摘要:金屬模具因為其表面所具有的高硬度屬性，其加工過程大多需要通過電火花加工完成。為了提高加工質量、優化加工工藝，詳細研究了電火花加工工藝對金屬材料表面的影響。通過對比電火花線切割所使用的割一修三法和磨削拋光法，綜合分析對金屬材料表面粗糙度、微觀缺陷相關參數，從而獲取電火花加工熱應力對硬質合金表面的影響。旨在為未來金屬材料加工和電火花加工工藝升級提供理論借鑒。

關鍵詞:金屬模具;高硬度;電火花

在現代工業化生產領域，隨著科學技術和加工技術的不斷提高，對金屬加工模具的精度、硬度和綜合使用強度等參數要求也在逐漸提高。硬質金屬材料成為越來越多金屬模具制造所使用的核心材料。但是其金屬材料具有明顯的高硬度、高耐磨性屬性，并且金屬模具自身的使用又對其金屬材料表面光滑度等屬性要求極高，所以傳統常規的機械加工方法很難對其進行有效的機械加工。目前對金屬材料模具的加工工藝大多使用電火花加工。而合金模具在加工過程中，金屬材料表面很容易產生細裂紋，從而對金屬產生直接影響。因此探究電火花加工工藝對金屬表面的影響，從而尋找其解決辦法具有非常重要的探究作用。研究表明，在進行電火花加工時，因為金屬表面的能量作用，金屬材料表面會產生不規則溫度變化域，從而不斷提高其熱應力。這種熱應力會產生強烈的沖擊力，對金屬表面裂紋產生影響。對此需要從打磨加工工藝角度，對其進行科學研究。［2］

1電火花加工參數儀器設置

為了詳細研究電火花加工工藝對金屬表面的影響性，采用實驗探究的方式進行實際對比測試。研究金屬選擇現代金屬模具制造領域常用的Cr12MoV材料。電火花設備選擇閉路控制電火花線切割機床，電極絲材料選擇為黃銅，直徑為0．1毫米，其切割工藝參數如表1表2所示。

2影響結果分析

摘要：概述了電火花鏡面加工發展情況，提出了混氣電火花鏡面加工工藝。分析了混氣電火花鏡面加工的原理，設計了混氣裝置，并進行了加工實驗，實驗結果表明混氣電火花加工能夠有效地改善加工表面粗糙度和提高生產率。

關鍵詞：混氣電火花鏡面加工混氣裝置表面粗糙度生產率▲

電火花加工技術廣泛地應用于模具制造和難加工材料的加工中。普通電火花加工表面比較粗糙；工件表面往往有一梨皮狀白層，該層極脆，且有許多顯微裂紋，并存在拉應力，其耐疲勞性能相對較差，從而大大影響了零件的使用壽命［1～4］。試驗表明：當零件表面粗糙度小于Ra0.3μm，電加工表面的耐疲勞性能大致與機械加工表面相近，并且不會產生顯微裂紋［1］。因此實現電火花鏡面加工是電加工技術發展的一個重要方向。國外對電火花鏡面加工技術的研究開展得較早，并且取得了較好的效果。沙迪克(Sodick)公司早在70年代末首先開創了電火花鏡面加工技術的研究。早期的電火花鏡面加工技術的研究主要局限在減小和控制脈沖放電能量［5］，如Sodick公司在1980年推出了第一代窄脈寬、低峰值電流的PIKA電源，達到表面粗糙度小于Ra0.1μm。這一時期的鏡面加工主要限于小面積的超精加工［6］。對于較大面積的電火花加工，由于極間寄生電容的脈沖累積效應，使間隙的實際單次放電能量大于脈沖電源提供的單脈沖能量，從而影響了加工表面粗糙度值的減小，面積越大，影響也越大［6、7］。因此，國內外學者提出了許多工藝方法。例如：分割電極法［7］、簡單電極展成法、共軛回轉式加工法［8，9］、電火花磨削［10，11］、局部電場感應法［6］以及混粉加工法［12］等。其中，混粉加工法是由日本學者毛利尚武等提出的比較有影響的鏡面電火花加工方法，能有效地解決極間寄生電容的問題。但是混粉加工法也存在一些問題，如要解決微細粉末在工作液中的均勻混合，微細粉末會對環境造成污染，并且成本也比較高，因此在實際應用中有一定的局限。筆者在電火花鏡面加工技術的研究中發現，在加工間隙的工作液中混入氣體可以有效地減小工件的表面粗糙度值，并能大大提高生產率。

1混氣電火花鏡面加工原理分析

混氣電火花加工就是在電火花加工間隙的工作液中混入氣體，使氣體以大量的微細氣泡的形式參與工作。由于間隙中混入了氣泡，從而引起了間隙電場、流場及放電特性的變化。

混入間隙的氣泡使間隙電場發生了畸變，圖1所示為氣泡引起間隙電場畸變的示意圖。在以氣泡中心為坐標原點的球坐標系中，由高斯定律的拉普拉斯方程式可得到［13］氣泡外p點處r方向的電場強度

電火花加工在實際生產中得到越來越廣泛的應用。在開放式華中I型數控平臺上開發出電火花加工數控系統，使系統具有良好的開放性和模塊化功能，能根據需要隨時調整機床的加工參數和工藝參數等，改善了機床的柔性，擴大了機床的加工范圍。同時使二次開發后的專用CNC系統仍具有一定的開放性、擴展性，以便再進行后續開發時簡化研制工作和提高市場應變能力，更好地滿足用戶的要求。

一、電火花加工數控系統的軟件結構

電火花加工數控系統是在華中I型數控系統平臺上開發而成的，采用軟件模塊化結構分析、設計方法，擴展了電火花自動加工模塊、手動加工模塊、加工參數編輯模塊、界面顯示模塊等部分，其軟件結構如圖1所示。

各擴展模塊的主要功能分別為：

（1）自動加工模塊，主要是在運動控制接口的基礎上針對電火花加工的運動特性，實現數控加工的功能。自動加工是指將機床調整好，找正結束并選擇加工參數后進行的加工方式，整個加工過程中不必進行人工干預和加工參數調整，其特征是操作簡單、加工效率高，加工出的工件精度高。

（2）工件找正模塊，它是一種斷續的加工方式，可以根據需要一步步地進行調整。

電火花雕刻加工是一種成型加工技術。它借鑒數控銑削加工方式，利用簡單電極在數控系統控制下，按照一定軌跡運動，通過簡單電極與工件之間在不同相對位置的放電加工出所需工件形狀。由于電火花加工靠放電時的電熱和非接觸加工的特點，已廣泛地應用到硬脆材料的加工。由于電火花加工過程中電極的損耗，其編程的加工工藝規劃不完全同于一般的數控銑床。

一、系統的整體規劃

本系統以Win2000作為操作系統，以VC6.0作為開發工具，在仿真部分采用了OpenGL技術。系統在取得工件的圖形信息和加工信息后，經過工藝分析，選擇刀具、確定工步和切削用量等，最后生成NC代碼文件，并對該代碼進行仿真加工，以驗證其正確性。因此本系統由輸入模塊、前置處理模塊、后置處理模塊和仿真加工模塊4部分組成，系統流程圖。

二、輸入模塊中的DXF圖形數據的讀取

DXF文件是AutoCAD中一種常用的標準圖形數據交換文件，在工業上廣泛應用于不同圖形系統之間的接口。本系統處理的DXF文件是按照在版本號為R14文件標準格式處理，文件中共有6個段組成，即標題段(HEADER)、類段(CLASSES)、表格段(TA-BLES)、塊段(BLOCKS)、實體段(ENTITIES)和對象段(OBJECTS)，每一段都以SECTION標志開始，以END-SEC標志結尾，文件尾有結束標志EOF。文件中的圖元主要有POINT、LINE、CIRCLE、ARC、SPLINE、SOL-ID、POLYLINE和3DFACE、3DSOLID、3DLINE等，每個圖元都以組碼0開始，以組碼0結束，這些圖元都出現在BLOCKS段和ENTITIES段區域中。由于電火花銑削加工，主要加工平面和各種形狀的曲面，工件使用三維實體造型，因此主要處理三維實體。

三、前置處理

摘要：以加工微小復雜零件為目標，對采用直徑0.02mm的微細電極絲進行數控電火花微精線切割加工技術及工藝研究，開發出了由微細絲走絲系統、細絲導向器和微精加工電源等構成的微細電火花線切割加工系統，研制了具有無電阻防電解電源、高效、高精度、高表面質量的微細絲數控單向走絲電火花線切割機床。

關鍵詞：電火花線切割加工；單向走絲；走絲系統；細絲導向器；微精加工

電源航空航天、國防軍工、IT、精密模具、微型機械、醫療器械、化纖紡絲、儀器儀表等領域的科學技術飛速發展，對微精加工設備的需求日益增多。采用微細絲進行小圓角、窄縫、窄槽及微細零件的微精加工的數控電火花線切割加工，因其具有切縫窄、精度高、可加工復雜形面和各種難加工材料等優勢，在微精機械生產中發揮著重要作用[1-5]。國外設備制造企業都花費了大力氣進行細絲切割技術的研究，比如微細電火花線切割加工機床可用直徑0.02mm的電極絲加工出外徑1.86mm、模數0.03、齒數60的微型齒輪，其加工精度可控制在1.0μm以下，表面粗糙度可達Ra0.2μm。但目前國內針對該項技術的研究力度還不夠，企業無相關產品，只有部分高校和科研院所進行了一些實驗室內的研究。本文通過采用直徑0.02mm的微細電極絲進行數控電火花微精線切割加工技術及工藝研究，研制出具有無電阻防電解電源、高效、高精度和高表面質量的微細絲數控單向走絲電火花線切割機床。目前，國內外通用的電火花線切割機床采用的電極絲直徑均大于0.1mm。采用微細電極絲進行切割加工一直是電火花線切割加工的難題。由于微細電極絲的直徑越小，其所能承受的張力也越小[4]，要實現正常切割并保證加工精度和表面質量，對機械系統、走絲系統、高頻電源、檢測控制、抗干擾性能及工作液系統都提出了難度更高、更復雜的技術要求。因此，本文開發的微細絲數控單向走絲電火花線切割系統是以DK7632單向走絲電火花線切割機床為基礎，且為了實現超細電極絲即直徑0.02mm的微細電極絲放電切割，還專門開發了全新的走絲系統、細絲導向器和微精加工電源。

1新型微張力、恒張力、恒速走絲系統

本文采用的電極絲為TUNGSTENCUT-WIRETWS-20鎢切絲，其直徑為0.02mm、抗拉強度約157g（3850N/mm2），且彈性差、易拉斷。正常切割，就需對走絲系統提出很高的要求，如微張力、恒張力、恒速可調，而一般的帶磁粉離合器的走絲系統已不適合上述要求，為此本文新開發了一套走絲系統。在系統的加工界面中，操作者可在“運絲速度”一欄調節絲速，由計算機控制速度輪無極變速，使電極絲的走絲速度基本保持恒定。放絲速度的快慢由放絲輪給定，在重錘輪后面安裝有精密角位移傳感器，采集傳感器位置的變化信號，經反饋電路進行快速處理來控制放絲輪的速度快慢，使重錘輪的位置基本保持在中間位置，且使電極絲的張緊力與所配重錘的重量滿足一定的函數關系；同時需減小運絲系統整個輪系的阻尼，以實現電極絲的張緊力恒定控制。通過試驗發現，加工時的絲張力約保持為50g，這樣既保證了切割正常又不易斷絲。此外，需借助一個過渡輪將電極絲按“8”字形繞在聚氨脂輪上，由一個小壓輪壓住，這樣布置可避免原系統的電極絲在張力輪上的纏繞方式易產生溝槽的缺陷，使電極絲不易打滑，張力也更穩定。收絲輪用于纏繞經過加工區放電后的廢銅絲或廢鎢絲，由軟特性力矩電機SYL2.5驅動，需具有一定的拉緊力，使廢絲不會被拉斷，同時對走絲輪沒有影響。廢絲輪的前面是排絲輪，排絲輪在SD2.5交流伺服電機和凸輪傳動下實現往返運動，使廢絲在收絲輪上排列均勻。在重錘輪的下方設置有斷絲開關，電極絲斷，則切斷放電電源，同時走絲輪、放絲輪、排絲輪和收絲輪停止運轉。

2新型細絲導向器

1注塑模具筋位加工方案分析

注塑模具制造時，一般先用數控機床對工件毛坯進行切削加工，當模具結構復雜時，有些部位數控加工刀具很難加工到位，或者說若要加工到位，費時費力，效果不好，例如注塑模具的型腔尖角、深腔、筋和窄槽等部位。對于這類部位的加工，就需要進行電火花成型加工。該后模對應于塑件加強筋位置便是多條窄槽，這些窄槽的加工就需要電火花成型加工來完成。電火花放電的原理是由脈沖電源輸出的電壓加在液體介質中的工件和工具電極（亦稱電極）上，當電壓升高時，會在某一間隙最小處或絕緣強度最低處擊穿介質，產生火花放電，瞬時高溫使電極和工件表面都被蝕除掉一部分材料。電火花加工實際就是電極和工件間的連續不斷的火花放電的過程，工件不斷產生電腐蝕，電極不斷地向工件進給，最終可將電極的形狀復制在工件上，加工出所需要的形狀。因此，在對模具進行電火花放電加工之前，必須設計并制造出適合的電極方能進行放電加工。按照目前的模具制造水平，結構復雜的注塑模具在加工過程中，往往需要幾個、幾十個，甚至上百個電極。所以，電極的設計制造是模具制造中非常重要的環節，控制電極的制作成本也是控制整套模具生產成本的關鍵因素之一。

2注塑模具筋位電極常規設計方案

根據電極在模具制造過程中的作用可將其分為產品外形成型電極、清角電極、筋位電極、“銅打銅”電極（即用來對電極進行電加工的電極）等。按電極組合方式可分為整體電極、組合電極及一極多用電極（也稱跑位電極）。按電極制造材料又可分為普通紫銅電極、石墨電極和特種銅電極等。對于一般電極，其結構主要包括成型部位和電極基準部位等組成。對于前文所述的塑料盒零件的注塑模具后模制造，電極材料選用普通紫銅電極即可。如果模具尺寸不大，筋位電極一般會采用整體電極，如圖3所示；如果尺寸比較大，通常會采用跑位電極，只做一條筋位的放電電極，即類似于圖3所示的整體電極的1／8，通過對后模上加強筋位置的逐一放電來完成放電加工任務。相比之下，整體放電電加工用間短，電極制作成本偏高，成型誤差小；跑位放電電極制作成本低，放電耗時長，成型誤差受電極自身損耗較大。

3注塑模具筋位電極設計方案優化

結合上述情況，在保證生產效率的前提下，本著最大程度降低生產成本的目的，筆者將本塑料盒筋位電極的制作方案進行了創新性優化設計。放棄原來的切削加工方式，同時將電極基準部位由紫銅材料改用普通鋼材，電極成型部位仍采用紫銅材料，將電極制作成鑲拼結構。筋位電極基準部分投影示意圖，示意圖中間又以局部放大視圖的形式對鑲拼位置的結構進行了表示這兩部分均采用電火花線切割方式進行加工，在普通鋼板上割出電極成型部分鑲拼框，并加工電極吊裝螺絲孔或其他吊裝結構，同時用銅板割出8件同樣的電極成型部分，切割路徑如圖5、圖6的投影輪廓所示。由于加強筋一般情況下對形狀精度要求較低，因此，電極成型部分的拔模角度采用手工打磨的方式即可滿足要求。最后將打磨后的電極成型部分按要求拼裝到電極基準部分的鑲拼框里，保證兩部分的垂直度和各成型部分底面的共面度，便可進行下一步的放電加工了。另外由于放電加工基本沒有切削力，因此直接鑲拼或進行涂膠固定后鑲拼結構是能夠滿足放電要求的。

一、LIGA技術在微模具制作中的應用

（一）LIGA技術的原理

LIGA技術是利用較大功率同步加速器產生的X射線，經過X-ray光刻，光阻投影形成人工塑料微型結構，然后經過電鑄制模形成金屬模具，最后經過鑄模復制形成所需的塑料產品。其工藝流程為：1、同步X-ray曝光光刻的條件有同步X射線和銅掩模板，銅掩模板由吸收體、掩膜支撐體、光刻膠和銅板基片組成，利用同步輻射X射線產生的二維圖形投射到銅掩模板，吸收體吸收X射線的能量，轉移到光刻膠上，通過控制單點光束的強度，刻蝕一定深寬比的三維圖形。

2、光刻顯影

利用光刻膠易被X射線降解的原理，即經過X射線曝光光刻膠的分子長鍵發生斷裂，大分子變成小分子，然后將被曝光的光刻膠放到顯影液中處理，被曝光降解的光刻膠的小分子溶解在顯影液中，沒有被曝光的光刻膠的大分子則不溶于顯影液，因此形成了與掩膜圖形一致的三維光刻膠微結構。

3、電鑄制模

摘要：現代機械加工新技術課程包括四部分內容：切削、非切削加工、復合加工新技術、難加工材料的加工新技術。明確了各加工技術的核心概念，比如：非常溫切削與分子運動密切相關；振動切削和超聲波切削利用了共振現象；超聲波加工的工作原理類似于爆炸沖擊波的作用等。

關鍵詞：制造業；機械加工新技術；課程體系

0引言

先進的制造技術是保障綜合國力的決定性因素。發達國家的制造業均在國民經濟中居于重要地位。現代機械制造學科已成為集機械、電子、信息、材料為一體的新型交叉學科。我國的制造業面臨著巨大的機遇和挑戰，只有掌握先進制造技術，才能加快國家經濟的持續增長、促進我國產業升級和產業鏈提升、增強產品的競爭能力、增強我國核心競爭力和自主創新能力、建設創新型國家。因此，在大學里普遍開設制造先進技術的課程，課程名稱為《機械加工新發展》[1]、《現代加工新技術》、《機械加工新技術》或《現代加工技術訓練》[2]、《現代機械制造工藝及精密加工技術》等。從目前的研究現狀看，該課程主要有四部分內容：切削加工新技術、非切削加工新技術、復合加工新技術、難加工材料的切削加工新技術。精密加工分散在課程體系當中，應將其總結后作為附錄內容。根據課時不同，該課程應有所取舍。

1切削加工新技術

主要包括高速與超高速切削新技術、硬態切削新技術、干式切削新技術、振動切削新技術、非常溫切削新技術、磁化切削新技術、保護性切削新技術、射流加工新技術、磨削加工新技術等。①高速超高速切削新技術。根據1931年4月德國物理學家薩洛蒙（Carl.J.Salomon）提出的“Salomon曲線”，采用高轉速、快進給、小背吃刀量和小進給量來去除余量，完成零件加工。要求機床的主軸轉速高、功率和扭矩大，以及進給系統加速度高。可用于加工有色金屬、鑄鐵、鋼、纖維強化復合材料、鑄鐵和鋁合金等。②硬態切削新技術。采用立方氮化硼CBN（CubicBoronNitride）、陶瓷和新型硬質合金及涂層硬質合金作為刀具材料，將淬硬鋼的車削作為最終加工工序。③干式切削新技術。不用切削液或用少量綠色環保的潤滑劑。要求刀具材料具有良好的耐熱性和耐磨性，要求切屑與刀具之間的摩擦系數應盡可能小，要求刀具的槽型應保證排屑流暢、易于散熱，要求刀具應具有較高的強度和較強的抗沖擊韌性。可采用低溫冷風、高速、靜電冷卻和準干切削工藝等。已用于鑄鐵、鋁合金、鎂等的切削。④振動切削新技術。與超聲波切削一樣利用共振現象，給刀具或工件施以某種參數（頻率、幅值）的可控制量，使刀具與工件周期性地接觸與離開。⑤非常溫切削新技術。溫度反映了分子運動的劇烈程度。加熱高強度、高硬度和耐高溫的新材料可使其可以加工。冷卻鈦合金、低合金鋼、低碳鋼和一些塑性與韌性特別強的難加工材料，可獲得較好的加工質量。⑥磁化切削新技術。刀具或工件磁化后，強度和硬度會提高，從而保證加工質量。⑦保護性切削新技術。在真空當中切削可避免生成硬脆層，但是刀-屑界面處也不能生成減摩的氧化膜。在惰性氣體保護下切削，不適用于有色金屬，如鋁及其合金。絕緣切削將工件與機床絕緣，可避免因熱電流而產生熱電磨損。⑧射流加工新技術。水射流主要用來切割軟質有機材料；混合磨料射流幾乎可切割一切硬質材料。⑨磨削加工新技術。主要有重負荷荒磨、用于溝槽、成形和外圓的緩進給大切深磨削、硬脆材料延性域磨削的高速與超高速磨削、砂帶磨削、振動研磨等。

摘要：機械模具對于機械加工制造行業具有重要的應用價值。在機械加工領域，模具的性能在很大程度上決定了機械加工工藝的水平。因此，機械模具的加工制造技術得到了業內人士的廣泛重視。目前，使用數控技術加工機械模具是應用最廣泛的模具加工方式。為了進一步提升機械模具數控加工制造技術的應用水平，本文主要介紹了機械模具數控加工制造技術及其應用特點，并對該技術的實際應用進行了重點分析。

關鍵詞：機械模具；數控加工制造；技術特點；應用

機械模具在加工制造一些機械產品時能夠發揮出重要的作用，但是模具的加工制造過程卻是較為繁瑣復雜的，需要對多項加工工序的細節點進行優化處理。一旦加工人員沒有處理好機械模具的加工細節，不僅會影響機械模具的加工效率，甚至還會造成機械模具的損壞。隨著數控加工技術的出現和應用，傳統的機械模具的加工處理模式得到良好的改善，不僅進一步提高了機械模具的加工精度，同時還可以有效控制模具加工的柔韌性，從而大大優化了機械模具的加工效率。為了使機械模具的加工制造水平得到進一步的提升，深入研究機械模具數控加工制造技術的實際應用是一項極為必要的措施。

1機械模具加工與數控加工制造技術

1.1機械模具的加工要求

為了更好的研究機械模具數控加工制造技術的應用情況，我們必須對機械模具的加工工藝有一定的了解，尤其要掌握機械模具加工時的各項要求，只有在掌握應用數控加工制造技術時，機械模具加工才能使該項加工技術發揮出最大的效率。首先，從機械模具的生產角度看，多數的機械模具加工制造，主要是為了滿足單一零件的生產需求。因此，在加工此類模具時容易浪費大量的資源，同時還會引發其他的生產經營問題。為了解決機械模具加工制造過程中的相關問題，加工人員必須在正式加工前，做好模具參數的記錄工作，有效利用采集的模具數據，通過相關的設計軟件，核實關鍵的數控加工參數，從而有效減少模具數控加工中出現的誤差問題和資源浪費問題。其次，為了確保機械模具的數控加工質量，加工操作人員必須做好模具的加工設計工作，在加工前對模具的加工設計方案進行不斷的優化和改進，要盡量避免加工方案中存在較大的誤差問題，確保加工方案是最優化的。最后，在加工精度和模具加工質量問題上，加工人員需要做好數據信息的調控工作，要以高效便捷的方式獲取模具的各種數據信息，以實現對加工誤差的有效控制。此外，為了提高機械模具數控加工制造的質量，加工設計人員應當在模具設計中熟練掌握不同的設計理念及其作用，并對加工方案的設計細節進行有效探索。

摘要：隨著我國塑料模具加工行業的不斷發展，塑料模具加工工藝也不斷得到進步，這些進步徹底改變了以往傳統的模具設計以及制造方式，為我國塑料模具的進一步發展打下了堅實的基礎。現首先對我國塑料模具加工工藝現狀進行分析，然后對其未來發展趨勢進行探討，希望能夠為促進我國塑料模具加工工藝事業發展提供理論依據。

關鍵詞：塑料模具；加工工藝；現狀；發展趨勢

0引言

目前，塑料模具制造在整個模具行業中所占的比例高達30%，可見，塑料模具加工工藝的重要意義[1]。現階段，塑料模具已經應用在航天航空、儀表機電以及汽車等制造行業中。因此，塑料模具加工工藝具有非常好的發展前景[2]。下面，筆者就塑料模具加工工藝現狀，對塑料模具加工工藝未來發展趨勢進行分析。

1塑料模具加工工藝現狀

1.1氣體輔助成型技術日趨成熟