精密塑胶斜齿轮和螺旋齿轮的模具，为何选择火花机加工技术？

电火花加工又称放电加工或电蚀加工，是目前最流行的四大加工方法之一，和铣削、车削和磨削并驾齐驱。在模具行业中，尤其是塑胶模具行业，它是一个非常重要的工艺环节。现代模具制造的发展方向是高速切削加工与电火花加工两者紧密相连，优势互补。电火花加工技术为精密模具的制造（比如小模数斜齿轮、螺旋齿轮等等有曲面造型的精密注塑件），提供了一个极具价值的技术手段。

你知道电火花技术是怎么来的吗？

虽然现在最知名的火花机品牌，全球前十强大部分是日本和德国公司，但电火花加工技术是俄国人发明的。

1943年，前苏联科学院院士拉扎连柯夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除，开创和发明了电火花加工。

电火花加工是通过脉冲放电微观过程中产生的高温（瞬间温度高达10000°C），融化材料并蚀除材料的加工方法。

电火花加工是不断放电蚀除金属的过程。虽然一次脉冲放电的时间很短，但它是电磁学、热力学和流体力学等综合作用的过程，是相当复杂的。综合起来，一次脉冲放电的过程可分为以下几个阶段：

1.极间介质的电离、击穿及放电通道的形成

当脉冲电压施加于工具电极与工件之间时，两极之间立即形成一个电场。电场强度与电压成正比，与距离成反比，随着极间电压的升高或是极间距离的减小，极间电场强度也将随着增大。由于工具电极和工件的微观表面是凸凹不平的，极间距离又很小，因而极间电场强度是很不均匀的，两极间离得最近的突出点或尖端处的电场强度一般为最大。

当电场强度增大到一定数量时，介质被击穿，放电间隙电阻从绝缘状态迅速降低到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大值。由于通道直径很小，所以通道中的电流密度很高。间隙电压则由击穿电压迅速下降到火花维持电压（一般约为20~30V），电流则由0上升到某一峰值电流。

2.介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀

极间介质一旦被电离、击穿，形成放电通道后，脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极，正离子奔向负极。电能变成动能，动能通过碰撞又转变为热能。于是在通道内正极和负极表面分别成为瞬时热源，达到很高的温度。通道高温将工作液介质汽化，进而热裂分解汽化。这些汽化后的工作液和金属蒸汽，瞬间体积猛增，在放电间隙内成为气泡，迅速热膨胀并具有爆炸的特性。观察电火花加工过程，可以看到放电间隙间冒出气泡，工作液逐渐变黑，并听到轻微而清脆的爆炸声。电火花加工主要靠热膨胀和局部微爆炸，使熔化、汽化了的电极材料抛出蚀除。

3.电极材料的抛出

通道和正负极表面放电点瞬时高温使工作液汽化和金属材料熔化、汽化，热膨胀产生很高的瞬时压力。通道中心的压力最高，使汽化了的气体不断向外膨胀，压力高处的熔融金属液体和蒸汽，就被排挤、抛出而进入工作液中。由于表面张力和内聚力的作用，使抛出的材料具有最小的表面积，冷凝时凝聚成细小的圆球颗粒。

熔化和汽化了的金属在抛离电极表面时，向四处飞溅，除绝大部分抛入工作液中并收缩成小颗粒外，还有一小部分飞溅、镀覆、吸附在对面的电极表面上。这种互相飞溅、镀覆以及吸附的现象，在某些条件下可以用来减少或补偿工具电极在加工过程中的损耗。

实际上，金属材料的蚀除、抛出过程比较复杂的，目前，人们对这一复杂的机理的认识还在不断深化中。

4.极间介质的消电离

随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速降为零，但此后仍应有一段间隔时间，使间隙介质消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处介质的绝缘强度，以及降低电极表面温度等，以免下次总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，从而保证在两极间最近处或电阻率最小处形成下一次击穿放电通道。

由此可见，为了保证电火花加工过程正常地进行，在两次脉冲放电之间一般要有足够的脉冲间隔时间。此外，还应留有余地，使击穿、放电点分散、转移，否则仅在一点附近放电，易形成电弧。

电火花加工特点

电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现，具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，电火花加工的特点概括如下：

1.直接利用电脑进行加工，便于实现自动化，适于特殊材料和复杂形状的加工。脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。

2.适用的材料范围广。脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围较小，可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料。

3.工具电极制造容易。加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极校工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。

4.可以再同一台机床连续进行粗，半精及精加工。脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。

电火花加工分类

按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同,大致可分为电火花成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类。前五类属电火花成形、尺寸加工，是用于改变零件形状或尺寸的加工方法；后者则属表面加工方法，用于改善或改变零件表面性质。以上方法中以电火花成形加工和电火花线切割应用最为广泛。

1.电火花成形加工

该方法是通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。

2.电火花线切割加工

该方法是利用移动的细金属丝作工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。按金属丝电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。我国普通采用高速走丝线切割，近年来正在发展低速走丝线切割，高速走丝时，金属丝电极是直径为φ0.02～φ0.3mm的高强度钼丝，往复运动速度为8～10m/s。低速走丝时，多采用铜丝，线电极以小于0.2m/s的速度作单方向低速运动。线切割时，电极丝不断移动，其损耗很小，因而加工精度较高。其平均加工精度可达 0.0lmm，大大高于电火花成形加工。表面粗糙度Ra值可达1.6 或更小。

目前电火花线切割广泛用于加工各种冲裁模（冲孔和落料用）、样板以及各种形状复杂型孔、型面和窄缝、凸轮、成形刀具、精密细小零件和特殊材料，试制电机、电器等产品等。

3.其他电火花加工方式

*剩下的电火花加工方式应用较少，不是主流。包括： 电火花内孔、外圆和成形磨削：用于加工高精度、表面粗糙度值小的小孔，如拉丝模、挤压模、微型轴承内环、钻套等和加工外圆、小模数滚刀等。

*电火花同步共轭回转加工：用于加工各种复杂型面的零件，如高精度的异形齿轮，精密螺纹环规，高精度、高对称度、表面粗糙度值小的内、外回转体表面等。

*电火花高速小孔加工：用于加工线切割穿丝预孔，深径比很大的小孔，如喷嘴等。

*电火花表面强化、刻字：用于电火花刻字、打印记。典型设备有D9105电火花强化机等。

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模具工厂电火花加工的八大误区

电火花加工是模具工厂的一种重要工艺，有的工厂工艺水平很好，能加工出高品质的模具，但有些企业就不行了，即使使用了很高端的数控电火花加工机床，效果仍然很不理想。这里总结了电火花加工的一些主要技术误区，对工厂的实际生产有很好的帮助。

误区1. 用电极碰工件分中，经常“打偏”

不少模具工厂仍然使用电极碰工件的分中方法，这是一个很严重的问题。使用电极直接碰工件属于面接触，接触面之间不可避免地存在或多或少的细微物，接触面也存在装夹精度误差，它们将直接影响找边、分中的精确度。使用这种方法，必须严格要求将接触面擦拭干净，但由于还是有人为因素的存在，精度会有不稳定的情况。

误区2. 千篇一律选用同一种电极材料

国内大多数模具企业使用紫铜作为电极材料。在追求高效率加工的今天，你是否去考察过石墨电极的加工优势？或许你会简单地认为石墨电极只适用于大型模具加工或者粗加工。事实上，这种认识是片面的或者还停留在传统的制模观念。

当前越来越多的模具企业，开始使用石墨电极来大幅度缩短模具制造周期。因为无论是铣削电极还是放电加工的过程，都能节约大概50%的时间，这是石墨电极的显著优势。另外，石墨做大电极重量轻，窄缝加工不容易变形，CNC铣削没有毛刺，可设计整体电极来减少电极数目等等，都充分体现了石墨材料的优势。当然了，在要求Ra0.4μm以下的精细表面加工，好的石墨加工虽然也能达到，但就没有必要了。

对于微细类加工，要求极低的电极损耗。这时就有必要选用优质的紫铜电极或者铬铜电极。对于高附加值零件的放电加工，使用价格更昂贵的铜钨合金能获得更小的电极损耗，尤其在加工硬质合金类工件。

误区3. 电极火花位做得偏小，大幅度降低了加工效率

大多企业都是从使用传统放电机升级到数控放电机，不少工厂在使用数控放电机时，电极火花位工艺仍然参照传统放电机，比如粗加工粗加工电极火花位取单边0.15mm，精加工电极取单边0.06mm。

偏小的电极火花位大幅度限制了数控放电机不能使用更大的电流来进行高速加工。事实上，在高速切入加工后，只需通过平动加工即可快速修光型腔侧面，这是实现放电表面、效率、精度指标完美效果的工艺方法。这里提供一个参考，数控放电机的粗加工电极火花位取单边0.3——0.15mm，精加工电极取单边0.15——0.1mm。需要参照放电面积与加工量，在面积允许的情况下，尽可能将火花位做大一些，可获得甚至是高达几倍的加工效率。

误区4. 仍然在使用手动夹头安装、调整电极

企业出于实力或者成本的考虑，使用传统的手动夹头安装、调整电极，这种方法简单实用，被普遍使用。但一些企业购买了几十万的数控放电机，仍然在使用传统夹头。

使用传统的手动夹头，机床的实际利用率并不高，在不能满足生产效能的情况下只能花更多的资金投资增加放电机床。事实上，好马需配好鞍，数控机应配置如3R快速装夹定位夹具，可以省去人工打表的过程，减少了机床频繁的待机，提高了生产效能。

误区5. 使用数控机床，不用侧打与斜打功能

数控放电机可实现侧打、多轴加工。一些注塑模的成型镶件，四周有比较薄、深的胶位，这些部位很适合侧打。放电清除切削加工后剩下的刀具R角，是比较常见的加工类型，如果采用X、Y、Z三轴联动的方法，即斜向加工，可避免因加工部位面积小而发生放电不稳定、电极局部损耗的现象。

误区6. 大面积的高光洁度加工难以达到要求

如果公司的模具放电加工都属于大面积（30平方厘米以上）类型，并且表面都要求在VDI18以下，要求均匀一致的火花纹理，像电视遥控器类型腔。那么放电加工就是一个头痛的问题，经常会为了纹理作反反复复的修整，加工效率也很低。

如果是批量放电加工大面积、大型腔类模具，应考虑使用混粉加工技术，可大幅度提高加工效率，更容易获得大面积的精细纹理或者镜面。

误区7. 不正确的放电加工表面品质控制

一些模具企业，制造的模具要求并不是很高，放电部位基本都要后续进行抛光处理。在这种情况下，模具放电加工却在追求VDI18（Ra0.8μm）以下甚至是镜面加工的要求，而同时又在抱怨放电速度太慢，交期来不及。

企业应根据模具不同的要求来正确控制放电表面品质，分清楚放电的优先级是效率还是品质。对于大多数后续要进行抛光处理的加工部位，放电加工达VDI22（Ra1.25μm）或以上即可。对于细微的部位，为避免抛光变形可以加工精细些。这里需要强调的是，在追求VDI22以下的高品质亚光表面要求时，放电时间会大幅度增加，同时电极损耗也会增加。

误区8. 镜面放电加工误区

对于没有接触过镜面放电加工的模具企业，对这门技术会颇感兴趣。但遗憾的是，由于缺乏实践经验，他们的一些不正确的认知，导致出现加工失败的案例。

事实上，对于数控放电机来说，实现镜面加工并不难，而像VDI7（Ra0.2μm）级别的亚镜面才是具有极高的加工难度。能否实现高品质的镜面效果，除选用的加工参数外，其很大程度取决于工件材料，某些材料如SKD11、DC53、仿冒S136是无论如何也达不到好的镜面效果，因此一定要判断材料再决定进行镜面放电，否则可能会浪费时间而达不到要求。而对于电极来说，并没有那么严格的要求，并不是要求电极必须进行镜面抛光处理。

镜面加工的主要经验是时间的控制。多大的面积，应该设定多少时间，有经验的师傅可灵活地实现高效率的镜面生产，没有经验的情况下就只能依赖数控机床的专家系统。

苏州维本Z33耐磨静音齿轮专用工程塑料，在电推剪摆头的应用上，可以帮助解决电推剪传统的POM材料摆头，快速摆动时噪音比较大、耐磨耐疲劳性不够等问题。

在旋转式电动剃须刀塑胶齿轮的应用上，Z33与PA12相比，具有更好的静音性、耐疲劳性和尺寸稳定性（Z33的吸水率只有尼龙12的一半），Z33的成本比PA12更具竞争力；Z33与TPEE相比，在降噪的同时，Z33可以兼顾扭力和更好的耐疲劳性。

Z33材料在齿轮应用上的特点是：耐磨、静音、耐腐蚀、强韧且不受水份影响。