《模具特种加工方法》PPT课件

第3章 模具特种加工方法,3.1 模具电火花成形加工,电火花加工是在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲火花放电时的电腐蚀现象，对工件进行加工，从而达到图纸规定的形状、尺寸和表面粗糙度要求的一种工艺方法。,电火花加工的原理图如图31所示。,3.1.1 电火花加工的工作原理,工具电极4与工件1分别与脉冲电源2的两个输出端连接，并且都浸在工作液里，自动进给调节装置3使工具电极与工件之间保持一定的放电间隙（一般约为0.010.2mm）。脉冲电源不断发出脉冲电压加在工具电极与工件之间，当脉冲电压增大到间隙中工作液的击穿电压时，将会发生火花放电，放电区的高温把该处的电极和工件材料熔化，甚至汽化，在电极和工件表面都被蚀除一小块材料，形成小的凹坑。,（1）必须使工件电极和工具电极之间经常保持一定的间隙，一般为0.010.2mm。 （2）电火花放电必须是脉冲性和间歇性的，放电延续时间一般为10-710-4s。 （3）电火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。液体介质没有一定绝缘性能，就不能击穿放电，形成火花通道。,3.1.2 电火花加工必须具备的条件,（1）可以加工用一般机械加工方法难以加工或无法加工的材料。 （2）工具电极和工件在加工过程中不接触，不存在明显的机械作用力，工件不会受力变形，便于加工小孔、深孔、薄壁、窄缝以及各种型面和型腔零件。 （3）直接利用电能进行加工，便于实现加工过程的自动控制。,3.1.3 电火花加工的特点,（4）脉冲参数调节方便，在同一台机床上可以连续进行粗加工、半精加工和精加工。 （5）电极材料不必比工件材料硬，可以以柔克刚。 （6）只能对导电材料进行加工，且加工过程中有电极损耗，对加工精度有影响。,（1）主机 主机包括：主轴头、床身、立柱、工作台、工作液槽等。 （2）脉冲电源。 （3）自动进给调节系统。 （4）工作液净化及循环系统。,3.1.4 电火花成型加工机床,电火花加工在模具制造中，广泛应用于各种冲裁模的凹模型孔的加工。型孔越复杂，采用电火花加工的优越性越明显。对于型孔形状复杂的凹模，采用电火花加工可以不用镶拼结构，而采用整体结构。这样既简化了模具的结构，又提高了模具的寿命。,3.1.5 电火花加工在模具制造中的应用,1凹模型孔加工,（1）保证凸、凹模配合间隙的方法 1）直接配合法 2）混合法 3）修配凸模法 4）二次电极法,（2）电极设计 1）电极材料 常用电极材料包括：钢 、铸铁、石墨 、黄铜 、紫铜 、铜钨合金。 2）电极结构 a. 整体式电极 b. 组合式电极 c. 镶拼式电极,3）电极尺寸 电极尺寸包括长度尺寸和横截面尺寸。 a. 电极的长度尺寸 LKH + H1 + H2 +（0.40.8）（n1）KH b. 电极的横截面尺寸 当按照凹模型孔尺寸和公差确定电极的横截面尺寸时，则电极的轮廓应比型孔均匀地缩小一个放电间隙值。,c. 电极公差的确定 电极在长度方向的尺寸公差没有严格的要求。电极横截面的尺寸公差一般取凹模刃口相应尺寸公差的1/22/3。电极侧面的平行度误差在100mm长度上不大于0.01mm。电极工作表面的粗糙度不大于型孔的表面粗糙度。,（3）凹模模坯准备 凹模模坯准备是指电火花加工前的全部工序。常见的凹模模坯准备工序见表32。,（4）电极和工件的装夹与校正 1）电极的装夹与校正 整体式电极一般使用夹头将电极装夹在机床主轴的下端。镶拼式电极一般采用一块联接板将几个电极拼块联接成一个整体后，再装夹到机床主轴上并找正。组合式电极可在标准夹具上加定位块进行装夹，或用专用夹具进行装夹。,电极校正的目的是将电极牢固地装夹在主轴的电极夹具上，并使电极轴线与主轴进给轴线一致，保证电极与工作台面和工件垂直，电极横截面上的基准还应与机床工作台拖板的纵、横运动方向平行。常用的校正方法有精密角尺校正法和千分表校正法。,2）工件的装夹 电火花加工的工件装夹比较简单，一般可以直接将工件装夹在垫块或工作台上，然后通过工作台的坐标移动，使工件中心线和十字滑板移动方向一致，以便于工件和电极之间的校正，最后用压板压紧。 工件常见的定位方法有以下两种： a. 划线法 b. 量块角尺法,（5）电规准的选择与转换 电火花加工中所选用的一组电脉冲参数称为电规准。电规准应根据工件的加工要求、电极和工件的材料、加工的工艺指标等因素来选择。通常需要几个电规准才能完成一个凹模型孔加工的全过程。电规准分为粗、中、精三种。从一个电规准调整到另一个电规准称为电规准的转换。,2型腔加工,（1）型腔加工的工艺方法 1）单电极加工法 单电极加工法指用一个电极加工出所需型腔的方法。 2）多电极加工法 3）分解电极法,（2）电极设计 1）电极材料 型腔加工中常用的电极材料主要是石墨和紫铜。在特殊型腔加工中采用铜钨合金和银钨合金是较理想的材料。 2）电极结构 和电火花加工型孔一样，型腔加工所采用的电极也有三种结构形式。,3）电极尺寸的确定 电极设计时需要确定的电极尺寸如下： a. 电极横截面尺寸的计算 aAKb,b. 电极高度尺寸的计算 电极总高度尺寸的确定如图319所示。 hh1h2 h1H1C1 H1C2 SJ,4）排气孔和冲油孔 由于加工型腔时的排气、排屑条件比加工型孔时差，为了防止排气、排屑不畅而影响加工速度、加工稳定性和加工质量，设计电极时应在电极上设置适当的排气孔和冲油孔。一般情况下，冲油孔要设计在难于排屑的拐角、窄缝等处。排气孔要设计在蚀除面积较大的位置。,（3）电极和工件的装夹与校正 1）电极的装夹与校正 型腔模电极的装夹方法与型孔电火花加工的电极装夹基本相同。电极装夹后常用的校正方法有三种。 a.固定板基面校正法 b.电极侧面校正法 c.电极端面火花放电校正法。,2）电极和工件的定位 型腔模电极和工件装夹校正后，必须相互定位，以保证型腔在模具上的位置精度。常用的定位方法如下： a. 量块角尺定位法 b. 十字线定位法 c. 定位板定位法,（4）电规准的选择与转换 型腔模电火花加工中所选用的电规准也分为粗、中、精三种。 开始加工时，先选用粗规准参数进行加工，当型腔轮廓接近加工深度（约留有1mm的余量）时，减小电规准，依次转换为中规准、精规准各档参数加工，直至达到所需的尺寸精度和表面粗糙度。,3.2 模具电火花线切割加工,电火花线切割加工的工作原理与电火花加工基本相同，都是利用电火花放电使金属熔化或气化。但是电火花线切割加工与电火花加工相比有一些突出的优点，在应用范围上也有所不同。,电火花线切割加工的原理图如图326所示。,3.2.1 电火花线切割加工的工作原理、特点和应用,1电火花线切割加工的工作原理,电火花线切割加工利用细钼丝或细铜丝5作工具电极，穿过工件3上预先钻好的小孔（穿丝孔），由导向轮6由贮丝筒9带动，相对工件作上下往复运动。加工能源由脉冲电源4供给，工件接脉冲电源的正极，电极丝接负极。脉冲电压将电极丝和工件之间的间隙（放电间隙）击穿，产生瞬时火花放电，将工件放电区局部熔化或气化，从而实现切割加工。,2电火花线切割加工的特点,（1）不需要制作成型的工具电极，可节约电极设计、制造费用，缩短生产周期。 （2）由于电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和形状复杂的工件。 （3）加工过程中，电极损耗极小，有利于加工精度的提高。 （4）自动化程度高，操作方便，加工周期短，成本低。 （5）不能加工盲孔类或阶梯类成形表面。,3电火花线切割加工的应用,（1）加工模具零件 适用于加工淬火钢、硬质合金模具零件、各种形状的细小零件、窄缝等。 （2）加工电火花成型加工用的电极 适用于加工一般电火花加工型孔时用的电极，以及加工带锥度型腔时用的电极。 （3）加工零件 适用于加工品种多、数量少的零件，特殊难加工材料的零件等。,快速走丝线切割机床是我国生产和使用的主要机种。它采用钼丝（0.080.2mm）或铜丝（0.3mm左右）作电极。电极丝在贮丝筒的带动下通过加工缝隙作往复循环运动，一直使用到断线为止。走丝速度约为810m/s，加工精度较低，目前能达到的加工精度为0.01mm，表面粗糙度为Ra2.50.63m。,3.2.2 电火花线切割加工机床,1快速走丝线切割机床,2慢速走丝线切割机床,慢速走丝线切割机床是国外生产和使用的主要机种。它采用紫铜、黄铜、钨、钼等作为电极丝，直径约为0.030.35mm。一般走丝速度低于0.2m/s。电极丝单方向通过加工缝隙，不重复使用，可避免电极丝损耗对工件加工精度的影响。慢速走丝电火花线切割机床的加工精度可达到0.001mm，表面粗糙度可达到Ra0.32m。,3B程序格式为：B X B Y B J G Z 其中：B为分隔符号；X、Y为坐标的绝对值； J为计数长度；G为计数方向；Z为加工指令。 我国常用数控线切割机床的程序为3B格式程序，多用于快速走丝线切割机床。,3.2.3 电火花线切割数控程序编制,13B格式程序的编制,24B格式程序的编制,3B格式的数控系统由于没有间隙补偿功能，必须按照电极丝中心轨迹编程，当零件复杂时，编程工作量较大。4B格式在3B格式的基础上发展起来的，这种格式按工件轮廓编制，数控系统使电极丝相对于工件轮廓自动实现间隙补偿，在程序格式中增加一个R和D或DD（圆弧的凸、凹性）。 4B程序格式见表36,3ISO代码程序的编制,ISO代码为国际标准编程代码，它采用可变程序段格式，比3B、4B格式简单、灵活。为了便于国际交流，采用ISO代码进行数控编程是电加工编程的必然趋势。 表38所示为我国快速走丝数控电火花线切割机床常用的ISO指令代码，与国际上使用的标准基本一致。,电火花线切割加工，一般是作为工件加工中的最后工序，在设备一定的情况下，合理地选择工艺方法和工艺路线，是达到加工零件的精度和表面粗糙度要求的重要保证。 电火花线切割加工过程可分为六个步骤：图样分析、毛坯准备、工艺准备、工件装夹和调整、程序编制、加工及检验。,3.2.4 电火花线切割加工工艺,1图样分析,（1）尖角处应注明圆弧半径 线切割加工工件凹角时，由于电极丝有一定的半径和放电间隙，所以不能得到“清角”，即得到的是一个过渡圆弧。 （2）加工精度和表面粗糙度应合理 采用电火花线切割加工，合理的加工精度为IT6，表面粗糙度Ra0.4m。若超出此范围，既不经济，在技术上也难以达到。,2毛坯准备,电火花线切割加工所用的毛坯一般是经过下料锻造退火机械粗加工淬火与回火磨削加工等工序后获得。应合理确定切割起点和加工路线，否则会大大降低加工精度。同时毛坯也应尽量选择锻造性能好、淬透性好、热处理变形小的材料制作，如CrWMn、Cr12MoV、G Cr15等，并制定严格的热处理规范。,3工艺准备,（1）检查机床走丝架的导轮、保持器和拖板丝杆副的间隙，不符合要求的应及时调整更换，以免影响加工精度。 （2）选择脉冲参数 （3）选配工作液 （4）选择电极丝 （5）开机试运行，观察走丝是否正常。,4零件装夹和调整,（1）零件的装夹 电火花线切割机床一般在工作台上配备安装夹具，常用的装夹方式有以下几种： 1）悬臂式装夹 2）简支式装夹 3）桥式支撑方式装夹 4）板式支撑方式装夹,（2）零件的调整 1）用百分表找正 2）划线法找正 （3）调整电极丝起始位置 1）目测法 2）火花法 3）电阻法,3.3 模具电解磨削加工,电解磨削又称电化学磨削，英文简称ECG，是将金属的电化学阳极溶解作用和机械磨削作用相结合的一种复合磨削工艺。,1电解磨削原理,电解磨削加工的原理图如图346所示。,与一般磨削加工相比，电解磨削具有如下特点。 加工范围广，加工效率高。 磨削后的表面质量好。 砂轮损耗小。 与普通磨削相比，电解磨削也存在不足。,电解磨削机床由机床主体、电解电源和电解液循环过滤系统等组成。,2电解磨削机床,3导电磨轮,导电磨轮的作用是在电解磨削中作为阴极，用来与工件保持一定的电解间隙，同时刮除工件表面的阳极钝化膜。 对导电磨轮的要求应具有良好的导电性和足够的机械强度，同时要求导电磨轮易于成形和修整，使用寿命长，价格低廉。,（1）电解平面磨削。 （2）电解内、外圆磨削。 （3）电解成形磨削。,4电解磨削的应用,3.4 模具电铸成形加工,电铸成型原理如图3-52所示。在直流电源3的作用下，阳极上的表面金属发生阳极溶解反应而变为正离子进入电铸液，而电铸液中的金属离子在阴极沉积覆盖在母模上。,1电铸成形原理,3.4.1 电铸成形原理和特点,电铸磨削加工的原理图如图352所示。, 复制精度高。 电铸件有良好的使用性能。 电铸设备简单，容易操作。 电铸效率低。 电铸层结构性差。,2电铸成形特点, 电铸槽。电铸槽有内热式和外热式。 直流电源。电铸采用低电压、大电流的直流电源，常用硅整流或晶闸管直流电源。 搅拌系统。搅拌的方法有循环过滤法、超声振动法和机械搅拌法等。 恒温控制装置。加热时可用电炉、加热管，冷却时可用冷水管或冷动机，加热和冷却一般通过温度传感器来控制。,3.4.2 电铸设备,1. 母模设计 2电铸前的预处理 3电沉积 4脱模与加固,3.4.3 电铸成形工艺过程,