原標(biāo)題：工模具鋼的電火花加工

1.電火花加工原理簡介

常用于工模具的電火花加工是利用火花放電現(xiàn)象，在一秒鐘內(nèi)發(fā)生數(shù)千至數(shù)萬次放電,融解工件，使電極的形狀逆向成型于工件上。其原理如圖所示：

2.什么是電火花加工變質(zhì)層？

我們?nèi)庋鬯婋娀鸹庸ぷ冑|(zhì)層是模具表面在一秒鐘內(nèi)發(fā)生數(shù)千至數(shù)萬次放電，由此產(chǎn)生大量放電痕的積累，俗稱白層。但在金相顯微鏡下觀察白層，它的結(jié)構(gòu)可比宏觀上復(fù)雜得多，由表面向內(nèi)部分為：1）熔化層；2）滲碳淬火層；3）過渡回火層（如圖所示）。

火花加工變質(zhì)層的光潔度是受控于每一次放電的能量，平均每次放電的脈沖能量越大，放電痕的形狀也越大，加工速度和間隙也變大，加工面粗糙度也變得粗糙，變質(zhì)層也越厚。

電火花加工變質(zhì)層屬于缺陷組織，硬度極不均勻，張應(yīng)力極大，對模具生產(chǎn)安全危害極大。為確保模具壽命，在電火花加工完成后，模具進(jìn)行拋光或蝕紋前須進(jìn)行去應(yīng)力回火并將白層（包括：熔化層，滲碳淬火層和過渡回火層）徹底去除。

3.工模具鋼放電加工性能的影響因素

3.1碳及合金元素的含量:

C及Cr，Mo，W，V元素含量越高,電火花加工變質(zhì)層硬度越高,拋光時愈難去除。故而對于需進(jìn)行大面積電火花加工的大型塑膠模具而言，選擇碳和合金含量低的模具材料有助于節(jié)省拋光打磨的時間。

3.2硫化物夾雜及碳化物偏析

當(dāng)被加工的模具材料中的硫化物含量超標(biāo)，或使用特別添加硫的易削模具鋼（如WNr1.2312，WNr1.2085，等），由于硫化物的熔點(diǎn)低于鋼的基體，電火花加工表面往往會出現(xiàn)凹坑和一些類似微裂紋狀的絲痕（如下圖所示）：

如果鋼中的碳化物偏析嚴(yán)重，特別是一些高合金的傳統(tǒng)冶煉鋼材如WNr1.2379，WNr1.3343，碳化物呈條帶狀偏析，由于碳化物熔點(diǎn)有別于鋼基體，電火花加工表面往往會出現(xiàn)一些明暗不均的條紋。

一個行之有效用來提高工模具鋼的放電加工性能的冶金方法是對鋼進(jìn)行重熔精煉，以提高鋼的純潔度，減少偏析，使鋼的組織更加均勻致密。ESR（電渣重熔）或VAR（真空電弧重熔）都是目前較常用的精煉工藝，經(jīng)ESR精煉的鋼材一般情況下，可減少氫，氧70-80%；氮15-20%；硫30-50%，并且通過快速凝固減少偏析，得到細(xì)晶組織,獲得良好的電火花加工表面，如意大利LucchiniRSGroup路奇霓集團(tuán)的(ESR)Eskylos6959，(ESR)Eskylos2002，(ESR)Eskylos2344HDC，(ESR)Eskylos2343HDC，(ESR)Eskylos2083Mod等鋼種均可獲得理想的放電加工性能。

3.3工模具鋼的熱處理回火溫度

被加工工件的熱處理狀態(tài)對電火花加工的安全性至關(guān)重要，如果工件表面在熱處理后殘存有較大的熱應(yīng)力，在隨后的電火花加工中，與放電加工產(chǎn)生的張應(yīng)力疊加，極有可能導(dǎo)致工件在加工過程中爆裂。一般說來，在工模具鋼的退火態(tài)進(jìn)行大面積的放電加工是最安全的，其次是預(yù)硬態(tài)或淬火+高溫回火態(tài)，危險系數(shù)最大的是淬火+低溫回火態(tài)。下圖為不同回火溫度下WNr1.2379類鋼表層應(yīng)力的分布情況:

與此同理，常用于塑膠硬模的馬氏體不銹鋼(ESR)Eskylos2083Mod如需進(jìn)行大面積放電加工，為減低工件表面的應(yīng)力，建議在高溫回火后進(jìn)行放電加工或在熱處理前進(jìn)行粗放電加工，在熱處理后進(jìn)行細(xì)放電加工。

3.4工模具鋼的方向性與鏡面放電

對于欲獲得高品位鏡面放電效果的模具而言，除了必須選擇高純度的模具材料之外，鋼材本身的方向性也是一個不可忽視的因素，鋼在鍛打或軋制等熱加工過程中，晶粒會沿著長度方向有所伸長，表現(xiàn)出一定的方向性，和木材的生長原理十分相似。因而，垂直于材料的軋制方向（即厚度方向）進(jìn)行EDM加工較之平行于材料的軋制方向（即長度方向）進(jìn)行EDM加工更有助獲得理想的鏡面放電效果。

4.常見的電火花加工缺陷

4.1電極材料損傷導(dǎo)致的不良電火花加工面

如果純銅電極，銅鎢合金電極的純度欠佳，存在雜質(zhì)和疏松孔點(diǎn)，將直接導(dǎo)電火花加工面產(chǎn)生坑孔或及積碳現(xiàn)象，電極本身的消耗亦會變大；而石墨電極在加工前即使看上去比較均一,在加工過程中電極材料也會發(fā)生脫落，在加工面產(chǎn)生放電紋或積碳。因此必須選用高純度高致密度的電極材料進(jìn)行精加工、必要時用顯微鏡檢查電極表面；而且，加工前要把握好電極的極限光潔度。

4.2積碳/打弧

電火花加工過程中排屑不良阻礙了絕緣層的恢復(fù)，使得放電后在同一點(diǎn)上又連續(xù)二次放電稱之為積碳/打弧。這類電火花加工缺陷一般出現(xiàn)在模具角位，深腔底部等位置，往往給模具造成致命的損傷；因此，必須設(shè)定合理的電火花加工工藝如減小落刀時間（JD），延長脈沖電流停歇時間（OffTime），提高抬刀距離（JU），加強(qiáng)沖液等來防止積碳/打弧的產(chǎn)生。只有高效率的排屑才能獲得高速穩(wěn)定的加工。

4.3微裂紋

電火花加工變質(zhì)層的熔解再凝固過程,內(nèi)部應(yīng)力時而擴(kuò)張時而收縮，并在凝固時產(chǎn)生的球狀結(jié)晶，這是產(chǎn)生微裂紋的元兇。在后續(xù)試模和量產(chǎn)過程中，電火花加工變質(zhì)層表面的微裂紋極易在外應(yīng)力作用下擴(kuò)展從而導(dǎo)致模件開裂發(fā)生早期失效。因此，必須設(shè)定合理的電火花加工工藝如采用高頻率低電流進(jìn)行放電，減小落刀時間（JD），提高抬刀距離（JU），加強(qiáng)沖液等來改善變質(zhì)層的質(zhì)量，減少微裂紋。

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