模具特种加工方法讲解

• 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。
3．ISO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3－8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。
2.4 电火花线切割加工工艺
• 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
－1）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1/2～2/3。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。
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 φ 0.03～0.35mm。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Ra＜0.32μ m。
• 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。
1．图样分析
• （1）尖角处应注明圆弧半径
• 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
• a＝A±Kb
•
b. 电极高度尺寸的计算
• 电极总高度尺寸的确定如图3－ 19所示。
• h＝h1＋h2 • h1＝H1＋C1 H1＋C2 S－δ J
• 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Ra＝0.4μ m。 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。
• 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3－6
• 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。
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
2.3 电火花线切割数控程序编制
•1．3B格式程序的编制
•
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。
2．4B格式程序的编制
1.5 电火花加工在模具制造中的应用
1．凹模型孔加工 • 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。
• （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
• （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。
1.4 电火花成型加工机床
• （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。
1.2 电火花加工必须具备的条件
• （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0.01～ 0.2mm。
• （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10-7～10-4s。
• （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。
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
• • •
• 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
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。
模具特种加工方法
3.1 模具电火花成形加工
3.2 模具电火花线切割加工
3.3
模具电解磨削加工
3.4
模具电铸成形加工
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。
• （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3－2。
• （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。
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
3.2.2 电火花线切割加工机床
•1．快速走丝线切割机床
• 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（φ 0.08～ 0.2mm）或铜丝（φ 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8～10m/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Ra＝2.5～0.63μ m。
1.1 电火花加工的工作原理
• 电火花加工的原理图如图3－1所示。
• 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 0.01～0.2mm）。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。
1.3 电火花加工的特点
• （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。
• （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。
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。
• 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。
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
• 电火花线切割加工的原理图如图3－26所示。
• 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）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
•
L＝KH + H1 + H2 +（0.4～0.8）（n
• （4）电规准源自文库选择与转换
• 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。
2 模具电火花线切割加工