电火花加工高质量的电极效果

http://www.mmsonline.com.cn2013年06月14日
  【编者按】通过使用高端的电极材料,能为加工型腔的表面光洁度节约时间和成本,同时也能生产出高质量的模具。高端电极材料是一种细小颗粒的材料,其颗粒和气孔间具有一致的微观结构和均匀性。以下是电火花加工高质量的电极效果。


 

通常我们认为在模具制造行业中可以通过高质量的火花机将低端的电极材料加工成较好的表面光洁度。随着技术的更新换代,现代火花机已经使得操作人员能够熟练进行各种应用。只有经济地将低端的电极材料加工成高光洁度的时候,这项技术才会不断地发展。不错,改进的火花机技术能够监测电火花加工的条件以及调整加工变得更有效。然而,一般来说这些改进都仅限于粗加工阶段的优化或用来解决EDM型腔的积碳问题。常常,火花机技术的改进并不能带来好的表面光洁度,除非使用了高品质的电极材料。

材料特性

总的来说,电极材料的特性对于实现高光洁度比想象中的更为重要。当我们想到高光洁度的时候,一般会想象成容易反光的光滑表面。相反地,在当今的模具设计中,好的光洁度指的并不仅仅是一个经过抛光的表面。现在生产出来的许多模具都要求具有与整个型腔一致的网纹处理效果。由此,型腔内的纹理变化需要通过额外的电火花加工和酸蚀等对表面进行重新处理。这些加工处理会增加额外的时间和成本-因此限制了应用的收益性。

通过使用高端的电极材料,能为加工型腔的表面光洁度节约时间和成本,同时也能生产出高质量的模具。高端电极材料是一种细小颗粒的材料,其颗粒和气孔间具有一致的微观结构和均匀性。

图片1-4种行业中使用的高端电极材料

例如:图片1展示了4种行业中正在使用的高端电极材料。制造商是以材料特性来为材料的等级定位,在相同的EDM参数下,这些材料实现的表面光洁度会大有不同。

正如前面说到的,电极材料的微观结构对于型腔能否实现高质量的光洁度起到了至关重要的作用。由于EDM型腔是电极微观结构的一种复制,能否实现较好的表面光洁度受限于材料结构的不同性。如果将中低端电极材料用来加工网纹型腔,很有可能会使纹路不均匀。

图片2-电极材料电火花加工后的型腔显示出不同性的微观结构

同样,由于模具的各个部件常常外包给不同的公司来加工,这就增加了网纹处理效果不匹配的可能性。

如果这样的情况发生,最常见的解决办法是酸蚀型腔。在酸蚀过程中,首先要去掉EDM表面处理,这样才能允许酸蚀发生。这也给自身带来了另一个问题,酸蚀过程中型腔内必须保持足够的空间。如果型腔内空间不足,酸蚀深度受到限制,可能无法达到满意的结果。因此,选用正确的电极材料和加工参数是完成加工的重要条件。

一张图片胜过千言万语

您也许会问“为什么电极材料在加工表面光洁度时会产生不同的结果?”让我们参考图片1对照图片中展示的材料结构来回答这个问题。这些显微镜拍摄的照片都是放大了100倍的。在图片上,浅色区域是石墨颗粒,深色区域是结构中的气孔。在判定微观结构的品质时,材料的颗粒和气孔之间应该是均匀度一致。正如图片上所看到的,尽管所有的样本都被分类为一种极细颗粒材料(5微米或更细的颗粒)不同样本之间或一些样本本身之间的结构都是极其不同性的。这种不同性就是难以实现较好光洁度的原因。

众所周知,在电火花加工过程中,材料的微观结构会在型腔中被复制。尽管摇动有助于解决一些表面处理问题,以及改进表面光洁度,但与电级的微观结构相比,也没多少优势。如果结构不一致,型腔很难达到均匀和一致的表面光洁度。具有不同性微观结构的材料常常发生型腔内多种颗粒同时释放。由于火花间隙较大,这在粗加工时可能不需要担心;然而,精加工的火花间隙会小很多,在这种情况下,间隙中多种颗粒的释放增加了二次放电的可能性,或者在型腔表面形成点蚀和气孔。通过加大电流可以放大火花间隙来减少这种情况。但是,可惜的是这会造成加工时间延长,并且愈加证明了结构同性的材料的好处。

型腔表面的气孔和点蚀可以通过使用具有细小颗粒和粒径排列紧密的电极材料来减少。正如图片1中所看到的,这些样本的结构展现出各种不同的粒径。电极材料微观结构中大小颗粒的组合会使问题进一步复杂化,火花机具有的自适控制功能会不断调整火花间隙。正如图片2所示,有必要进行这种调整来消除可能对型腔造成的损坏。

这个型腔是用一种不同性微观结构的电极加工而成的

相反地,图片3是用一种同性微观结构的电极加工而成。尽管两个型腔都是在相同参数下加工的,结果却截然不同。

使用错误的电极材料造成型腔的瑕疵必须通过额外的放电加工和抛光来去除。去除表面下延伸的点蚀,气孔或瑕疵是非常必要的。无论是用手工抛光或机器加工,去掉过多的腔体需要用到焊接,放电甚至重做型腔来返工。在返工过程中还需要考虑到确保型腔内留有足够的材料来加工实现没有瑕疵的表面。理想的状况是将型腔一次加工达到最低限度抛光或返工的表面光洁度。有时候,精工阶段必须在放电中完成,不能做抛光或额外的加工。型腔中加工的一些细节要求使得手工操作无法进行表面光洁度加工,例如薄筋加工,十字部位或是锐角加工。

图片4电极的细节要求增加了高端材料的重要性。

图片4中的电极就是一个很好的例子。这个电极是用于一个医用配件,具有非常小的细节部位无法用手工来抛光。手工操作会消去临界公差,因此要求在火花机上进行表面光洁度加工。为了成功实现此应用,必须使用细颗粒高端材料。基于价格走捷径和选择电极材料会达不到令人满意的效果。

请不要专注于价格

选择合适的电极材料来实现较好的表面光洁度是应用成功的关键。懂得哪种材料不需要过度的手工劳动或抛光就能实现可接受的光洁度是非常重要的。当材料的微观结构对实现较好表面光洁度起到了作用,模具的制造成本常常能够降低。精加工中最常用的石墨电极材料是特微等级和极细等级。这些等级中的材料可以期待具有与展现出的微观结构一致的特定性能特征。

使用高端石墨实际上能够降低制造总成本。老话说“花钱是为了赚钱”是适用的。确实,高端石墨的价格比低端材料要高出一些,但是得到的回报是性能的提高,表面光洁度更佳,以及手工抛光要求的减少,这些收获抵消了电极材料的额外成本。电极材料的成本只是模具成本的一小部分,然而每当降低成本时这往往是最先受到影响的部分。

在EDM加工中电极材料等级的选用是很重要的因素,操作员熟悉众多可用选项也是非常重要的。由于可用于电火花加工的石墨材料种类繁多,在应用中操作员很容易困惑于选择哪种合适的材料。总之,在任何应用中颗粒和气孔间具有同性微观结构和均匀性的材料才能提供可预测的性能表现。当表面加工精度要求较高时,颗粒小的材料总是比颗粒大的材料更能实现好的表面光洁度,无论微观结构的均匀性如何。然而,为了最大化地收回电极的投资成本,同性微观结构的小颗粒材料能在最关键的应用中带来最佳的结果。(

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