电火花加工电极的复合制造技术
电火花加工(EDM)的原理，是利用工具电极与金属工件之间脉冲性火花放电时的电火花腐蚀现象来蚀除材料，以达到对工件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花加工与传统机械加工方式相比，具有无切削力、工件加工精度高、不受材料硬度限制等方面的优势，在加工特殊性能材料和复杂表面及微细、微精、薄壁、低刚度等方面得到了广泛应用。目前电火花加工技术，已渗透到了各工业部门和科学技术领域，尤其在模具制造业、航空航天制造业、精密机械加工等领域更是占有重要的地位。
工具电极的制造，是电火花加工复杂模具型腔的关键技术。因为电火花加工的精度，在很大程度上取决于电极的制造精度。传统的电极制造方法，是铣削、车削、数控加工等，对于具有复杂型面的的电极，用这些方法来加工，效率低，成本高，甚至根本无法加工。本文对一些特种方法加工EDM电极进行简要的介绍，并采用电铸和等离子喷涂复合技术，对反光镜电极的制造过程进行研究。
摘要：利用电铸和等离子喷涂两种工艺。制造电火花加工用精细复杂电极，是一种经济、快速和有效的方法，以车灯反光镜模具电极为例．介绍了该工艺的实施过程。结果表明，所制造的电火花电极不但精度高，而且周期短，成本也大大下降。
关键词：电铸；等离子喷涂http://www.sunspraying.com/kepuyuandi/denglizipentu/20120902/1346562534389.html；电火花电极
1 特种制造EDM电极的方法
1．1 RP技术制作EDM电极
RP技术是采用材料累加法的制造新概念，由电极零件的三维CAD数据，直接制造出EDM铜电极。选择性激光烧结(SLs)技术，制造金属铜电极的具体过程为：先将准备好的电极零件的CAD数据，经过分层软件进行分层，然后用每层的二维数据信息，驱动激光柬来扫描烧结预铺的混有树脂粘结剂的铜粉固化成相应的一薄层材料，众多的薄层材料依次逐层累加，成三维实体EDM电极，然后再进行烧结，去除电极中的树脂粘结剂，最后进行渗铜处理。此法应选用大功率激光器，另外工序复杂，成本较高。用这种方法制作的电火花工具电极的精度，还有待进一步研究。
2．2 金属喷涂法制作EDM电极
金属喷涂方法，是把铜粉或者铜丝熔化后，喷涂到零件反模上制作铜电极的方法。这种方法的特点是制作方法简单，铜电极的精度较高。由于铜电极是喷涂成形的，对于窄槽和深腔等结构难于实施，喷涂层不但有残余应力，而且气孔较多，致密性较差，所以在电火花加工中电极损耗很快，制作一件模具常常需要数件铜电极。
2．3 等静压方法制造EDM电极
由于W有抗电弧、耐高温以及耐磨损性能，Cu具有优良的传导性能，因此WCu合金作为EDM电极具有综合性能。含Cu大于20wc％的WCu合金电极制造，是将部分Cu粉与w粉混合，冷等静压成形，在Cu熔点附近的温度进行烧结，然后渗Cu。含Cu在20we％以下的WCu合金电极制造，由于Cu含量较低，直接将w粉经冷等静压成形后并高温烧结，之后熔渗Cu，再将渗Cu后的坯料，进行热等静压处理闭。冷等静压可以压制大尺寸和异形电极。密度均匀，强度高；热等静压可以消除合金内部的孔洞和缺陷，改善材料的晶体结构，获得高密度、高性能的EDM用WCu电极材料。
2．4铸造法制造EDM电极
采用铸造法制造EDM电极，首先应制作EDM电极的铸造砂型，然后将熔化的铜液浇铸到砂型里，经凝固后，去除砂型制成电极。该法制作过程中，一方面砂型的制作较困难，另一方面铜电极在凝固收缩过程中的精度难于控制，无法保证产品质量，而熔模铸造技术可以弥补这一缺陷。基本工艺过程是利用快速成型(RP)技术制作电极的树脂原型，在树脂原型表面涂挂ZK)：耐火层，然后将树脂原型烧除，得到熔模铸造用耐火熔模壳，最后浇铸铜液，便可制出EDM铜电极。考虑到电极制作过程的铜液凝固收缩以及生产过程中制品收缩，最终使制品尺寸小于设计尺寸。根据经验数据电极的树脂原型尺寸放大1Inn'l进行补偿尺寸收缩，最终得到的玻璃制品的品质满足了设计要求。
2．5化学镀技术制造EDM电极
由于化学镀无须通电，可以在室温下沉积得到金属镀层，其显著特点，是可以直接对非金属材料进行沉积，窄槽、深孔等结构对其影响不大，可获得均匀致密沉积层。基于sLA原型和硅橡胶模的化学镀铜工艺，并最终采用复合材料背衬，是一种有效的EDM电极制造方法。该工艺的技术关键，是SLA原型和硅橡胶模具剥离工艺和方法，特别是针对SLA原型化学镀铜后剥离问题。
2．6 电铸技术制造EDM电极
电铸铜电极是利用RP原型，用电铸的方法进行反拷贝实现的。在电极制作时，先将RP原型进行导电化处理，然后把它置入铜离子溶液中，RP原型接负极，再用一块纯铜片接正极，在电流作用下，RP原型上就会附上一层铜，脱模后的铜铸层，再次进行复合电铸，翻制出的铜铸层就可以用作铜电极四。用这种方法制作的电极，性能较好，损耗比基本上与纯铜加工的电极相当，同时电沉积过程在电流作用下自动进行，基本不需人工干预，减少了人工劳动强度。但是由于电沉积过程非常缓慢，这种方法制作铜电极需要的时间相对较长，一般从CAD模型到EDM电极至少需要3天，延长了加工周期。近年来。随着快速成型技术的发展，工具电极的设计速度大大提高，为电火花电极的快速制造提供了有效的途径，电火花电极的快速制造，也在国内外得到了愈来愈多的关注。
2 电铸，等离子喷涂工艺快速制造EDM电极
电铸具有很高的复制精度和重复精度，很适合制造具有复杂形状、精细型貌、微小或超大尺寸等特征的EDM电极。但是电铸加工技术沉积速度慢，制造周期长，是成形EDM电极中存在的突出问题；而等离子喷涂沉积速度快、成本低、加工范围广等优点，正好可以弥补电铸加工技术的不足。因此电铸成形和等离子喷涂结合制造EDM电极，可有效降低制造周期和成本，实现电极快速经济制造的目的。铜及其合金材料具有很大导热导电系数和传温系数，具有比较高的耐电蚀性，是常用的电火花加工工具电极材料。EDM铜电极快速制造过程如图l所示。
2.1 原型及表面处理
根据所设计实际零件的负型来制造SLA原型。对于一些具有复杂形状、不规则且纹路深浅差距很大的原型件，采用电铸沉积铜制造电极，可以保证模具加工精度，而且模具重复精度好。若采用实际零件的正型来制造SLA原型，则需要制作硅橡胶模，然后再进行电铸沉积，工序复杂，精度稍差。因原型材料一般都采用树脂类，属于非金属材料，表面不导电，需要先进行导电化处理，本文用目数微细的铜粉，均匀地涂敷在原型表面，形成均匀的导电薄层。在涂铜粉之前，先用丙酮清洗原型表面油脂。导电粉应均匀涂敷在原型表面，并且应在边缘多出5mI'lfl．左右，以便铸后机加工除去电铸端头的结瘤和毛刺。
2．2 电铸铜的生产过程
电铸溶液选择无毒、镀液稳定、腐蚀性小的酸性镀铜溶液，溶液主要成分和含量如表1所示。
溶液的主要成分是硫酸铜和硫酸。硫酸铜是主盐，提供铜离子；溶液中的硫酸不但是导电介质，还能起到改善铜层外观的作用。配制溶液时，将硫酸铜用水溶解，在搅拌下缓缓加入硫酸，然后用水稀释至所需体积，过滤后加添加剂。添加剂的溶解方法：100g添加剂加5L水溶解，添加剂需待溶液冷却之后，在不断搅拌的情况下加入。
电铸实验设备采用NBD-200精密电沉积设备，该设备采用逆变式脉冲电源，沉积效果好。引细铜线(细铜线与阴极连接)于原型上，将原型悬吊于溶液中，开启电源，这时设备开始循环过滤和搅拌溶液；电铸电流密度选择2A／din：，原型欲铸的面积约为2dm2，所以额定电流调整为4A。为了使原型都能沉积上铜，刚开始只用很小的电流过渡，用1A电流工作3h后，把电源电流调整到额定值。图2为电铸24h后脱模所得到的复杂图案，图案精确复映了原型形貌，说明采用电铸成形制作EDM电极是可行的。
图3(a)是根据车灯反光镜SLA原型(零件的反型)，表面涂铜粉导电化处理，然后根据上述电流密度进行电铸所得到的铸层，原型可多次使用。
2.3等离子喷涂、背衬及后处理
图3(a)所得到的铸层厚度，与电铸时间长短有关，为了降低成本缩短制造周期，在制造EDM电极时，使铸层厚度达到lmm就满足要求了。这样的铸层，既达到了电极的复映精度，又具有一定的强度。在电铸之后，为了提高电铸层厚度，增加强度，所以采用等离子喷涂铜粉进行补强，获得具有良好的导电导热性能、结合力强的补强层。补强铜涂层的厚度为2mm，等离子喷涂铜粉的工艺参数如表2所列。等离子喷涂之后，采用环氧树脂、乙二氨固化剂和铜粉，按比例1：0．07：3混合后，浇注到预置模框内，作为整体电极背衬。背衬前，要把铜涂层与连接电火花螺栓的螺帽用铜导线焊接在一起，提高电极的导电能力，固化之后，将原型与背衬后的电极分离，经过机加工以及抛光后，获得最终的电火花加工用铜电极(如图3b)。
3结束语
结合电铸和等离子喷涂工艺的特点，分析了两种工艺复合制造EDM电极的可行性，通过电铸得到精密复杂形状的电火花铜电极的工作部分，采用等离子喷涂铜涂层对电极工作部分进行补强，得到具有良好的导电导热性能、结合力强的背村，整体进行复合材料加强后，实现了精密复杂形状的EDM铜电极的快速制造。该复合工艺方法，不但有效地降低了产品制造周期和成本。而且为两种工艺一体化快速制造模具奠定了基础。
参考文献略
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