电火花加工在轮胎模具中的应用

电火花加工在轮胎模具中的应用

作者：李金花朱建平高艳云

来源：《中国新技术新产品》2009年第23期

摘要:随着各个制造领域的发展,模具的应用及直接制造的精密零件越来越多,电加工作为一个较特殊的工艺手段已在加工模具和精密零件的制造中起着非常关键和重要的作用。本文主要是对电火花加工在轮胎模具制造中的应用前景,由电火花的原理、特点引出电火花为何适应于轮胎模具加工制造进行了阐述。

关键词:电火花加工;电极;轮胎模具;花纹块

轮胎的胎面形状复杂,形式多样,轮胎花纹的主要作用就是增加胎面与路面间的磨擦力,以防止车轮打滑。轮胎模具是轮胎硫化的工具,模腔的尺寸直接决定了轮胎产品的外形尺寸、花纹形状和表面质量,其结构形式可分为两半模和活络模等,制造方法有传统手工刻花、贴花、数控切削和电火花加工等。

1电火花加工在轮胎模具制造中的应用前景

现在还有很多轮胎模具生产厂家应用三轴数控技术加工轮胎模具, 但其应用受到很大的限制,存在很大的误差。特别是对轮胎模具复杂曲面的加工中, 为保证加工质量和效率, 除需要X、Y、Z 三个直线坐标轴联动外, 还需要同时控制两个旋转坐标A和B中的一个或两个, 使铣刀轴线围绕直线坐标轴摆动, 形成四轴或五轴联动。但市场上现有的五轴坐标机床不仅价格昂贵, 而且在应用时,对技术工人的水平有较高的要求,机床在很大程度上发挥不了其应有的优势和作用,有时还难以满足轮胎模具加工的特殊要求。

根据现在的加工情况来看,数控铣削方法由于存在投资大等缺点,选择用电火花加工方法来加工轮胎模具是可行的,而且也是轮胎模具制造的一个方向,电火花加工在轮胎模具制造行业的应用也是大有可为的。

2电火花加工的原理

电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法,又称放电加工或电蚀加工,英文简称EDM。

1943年,苏联学者拉扎连科夫妇研究发明电火花加工,之后随着脉冲电源和控制系统的改进,而迅速发展起来。

进行电火花加工时,工具电极和工件分别接脉冲电源的两极,并浸入工作液中,或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给,当两电极间的间隙达到一定距离时,两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿,产生火花放电。

在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能,温度可高达一万摄氏度以上,压力也有急剧变化,从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化,并爆炸式地飞溅到工作液中,迅速冷凝,形成固体的金属微粒,被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹,放电短暂停歇,两电极间工作液恢复绝缘状态。

紧接着,下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿,产生火花放电,重复上述过程。这样,虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少,但因每秒有成千上万次脉冲放电作用,就能蚀除较多的金属,具有一定的生产率。

在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下,一边蚀除工件金属,一边使工具电极不断地向工件进给,最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此,只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式,就能加工出各种复杂的型面。

从加工原理来看,电火花加工是将电极形状复制到工件上的一种工艺方法,因此电火花加工必须先用数控加工等方法加工出与产品形状相似的电极,工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料,如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中,工具电极虽有损耗,但小于工件金属的蚀除量,甚至接近于无损耗。

3 电火花加工的特点

电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件,不受材料硬度影响,不受热处理状况影响;加工时无切削力;不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷;脉冲放电持续时间极短,放电时产生的热量传导扩散范围小,材料受热影响范围小;工具电极材料无须比工件材料硬,工具电极制造容易;直接使用电能加工,便于实现自动化。

加工后表面产生变质层,在某些应用中须进一步去除;工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。

4电火花加工适用于轮胎模具

模具花纹块内部有很多尖角,现在棱边铣削又达不到其技术要求,EDM加工仍是有很重要的地位的工艺;

轮胎模具花纹块形状复杂,铣削时,有些情况下,铣刀难于够到其复杂表面,应用EDM加工的意义就更加突出;

花纹块的花纹具有一定的深度,而在长径比(刀具长度/直径)特别高的地方,更明确的要避免应用铣削,以防断刀影响生产,而应用EDM就少了这些顾虑;

EDM较容易实现自动化,它比铣削更可预计,在利用机械手装载电极和工件的过程中,含有电极制造的一个完整EDM过程能整日整夜地有效运转,而几乎不用人员看护;

加工电极的编程时间比铣削金属结构的时间较短,在更复杂的加工应用中,这个差别变得更加明显;

EDM现在能提供的表面质量比以前更好,因为石墨电极表面光洁度的提高,不但改善了模具本身的表面质量,其热影响区也相应变窄,这给EDM在模具加工的应用又提供了广阔的空间。