概述
电火花加工机床（EDM）用于模具加工已相当成熟。据统计，约有80%左右的电火花线切割机床（WEDM）用于模具加工，约有75%左右的电火花成形加工机床（SEDM）同样用于模具加工。目前在模具企业中拥有几十台EDM机床已屡见不鲜，EDM机床已成为模具制造中不可缺少的重要装备，随着EDM的发展，它在模具工业中的作用和地位将不断攀升。
我国模具工业发展迅速，2005年的模具产值预计达570~600亿，至2010年的“十一‧五”末，模具产值预计达1000亿。模具工业的发展主要依靠技术进步，目前技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具不断增长，这些高技术模具的发展，推动了模具加工设备的技术进步，高效、精密、数控低速走丝电火花线切割机床（LSWEDM）、精密数控电火花成形机床（NCSEDM）、高速铣（HSM）等许多高新技术模具加工设备应运而生，而在冲压模加工方面，LSWEDM可谓独树一帜。LSWEDM
精密、高效、长寿命冲压模的发展推动了LSWEDM技术进步
LSWEDM主要用于精密、高效、长寿命冲压模的加工制造。标志冲压模先进水平的是多工位级进模，这种模具具有结构复杂、制造难度大、精度高、寿命长、生产效率高及耗能耗材低等一系列特点，这些模具中具有代表性的有：机电一体化的电机铁芯自动阀片硬质合金多工位级进模，其精度达2μm，步距精度达3μm，拼块精度1μm，双回转精度1’，表面粗糙度Ra 0.10~0.40μm。具有自动冲压、阀片、扭槽、分组、回转等功能，模具寿命达1.0亿次以上；精密、高效、长寿命的空调器翅片多工位级进模，其精度达2μm，凹凸模工作面近千处，冲裁间隙为0.01mm的有300多处，同类型可互换，模具寿命达2亿次以上；高难度成形的彩管电子枪零件，G5底25工位硬质合金级进模，其精度达2μm，冲制0.245mm厚的无磁不锈钢，制品精度±5μm，模具寿命3000万次以上；高水平的集成电路框架32工位级进模，其精度达2μm，模具冲速达350~500次/分，寿命3000万次以上；自主创新的手机连接器50工位级进模，其精度达2μm，步距精度3μm，冲速400次/分以上，模具寿命2亿次；还有如数码相机弹簧片18工位级进模、汽车零件多工位级进模、接插件46工位级进模、微电机机壳12工位级进模等等属当今水平制高点的冲压模，这些模具的加工制造，LSWEDM是不可缺少的关键设备，特别是这些精密、高效、长寿命模具中关键部位的硬质合金型孔加工更是LSWEDM的“用武之地”。同时为了适应这些高新技术模具加工的需要又推动了LSWEDM技术的不断进步。
LSWEDM高效加工技术的新进展
一、最大加工效率
国外LSWEDM的最大加工效率停留在300mm2/min已有多年了，但最近又有了新突破，我国则刚刚开始达到300mm2/min。
最大加工效率依赖于窄脉宽高峰值电流脉冲电源的开发，国外在窄脉宽的情况下，其最大峰值电流≧1200A，高峰值电流与其它条件配合（各种控制方式、供液条件、复合电极丝等），可使最大加工效率达到400~500mm2/min。例如，瑞士阿奇公司的AGIE CUT PROGESS机床采用数字化的IPG智能电源，用Φ0.33mm的电极丝，其最大加工效率可达500mm2/min以上；日本三菱电机公司的FA-V机床，采用Φ0.36mm的电极丝，加工效率也可达到500mm2/min；日本沙迪克公司开发的LQ33W新电源，在AQ325L机床上，用Φ0.30mm的复合电极丝，加工效率可达400mm2/min等等。总之，国外目前最大加工效率在400~500mm2/min，又有了新进展。
但目前最有价值的最大加工效率要数瑞士阿奇公司的AGIE CUT PROGESS机床，该机床开发的e-cut电源使用标准电极丝在加工效率达到350~500 mm2/min的情况下，Ra可达到0.8μm（见图1），这种高效粗加工能达到Ra 0.8μm水平，对于最终实现精密加工的多次切割来说，可节省约50
%的加工时间，减少约40%的滤芯消耗，40%的树脂消耗，60%的丝材消耗，具有明显的技术经济效益。
图1 PROGRESS机床在Ra 0.8μm时的最大加工效率
二、 平均加工效率
最大加工效率在精密冲压模加工中往往难于应用，主要原因是最大加工效率需要使用粗丝（Φ0.33~0.36mm），而粗丝难于实现精密加工，精密加工只能用细丝，例如Φ0.10mm等。瑞士阿奇夏米尔公司为发挥机床的最大加工效率，开发了双丝切割机床，可进行电极丝自动交换，实现粗加工用粗丝，精加工用细丝的目的，可大幅度提高平均加工效率，还可以实现精密加工。
瑞士夏米尔的ROBOFIL 2050TW、ROBOFIL 6050TW双丝加工机床，解决了精密和高效加工的矛盾，使总的加工时间大为缩短，一般可节省30~50%的加工时间，同时可节省价格昂贵的细丝，降低了加工成本。
瑞士阿奇的双丝切割系统具有同样的效果，并还有：（1）自动交换不同直径电极丝无须更换导向器；（2）自动交换
三、 变截面加工效率
LSWEDM在模具实际加工过程中，不可避免地会遇到不同的加工截面。随着加工截面的变化，通过自动检测，根据截面的变化自动控制加工能量，使加工效率自始至终保持最佳状态，是提高变截面加工效率的有效措施。
例如，日本三菱公司的FA系列机床采用了加工电源控制系统，该系统由工件厚度检测器、加工状态检测器和脉冲能量输出控制器等部分组成，以适应加工截面的变化，尤其适合台阶形、中空形、薄形等零件加工，能有效防止断丝，提高加工效率。
作为这种智能化加工技术的实例如图2所示。最大能量控制专家系统只要输入电极丝直径和类型、工件材料即可自动进行最佳加工，根据加工过程中不同的加工厚度自动增减加工能量，以保持最高加工效率，应用这种专家系统效率一般能提高30%左右。
图2 有无最大能量控制专家系统加工比较
LSWEDM加工表面质量的新突破
LSWEDM的加工表面质量是影响LSWEDM发展的关键，也就是LSWEDM能否直接进入精密加工领域的关键技术。加工表面质量除表面粗糙度和几何形貌（尺寸精度）外，在LSWEDM中还应包括二个方面：一是LSWEDM加工表层的化学、物理、力学性能，主要包括表层金相组织、表层的显微硬度、残余应力及宏观和微观裂纹等，即所谓表面“变质层”；二是由于LSWEDM采用水质工作液，在脉冲电源的作用下产生的电化学反应在工件表面形成的表面“软化层”，也称表面“变质层”。这二个方面的“变质层”直接影响模具寿命和性能（耐磨性、耐腐蚀性、疲劳强度）等。随着LSWEDM的发展，表面质量的改善有了新的突破，其技术进步主要体现在以下二个方面。
一、 优化放电能量的新型电源
电火花加工时，金属材料蚀除分为熔化和气化二种，宽脉宽（放电时间长）易造成熔化放电加工，使加工表面形貌变差、“变质层”加厚、内应力加大，易产生裂纹；而当脉宽小到一定值时，易成为气化放电加工，气化放电加工变质层很小，内应力也减小，并可避免表面裂纹的产生，改善了表面质量。因此为了保持相同的加工效率，在放电能量相同的原则下，采取压缩放电时间和增大峰值电流I的方法，这种优化脉冲能量的方法，使表面质量得到很大改善。优化放电能量示意图如图3所示。
图3 优化放电能量示意图
二、防电解（AE）脉冲电源
优化放电能量只能改善一个方面的表面质量，如表面粗糙度、形貌、内应力、裂纹等等。不过LSWEDM采用水质工作液，虽然采用的是“去离子”水，但还存在一定数量离子，在脉冲电源的作用下产生电化学反应。当工件接正极时，在电场的作用下，氢氧根负离子（OH-）会在工件上不断沉积，使铁、铝、铜、锌、钛、碳化钨等材料氧化、腐蚀，造成所谓的“软化层”。在使用硬质合金工件时，硬质合金中的结合剂钴成为离子状态溶解在水中，同样形成“软化层”。
开发的AE脉冲电源，一系列的生产实践证明是控制工件表面电化学反应最有效的方法。
AE电源是其交变脉冲使平均电压为零的脉冲电源（见图4），由于交变脉冲使OH-离子在工作液中处于振荡状态，不趋向于工件及电极丝，这样可防止工件表面的锈蚀氧化，硬质合金的钴结合剂也不会流失，与优化放电能量配合，可使表面“变质层”控制在1μm以下，这样LSWEDM加工的硬质合金模具寿命可达到机械磨削的水平，见图4。
图4 AE电源波形及LSWEDM正极性加工变质层分布
用IC引线框架模加工作为实例，对用LSWEDM传统脉冲电源在去离子水中加工、用LSWEDM传统脉冲电源的浸油式加工、用LSWEDM的AE电源在去离子水中加工及用机械磨削加工的模具寿命进行测试比较，结果证明，AE电源加工的硬质合金模具寿命已达到机械磨削的水平，在接近磨损极限处还优于机械磨削。
LSWEDM加工精度上新台阶
一、新兴精密机床结构
提高LSWEDM的加工精度是系统工程，除了脉冲电源、各种控制系统、工作液系统、加工工艺技术等以外，精密机床结构是精密加工的基础。
二、多次切割加工工艺
LSWEDM粗、精加工的多次切割加工不是新技术，但它是实现精密加工的重要工艺技术，能体现整机的总体水平。多次切割最终加工的工艺指标，体现了精密机床的设计制造技术、数控技术、智能化技术、脉冲电源技术、精密传动及控制技术、工作液系统等等。
但近来在达到同样的加工质量的情况下，多次切割的次数大为减少。例如，原来切割次数需要7~9次，现在达到同样的加工质量只需3~4次，节省了大量时间，这主要依赖于脉冲电源高效粗加工的技术进步，即如前所述，第一次高效切割（350~500mm2/min），就能达到Ra 0.8μm，这样好的表面粗糙度，自然会减少多次切割次数，且能达到精密加工的水平。
代表LSWEDM精密加工的主要指标是加工精度和表面粗糙度，对于加工精度，国内外各厂商的表达方式各不相同。例如，瑞士阿奇公司用工件的轮廓精度Tkm（）来表达，而国外其它公司从提供的资料来看，都以不同形状和尺寸的具体加工工件的精度来表达，我国则按国家标准的要求检验加工精度。虽然没有统一的规范，但为了说明当前LSWEDM精密加工的水平，以具有代表性的瑞士阿奇公司机床为例（见表1）。
表1 瑞士阿奇公司LSWEDM精密加工水平
以上说明，LSWEDM以完善的表面质量（无变质层），高水平的加工精度，完全可对各类精密冲压模进行最终精密加工，无需手工抛光等后道工序，因此工件表面不会有任何抛光损伤。
三、细丝切割加工技术
细丝切割属于精密加工技术。过去的细丝切割丝径为Φ0.05mm，现在已达到Φ0.02mm。细丝切割加工中的自动穿丝功能十分重要，目前已能对Φ0.02mm的细丝进行自动穿丝。在一台机床上进行粗、细丝自动交换加工，是双丝系统LSWEDM的明显优势。
在冲压模加工中，细丝用于内清角加工，用Φ0.02mm的细丝，可加工出内角半径为15μm的内清角。在IC行业中，集成电路框架模的细丝切割加工，有其重要的应用价值。目前集成电路引线脚已多达100根以上，其引线的线脚间距很小，模具材料一般为硬质合金，所以适合细丝加工。其它如微型接插件、微型马达铁芯、微型齿轮等模具加工。
在LSWEDM加工精度方面，
除了上述内容外，还有如锥度加工精度、拐角加工精度、平直度等。LSWEDM国内市场发展情况
LSWEDM的国内巿场近几年出现了新的发展趋势，产量和销量呈30~40%速度增长。2001年我国的LSWEDM产量只有约150台/年，至2004年的短短几年中，产量达1800台/年（包括日本、瑞士及台湾等企业在大陆生产的数量），至2005年大陆LSWEDM产量已约达2400台/年，比2004年增长了约35%。预计“十一‧五”末期产量可达6000~8000台/年，产值约35~40亿人民币/年。
LSWEDM巿场迅速发展的主要原因有以下几个方面：
（1）LSWEDM主要应用于模具工业、航空航天、军工等领域。模具产值每年以20%的速度增长，2005年模具制造企业已有2万多家。随着模具向精密、复杂、长寿命等方向发展，各模具制造企业的加工设备纷纷更新换代，而LSWEDM是模具企业必不可少的高档设备。我国航空航天事业的发展是有目共睹的，加上其它一些应用领域的发展，推动了LSWEDM巿场的迅速
（2）过去LSWEDM加工表面产生“变质层”，影响模具及其它所加工的零部件寿命。随着技术的进步，LSWEDM加工的表面质量和精度已能满足精密、复杂、长寿命模具的要求，可以作为精密模具最终加工的主要手段，“以割代磨”的趋势越来越明显，这也促进了LSWEDM的巿场发展。
（3）LSWEDM优异的加工性能，目前其它加工方法还无法与之竞争，而且LSWEDM的加工工艺水平及运行的经济性已优于机械磨削加工。
（4）我国的WEDM分为LSWEDM及HSWEDM（高速走丝电火花线切割机床）两大类，而HSWEDM为低档产品，但与LSWEDM属同一加工工艺，同一应用领域。随着我国模具行业及其它各领域的技术进步，HSWEDM逐渐不能适应技术发展的需要，并且随着LSWEDM性能价格比的提高，目前HSWEDM约4万台/年的大巿场一定会受到挤压，一定会让出一部分巿场给LSWEDM，从中也可以看出LSWEDM今后的发展空间。
