模具零件电加工

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,安徽机电职业技术学院,模 具 制 造 技 术,安徽机电职业技术学院,第三章 模具零件电加工,直接利用电能、光能、化学能、电化学能、声能等进行加工。可以加工高强度、高硬度、高韧性、高脆性、耐高温等材料。,应用：电火花成型加工、数控线切割加工、电解加工、电铸加工、超声加工和化学加工,本章要点,电加工原理,型孔电加工,型腔电加工,线切割加工,电化学加工,1、了解特种加工及其特点和应用范围；,2、理解电火花加工原理、特点和应用范围；掌握电极的设计与制造，电规准的选择；,3、掌握型孔加工和型腔加工技术；,4、了解线切割加工原理、特点和数字控制原理；,5、理解线切割加工和电火花成形加工的异同点；掌握线切割加工程序（3B、ISO代码）的编制；,6、掌握典型零件的线切割加工工艺。,本章知识要点,一、加工原理,1、原理：在一定的介质中，通过工具电极和工件之间的脉冲放电产生电腐蚀作用，对工件进行加工的一种方法。,1) 电极：铜 、钢、石墨,2) 加工介质：煤油、,煤油和机油、水基工作液,3) 脉冲电源,机床,第一节 电火花加工,2、加工条件：,1）必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距离以形成放电间隙。,2）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行。,3,）,脉冲波形基本是单向的。,4）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属溶化或气化,脉冲电流波形,3、,加工过程,1、电离:电场强度大,液体介质电子、离子,2、放电： 电子阴 离子 阳,介质绝缘形成电通道,3、热膨胀：电子、离子碰撞， 阴、阳极碰撞,1000012000 工件表面熔化、汽化,介质汽化、分离碳黑,4、抛处金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形,成凹坑。,5、消电离： 带电粒子转变成中性粒子，介质,恢复成绝缘状态。为下一次准备,4、极性效应,正、负极腐蚀速度不同的现象,1、正极性接法：工件接正极，电极接负极,电子质量小，在电场力作用下较短时间轰击阳极,表面；离子质量大，未达到阴极表面，脉冲就结,束了。,短脉冲300微秒，表面质量低，效率高,；,用于粗 加工。,5电火花加工的特点,1） 便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料。,2） 电极和工件在加工过程中不接触，便于加工小孔、深孔、窄缝零件。,3） 电极材料不必比工件材料硬。,4） 直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程的自动控制。,5) 广泛应用于,凹模型孔、型腔,加工,二、影响电火花加工质量及加工效率的主要因素,1、影响电火花加工精度,（1）电极损耗对加工精度的影响,1）型腔加工；用电极的体积损耗率,来衡量。,2）穿孔加工：用长度损耗率来衡量。,（2）放电间隙对加工精度的影响,(3)加工斜度对加工精度的影响,在加工过程中随着加工深度的增加，二次放电次数增多，侧面间隙逐渐增大，使加工孔入口处的间隙大于出口处的间隙，出现加工斜度，使加工表面产生形状误差，,2影响表面质量的工艺因素,（1）表面粗糙度,（2）表面变化层 经电火花加工后的表面将产生包括凝固层和热影响层的表面变化层，,未淬火,T10,钢经电火花加工后的表面显微硬度,已淬火,T10,钢经电火花加工后的表面显微硬度,1） 凝固层,是工件表层材料在脉冲放电的瞬间高温作用下熔化后未能抛出，在脉冲放电结束后迅速冷却、凝固而保留下来的金属层。,2）热影响层 位于凝固层和工件基体材料之间，该层金属受到放电点传来的高温影响，使材料的金相组织发生了变化。,3.影响电火花加工效率的主要因素,三、凹模型孔加工,（一）、加工方法,1、直接加工法,凸模作电极间隙为模具Z,Z 尺寸小电极需电镀,Z 尺寸大 电极需腐蚀,如：,电机定子、转子硅钢片冲模,工艺简单，电加工性差,2、混合法,将凸模的加长部分选用与凸模不同的材料，与凸模一起加工，以粘接或钎焊部分作穿孔电极的工作部分。,3、修配凸模法,凸模和工具电极分别制造，在凸模上留一定的修配余量，按电火花加工好的凹模型孔修配凸模，达到所要求的凸、凹模的配合间隙。,4、二次电极法,利用一次电极制造出二次电极，再分别用一次和二次电极加工出凹模和凸模，并保证凸、凹模配合间隙。,硬质合金，无成型磨情况下,（二）、电极设计,1、结构:,2、尺寸：1),横截面尺寸,以凹模为基准 A,B均为凹模尺寸 a=A-2,b=B+2,c不变,整体式,组合式,镶拼式,以凸模为基准,Z=2 电极与凸模尺寸相同,Z2电极比凸模尺寸均匀扩大 电镀电极,电极缩小或放大的数值可按下式计算,2)长度尺寸,L=Kt+h+l+(0.40.8）(n-1)Kt,k-电极材料、型孔复杂系数。,紫铜2 2.5,石墨1.72,钢3 3.5,n-电极的使用次数,3)公差 1/21/3凹模刃口公差、尺寸精度不低于IT7级精度、表面粗糙度应在以上 Ra0.631.25 m,4、电极材料,损耗小、加工稳定性好,铜：稳定性好、损耗大,钢：稳定性差、损耗中,石墨：稳定性好、损耗小,5、电规准的选择,电规准即是一组电加工参数 如:ti t,0,I U,粗规准Ra12.5 m ti=120300 s,中规准 Ra1.60.8 m ti=90120 s,精规准Ra0.630.32 m ti=45 s 正极性加工,电规准在转换时，同时要调节油压，逐渐增大,负极性加工,6、凹模型孔电火花加工实例,所示为冲裁电机定子片的凸凹模，凹模型孔有24个槽，冲件厚度为0.5mm，配合间隙为0.030.07mm（双边），模具材料为 。,1）.电极(凸模)的制造加工工艺,锻造退火粗、精刨淬火与回火成形磨削。,或：锻造退火刨(或铣) 淬火与回火磨上、下平面线切割加工。凸模长度应加长一段。作为电火花加工的电极，长度值根据凹模刃口高度而定,。,2）.凸凹模加工工艺,锻造退火粗车、精车(上、下面) 样板划线加工螺钉孔、粗加工各槽孔淬火与回火磨平面退磁用组合后的凸模作电极，电火花加工槽孔。,四、凹模型腔电火花加工,盲孔加工，排屑难，加工面积大，电规准调节范围大,（一）凹模型腔电火花加工方法,（1）,单电极加工法,；指用一个电极加工出所需型腔,1）用于加工形状简单、精度要求不高的型腔。,2）用于加工经过预加工的型腔。,3）用平动法加工型腔。用一个电极完成型腔的粗、中、精加工,电极作平面圆周运动的回转半径，缺点是难以获得高精度的型腔，难以清棱、清角此外，电极在粗加工中容易引起不平的表面龟裂，,2.多电极更换法,采用多个电极,依次更换加工同一个型腔的方法，采用不同的电规准，一般用两个电极进 行粗、精加工,仿形精度高，尤其适用于尖角、窄缝多的型腔加工。要求多个电极的一致性好，制造精度高，装夹精度高，一般只用于精密型腔的加工。,3.分解电极法,分解电极法是单电极平动法和多电极更换法的综合应用,(二)电极设计,1.电极结构设计,2.电极尺寸的确定：,（1）电极水平截面尺寸的确定,确定方法与型孔加工相同,采用电极平动加工时，其计算公式为,a电极水平方向尺寸,A 型腔的基本尺寸,K 与型腔尺寸标注有关的系数,b电极单边缩放量,e 平动量,Hmax 粗规准加工时表面微观不平度最大值,Hmin精规准加工时表面微观不平度最大值式中,“”放大-“+”号；反之用“-”号。,当型腔尺寸以两加工表面为尺寸界线标注时，若蚀除方向相反，取K=2；蚀除方向相同，取K=0；当型腔尺寸以中心线或非加工面为基准标注时，取K=1；凡与型腔中心线之间的位置尺寸以及角度尺寸相对应的电极尺寸不缩不放，取K=0。,2）电极垂直方向尺寸：,电极在平行于主轴方向上的尺寸,（3）排气孔和冲油孔,1）冲油孔设计在难以排削、窄缝等处,2）排气孔设计在蚀除面积较大的位置,（三）电规准的选择与转换,1.电规准的选择,实现低损耗、高生产率加工。,（1）粗规准 选用宽脉冲（ ），大峰值电流，用负极性。用石墨电极电流密度为 ，纯铜电极加工钢材的电流密度可稍大一些。,（2）中规准 为精加工作准备；电极损耗尽可能小，选用脉冲宽度 ，电流密度也比粗加工小一些。,（3）精规准 余量 |X|,时，取G,Y,；,|Y| |X|,时，取Gx；,|Y|=|X|,时，取Gx或G,Y,，有些机床对此专门规定。,根据终点坐标的绝对值，哪个方向数值,小,，就取该方向为计数方向。 与直线相反。即：,|Y|X|,时，取Gx；,|Y|=|X|,时，取Gx或G,Y,，有些机床对此专门规定。,直线,圆弧,4计数长度J,根据计数方向，选取直线或圆弧在该方向上的投影总和（绝对值），单位,m,线AB： 取 G,Y,弧CD： 取,G,Y,J=3000,m,5加工指令Z,根据被加工图形的形状，所在象限和走向等确定。控制台根据这些指令，进行偏差计算，控制进给方向,看走向，看起点象限,直线,圆弧,B2000 B3000 B3000 Gy L2,B2 B3 B3000 Gy L2,B13500B0B13500GxL,3,，或BBB13500GxL,3,B3000 B4000 B17000 Gy SR3,例题：弧AB,由终点坐标,B,（,2,，,-9,）,判断，,|Y|X|,，,计数方向取,Gx,；,2,）,圆弧半径：,计数长度：,加工指令,Z,取,SR3,4),程序,B9000 B2000 B25880,Gx,SR3,?,弧,BA,（二）间隙补偿,电极,丝 中心轨迹,凸模,凹模,间隙补偿量,：,R=电极丝半径r+放电间隙,（1）切割凹模或样板零件,R=r+,（2）切割凸模时,（3）切割固定板时：,（4）切割卸料板时,R=r+Z/2,R=r+Z/2+ g,R=r+- S,放电间隙,约0.01mm,在3B格式程序中，无间隙补偿，编程时需要考虑间隙补偿量，但目前的线切割机床广泛采用自动补偿功能的数控装置,（三）编程步骤,在编程前应了解数控线切割机床的规格及主要技术参数，数控装置的功能及适应程序代码格式。,1正确选择穿丝孔和电极丝切入位置,穿丝孔是电极丝加工的起点，也是程序的原点，O点为穿丝孔。一般选工件的基准点附近。,穿丝孔到工件之间有一条引入线段，称为,引入程序段,。在手工编程时，应减去一个间隙补偿量R ，从而保证图形位置的准确性。如OA段,3确定加工路线,根据工件的装夹情况，建立坐标系。正确的加工路,线能减小工件的变形，保证加工精度。,4求各线段的各交点坐标值,将图形分割成若干条单一的直线或圆弧，按图纸尺寸,（平均尺寸）求出各线段的交点坐标值。,5编制程序,6程序检验 空运行，即将程序输入数控装置后空走，,检查机床的回零误差。,2计算间隙补偿量R 。,（四）编程实例,编程的方法主要有,手工编程和自动编程,手工编程，间隙补偿量R加在程序段中进行计算。,自动编程，加工前将间隙补偿量输入机床的数控装置。编程时，按图纸的名义尺寸编制程序，补偿量不计算在程序段尺寸中，图形上所有非光滑连接处应加过渡圆弧修饰，使图形中不出现尖角。过渡圆弧的半径必须大于间隙补偿量RR 。这样，在加工时数控装置自动将图形圆弧处增大或减小一个的距离，实行补偿，而直线段保持不变。,编制如图所示凸凹模（图中尺寸为计算后的平均尺寸）的数控线切割程序。电极丝为的钼丝,0.18mm,，单边放电间隙为0.01mm。,建立坐标系，确定穿丝孔位置,切割凸凹模时，加工顺序应先内后外，选取,20,圆的圆心，其中穿丝孔位置分别是O点和B点。,确定自动补偿量,R=0.18/2+0.01=0.10mm,计算交点坐标,应将图形分成单一的直线或圆弧,求F点的坐标值：因F点是直线,FE,与圆的切点，故其坐标值通过如图,其余交点坐标可直接由图形尺寸得到,编写程序,直线段OA和BC段为引导程序段，需减去补偿量0.10mm。其余线段和圆弧不需考虑间隙补偿。切割时，由数控装置根据补偿特征，自动进行补偿，但在D点和E点需加过渡圆弧，取R=0.15mm。,加工顺序为：先切割内孔，空走到外形B处，再按顺序切割，,B C D E F C A,B B B9900 Gx L1,穿丝切割，OA段,B10000 B B40000 Gy NR1,内孔加工,B B B9900 Gx L3,AO段,D,拆丝,B B B30000 Gy L4,空走,D,装丝,B B B4900 Gy L2,BC段,B59850 B0 B59850 Gx L1,CD段,B0 B150 B150 GY NR4,D点过渡,B0 B29745 B29745 GY L2,DE 段,B150 B0 B150 Gx NR1,E点过渡圆弧,B51445 B18491 B51445 Gx L2,EF段,B84561 B23526 B58456 Gx NR1,FC段,DD,结束,四、4B格式程序编制,程序格式,有间隙补偿程序格式,1R为圆弧半径,若加工图形中出现尖角时，取半径R大于间隙补偿量的圆弧过渡。,2D或DD,凸圆弧用D表示，凹圆弧用DD表示。,五、ISO代码数控程序编制,ISO代码进行数控编程是电加工控制发展的必然趋势。目前，部分厂家采用3B、4B和ISO并存的方式作为过渡。,（一）程序段格式和程序格式,P10,N01G92XOYO,N02G01X5000Y5000,N03G01X2500Y5000,N04G01X2500Y2500,N05G01XOYO,N06M02,程序名 字母和数字,程序主体 由若干个程序段组成,程序结束指令,程序段格式,N02G01X5000Y5000,尺寸字 电极丝运动坐标位置，X、Y、U、V、A、I、J等，,后续数字为整数，单位,m,正、负号。,加工指令,G其后续有两位正整数， 如G00G99。,顺序号字,程序段的序号，N后续数字24位。如N03、N0010,。,（二）ISO代码及其编程,常用ISO指令代码,1G00 为快速定位指令,在线切割不加工情况下，使指定的某轴以最快速度移动到指令位置,书写格式：G00 X_ Y_,例 如：G00 X60000 Y80000,注意：如果程序中指定了G01、G02指令，则G00无效,2G01 直线插补指令,在各个坐标平面内加工任意斜率直线轮廓和用直线逼近曲线轮廓。,书写格式：G01 X_ Y_,例 如：G92 X20000 Y20000,G01 X80000 Y60000,加工锥度的线切割机床具有X、Y、U、V工作台，则程序段格式为：,G01 X_ Y_ U_ V_,3G02、G03 圆弧插补指令,书写格式：G02 X_ Y_ I_ J_,G03 X_ Y_ I_ J_,注：G02顺时针插补圆弧,，,G03逆时插补,X、Y表示圆弧终点坐标,I、J圆心坐标，是圆心相对圆弧起点的,增量值，I是X方向坐标，J是Y方向坐标。,G02 X30000 Y30000 I20000 JO AB弧,G03 X45000 Y15000 I15000 JO BC弧,4G90、G91、G92 坐标指令,G90绝对坐标指令。即移动指令终点坐标值X、Y都是以工件坐标系原点（程序的零点）为基准来计算的。,书写格式：G90 （单列一段）,终点 ：80，60,G91增量坐标指令。,即坐标值均以前一个坐标位置作为起点来计算下一点位置值。3B、4B格式均按此方法计算坐标点。,书写格式：G91（单列一段）,终点 ：60，40,G92绝对坐标指令,书写格式：G92 X_Y_,表示电极丝当前的位置在编辑坐标系中的坐标值，即加工程序的起点。,G92 X10000 Y10000,例题,G90编程,P0010 （程序名）,N01 G92 X0 Y0（确定加工程序起点）,N02 G01 X10000 Y0 N03G01 X10000 Y20000 N04G02 X40000 Y20000,I15000 J0,N05G01 X30000 Y0 N06G01 X0 Y0 N07 M02,G91编程,P0011 （程序名）,N01 G92 X0 Y0,N02 G91 （后面为坐标增量编程）,N03 G01X10000 Y0,N04 G01X0 Y20000,N05 G02X30000 Y0 I15000 J0,N06 G01X-10000 Y-20000,N07 G01X-30000 Y0,N08 M02,5G05、G06、G07、G08、G10、G11、,G12为镜像及交换指令,G05X轴镜像，X=-X,G06Y轴镜像，Y=-Y,G12消除镜像。每进行镜像程序时，结束都需加该指令,6G40、G41、G42为间隙补偿指令,G41左偏补偿指令格式：G41 D_,G42右偏补偿指令格式：G42 D_,D表示间隙补偿量，计算方法与前面方法相同。左偏、右偏是沿加工方向看,7G50、G51、G52 锥度加工指令,G51锥度左偏指令，,书写格式：G51 A_,G51 A0.5,沿走丝方向看,电极丝向左偏离。顺时针加工，锥度左偏加工的工件为,上大下小,；逆时针加工，左偏时工件,上小下大,。,驱动上导,轮,部位U,、,V工作台,，,使上导轮相对于X,、,Y工作台平移，获得所要求的锥角。可以解决凹模的漏料问题。,G52锥度右偏指令，用此指令顺时针加工，工件为上小下大；逆时针加工，工件为上大下小。,书写格式：G52 A_,G50取消锥度指令。,书写格式：G50,加工前还需输入工件及工作台参数：,W下导轮中心到工作台面的距离,H工件厚度,S工作台面到上导轮中心距离,（三）编程实例,编制如图所示落料凹模加工程序，电极丝直径,0.18mm,，单边放电间隙为0.01mm为。（凹模尺寸为计算后平均尺寸）。,N01 G92 X0 Y0,N02 G41 D100（应放于切入线之前）,N03 G01 X0 Y-25000,N04 G01 X60000 Y-25000,N05 G01 X60000 Y5000,N06 G01 X8456 Y23526,N08 G40 （放于退出线之前）,N09 G01 X0Y0,N10 M02,步骤（略）,N07 G03 X0Y-25000 I-8456 J-23526,自动编程,六、线切割加工工艺,1坯料的准备,下料锻造退火刨平面磨平面划线铣漏料孔孔加工淬火磨平面线切割,穿丝孔应在淬火前加工好,2工艺参数的选择,（1）脉冲参数的选择:,加工电流I,选择 选择合适加工电流过大或过小，会使加工速度慢，加工状态不稳定。投入功放管数量n愈多，加工电流会增大。厚的工件，选择较大加工电流,脉宽ti选择,脉宽大小对表面粗糙度产生影响。脉宽愈大，单个脉冲能量大，切割效率高,ti(,s,),5,10,20,40,Ra(,m,),2,2.5,3.2,4.0,脉冲间隔t0/ti,比选择 工件厚度大，切割加工排屑时间长，脉冲间隔时间长，,（2）电极丝的选择,电极丝应具有良好的抗电蚀性，抗拉强度，材值均匀。常用电极丝有钼丝、钨丝、铜丝等。钨丝用于窄缝精加工，价格昂贵；铜丝适于慢走丝加工，加工表面精度高，蚀屑附着少；钼丝常用于快走丝加工，直径约在0.080.22mm范围内，抗拉强度高，应用广泛。,（,3）工作液的选择,工作液对切割速度，表面质量，加工精度影响很大。常用工作液有去离子水和乳化液,3工件的装夹与调整,（1）工件装夹,（2）工件的调整,百分表找正,划线找正,（4）,电极丝位置的调整,目测法,火花法,自动找正中心,第三节 电化学及化学加工,一、电铸加工,电铸是利用金属的电解沉积，翻制金属复制品的加工方法。,1,电铸加工的原理和特点,（,1,）,原理,电铸材料,电铸层,原模,含电铸材料的金属盐溶液,（2）特点,1）能准确地复制形状复杂的成形表面，制件表面粗,糙度小，用同一原模能生产多个电铸件。,2）设备简单、操作容易。,3）电铸速度慢；电铸件的尖角和凹槽部位不易获得,均匀的铸层；尺寸大而薄的铸件容易变形。,4) 适用塑料压模及注射模，不宜受冲击载荷,2电铸法制模的工艺过程,原模设计与制造原模表面处理电铸至规定厚度衬套处理脱模清洗干燥成品,（1）原模设计与制造,原模的尺寸应与型腔一致，沿型腔深度方向应加长58mm，以备电铸后切除端面的粗糙度部分，原模电铸表面应有脱模斜度，并进行抛光，使表面粗糙度达Ra0.160.08。,材料：不锈钢、铝、有机玻璃、塑料、石膏,（2）电铸金属及电铸溶液,常用的电铸金属有铜、镍和铁三种，相应的电铸溶液为含有所选用电铸金属离子的硫酸盐、氨基磺酸盐和氧化物等的水溶液。,（3）衬背和脱模,有些电铸件电铸成形之后，需要用其它材料在其背面加工（称为衬背），以防止变形，然后再对电铸件进行脱模和机械加工。,二、电解加工,1电解加工的基本原理和特点,（1）基本原理,是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理，将工件加工成形的一种工艺方法。,（2）特点,1）可加工高硬度、高强度、高韧性等难切削的金属，适用范围广。,2）加工生产率高。,3）加工中工具和工件间无切削力存在，适用于加工易变形的零件。,4）加工后的表面无残余应力和毛刺，粗糙度可达Ra1.250.2，平均加工精度可达0.1mm左右。,5）加工过程中工具损耗极小，可长期使用。,2型腔电解加工工艺,（1）电解液的选择 中性、酸性和碱性溶液NaCl,（2）工具电极设计与制造,1）电极材料：黄铜、紫铜和不锈钢,2）电极尺寸确定：一般是先根据被加工型腔尺寸和加工间隙确定电极尺寸，再通过工艺试验对电极尺寸、形状加以修正，以保证电解加工的精度。,3）电极制造,机械加工、仿行铣、数控铣和反拷贝制作。,3混气电解加工,是将具有一定压力的气体与电解液混合后，再送入加工区进行电解加工,压力高，气体体积小，电阻率低，电解作用强。具有电阻特性，能较高的成型精度。,习题,请用3B、ISO代码编制下图程序，钼丝,0.18mm,，单边放电间隙为0.01mm。起点为O点，逆时针方向。,自动编程（CAXA）,菜单条,下拉菜单,工具栏,立即菜单,工具点菜单,状态栏,空格键,编辑图形,1、轨迹操作 二轴轨迹生成 参数表选择,2、轨迹仿真,3、生成代码,慢走丝线切割技术,加工精度可达到1.5m， 加工表面粗糙度Ra0.10.2m。,代码,功能,代码,功能,G00,快速定位,G55,加工坐标系2,G01,直线插补,G56,加工坐标系3,G02,顺圆插补,G57,加工坐标系4,G03,逆圆插补,G58,加工坐标系5,G05,X轴镜像,G59,加工坐标系6,G06,Y轴镜像,G80,接触感知,G07,X、Y轴交换,G82,半程移动,G08,X轴镜像，Y轴镜像,G84,微弱放电找正,G09,X轴镜像，X、Y轴交换,G90,绝对坐标,G10,Y轴镜像，X、Y轴交换,G91,增量坐标,G11,Y轴镜像，X轴镜像，X、Y轴交换,G92,定起点,G12,消除镜像,M00,程序暂停,G40,取消间隙补偿,M02,程序结束,G41,左偏间隙补偿 D偏移量,M05,接触感知解除,G42,右偏间隙补偿 D偏移量,M96,主程序调用文件程序,G50,消除锥度,M97,主程序调用文件结束,G51,锥度左偏 A角度值,W,下导轮到工作台面高度,G52,锥度右偏 A角度值,H,工作厚度,G54,加工坐标系1,S,工作台面到上导轮高度,