《模具设计与制造 第3版 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 教学课件 ppt 作者 李奇 模块六任务1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模具设计与制造 第3版 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 教学课件 ppt 作者 李奇 模块六任务1（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、模块六 模具零件特种加工,本模块的教学目的 学习模具零件的特种加工制造技术 要求掌握模具零件电火花成型加工技术 掌握模具零件线切割加工技术 本模块教学任务 电火花成型加工技术； 电火花线切割加工技术。,本模块教学目的和要求,特种加工是不使用刀具和磨料，或者虽然使用刀具和磨料但主要是利用热能、电能、声能、光速、化学能、电化学能去除材料的新颖加工工艺方法，与传统的切削加工方法相比其加工机理完全不同。目前在生产中应用的有电火花成型加工、电火花线切割加工、电铸成型、电解加工、激光加工、超声波加工、化学加工与电化学加工等，在模具制造中，使用较多的是电火花成型加工与电火花线切割加工。,模块六 模具零件特种
2、加工,任务1 电火花成型加工,知识点 电火花成型加工的基本原理与特点； 电火花成型加工方法 电极设计与制造 电规准 电火花成型加工工艺 技能点 电火花成型加工工艺,电火花成型加工是在一定介质中，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。它可以加工各种高熔点、高硬度、高强度、高纯度、高韧性材料，并在模具制造中显示出很多优越性，因此得到了迅速发展和广泛应用。图6-1、6-2分别为采用电火花成型加工的模具型腔与电火花机床。,图6-1 电火花成型加工的模具型腔,图6-2 电火花机床,一任务导入,1任务要求,方孔冲模（图6-3），凹模尺寸为25mm25mm，深10mm
3、，通孔精度为IT7，表面粗糙度Ra = 1.252.5m，材料为40Cr，淬火硬度为5060HRC。要求采用电火花成型加工。,2任务分析 该冲模零件如采用常规机械加工工艺，模具工作刃口的淬火处理工序安排有一定难度：淬火处理若安排在刃口尺寸精加工之后，刃口尺寸精度容易出现变化，需要再进行光整加工修复；淬火处理若安排在刃口尺寸精加工之前，由于模具材料硬度变高，精加工非常困难。而采用电火花成型加工则比较方便，电火花成型加工模具一般都在淬火以后进行，电火花成型加工可以加工硬度高的金属材料，并且加工变形极小。,一任务导入,二、知识链接,1电火花成型加工的基本原理与特点,2. 电火花成型加工方法,3电极设
4、计与制造,4电规准,5. 电火花成型加工工艺,（1）电火花成型加工基本原理 电火花成型加工是利用浸在工作液中的工具电极和工件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。电火花成型加工与传统的切削加工完全不同，加工过程是在液体介质中进行的，机床的自动进给调节装置使工件和工具电极之间保持适当的放电间隙，当工具电极和工件之间施加很强的脉冲电压（达到间隙中介质的击穿电压）时，会击穿介质绝缘强度最低处，如图6-4所示。,1电火花成型加工的基本原理与特点,由于放电区域很小，放电时间极短，所以，能量高度集中，使放电区的温度瞬时高达10000-12000，工件表
5、面和工具电极表面的金属局部熔化、甚至汽化蒸发。局部熔化和汽化的金属在爆炸力的作用下抛入工作液中，并被冷却为金属小颗粒，然后被工作液迅速冲离工作区，从而使工件表面形成一个微小的凹坑，如图6-5所示。一次放电后，介质的绝缘强度恢复等待下一次放电，如此反复使工件表面不断被蚀除，并在工件上复制出工具电极的形状，从而达到成型加工的目的。,1电火花成型加工的基本原理与特点,图6-4 电火花成形加工的原理图 图6-5 加工表面的局部放大图 1工作；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；7泵,（2）电火花加工的特点,1）便于加工用机械加工难于加工或无法加工的材料，如淬火钢、硬质合金、耐
6、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、窄缝零件，而不受电极和工件刚度的限制；对于各种型孔、立体曲面、复杂形状的工件，均可采用成型电极一次加工。 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。,电火花加工也有其一定的局限性,1）它仅适于加工金属等导电材料，不像切削加工那样可以轻松地加工塑料、陶瓷等绝缘材料。 2）在一般情况下，电火花加工的加工速度要低于切削加工。因此，合理的加工工艺路线应当是：凡可用刀具加工的，尽量采用常规机械切削加工去除大部分加工余量，仅将刀具难以进行切削的局部留下，采用电火花
7、加工工艺补充加工。 3）由于电火花加工是靠电极间的火花放电去除金属，因此工件与工具电极都会有损耗，而且工具电极的损耗大多集中在尖角及底部棱边处，这直接影响了电火花成型加工的成型精度。,4）最小圆角半径有限制，难以清角加工。 5）加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除。 6）工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。 由于电火花加工具有传统切削加工无法比拟的优点，其应用领域日益扩大，已成为模具制造技术中不可缺少的重要补充工艺手段之一。并且已广泛应用于各类航天、航空、电子、电器、精密微细机械零件加工，以及汽车、仪器仪表、轻工等众多行业。,电火花加工也有其一定的局限性,2.电火花成型加
8、工方法,电火花型孔加工方法有两种： 1）电火花型孔加工 2）电火花型腔加工。,（1）电火花型孔加工,电火花型孔加工是用电火花加工模具通孔的方法。它在模具制造中主要用于加工用常规切削加工方法难于加工的凹模型孔。电火花型孔加工的特点是：能加工型孔复杂的整体式凹模；可直接利用其斜度加工凹模的斜度；加工的冲裁模间隙均匀，刃口平直耐磨，寿命长，但对小的棱边及尖角处的加工比较困难。随着电火花加工技术的日臻完善，这些问题也会逐步得到解决。模具型孔电火花加工常用直接配合法、混合法、修配凸模法。,1）直接配合法,这种方法是直接利用适当加长的凸模非刃口端作为电极对凹模进行加工，加工后将损耗的加长部分切除。加工时将
9、凹模刃口端朝下，电火花加工完毕后会形成向上的“喇叭口”，如图6-6所示。实际使用时作为电极的凸模应反过来安装使刃口向下，同时凹模也反过来安装使刃口向上，电火花加工时形成的“喇叭口”正好有利于冲模落料。由于凸、凹模电火花加工时的安装方向与它们工作时的方向都相反，因此，这种加工方法也称为“反打正用法”。,用此法可以获得均匀的凸、凹模配合间隙，且能节省制造电极的费用和时间，但其加工速度低，易形成不稳定的二次放电。用直接配合法加工出的凸、凹模，其配合间隙的大小可利用改变电规准参数来调节。此方法适用于形状复杂的凹模或多型孔凹模，如电动机定子、转子矽钢片冲模等。,1）直接配合法,2）混合法,混合法是将凸模
10、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，以黏接或钎焊部分作为穿孔电极的工作部分。加工后再将电极部分去除如图6-7所示。此方法电极材料可有所选择，因此，电加工性能比直接法好；电极与凸模连接在一起加工，电极形状、尺寸与凸模一致，加工后凸、凹模配合间隙均匀，故这是一种使用较广泛的方法。,图6-6 电火花型孔成形加工直接配合法的示意图 图6-7 电火花型孔成形加工混合法的示意图,上述加工方法是靠调节放电间隙来保证配合间隙的。当凸、凹模配合间隙很小时，必须保证放电间隙也很小，但过小的放电间隙使加工困难，在这种情况下可将电极的工作部分用化学浸蚀法蚀除一层金属，使断面尺寸
11、均匀缩小 （Z/2）（Z为凸、凹模双边配合间隙； 为单边放电间隙），以利于放电间隙的控制；反之，当凸、凹模的配合间隙较大时，可以用电镀法将电极工作部位的断面尺寸均匀扩大（Z/2），以满足加工时的间隙要求。,2）混合法,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。这种方法的优点是电极可以选用电加工性能好的电极材料，由于凸、凹模的配合间隙是靠修配凸模来保证的，所以不论凸、凹模的配合间隙大小均可采用这种方法。其缺点是增加了制造电极和钳工修配的工作量，而且不易得到均匀的配合间隙，故修配凸模法只适合于加工形状比较简单的
12、冲模。,（2）电火花型腔加工,电火花型腔加工是用电火花加工模具型腔的方法。模具型腔加工属于盲孔加工，金属蚀除量大，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差，电极损耗不能用增加电极长度和进给来补偿；加工面积大，加工过程中要求电规准的调节范围也较大；型腔复杂，电极损耗不均匀，影响加工精度。因此，型腔加工要从设备、电源、工艺等方面采取措施来减小或补偿电极损耗，以提高加工精度和生产率。模具型腔电火花加工常用单电极加工法、多电极加工法、分解电极加工法、平动法、数控电火花法等。,1）单电极加工法,指用一只电极由粗至精直接加工出所需要型腔的工艺方法。使用这种方法加工大中型模具时，由于电极在粗加工时表面有剥落，精加
13、工时电极损耗较大，致使型腔表面容易产生裂纹，从而会影响到模具的表面质量和加工精度。,2）多电极加工法,多电极加工法是用多个电极，依次更换加工同一个型腔，如图6-8所示。每个电极都要对型腔的整个被加工表面进行加工，但电规准各不相同，所以设计电极时必须根据各电极所用电规准的放电间隙来确定电极尺寸。每更换一个电极进行加工都必须把被加工表面上由前一个电极加工所产生电蚀痕迹完全去除。 用多电极加工法加工的型腔精度高，尤其适用于加工尖角、窄缝多的型腔。其缺点是需要制造多个电极，并且对电极的制造精度要求很高，更换电极需要保证高的定位精度。因此，这种方法一般用于精密和复杂型腔的加工。,3）分解电极法,分解电极
14、法是根据型腔的几何形状把电极分解成主型腔电极和副型腔电极分别制造。先用主型腔电极加工出型腔的主要部分，再用副型腔电极加工型腔的尖角、窄缝等部位。此法能根据主、副型腔的不同加工条件选择不同的电规准，有利于提高加工速度和加工质量，使电极易于制造和修整，但对主、副型腔电极的安装精度要求高。,图6-8 多电极加工的示意图 图6-9 平动头扩大间隙原理图 1模块；2精加工后的型腔,4）平动法,平动法是对有平动功能的电火花机床可用一个或多个电极加工出所需型腔。在加工过程中，先采用低损耗、高生产率的电规准进行粗加工，然后启动平动头带动电极（或数控坐标工作台带动工件）做平面圆周运动，同时按粗、中、精的加工顺序
15、逐级转换电规准，并相应加大电极做平面圆周运动的回转半径，将型腔加工到所规定的尺寸及表面粗糙度要求（平动量一般为18mm）。其加工方法有以下两种。 单电极平动法（见图6-9）。它采用一只成形电极，先用脉冲电源的低损耗、高加工速度规准进行粗加工，然后利用平动头依次加大平动量，按照粗、中、精的顺序逐级改变电规准，逐渐修整型腔的侧壁和底面，完成整个型腔的加工。 单电极平动法属于常用加工方法，加工100mm深的型腔时，精度可达0.1mm。, 单极修正平动法。这种方法和单电极平动加工法基本相同，只是先用一只电极进行粗、中加工，然后卸下修整，再装夹后进行精加工，这种方法主要适用于表面粗糙度要求较高的型腔零件
16、加工。粗、中加工时，需要电极精度较低，而精加工时，经修整的电极应与要求的精度相适应。在加工过程中由于进行一次修整拆装，故为了保证精度需要加装一套重复定位装置。 由于平动法加工需要配置平动头，操作较复杂，并且平动量较小（18mm）精度不高，不能满足模具加工的实际需要，所以目前逐渐被数控电火花机床取代。,4）平动法,它采用数控电火花机床，可同时控制四轴实现三轴联动，各数控轴均可进行伺服加工，机床有自动分段抬刀排渣、分段加工、电规准自动转换等功能，使用简单形状的电极就可完成多种插补功能以及各种复杂型腔加工，其加工精度高、电极制作简单、操作方便。采用数控电火花加工模具型腔的加工方式如图6-10所示。,5）数控电火花法,6-10数控电火花加工方式,3电极设计与制造,（1）电极材料,（2）电极结构,（3）电极尺寸,3电极设计与制造,模具型孔、型腔的加工精度与电极的精度和加工时的工艺条件密切相关。为了保证模具的加工精度，在设计电极时必须合理选择电极材料和确定电极
