1、华中科技大学材料学院,第五章 模具典型零件的加工,模具制造工艺,华中科技大学材料学院,2,学习目标与要求 1掌握模具典型零件的加工方法和加工工艺 2对常见加工方法的各自特点有清晰的认识 3能够根据实际情况确定合理的零件加工工艺规程 5.对目前最新的加工方法有一定的了解 学习重点 1各种常见加工方法的特点和适用情况及注意事项 学习难点 1数控编程加工方法的使用,内容摘要,华中科技大学材料学院,3,5.1 杆类零件的加工,（1）导柱的作用 在模具中起导向作用，并保证上模和下模在工作时具有正确的相对位置；保证模架的活动部分运动平稳、无阻滞现象。 冷冲模标准导柱和导套如图5-1。,图51 导柱和导套,
2、5.1.1 导柱的加工,（2）基本特征：加工面为绕中心线回转的表面 （3）原材料：热轧圆钢 （4）加工工艺路线表5-1 导柱的单件加工工艺路线,华中科技大学材料学院,5,导柱的精加工，外圆柱面的车削和磨削以两端的中心孔定位，使设计基准与工艺基准重合。若中心孔有较大的同轴度误差，将使中心孔和顶尖不能良好接触，影响加工精度，如图5-2所示。,图5-2 中心孔的圆度误差使工件产生圆度误差示意图,华中科技大学材料学院,6,修正中心孔可采用磨、研磨和挤压如下： 车床磨削方法修正中心孔 如图5-3,图5-3 磨中心孔 1-三爪自定心卡盘 2-砂轮 3-工件 4-尾顶尖,用硬质合金多棱顶尖挤压中心孔 如图5
3、-4。,图5-4 多棱顶尖,导柱在热处理后修正中心孔，目的是消除中心孔在热处理过程中可能产生的变形和其它缺陷。,华中科技大学材料学院,7,推杆、复位杆都是标准件，由专业的标准件厂制造，一般不需要自己加工。加工工艺为：型材切断-端部镦粗-粗车-热处理-磨外圆。,5.1.2 推杆、复位杆、顶针加工,华中科技大学材料学院,8,5.2 导套类零件的加工,导套就其结构形状来看，属于套筒类零件中的短套筒，以图51中的导套为例：1技术条件和工艺分析其主要技术要求为：45r6外圆对32H7孔的径向圆跳动公差为0.008mm；导套外圆为IT7级精度，采用磨削可以满足要求；内孔精度也为IT7级，采用磨孔可以满足要
4、求。内孔的加工顺序为：钻孔车孔磨孔。由于外圆对内孔的径向圆跳动要求在0.008mm内，用软卡爪装夹无法保证。因此精磨外圆时应以内孔为定位基准，使导套在小锥度心轴上定位，用两顶尖装夹。这样可使加工基准和测量基准一致，容易达到图纸要求。车内孔时，应与端面在一次装夹中加工出，以保证端面与内孔轴线的垂直度。,5.2.1 导套的加工,华中科技大学材料学院,9,2导套的加工工艺 表5-2为导套的单件加工工艺过程表5-2 导套的单件加工工艺,华中科技大学材料学院,10,导柱、导套、推杆、复位杆、顶针等都是标准件，都有专业厂生产，属于大批量生产的模式，甚至都有专机加工，专业厂实际的加工工艺与上述的单件加工工艺
5、有出入。,华中科技大学材料学院,11,5.3 成型部分零件加工,一、普通机械加工方法 一）车：成型零件回转曲面、圆形型芯。 二）铣：模板、成型面、型腔、沟槽及浇注系统加工。 三）刨：面的加工、毛坯粗加工、成型刀刨削（已渐淘汰，下略作介绍）。 1传统的牛头刨床刨削凸模 刨削加工一般用于粗加工和半精加工，刨削凸模的工艺过程如下： 平口钳装夹，刨削坯料两面，保平行度要求，留单边精修余量0.02mm。刨两侧面与高度尺寸到要求，侧面留精修量单边0.02mm。,5.3.1 成型部分的加工方法,华中科技大学材料学院,12,专用夹具装夹,刨两斜面,留单边余量0.02mm,用圆弧刨刀刨出圆弧。,华中科技大学材料
6、学院,13,热处理:HRC58-62。 钳工:修研凸模侧面及刃口,保证设计要求。 检验:测量各部尺寸,圆弧和硬度等。,华中科技大学材料学院,14,2靠模刨削凸模对于大型的曲面形状凸模，可以在牛头刨床上装置靠模机构进行靠模刨削加工。现在已多用加工中心代替，这里只做一介绍。,华中科技大学材料学院,15,四）磨：平面磨削、基准面加工、成型零件精加工等 1磨削加工的基本方法 1）内孔磨削 如图5-8 所示,图5-8,华中科技大学材料学院,16,1磨削加工的基本方法 2）外圆磨削 如图5-9所示,图5-9 外圆磨削,华中科技大学材料学院,17,1磨削加工的基本方法 3）锥孔磨削 如图5-10所示,图5-
7、10,华中科技大学材料学院,18,1磨削加工的基本方法 4）平面磨削 如图5-11所示,图5-11,华中科技大学材料学院,19,1磨削加工的基本方法 5）侧磨 如图5-12所示,图5-12,华中科技大学材料学院,20,1磨削加工的基本方法 6）基本磨削综合运用，可对复杂形状的型孔进行磨削加工，如图5-13所示,图5-13 磨削异型孔,华中科技大学材料学院,21,1磨削加工的基本方法 7）成型磨削 模具零件的成型磨削主要在成形磨床、光学曲线磨床和平面磨床上进行。主要使对凸模、型芯、拼块凹模、拼块型腔等模具的工作或成型零件的精加工。 成型磨削需掌握的基本原则： 凸模、型芯的基准面应预先磨削，并保证
8、精度； 与基准面有关的平面优先磨削； 对精度要求高的平面先磨削，避免产生累积误差； 面积较大的平面先磨削；,华中科技大学材料学院,22,1磨削加工的基本方法7）成型磨削与直角坐标系相平行的平面先磨削，斜面后磨削；与凸圆弧相接的平面与斜面先磨削，凸圆弧面后磨削；与凹圆弧面相接的平面及斜面应先磨削凹圆弧面，后磨削斜面与平面； 两凸圆弧面相连接时应先磨半径较大的圆弧面；两凹圆弧面相连接时应先磨半径较小的圆弧面；凸圆弧面与凹圆弧面相接时，应先磨削凹圆弧面。自动化先进成型磨削设备，可以磨削形状复杂、精度要求高、具有三维型面的凸模或型芯类的零件。有的有砂轮自动修整功能。,华中科技大学材料学院,23,7）成
9、型磨削,图5-14 各式磨削图,五）钳：划线、螺纹孔加工、修配、抛光及装配,华中科技大学材料学院,24,二、普通机械加工与电加工、数控加工结合普通机械加工：完成毛坯加工、型腔粗加工。数控加工：完成精加工、包括成型曲面、重要配合及精确孔位加工。电加工：电火花和数控线切割。其特点是可加工淬硬的模具材料，故电加工可在热处理后，可减少热处理变形。,华中科技大学材料学院,25,三、特种加工1）电铸加工：利用电镀原理，在预先准备的原模上镀上一层适当厚度的镍、铜或铁，壳从原模上脱下，外形经机加工后，镶入模套内作型腔。2）电解加工：利用金属在电解液中发生阳极溶解原理，将工件加工成型。3）冷挤压：常温下，将淬硬
10、工艺凸模压入模坯，使坯料产生塑性变形，以获得与工艺凸模工作表面相同的内成型表面。4）超塑性成形：利用超塑性金属ZnAl22为型腔材料，在超塑性状态下挤压成型。5）陶瓷型铸造：将耐火材料与粘结剂配成浆料、灌入砂型，经喷烧、烘干后形成耐火、尺寸精度高和表面粗糙度小的精密铸型，利用它浇注出所需铸件。,华中科技大学材料学院,26,1凸模的特点凸模是冲压模具的主要零件之一。各类模具中，凸模的形状、要求各不相同，但就加工过程、加工内容来讲，各类凸模都具备以下特点。（1）一般模具中，凸模都有两部分组成，即工作部分和配合部分。工作部分主要由成形件形状及尺寸决定，具有较高的尺寸精度及形状位置精度；配合部分与固定
11、板呈H7m6配合，且与工作部分要求同轴，为了装配方便。配合部分径向尺寸较工作部分稍大，装入固定板以后，与固定板平面配磨平齐。以保证工作部分垂直。（2）凸模加工一般是外形加工。（3）当有强度要求的凸模加工时，凸模表面不允许出现有影响强度的沟槽，各联接部分应用圆弧过渡。,5.3.2 凸模的加工,华中科技大学材料学院,27,2凸模的结构形式及加工工艺由于冲件的形状和尺寸不同，冲模的加工以及装配工艺等实际条件亦不同，所以在实际生产中使用的凸模结构形式很多。其截面形状有圆形和非圆形；刃口形状有平刃和斜刃等；结构有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等。凸模的固定方法有台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定，
12、粘结剂浇注法固定等。 （1）圆形凸模按标准规定，圆形凸模有以下3种形式如图5-15所示。与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6或H7/n6）制造；最大直径的作用是形成台肩，以便固定，保证工作时凸模不被拉出。,华中科技大学材料学院,28,图5-15a用于较大直径的凸模，图5-15b用于较小直径的凸模，它们适用于冲裁力和卸料力大的场合。图5-15c是快换式的小凸模，维修更换方便。,图5-15 圆形凸模,华中科技大学材料学院,29,圆形凸模的单件加工工艺过程如下： 1）备料（用棒材）2）车 车外圆、留0.5mm磨量，车出右端面及圆角；车台阶，切断。3）热处理 淬火并回火，检查硬度5862HRC。
13、4）磨 磨出外圆，并保证同轴度要求。如图5-15的圆形凸模已都有专业公司生产，直接购买即可，其工艺与上述略有不同。,华中科技大学材料学院,30,（2）非圆形凸模 在实际生产中广泛应用的是非圆形凸模，图5-16为常见的凸模形状。非圆形凸模的加工工艺：1）备料 2）粗铣,图5-16 异形凸模,华中科技大学材料学院,31,3）平磨4）钳工（加工出螺纹孔、线割穿丝孔、基准位或其他非线切割加工的要素）5）热处理6）平磨（一般是上下平面）7）线切割8）打磨、清洁（去毛刺、铁屑及杂物）,华中科技大学材料学院,32,电火花线切割加工（Wire Electrical Discharge Machining，简称
14、WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用。,华中科技大学材料学院,33,根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为两类：一类是高速走丝电火花线切割机床（WEDM-HS），其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为810m/s，电极丝可重复使用，加工速
15、度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式；另一类是低速走丝电火花线切割机床（WEDM-LS），其电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s，电极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好。,华中科技大学材料学院,34,线切割放电加工以铜线作为工具电极，在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60300V的脉冲电压，并保持550um间隙，间隙中充满煤油、纯水等绝缘介质，使电极与被加工物之间发生火花放电，并彼此被消耗、腐蚀，在工件表面上电蚀出无数的小坑，通过NC控制的监测和管控，伺服机
16、构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。图5-16凸模都可用线割加工完成，现在的线割技术在往以割代磨的方向发展。,华中科技大学材料学院,35,凹模与凸模是配对的，其截面形状有圆形和非圆形，刃口形状有平刃和斜刃等；结构有整体式、镶拼式等。凹模的材料：各种模具钢和硬质合金。 热处理要求：HRC58-62。1一般凹模的加工工艺1）备料（毛坯锻造退火）2）粗铣3）平磨4）钳工（加工出螺纹孔、线割穿丝孔、基准位或其他非线切割加工的要素）5）热处理6）平磨（一般是上下平面）7）线切割8）打磨、清洁（去毛刺、铁屑及杂物）,5.3.3 凹模的加工,华中
17、科技大学材料学院,36,2对单圆形孔也可采用钻、镗工艺进行粗加工和半精加工，热处理后，用内圆磨进行精加工。对多圆形孔属于孔系的加工，除了孔本身的精度要求外，各孔之间的位置要求一般都相当高，也可用精密坐标镗加工（孔距0.005-0.01mm）或坐标磨削加工。异形孔的加工一般采用线切割，也可采用拼块式制造，使内形加工变为外形加工。凹模采用镶拼结构时，应尽可能保持选在对称线上，如图5-17，以便一次同时加工几个镶块。凹模的圆形刃口部位应尽可能保持完整的圆形。,图5-17 拼合面在对称线上,华中科技大学材料学院,37,镶拼型孔的加工镶拼型孔就是把形状复杂的异型孔按一定要求拆分几块，使复杂的内形表面加工
18、变成外形表面的加工。1）型孔的镶拼方法与分段原则：尖角处加工困难，淬火易开裂处应分开；容易磨损的位置要分开；对称线要求处分开；拼合线要错开。,图5-18,华中科技大学材料学院,38,2）拼块的制造过程拼块的精加工一般都是采用平面、成型磨床和光学曲线磨床来进行的。例如：定子槽拼块（图519所示）的制造过程：a下料：圆形b改锻：长方形c热处理：调质，HRC22-24d毛坯外形粗加工：留单边余量0.2-0.3mm。,华中科技大学材料学院,39,2）拼块的制造过程,华中科技大学材料学院,40,e检验：尺寸和探伤。 f热处理：淬火低温回火，HRC58-62。 g平面磨削：如图5-20。 h外圆磨削：专用
19、工装，图5-21。,华中科技大学材料学院,41,i光学曲线磨：磨出刃口部分, 图5-22。,图5-22,华中科技大学材料学院,42,j精磨或研磨各拼块面内径，均匀镶入环规中，要求配合紧密，可靠，符合设计要求，如图5-23所示。,华中科技大学材料学院,43,k端面磨削：拼块压入固定板后，精磨上下端面。l检验：投影仪一般电机的定转子冲裁模具的加工都是采用此方法，是因为批量大，整体凸凹模加工质量达不到，尤其是刃口的表面粗糙度，采用此工艺比较合理有效，如果，模具材料采用硬质合金，一般是线切割下料，留磨量0.03-0.05mm后精加工。,华中科技大学材料学院,44,3对镶入式凹模的镶件，其加工工艺参照上
20、述凸模和凹模的工艺 如图5-24所示。,图5-24,图5-24,华中科技大学材料学院,45,一、 回转曲面型腔的车削车削加工主要用于加工回转曲面的型腔或型腔的回转曲面部分。,图5-25 型腔3D示意图,5.3.4 塑料模型腔的加工,华中科技大学材料学院,46,如图5-25所示为半边型腔的3D图,其加工工艺如下:1）将坯料加工为两平行六面体。2）在拼块上加工出导钉孔和工艺螺孔，车削时装用。3）将分型面磨平，在两拼块上装导钉，用螺丝将两拼块收在一起。4）将两块拼块拼合后磨平四侧面及一端面，保证垂直度，要求两拼块厚度保持一致,华中科技大学材料学院,47,如图5-25所示为半边型腔的3D图,其加工工艺
21、如下: 5）在分型面上以球心为圆心，以45.7mm为直径划线，如图5-26所示。,图5-26 分型面划线示意图,华中科技大学材料学院,48,如图5-25所示为半边型腔的3D图,其加工工艺如下:6）车削过程a.车床上装夹用四爪卡盘装夹，调整旋转中心定位在划线的交点上b.钻孔 钻小于最小型腔直径的通孔。c.车圆柱面型腔d.粗车球面型腔,留精加工余量0.5mm，须用磨制的半球车刀e.精车球面型腔到尺寸,华中科技大学材料学院,49,二、非回转曲面型腔的加工一）普通铣床加工平面型腔立铣和万能工具铣床：适合于加工平面结构的型腔，如装配模芯的模框。 考虑由于切削力波动导致刀具倾斜变化造成的误差 ,选用比型腔
22、圆弧半径R小的铣刀半径。,图5-27 铣刀选择,华中科技大学材料学院,50,图5-28 铣削前钻孔处理,为提高铣削效率，铣削前可在型腔轮廓线的内部连续钻孔，深度和型腔的深度接近，如图5-28所示。,华中科技大学材料学院,51,特点：劳动强度大，加工精度低，操作者技术水平要求高，平面加工能力强，作辅助设备。加工某些特殊的形状部位（如流道），可采用适合于不同用途的单刃指铣刀。,图5-29 各类单刃指铣刀,华中科技大学材料学院,52,二）仿形铣床加工型腔（已渐淘汰）特别适合于加工具有曲面结构的型腔。1）仿形铣床立式、卧式仿形铣床图5-30是XB4480型电气立体仿形铣床的结构外形。加工平面轮廓、立体
23、曲面等。,华中科技大学材料学院,53,二）仿形铣床加工型腔（已渐淘汰） 特别适合于加工具有曲面结构的型腔。 1）仿形铣床,图5-30 XB4480型电气立体仿形铣床,华中科技大学材料学院,54,2）加工方式按样板轮廓仿形铣削时靠模销沿着靠模外形运动，不作轴向运动，铣刀也只沿工件的轮廓铣床，不作轴向运动.可用于加工负责轮廓形状，但需深度不变。按照立体模型仿形水平分行：周期进给的方向与半圆柱面的轴线方向平行。垂直分行：周期进给的方向与半圆柱面的轴线方向垂直。,华中科技大学材料学院,55,3）铣刀和仿形销 铣刀端头的形状。,图5-31 铣刀端头的形状,华中科技大学材料学院,56,铣刀端部的圆弧半径必
24、须小于被加工表面凹入部分的最小半径，锥形铣刀的斜度应小于被加工表面的倾斜角 。,图5-32 铣刀端部圆角及锥度要求示意图,华中科技大学材料学院,57,4）仿形靠模仿形加工靠模的主要材料：石膏、木材、塑料、铝合金、铸铁、钢板三）、数控、电火花加工型腔加工中心、数控铣床、雕铣机、高速加工机都是属于数控机床之列,原理都是用国际通行的代码控制机床各个运动轴的动作，由这些运动轴的协同运动,在主轴所装刀具的切削下，加工到程序（代码的集合）设计所要求的结果。所涉及的工作可以分为两部分:程序设计和机床的操作。,华中科技大学材料学院,58,1程序设计程序设计通称为编程，在数控机床出现之初，编程是直接在机床上编制
25、的，随着计算机技术的发展以及独立的编程软件的开发出来，编程已经成为独立于机床之外的工作。但所有的数控系统中都保留有在机床上手动编程的功能。目前，独立的编程软件使用广泛的有CIMATRON、MASTERCAM、POWERMILL、UG等。,华中科技大学材料学院,59,使用这些软件来编程，首先就要建立需加工的零件的数学模型（二维或三维图），通过调用软件中的对应某种加工方法的命令，生成刀具的轨迹，这些命令产生的刀具轨迹的集合，称为程序，由一系列程序的集合最终形成所需的加工效果。要得到所需的零件，最终是刀具和机床的切削运动形成的。编程生成的程序需要处理成机床可以识别的代码，这个过程称为后处理，把程序处
26、理成代码的程序称为后处理程序，各软件系统都有自己的后处理程序。,华中科技大学材料学院,60,2机床的操作软件中的模型有自己的坐标系，编好的程序是基于软件的坐标系的。机床也有自己的坐标系，工件放在机床上就有了相互位置关系。机床操作的重要工作之一就是建立工件（在机床上）与模型（在软件中）的一一对应关系。机床的操作分为打表、装夹、碰数、对刀、传送、运行几个步骤。打表是为了定义工件的基准；装夹是把工件恰当的固定在机床上；碰数是建立对应的坐标系关系；对刀是定义刀具的相对长度。,华中科技大学材料学院,61,3型腔数控加工 例：加工图5-33型腔零件,图5-33 模具型腔,华中科技大学材料学院,62,1）加
27、工技术要求分析：A镶件镶嵌安装尺寸240x187,其配合公差为0.02，对边平行度、周边与底面垂直度要求较高 。B最小凹圆角半径R1.8的型位较多，半径较小，并且在工件上的深度也较深，用铣刀加工保证较为困难，可做电极进行电加工清角。 C四角R5过渡圆角，由复杂曲面构成的塑胶制品型位，可以通过数控加工完成; 镶件上两个配合精度要求较高的20的圆孔，可用钻-铰的加工工艺。2）定位基准选择：通过磨削加工的长方体坯料，平行度、垂直度、尺寸精度都已得到保证。可以选用长宽两方向相对面作为水平方向（XY方向）的基准（两边碰数分中）；选用底面作为高度方向（Z方向）的基准。这些基准面在数控加工过程中不再加工，作
28、为加工基准可以保证基准的准确性和前后的统一性。,华中科技大学材料学院,63,3）装夹：采用虎钳装夹，工件顶面高于钳口至少52MM,底面用等高垫铁垫起,垫铁注意避开20钻孔位置。 4）数控加工方案：坯料为长方体，制品型面加工切削量较大，必须先进行粗加工，然后再经过半精加工和精加工完成。工件上两个圆孔是在平的型面（平面）上加工出来的，可在型面加工完后再加工孔。粗加工A选用20R2圆角铣刀进行粗加工，铣去大部分的余料，留后加工余量0.6； B选用10R5的球刀进行二次开粗，铣去第一次粗加工时内圆角部位留下的过多的余料，留后加工余量0.6； C选用20立铣刀进行四个R5圆角的粗加工，留精加工余量0.6
29、。,华中科技大学材料学院,64,半精加工A选用10R5球形铣刀进行半精加工，留精加工余量0.2。 精加工A选用10R5球形铣刀进行精加工，不留余量（加工到位）。 B选用8R2圆角铣刀进行内圆角位的清角，尽可能清掉内圆角位的余料以减少电加工的量。 C选用20立铣刀进行四个R5圆角的精加工，不留余量（加工到位）。 20孔的加工 A中心钻打中心孔 B选用18第一次钻孔，钻通（装夹时工件底下垫铁注意避开钻孔位置） C选用19.8钻头第二次钻孔 D铰孔（可机外手工铰孔）,华中科技大学材料学院,65,图534 五轴加工中心及加工的零件,数控加工不仅能加工型腔，也能加工模具型芯、滑块、复杂曲面的拉伸凸模、成
30、形模、带圆角的拉伸凹模、普通机床难加工的压形板等。目前，应用最广泛的是三轴加工中心，也有四轴、五轴加工中心的使用，以前许多难加工甚至是不能加工的零件都可以用数控机床完成。,华中科技大学材料学院,66,由于数控加工的高效高质量，原先许多普通机床的切削加工都越来越多的拿给数控机床。随着数控机床的进一步普及和技术的提高，模具零件数控加工的范围及质量会进一步的提高，会极大的促进中国模具工业的技术进步和模具精度的提高。5.型腔电火花加工 电火花加工分为电火花线切割加工和电火花成型加工，一般所说的电火花加工是指电火花成型加工。,华中科技大学材料学院,67,（一）电火花加工的特点及适用范围1电火花加工的特点
31、 电火花加工又称为放电加工或电蚀加工，它是利用在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电时的电腐蚀作用对工件进行加工的一种工艺方法。与常规的金属加工相比较，电火花加工具有如下特点： （1）电火花加工属不接触加工。工具电极和工件之间不直接接触，而有一个火花放电间隙（0.010.1 mm），间隙中充满工作液。脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。 （2）加工过程中工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。火花放电时，局部、瞬时爆炸力的平均值很小，不足以引起工件的变形和位移。,华中科技大学材料学院,68,（3）电火花加工直接利用
32、电能和热能来去除金属材料，与工件材料的强度和硬度等关系不大，因此可以用软的工具电极加工硬的工件，实现“以柔克刚”。（4）脉冲参数可以在一个较大的范围内调节，可以在同一台机床上连续进行粗、半精及精加工。精加工时精度一般为0.01mm，表面粗糙度Ra为0.631.25m；微精加工时精度可达0.0020.004 mm，表面粗糙度Ra为为0.040.16m。 （5）直接利用电能加工，便于实现加工过程的自动化。,华中科技大学材料学院,69,图535 电火花加工的示意图,华中科技大学材料学院,70,2.电火花加工的适用范围如图5-35所示为电火花加工的适用范围，具体有以下方面： （1）可以加工任何难加工的
33、金属材料和导电材料。可以实现用软的工具加工硬、韧的工件，甚至可以加工聚晶金刚石、立方氮化硼一类的超硬材料。目前电极材料多采用紫铜或石墨，因此工具电极较容易加工。 （2）可以加工形状复杂的表面，特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工，电加工采用数控技术以后，使得用简单的电极加工复杂形状零件成为现实。 （3）可以加工薄壁、弹性、低刚度、微细小孔、异形小孔、深小孔等有特殊要求的零件。由于加工中工具电极和工件的非接触，没有机械加工的切削力，更适宜加工低刚度工件及微细工件。,华中科技大学材料学院,71,（二）数控电火花成型加工工艺过程数控电火花成型加工过程中，必须综合考虑机床特性、零件材质
34、、零件的复杂程度等因素对加工的影响，针对不同的加工对象，其工艺过程有一定差异。现以常见的型腔加工工艺路线为例，操作过程如下。 1工艺分析 对零件图进行分析，了解工件的结构特点、材料，明确加工要求。 2选择加工方法 根据加工对象、精度及表面粗糙度等要求和机床功能选择采用单电极加工、多电极加工、单电极平动加工、分解电极加工、二次电极法加工或是单电极轨迹加工。 3选择与放电脉冲有关的参数 根据加工的表面粗糙度及精度要求确定。按表5-3选择与放电脉冲有关的参数。,华中科技大学材料学院,72,5.选择电极材料 选择电极材料。常用电极材料一般使用石墨和铜，一般精密、小电极用铜来加工，而大的电极用石墨。 5
35、设计电极 按零件图要求，并根据加工方法和与放电脉冲设定有关的参数等设计电极纵横切面尺寸及公差。 6制造电极 根据电极材料、制造精度、尺寸大小、加工批量、生产周期等选择电极制造方法。 7加工前的准备 对工件进行电火花加工前钻孔、攻螺纹加工、铣、磨平面、锐边倒棱去毛刺、去磁、去锈等。 8热处理安排 对需要淬火处理的型腔，根据精度要求安排热处理工序。,华中科技大学材料学院,73,9编制、输入加工程序 根据机床功能设置，一般采用国际标准ISO代码。 10装夹与定位 （1）根据工件的尺寸和外形选择或制造的定位基准。 （2）准备电极装夹夹具。 （3）装夹和校正电极。 （4）调整电极的角度和轴心线。 （5）
36、工件定位和夹紧。 （6）根据零件图找正电极与工件的相对位置。,华中科技大学材料学院,74,11开机加工 选择加工极性，设置电规准、调节加工参数，调整机床，保持适当液面高度，保持适当电流，调节进给速度、充油压力等。随时检查工件加工情况，遵守安全操作规程正确操作。12加工结束 检查加工零件是否符合图纸要求，对零件进行清理；关机并打扫工作场地和机床卫生。,华中科技大学材料学院,75,（三） 电火花加工的主要工艺参数1加工速度对于电火花成形机来说加工速度是指在单位时间内，工件被蚀除的体积或重量。一般用体积加工速度表示。2工具电极损耗在电火花成形加工中，工具电极损耗直接影响仿形精度，特别对于型腔加工，电
37、极损耗这一工艺指标较加工速度更为重要。,华中科技大学材料学院,76,电极损耗分为绝对损耗和相对损耗。绝对损耗最常用的是体积损耗Ve和长度损耗Veh二种方式，它们分别表示在单位时间内，工具电极被蚀除的体积和长度。在电火花成形加工中，工具电极的不同部位，其损耗速度也不相同。在精加工时，一般电规准选取较小，放电间隙太小，通道太窄，蚀除物在爆炸与工作液作用下，对电极表面不断撞击，加速了电极损耗，因此，如能适当增大电间隙，改善通道状况，即可降低电极损耗。,华中科技大学材料学院,77,3表面粗糙度,表面粗糙度是指加工表面上的微观几何形状误差。对电加工表面来讲，即是加工表面放电痕坑穴的聚集，由于坑穴表面会形
38、成一个加工硬化层，而且能存润滑油，其耐磨性比同样粗糙度的机加表面要好，所以加工表面允许比要求的粗糙度大些。而且在相同粗糙度的情况下，电加工表面比机加工表面亮度低。工件的电火花加工表面粗糙度直接影响其使用性能，如耐磨性，配合性质，接触刚度，疲劳强度和抗腐蚀性等。尤其对于高速、高洁、高压条件下工作的模具和零件，其表面粗糙度往往是决定其使用性能和使用寿命的关键。,华中科技大学材料学院,78,5.放电间隙放电间隙是指脉冲放电两极间距，实际效果反映在加工后工件尺寸的单边扩大量。对电火花成形加工放电间隙的定量认识是确定加工方案的基础。其中包括工具电极形状，尺寸设计，加工工艺步骤设计，加工规准的切换以及相应
39、工艺措施的设计。以上各项都不是互相独立的，而是互相关联的。主要电参数对工艺指标的影响，如表5-3所示。,华中科技大学材料学院,79,表5-3 主要电参数对工艺指标的影响,华中科技大学材料学院,80,（四）电极材料及加工特性电火花成型加工生产中为了得到良好的加工特性，电极材料的选择是一个极其重要的因素。它应具备加工速度高、电极消耗量小、电极加工性好、导电性好、机械强度好和价格低廉等优势。现在广泛使用的电极材料主要有以下几种： 1铜：铜电极是应用最广泛的材料，采用逆极性（工件接负极）加工钢时，可以得到很好的加工效果，选择适当的加工条件可得到无消耗电极加工（电极的消耗与工件消耗的重量之比l）。,华中
40、科技大学材料学院,81,2石墨：与铜电极相比，石墨电极加工速度高，价格低，容易加工，特别适合于粗加工。用石墨电极加工钢时，可以采用逆极性（工件接负极），也可以采用正极性（工件接正极）。从加工速度和加工表面粗糙度方面而言，正极性加工有利，但从电极消耗方面而言，逆极性加工电极消耗率小。 3钢：钢电极使用的情况较少，在冲模加工中，可以直接用冲头作电板加工冲模。但与铜及石墨电极相比，加工速度、电极消耗率等方面均较差。 5.铜钨、银钨合金：用铜钨（Cu-W）及银钨（AgW）合金电极加工钢料时，特性与铜电极倾向基本一致，但由于价格很高，所以大多只用于加工硬质合金类耐热性材料。除此之外还用于在电加工机床上修
41、整电极用，此时应用正极性。,华中科技大学材料学院,82,（五） 加工液的处理在放电加工过程中产生的加工切屑、加工液燃烧分解生成的碳化物及气体的排出是否顺畅，直接影响加工质量，加工效率。 下面介绍几种常用的加工液处理方法： 1电极跃动法 这种方法使电极作周期性上下运动（Z轴加工时），使加工屑等从极间排出。排出的效果由跃动速度、跃动量、跃动周期等来决定，还和摇动加工的使用、加工电条件、加工面积、加工深度、电极（或加工）形状有关。,华中科技大学材料学院,83,2喷流法,图536 加工液处理方法,华中科技大学材料学院,84,加工液的处理方式主要有电极喷流法（如图5-36中1）和底孔喷流法（如图5-36
42、中2）。电极喷流时流量要根据放电面积、极间距及生成物的多少来调整，并不是要将极间都刷洗冲尽就算好，要根据放电的稳定性进行控制，否则喷流过强会造成不能维持连续稳定放电、电极异常损耗等弊端。 底孔喷流时还应注意以下几方面：（1）当加工余量偏向一侧时，注意保持喷流路径平衡或加强夹具刚性，否则会造成电极变位，加工超差。（2）注意喷流容器和工件是否有泄漏，如有应加以堵塞和密封，否则得不到喷流效果。（3）要注意不要在容器及电极下部集留下气体。,华中科技大学材料学院,85,3吸引法 也分为电极吸引法及底孔吸引法（如图5-36中3）、4）。在底孔吸入时应设置辅助进油口，以防止可能发生的在容器内气体集聚引爆炸的
43、危险。吸引法常用在深孔的精加工，在数控电火花机床上进行螺纹、斜齿轮加工时，也常使用，但是由于这时加工液的路径较长而且 是螺线形，所以最好在电极的侧面加工出像丝锥沟那样的槽，以利于加工液的流通如图5-37所示。,图537 螺纹电极侧面切槽,华中科技大学材料学院,86,5.喷射法喷射法一般采用如图5-38所示方式，主要用于窄小的不通缝隙韵加工。这时很难在电极上设置加工液喷流或吸引孔，只能从是电极侧面的间隙强行喷射加工液；在这种情况下，喷射的加工液的大部分均被电极及工件所阻挡，只有一小部分进入放电部位。在喷射法中应注意，喷射过强时，容易将自然升起扩散的加工碳化物等冲击回去，使在进行深窄缝加工时，会造
44、成在喷射冲击处 二次放电引起过切。在进行诸如刻字等面积大而深度浅的加工时，若在一个方向进行较强喷射时也会使另一侧产生二次放电，引出不良结果。解决方法是将喷头沾接在电极上如图5-38中1）、图5-38中2），或在电极上加工出流道和浇口，使加工液尽可能送入电极前部。这种方法能较好的发挥加工液的处理效果如图中3）所示。,华中科技大学材料学院,87,图538 喷射法形式,华中科技大学材料学院,88,5型腔光整加工1）光整加工型腔经淬硬、电火花加工后，表面硬化层约达HRC50，给光整加工带来困难。抛光方法：手工-锉刀、油石、砂纸、研磨膏；设备超声波抛光、电解抛光、机械抛光机、电解修磨。2）表面装饰雕刻加
45、工：花纹、图案、文字。消光处理：电火花加工、喷砂、表面氮化。照相腐蚀加工：照相制版和化学腐蚀相结合技术。,华中科技大学材料学院,89,（一）数控加工编程工序的划分一般可按下列方法进行：（1）刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。在用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。这样可减少换刀次数,压缩空程时间，减少不必要的定位误差。（2）以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精
46、度要求较高的部位。,5.3.5 数控加工编程注意事项,华中科技大学材料学院,90,（3） 以粗、精加工分序法 对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定力求合理。,华中科技大学材料学院,91,（二）加工顺序的安排应遵循的原则加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序一般应按下列原则进行： （1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。（2）先进行内形内腔加工序，后进行外形加工工序。（3）以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。（4）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序,华中科技大学材料学院,
