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1 序言

隨著公司產(chǎn)品微型化的發(fā)展，模具中φ0.4及以下的高精度型芯孔出現(xiàn)地越來越多，近年來出現(xiàn)很多φ0.4及以下的芯孔小孔模具，這類孔公差都在0.005?mm左右，對(duì)孔的直徑及圓柱度要求極其嚴(yán)格。過去加工這類模具鋼小孔的方法主要有加工中心切削加工，電火花電腐蝕加工，打孔機(jī)做底孔以及慢走絲加工。以前做過的都是直徑φ0.5以上的，三種方法都能滿足，具體采用哪種加工方法取決于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，但是φ0.4以下小孔以前沒有加工過，特別是近期多次出現(xiàn)的φ0.35+0.005 +0.001，φ0.32+0.005 +0.001的孔，采用以前的加工方法經(jīng)常出現(xiàn)孔徑超大，孔圓柱度超差等問題，因此，此類孔的加工成為模具加工中的瓶頸問題。

2 零件的工藝分析

2.1 零件的工藝要求

此類孔工藝要求要求基本都是公差+0.005?mm，孔內(nèi)光潔度0.4，深度接近7倍徑，工件材料為磨具鋼。硬度HRC48-53,微小孔所有尺寸都是關(guān)鍵尺寸，不允許超差，要保證孔徑及孔內(nèi)粗糙度十分困難。

2.2 零件的工藝難點(diǎn)

以前公司加工這類產(chǎn)品主要有三種方法：有加工中心切削加工，電火花電腐蝕加工，打孔機(jī)做底孔、慢走絲加工。三種方法以前的加工范圍如下：

直接鉆削，可加工最小φ0.25的小孔（聚四氟乙烯、黃銅），加工深度2~3?mm，加工模具鋼上需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

電火花加工，最小加工φ0.5孔，加工深度1.5?mm。

穿孔機(jī)φ0.5～0.9小孔采用0.3電極管加工，深度一般小于20?mm，受各種條件影響較小，加工基本穩(wěn)定。φ0.4～0.5小孔采用0.2電極管加工，深度一般小于10?mm，易受加工材質(zhì)、水質(zhì)、電極管、裝夾等因素影響。由于孔加工越深，越容易偏斜，會(huì)造成慢絲加工過程中的短路問題，因此加工厚度越大，可加工的孔徑越小。慢走絲常規(guī)采用φ0.2的電極絲加工，受穿絲孔質(zhì)量影響，加工φ0.5及以上的孔一般沒問題。

綜上所述，三種方法加工φ0.4及以下孔都有困難，為完成模具中φ0.4及以下的高精度型芯孔加工，我們深入驗(yàn)證上述三種方法，優(yōu)化改善各個(gè)環(huán)節(jié)，以常見的φ0.35孔為例，驗(yàn)證采取什么方法實(shí)現(xiàn)孔徑φ0.35及以上高精度小孔加工合格。

圖2 φ0.35鉆頭及加工的孔

3 加工驗(yàn)證

3.1 立加直接鉆削驗(yàn)證

直徑φ0.35的鉆頭，其剛性差、強(qiáng)度低、排屑困難且穩(wěn)定性差，因此鉆頭易折斷，雖然也積累了一些經(jīng)驗(yàn)，但由于所加工材料不同，因此切削參數(shù)大相徑庭。僅采用粗柄鉆與高動(dòng)平衡刀柄，這兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)可以完全繼承。切削參數(shù)的調(diào)整原則基本一致，一般通過適當(dāng)提高切削轉(zhuǎn)速，降低進(jìn)給量來降低切削扭矩，同時(shí)提高入鉆穩(wěn)定性，降低鉆頭折斷的風(fēng)險(xiǎn)，通過實(shí)際驗(yàn)證，理論依據(jù)如下：在低速切削范圍內(nèi)，當(dāng)切削速度（即主軸轉(zhuǎn)速）增加時(shí)，鉆削力有所下降，大約切削速度增加一倍，鉆削力降低約50％，鉆削溫度大約增加20％～33％，對(duì)鉆削扭矩基本無(wú)影響；進(jìn)給量增加一倍時(shí)，鉆削力增加大約68％，扭矩大約增加85％，鉆削溫度大約增加10％，從而得出，在調(diào)整加工參數(shù)時(shí)，應(yīng)首選在適當(dāng)范圍內(nèi)提高機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和減小每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，因?yàn)樘岣咔邢魉俣群蜏p小每轉(zhuǎn)進(jìn)給量可以有效降低鉆削力和鉆削扭矩，雖然鉆削溫度會(huì)增加，但可以通過冷卻液來有效控制，另外，進(jìn)給量越小，入鉆位置誤差越小。這是因?yàn)檫M(jìn)給量越小，鉆頭在入鉆時(shí)的旋轉(zhuǎn)鉆入次數(shù)越多，對(duì)入鉆位置誤差的校正次數(shù)越多。同時(shí)，為了降低鉆頭的跳動(dòng)量，我們通過反復(fù)裝夾調(diào)整，使鉆頭旋轉(zhuǎn)后的直徑與靜止時(shí)的直徑盡可能接近。

通過上述改進(jìn)，并通過程序模板固化了加工參數(shù)，在磨具鋼材料上加工幾批驗(yàn)證件，雖然順利實(shí)現(xiàn)了孔的加工，但經(jīng)過測(cè)量，鉆頭直接加工的孔直徑公差都在0～0.01?mm范圍內(nèi)，無(wú)法保證工件0.004?mm的公差要求，并且孔徑無(wú)法保證穩(wěn)定輸出，孔內(nèi)光潔度也無(wú)法保證0.4的要求，并且，鉆頭直徑越小，加工難度越大，加工過程中鉆頭很容易折斷，存在很大的不確定性，因此，該方案不可行。

圖3 加工出的電極及檢測(cè)結(jié)果

3.2 電火花加工驗(yàn)證

3.2.1 電極加工

如果采用電極加工φ0.35的孔，則電極最大直徑不得超過φ0.3?mm，長(zhǎng)度不得小于3.5?mm，對(duì)于銅電極的加工來說，長(zhǎng)徑比大于1:10，加工位置度0.005?mm，是一個(gè)全新的挑戰(zhàn)。

首先要保證電極圓柱直徑的加工精度在0.01?mm公差內(nèi)（包括彎曲變形量），且尺寸一致性在0.005?mm內(nèi)，這樣才能方便電火花加工中調(diào)節(jié)放電量，進(jìn)而保證加工孔徑精度；其次要保證圓柱位置度在0.005?mm內(nèi)（包括彎曲變形量），為電火花加工中孔的位置度保證打下基礎(chǔ)。

為保證上述加工精度，從以下幾個(gè)方面做了改進(jìn)，保證電極質(zhì)量。首先加工策略采用層切法，逐步調(diào)整側(cè)切余量和層切深度，選取質(zhì)量和效益的平衡點(diǎn)，滿足需求即可，不過度追求精度；其次選用高動(dòng)平衡刀具，應(yīng)用千分表測(cè)量刀具偏擺度，在刀具實(shí)際加工轉(zhuǎn)速的條件下測(cè)量刀具直徑，控制了因刀具和刀柄精度帶來的跳動(dòng)影響。

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，最終電極的圓柱直徑一致性控制在0.004?mm以內(nèi)，公差控制在0.01?mm以內(nèi)，位置度偏差0.002?mm，彎曲變形量0.001?mm。

3.2.2  電火花加工

加工完電極以后，下一步就是電火花打孔，由于電極細(xì)長(zhǎng)桿、剛性差，無(wú)法準(zhǔn)確進(jìn)行找正，因此在電極上新增了找正基準(zhǔn)臺(tái)，并保證了基準(zhǔn)臺(tái)相對(duì)圓柱位置度在0.002?mm內(nèi)。通過多次加工驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)如果僅加工一個(gè)孔，精度可以滿足要求，但加工多個(gè)孔時(shí)，存在不同孔的大小不一致的問題，電極磨損較快，加工精度較難控制在需要的范圍內(nèi)。

經(jīng)過驗(yàn)證，采用電火花加工孔，存在電極磨損快（電極約細(xì)長(zhǎng)，磨損越快），孔徑不易控制等問題，也不適合批量加工，該加工方案不可行。

3.3 穿孔機(jī)預(yù)打孔、慢切割加工驗(yàn)證

以前采用φ0.2?mm電極管加工底孔，加工后其孔口尺寸為φ0.30～0.35?mm，考慮設(shè)備加工誤差及找正偏差（0.03?mm），僅能滿足φ0.4?mm以上的孔的加工。目前使用的最小電極管是φ0.15?mm的，電極管越小，加工后偏差更大，且極易燒蝕。通過觀察發(fā)現(xiàn)，電極管在接觸工件一瞬間，電火花四濺，在孔口處形成炸裂，造成小孔局部無(wú)法線切到位，造成小孔局部超大，如下圖所示。

圖4 電火花加工的孔及檢測(cè)結(jié)果

圖5 穿孔機(jī)預(yù)打孔后孔口燒蝕及線切后造成的局部超差

3.3.1 解決措施

為降低電極管加工后的孔口炸裂情況，我們進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，經(jīng)與設(shè)備生產(chǎn)商溝通，通過調(diào)整電壓和純水壓力，通過調(diào)節(jié)電源端子變更，使用33?V電壓代替了47?V電壓。調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)供壓水路，接入氣動(dòng)增壓水泵，提升內(nèi)循環(huán)的壓力，使孔內(nèi)噴水更加強(qiáng)勁，增加排屑能力，同時(shí)調(diào)節(jié)壓力表壓力至7.5?MPa。

為降低找正偏差帶來的孔位置度問題，通過觀察，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電極管伸出較長(zhǎng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大的偏擺，所以需要降低電極管的伸出長(zhǎng)度，制定電極管伸出的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，控制在1～1.1?mm之間。通過連續(xù)自動(dòng)的分中找正，降低電極管的找正誤差，要求X、Y向需多次（三次以上）重復(fù)測(cè)量，最后兩次連續(xù)測(cè)量誤差值不超過0.03?mm，且實(shí)測(cè)值應(yīng)接近零件實(shí)際尺寸+電極直徑。

在后續(xù)持續(xù)的實(shí)驗(yàn)中，不斷優(yōu)化微調(diào)設(shè)備的各項(xiàng)電參數(shù)，最終確定和合適的參數(shù)，并進(jìn)行了固化。

再次進(jìn)行φ0.15?mm電極管加工實(shí)驗(yàn)，慢走絲加工孔徑至φ0.32時(shí)，孔口無(wú)破口。φ0.2?mm電極管加工實(shí)驗(yàn)，慢走絲加工孔徑至φ0.33時(shí)，孔口無(wú)破口。因此在現(xiàn)有條件下能夠使用φ0.15、φ0.20電極管，完成模具鋼厚度5?mm孔徑φ0.35孔的加工。由于φ0.2?mm電極管效率較高，有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，因此應(yīng)優(yōu)先采用φ0.20電極管進(jìn)行底孔加工。

3.3.2 最終結(jié)果

最終確定了如下加工方案：模具高精度小孔加工，首選采用穿孔機(jī)，使用φ0.2?mm電極管打底孔，慢走絲保證最終尺寸公差；該方案質(zhì)量、效率、經(jīng)濟(jì)型均較好，可以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求；

4 結(jié)論

通過對(duì)幾種加工方法的反復(fù)摸索，最終通過穿孔機(jī)預(yù)打孔、慢切割加工孔的方法，解決了模具精密小孔的加工。本次攻關(guān)，在以前成熟方法的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步深度挖掘，將產(chǎn)品做到更精、更好，通過對(duì)電極管參數(shù)的重新設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了模具精密微孔的順利加工，大大拓展了公司的工藝加工能力，通過工藝能力的拓展提高，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。