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1 序言

隨著公司產品微型化的發展，模具中φ0.4及以下的高精度型芯孔出現地越來越多，近年來出現很多φ0.4及以下的芯孔小孔模具，這類孔公差都在0.005?mm左右，對孔的直徑及圓柱度要求極其嚴格。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品結構，但是φ0.4以下小孔以前沒有加工過，特別是近期多次出現的φ0.35+0.005 +0.001，φ0.32+0.005 +0.001的孔，采用以前的加工方法經常出現孔徑超大，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鍵尺寸，不允許超差，要保證孔徑及孔內粗糙度十分困難。

2.2 零件的工藝難點

以前公司加工這類產品主要有三種方法：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一步實驗。

電火花加工，最小加工φ0.5孔，加工深度1.5?mm。

穿孔機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、水質、電極管、裝夾等因素影響。由于孔加工越深，越容易偏斜，會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。慢走絲常規采用φ0.2的電極絲加工，受穿絲孔質量影響，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，我們深入驗證上述三種方法，優化改善各個環節，以常見的φ0.35孔為例，驗證采取什么方法實現孔徑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 加工驗證

3.1 立加直接鉆削驗證

直徑φ0.35的鉆頭，其剛性差、強度低、排屑困難且穩定性差，因此鉆頭易折斷，雖然也積累了一些經驗，但由于所加工材料不同，因此切削參數大相徑庭。僅采用粗柄鉆與高動平衡刀柄，這兩個經驗可以完全繼承。切削參數的調整原則基本一致，一般通過適當提高切削轉速，降低進給量來降低切削扭矩，同時提高入鉆穩定性，降低鉆頭折斷的風險，通過實際驗證，理論依據如下：在低速切削范圍內，當切削速度（即主軸轉速）增加時，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％，對鉆削扭矩基本無影響；進給量增加一倍時，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，在調整加工參數時，應首選在適當范圍內提高機床主軸轉速和減小每轉進給量，因為提高切削速度和減小每轉進給量可以有效降低鉆削力和鉆削扭矩，雖然鉆削溫度會增加，但可以通過冷卻液來有效控制，另外，進給量越小，入鉆位置誤差越小。這是因為進給量越小，鉆頭在入鉆時的旋轉鉆入次數越多，對入鉆位置誤差的校正次數越多。同時，為了降低鉆頭的跳動量，我們通過反復裝夾調整，使鉆頭旋轉后的直徑與靜止時的直徑盡可能接近。

通過上述改進，并通過程序模板固化了加工參數，在磨具鋼材料上加工幾批驗證件，雖然順利實現了孔的加工，但經過測量，鉆頭直接加工的孔直徑公差都在0～0.01?mm范圍內，無法保證工件0.004?mm的公差要求，并且孔徑無法保證穩定輸出，孔內光潔度也無法保證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結果

3.2 電火花加工驗證

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，長度不得小于3.5?mm，對于銅電極的加工來說，長徑比大于1:10，加工位置度0.005?mm，是一個全新的挑戰。

首先要保證電極圓柱直徑的加工精度在0.01?mm公差內（包括彎曲變形量），且尺寸一致性在0.005?mm內，這樣才能方便電火花加工中調節放電量，進而保證加工孔徑精度；其次要保證圓柱位置度在0.005?mm內（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。

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

經過多次實驗，最終電極的圓柱直徑一致性控制在0.004?mm以內，公差控制在0.01?mm以內，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，由于電極細長桿、剛性差，無法準確進行找正，因此在電極上新增了找正基準臺，并保證了基準臺相對圓柱位置度在0.002?mm內。通過多次加工驗證，發現如果僅加工一個孔，精度可以滿足要求，但加工多個孔時，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。

經過驗證，采用電火花加工孔，存在電極磨損快（電極約細長，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 穿孔機預打孔、慢切割加工驗證

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。通過觀察發現，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結果

圖5 穿孔機預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，我們進行了多次實驗，經與設備生產商溝通，通過調整電壓和純水壓力，通過調節電源端子變更，使用33?V電壓代替了47?V電壓。調節內循環供壓水路，接入氣動增壓水泵，提升內循環的壓力，使孔內噴水更加強勁，增加排屑能力，同時調節壓力表壓力至7.5?MPa。

為降低找正偏差帶來的孔位置度問題，通過觀察，發現當電極管伸出較長時，會出現較大的偏擺，所以需要降低電極管的伸出長度，制定電極管伸出的標準長度，控制在1～1.1?mm之間。通過連續自動的分中找正，降低電極管的找正誤差，要求X、Y向需多次（三次以上）重復測量，最后兩次連續測量誤差值不超過0.03?mm，且實測值應接近零件實際尺寸+電極直徑。

在后續持續的實驗中，不斷優化微調設備的各項電參數，最終確定和合適的參數，并進行了固化。

再次進行φ0.15?mm電極管加工實驗，慢走絲加工孔徑至φ0.32時，孔口無破口。φ0.2?mm電極管加工實驗，慢走絲加工孔徑至φ0.33時，孔口無破口。因此在現有條件下能夠使用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，有明顯的成本優勢，因此應優先采用φ0.20電極管進行底孔加工。

3.3.2 最終結果

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，使用φ0.2?mm電極管打底孔，慢走絲保證最終尺寸公差；該方案質量、效率、經濟型均較好，可以滿足實際生產需求；

4 結論

通過對幾種加工方法的反復摸索，最終通過穿孔機預打孔、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，在以前成熟方法的基礎上做進一步深度挖掘，將產品做到更精、更好，通過對電極管參數的重新設定，實現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，才能保證產品質量，提升企業的競爭力。