

[2] 山口篤，池鳴俊貴，岡田晃. 用吊掛電極電火花加工變曲孔[J].日本：電氣加工技術(shù)，2014，38（118）.

收稿日期：（20150310）