1、2018/11/13,1,第三章 模具零件的特种加工,一、学习目标 二、主要内容 三、本章重点 四、课后习题,2018/11/13,学习目标,掌握模具零件电火花加工、线切割加工、电化学加工三种常用方法的原理，特点、操作方法、手工编程、自动编程、电参数的选择。 通过对凸模、凹模、型芯、型腔等零件的特种加工，分析在加工过程中应注意的问题和加工技,2,返回,上一张,下一张,2018/11/13,学习内容,第一节 电火花成型加工 第二节 电火花切割加工 第三节 电化学加工,3,返回,上一张,下一张,2018/11/13,第一节 电火花成形加工,电火花加工是在特定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放
2、电时的电腐蚀作用，对工件进行加工的一种方法，可以加工各种高熔点、高硬度、高强度、高纯度、高韧性材料，广泛用于模具制造中。 一、电火花加工的基本原理 脉冲放电用于零件加工应具备以下基本条件。 (1)接在不同极性上的工具和工件之间必须保持一定距离以形成放电间隙。为了使脉冲放电能连续进行，在加工过程中必须保持放电间隙不变。,4,返回,上一张,下一张,2018/11/13,(2)放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。 (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熔化或气化。图3-1 电火花加工原理1工件；2脉冲电源；3自动进给装置4工具电极；5工作液；6过滤器；
3、7泵,返回,上一张,下一张,2018/11/13,返回,上一张,下一张,图3-2 电火花加工表面局部放大图 二、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，如淬火钢、硬质合金、耐热合金等。 (2) 电极和工件在加工过程中不接触，两者间的宏观作用力很小，所以便于加工小孔、深孔、窄缝等零件，而不受电极和工件刚度的限制。,2018/11/13,(3) 电极材料不要求比工件材料硬。 (4) 直接利用电、热能进行加工，便于实现加工过程的自动控制。 三、电火花加工的工艺范围 1）穿孔加： 2）型腔加工： 3）强化金属表面： 4）磨削平面及圆柱面。 四、电火花穿孔加工的工艺过程 1
4、、选择加工方法 2、选择电极材料,返回,上一张,下一张,2018/11/13,3、设计电极 4、加工电极 5、装夹电极 6、被加工零件准备 7、校正电极 8、零件装夹与定位 9、调整主轴头上、下位置 10、加工准备 11、开机加工 12、规准转换与中间检查 13、零件检查,返回,上一张,下一张,2018/11/13,五、型孔加工采用电火花加工，对于型孔复杂的凹模，可以不用镶拼结构，而采用整体结构，这样既节约模具设计和制造工时，又能提高凹模强度。 1.保证凸、凹模配合间隙的方法冷冲模的配合间隙是一个很重要的技术指标，在电火花加工中，常用的保证配合间隙要求的工艺方法有以下几种： (1)直接配合法
5、直接配合法是用加长的钢凸模作电极加工凹模的型孔，加工后将凸模上的损耗部分去除。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,(2)间接配合法 间接配合法是将凸模的加长部分选用与凸模不同的材料，如铸铁等粘接或钎焊在凸模上，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 二次电极法加工是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。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,返回,上一张,下一
6、张,图3-3 二次电极法 (a) 加工凹模；(b) 制造二次电极；(c) 加工凸模 (d) 凸、凹模配合1一次电极；2凹模；3二次电极；4凸模,2018/11/13,2.电极设计凹模型孔的加工精度与电极的精度和穿孔时的工艺条件密切相关。为了保证型孔的加工精度，在设计电极时必须合理选择电极材料和确定电极尺寸。此外，还要使电极在结构上便于制造和安装。 (1)电极材料 (2)电极结构 1）整体式电极 2）组合式电极 3）镶拼式电极,返回,上一张,下一张,2018/11/13,图3-4 整体式电极其 图3-5 组合式电极1固定板 2电极,返回,上一张,下一张,2018/11/13,(3)电极尺寸 1）
7、电极横截面尺寸的确定 垂直于电极进给方向的电极截面尺寸称为电极的横截面尺寸。在凸、凹模图样上的公差有不同的标注方法：当凸模与凹模分开加工时，在凸、凹模图样上均标注公差；当凸模与凹模配合加工时，落料模将公差注在凹模上，冲孔模将公差注在凸模上，另一个只注基本尺寸。因此，电极截面尺寸分别按下述两种情况计算。当按凹模型孔尺寸及公差确定横截面尺寸时，则电极的轮廓应比型孔均匀地缩小一个放电间隙值。如图3-6所示，与型孔尺寸相对应的尺寸为：,返回,上一张,下一张,2018/11/13,a=A-2b=B+2c=Cr1=R1+r2=R2- 式中 A、B、C、R1、R2型孔基本尺寸，mm；a、b、c、r1、r2电
8、极横截面基本尺寸，mm；单边放电间隙，mm。当按凸模尺寸和公差确定电极的截面尺寸时，随凸模、凹模配合间隙Z(双面)的不同，分为三种情况：,返回,上一张,下一张,2018/11/13,配合间隙等于放电间隙(Z=2)时，电极与凸模 面基本尺寸完全相同； 配合间隙小于放电间隙(Z2)时，电极轮廓应 比凸模轮廓均匀地缩小一个数值a1，但形状相似。 配合间隙大于放电间隙(Z2)时，电极轮廓应比凸模轮廓均匀地放大一个数值a1，但形状相似。电极单边缩小或放大的数值可用下式计算：a1=1/2Z-2 式中：a1电极横截面轮廓的单边缩小或放大量，mm；Z凸、凹模双边配合间隙，mm；单边放电间隙，mm。,返回,上一
9、张,下一张,2018/11/13,图3-6 按型孔尺寸计算电极横截面尺寸 1型孔轮廓；2电极横截面,2018/11/13,2）电极长度尺寸的确定。电极的长度取决于凹模结构形式、型孔的复杂程度、电极使用次数、装夹形式及电极制造工艺等一系列因素，可按图4.10进行计算： LKt+h+l+(0.40.8)(n-1)Kt 式中：t凹模有效厚度(电火花加工的深度)，mm；h当凹模下部挖空时，电极需要加长的长度，mm；l为夹持电极而增加的长度(约为10mm20mm)；n电极的使用次数；K与电极材料、型孔复杂程度等因素有关的系数。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,图3-7 电极长度尺寸 图3-8
10、 阶梯电极,返回,上一张,下一张,2018/11/13,3）电极公差的确定。 截面的尺寸公差取凹模刃口相应尺寸公差的1/22/3。电极在长度方向上的尺寸公差没有严格要求。电极侧面的平行度误差在l00mm长度上不超过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完成电火花加工前的全部工序。常用的凹模模坯准备工序如下。 (1)下料 用锯床锯割所需的材料，包括需切削的材料。 (2)锻造 锻造所需的形状，并改善其内部组织。 (3)退火 消除锻造后的内应力，并改善其加工性能。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,(4)刨(铣) 刨(铣)四周及上下两平
11、面，厚度留余量0.4mm0. 6mm。 (5)平磨 磨上下平面及相邻两侧面，对角尺，达Ra0.63m 1.25m。 (6)划线 钳工按型孔及其他安装孔划线。 (7)钳工 钻排孔，去除型孔废料。 (8)插(铣) 插(铣)出型孔，单边留余量0.3mm0.5mm。 (9)钳工 加工其余各孔。 (10)热处理 按图样要求淬火。 (11)平磨 磨上下两面，为使模具光整，最好将四侧面再磨一遍。 (12)退磁 退磁处理。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,4.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。电规准分为粗、中、精三档。从一个规准调整到另一个规准称为电规准的转换。 粗规
12、准主要用于粗加工。对它的要求是生产率高，工具电极损耗小。被加工表面的粗糙度Ra12. 51m。所以粗规准一般采用较大的峰值电流，较长的脉冲宽度(ti=20s 60s)，采用钢电极时，电极相对损耗应低于10。精规准用来进行精加工。要求在保证模具各项技术要求(如配合间隙、表面粗糙度和刃口斜度)的前提下尽可能提高生产率。故多采用小的峰值电流、高频率和短的脉冲宽度(ti2s 6s)。被加工表面粗糙度可达Ra1.6m 0.8m。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,中规准是粗、精加工间过渡性加工所采用的电规准，用以减小精加工余量，促进加工稳定性和提高加工速度。中规准采用的脉冲宽度一般为6s20s
13、。被加工表面粗糙度Ra=6.3m 3.2m。 粗、精规准的正确配合，可以较好地解决电火花加工的质量和生产率之间的矛盾。凹模型孔用阶梯电极加工时，电规准转换的程序是：当阶梯电极工作端的阶梯进给到凹模刃口处时，转换成中规准过渡加工1mm2mm后，再转入精规准加工；若精规准有两档，还应依次进行转换。在规准转换时，其他工艺条件也要适当配合。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,七、型腔加工 1.型腔加工方法 (1)单电极加工法 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。 多电极加工法 (3) 分解电极法,返回,上一张,下一张,2018/1
14、1/13,图3-9 多电极加工示意图 1模坯；2精加工后的型腔；3中加工后的型腔；4粗加工后的型腔,返回,上一张,下一张,2018/11/13,2.电极设计 (1)电极材料和结构选择 1）电极材料 型腔加工常用的电极材料主要是石墨和纯铜。 2）电极结构 (2)电极尺寸的确定 1）电极的水平尺寸 电极在垂直于主轴进给方向上的尺寸称为水平尺寸。当型腔经过预加工，采用单电极进行电火花精加工时，其电极的水平尺寸确定与穿孔加工相同，只需考虑放电间隙即可。当型腔采用单电极平动加工时，需考虑的因素较多，其计算公式为：,返回,上一张,下一张,2018/11/13,aAKb 式中：a电极水平方向上的基本尺寸，m
15、m；A型腔的基本尺寸，mm；K与型腔尺寸标注有关的系数；b电极单边缩放量，mm。其计算公式为： b=e+j-j 式中：e平动量，一般取0.5mm0.6mm；j精加工最后一档规准的单边放电间隙。最后一档规准通常指粗糙度Ra 0.8m时的j值，一般为0.02mm 0.03mm；j精加工(平动)时电极侧面损耗(单边)，一般不超过0.1mm，通常忽略不计。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,上式中的“”号及K值按下列原则确定：与型腔凸出部分相对应的电极凹入部分的尺寸(图3-10中r2、a2)应放大，即用“+”号；反之，与型腔凹入部分相对应的电极凸出部分的尺寸(图3-10中r1、a1)应缩小，
16、即用“-”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(如图3-10中A1)取K=2；若蚀除方向相同(图3-10中C)，取K=0。当型腔尺寸以中心线或非加工面为基准标注(图3-10中R1、R2)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K0。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,图3-10 电极水平截面尺寸缩放示意图 1电极；2型腔,返回,上一张,下一张,2018/11/13,2）电极垂直方向尺寸 即电极在平行于主轴轴线方向上的尺寸，如图4.14所示。可按下式计算：hh1 +h2h1H1 +C1H1C2Sj 式中：h电极垂直方向的总
17、高度，mm； h1电极垂直方向的有效工作尺寸，mm；H1型腔垂直方向的尺寸(型腔深度)，mm；C1粗规准加工时，电极端面相对损耗率，其值小于1， C1、H1只适用于未预加工的型腔；C2中、精规准加工时电极端面相对损耗率，其值一般为2025；,返回,上一张,下一张,2018/11/13,S中、精规准加工时端面总的进给量，一般为0.4mm0.5mm；j最后一档精规准加工时端面的放电间隙，一般为0.02mm0. 03mm，可忽略不计；h2考虑加工结束时，为避免电极固定板和模块相碰，同一电极能多次使用等因素而增加的高度，一般取5mm20mm,返回,上一张,下一张,2018/11/13,图3-11 电极
18、垂直方向尺寸1电极固定板；2电极；3工件,返回,上一张,下一张,2018/11/13,(3)排气孔和冲油孔,返回,上一张,下一张,2018/11/13,3.电规准的选择与转换(1)电规准的选择 1）粗规准 要求粗规准以高的蚀除速度加工出型腔的基本轮廓，电极损耗要小，电蚀表面不能太粗糙，以免增大精加工的工作量。为此，一般选用宽脉冲(ti500s)，大的峰值电流，用负极性进行粗加工。但应注意加工电流与加工面积之间的关系，一般用石墨电极加工钢的电流密度为3A/mm25A/mm2，用紫铜电极加钢的电流密度可稍大一些。 2）中规准 中规准的作用是减小被加工表面的粗糙度(一般中规准加工时Ra=6.3m 3
19、.2m)，为精加工做准备。要求在保持一定加工速度的条件下，电极损耗尽可能小。一般选用脉冲宽度ti= 20s40s，用比粗加工小的电流密度进行加工。 3）精规准 用于型腔精加工，所去除的余量一般不超过0.1mm0.2mm。因此，常采用窄的脉冲宽度(ti20m)和小的峰值电流进行加工。由于脉冲宽度小，电极损耗大(约25)。但因精加工余量小，故电极的绝对损耗并不大。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,(2)电规准的转换电规准转换的挡数，应根据加工对象确定。加工尺寸小、形状简单的浅型腔，电规准转换挡数可少些；加工尺寸大、深度大、形状复杂的型腔，电规准转换挡数应多些。粗规准一般选择1挡；中规准
20、和精规准选择24挡。开始加工时，应选粗规准参数进行加工，当型腔轮廓接近加工深度(大约留lmm的余量)时，减小电规准，依次转换成中、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。型腔的侧面修光，是靠调节电极的平动量来实现的。当采用单电极平动加工时，在转换电规准的同时，应相应调节电极的平动量,返回,上一张,下一张,2018/11/13,第二节 电火花线切割加工,一、电火花线线割加工原理和特点电火花线切割加工的基本原理与电火花成型加工一样，也是利用工具电极对工件进行脉冲放电时产生的电腐蚀现象来进行加工的。但是，电火花线切割加工不需要制作成型电极，而是用运动着的金属丝作电极，利用电极丝和工件
21、在水平面内的相对运动切割出各种形状的工件。若使电极丝相对工件进行有规律的倾斜运动，还可以切割出带锥度的工件。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,图3-14 电火花线切割加工示意图,返回,上一张,下一张,2018/11/13,二、数字程序控制的基本原理,返回,上一张,下一张,2018/11/13,图3-17 工作节拍方框图,返回,上一张,下一张,2018/11/13,三、程序编制 1、三B程序格式说明： （1）坐标值（X、Y）直线的终点或圆弧起点的坐标值，编程进均取绝对值。 （2）计数长度 计数长度是指被加工段在X轴或Y轴上的投影长度。 （3）计数方向G 按直线或圆弧的终点坐标的位置选
22、取，X方向记为Gx;Y方向记为Gy。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,（4）加工指令 ZZ是加工指令的总括符号，它共分16种，如图所示，圆弧加工指令有八种，SR表示顺圆，NR表示逆圆，字母后面的数字表示该圆弧走第一步进入的象限，如SR1表示顺圆弧，其走第一步进入第一象限。对于直线段的加工指令用L表示，L后面的数字表示该线段所在象限。对于与坐标轴重合的直线段，正X轴为Ll，正Y轴为L2，负X轴为L3，负Y轴为L4。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,2、编程实例编程序时，应将工件加工图形分解成各圆弧与各直线段，然后逐段编写程序。如下图所示的工件，它由三条直线段和一段圆弧组成
23、，所以要分成四段来编程序。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,(1)加工直线段AB，以起点A为坐标原点，AB与X轴重合，程序为： BBB40000GXLl (2)加工斜线段BC，应以B点为坐标原点，则C点对B点的坐标为X=10 mm，Y=90 mm，程序为： B1 B9B90000GYL1 (3)加工圆弧CD，以该圆弧圆心O为坐标原点，经计算圆弧起点C对O的坐标为X=30 mm，Y=40 mm，程序为： B30000B140000B60000GxNR1 (4)加工斜线DA，以D为坐标原点，终点A对D的坐标为X=l0mm，Y=-90mm，程序为： B1 B9B90000GYL4,返回,
24、上一张,下一张,2018/11/13,3、 有公差的编程尺寸的计算法大量的统计表明，加工后的实际尺寸大部分是在公差带的中值附近。因此，对注有公差的尺寸，应采用中差尺寸编程。中差尺寸的计算公式为：中差尺寸基本尺寸+(上偏差+下偏差)/2,返回,上一张,下一张,2018/11/13,ISO代码数控程序编制 1、.程序段格式和程序格式 (1)ISO代码程序段的格式 对线切割加工而言，某一图段的程序为 NGXYIJ其中N表 示程序段号，为14位数字序号。 程序段是由若干个程序字组成的，其格式如下： N_G_X _Y_字是组成程序段的基本单元，一般都是由一个英文字母加若干位10进制数字组成的(如X800
25、0)，这个英文字母称为地址字符。不同的地址字符表示的功能也不一样(见下表 )。,返回,上一张,下一张,2018/11/13,返回,上一张,下一张,2018/11/13,(2)程序格式一个完整的加工程序是由程序名、程序的主体和程序结束指示组成，如w10N01 G92 X0 Y0N02 G01 X5000 Y5000N03 G01 X2500 Y5000N04 G01 X2500 Y2500N05 G01 X0 Y0N06 M02,返回,上一张,下一张,2018/11/13,五、电火花线切割模具的结构和工艺特点 1.线切割模具的结构特点 (1)采用线切割加工工艺时，凸模和凹模可采用整体式结构。 (
26、2)线切割加工的凸模只能为直通型。 (3)由于一般数控线切割机不带切割斜度的装置，因此切割出的凹模型孔为直通型。 (4)线切割模具的凹角和尖角尺寸应符合线切割加工的特点,返回,上一张,下一张,2018/11/13,2.影响线切割工艺指标的主要因素影响线切割加工的加工速度、加工精度和表面粗糙度等工艺指标的因素较多，其中最主要的是机床精度、电源参数、工作液、操作技术等。 3. 保证线切割模具质量的工艺措施 (1)选用合适的模具材料 (2)采取减小残余应力影响的工艺措施,返回,上一张,下一张,2018/11/13,第三节 电化学加工,1.电铸加工图图3-18 电铸加工原理1镀槽；3阳极；3燕馏水瓶；4直流电源；5加热管；6恒温装置；7水银导电温度计；8母模；9电铸层,返回,上一张,下一张,2018/11/13,2、电解加工图3-19 电解加工原理 1电极(阴极)；2工件(阳极)；3泵；4电解液；5直流电源,返回,上一张,下一张,本章重点,返回,上一张,下一张,课后习题,返回,上一张,下一张,
