《模具制造工艺与设备 第2版 教学课件 ppt 作者 孙凤勤 第三章 模具成形表面的特种加工》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模具制造工艺与设备 第2版 教学课件 ppt 作者 孙凤勤 第三章 模具成形表面的特种加工（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、37421Z3A,主编,第三章 模具成形表面的特种加工,第三章 模具成形表面的特种加工,第一节 电火花成形加工 第二节 电火花线切割加工,第一节 电火花成形加工,图3-1 电火花成形加工原理图 1工件 2脉冲电源 3自动进给调节装置 4工具电极 5工作液 6过滤器 7泵,第一节 电火花成形加工,一、电火花成形加工的基本原理和特点 电火花成形加工是在一定介质中，通过工具电极和工件之间脉冲放电的电蚀作用，逐步去除材料，达到加工要求的一种工艺方法。,图3-2 电火花成形加工表面形状示意图,(一)电火花成形加工的基本条件,第一节 电火花成形加工,1)电火花成形加工必须采用脉冲电源提供瞬间脉冲放电。,图
2、3-3 脉冲电源的空载电压波形,第一节 电火花成形加工,2)脉冲放电必须有足够的放电能量。 3)工具电极和工件之间必须保持一定的放电间隙。 4)火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，这种液体介质(如煤油、皂化液及去离子水等)不仅有利于产生脉冲性的火花放电，同时还有排除放电间隙中的电蚀产物及对电极表面冷却的作用。 (二)电火花成形加工的机理 电火花成形加工过程即电火花放电的过程，包括液体介质击穿和通道形成、能量的转换和传递、电蚀产物的抛出及极间介质的消电离四个阶段。放电瞬间示意图如图34所示，按此过程不断循环，从而完成对工件表面的加工。从脉冲放电的微观过程看，这四个阶段大致如下：,第一节
3、 电火花成形加工,(1)液体介质击穿和通道形成 由于工件表面和工具电极表面存在着微观的凹凸不平，在两者相距最近的对应点上的电场强度最大，而且液体介质中的杂质在电场作用下形成沿着电力线集聚的特殊“桥”，又缩短了两者之间的实际距离。,图3-4 电火花放电示意图 a) 电火花放电瞬间示意图 b) 电火花放电后的表面 1阳极 2阳极表面熔化区 3熔化后抛出的金属颗粒 4工作液 5在工作液中凝固的金属微粒 6阴极表面熔化区 7阴极 8放电通道 9气泡 10新的凸边 11新的凹坑,第一节 电火花成形加工,(2)能量的转换和传递 两极间的介质一旦被击穿，电源就通过放电通道瞬时释放能量，把电能转换为热能、动能
4、、磁能、光能、声能和电磁波辐射能等。 (3)电蚀产物的抛出 电极表面放电点材料熔化、气化的时间很短(通常只有几分之一微秒)，因而熔化、气化时会产生很大的爆炸力。 (4)极间介质的消电离 每次脉冲放电后应有一段间隔时间，使间隙内的介质消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，并恢复该处液体介质的绝缘强度。 二、电火花成形加工机床及附件 电火花成形加工机床由脉冲电源、机床本体、自动调节系统和工作液循环过滤系统四部分组成，如图35所示。,第一节 电火花成形加工,图3-5 电火花成形加工机床 1床身 2液压油箱 3工作台 4工作液槽 5主轴头 6立柱 7工作液箱 8电源箱,第一节 电火花成形加工,
5、(一)脉冲电源 电火花成形加工机床脉冲电源的作用是将工频交流电转变成一定频率的单向脉冲电流，提供电火花成形加工所需要的能量。脉冲电源的性能直接影响电火花成形加工的生产效率、加工稳定性、电极损耗、加工精度和表面粗糙度。因此，对脉冲电源的基本要求如下： 1)要有足够的脉冲放电能量，保持一定的生产效率。 2)脉冲波形基本上是单向脉冲，以便充分利用极性效应，减少电极的损耗。 3)脉冲电源的主要参数(脉冲宽度、脉冲间隔和峰值电流)应该有较宽的调节范围，以满足粗、半精、精加工的需要。,第一节 电火花成形加工,4)工具电极损耗要小，粗加工时应实现电极低损耗，中、精加工时也要使电极损耗尽可能低。 5)性能稳定
6、可靠，结构简单，操作和维修方便。,图3-6 RC脉冲电源 1工具电极 2工件,第一节 电火花成形加工,(1)非独立式脉冲电源 非独立式脉冲电源又称为驰张式脉冲电源，这类电源应用最早，结构简单。 (2)独立式脉冲电源 独立式脉冲电源能够独立形成和发生脉冲，不受放电间隙值大小和两极间物理状态的影响。,图3-7 晶体管式脉冲电源,第一节 电火花成形加工,图3-8 高低压复合脉冲电源,第一节 电火花成形加工,图3-9 多回路电火花加工示意图,第一节 电火花成形加工,图3-10 电火花成形加工机床本体 和机械传动系统 1床身 2、5手柄 3、4、10丝杠 6纵、横工作台 7立柱 8主轴头 9主轴座 11
7、齿轮系统 12电动机,第一节 电火花成形加工,(二)机床本体 电火花成形加工机床的本体主要包括床身、立柱、主轴头和工作台。图310所示为典型的电火花成形机床本体和机械传动系统。 (1)床身和立柱 床身和立柱是机床的主要基础件，要有足够的刚度，床身工作台与立柱导轨之间有一定的垂直度要求。 (2)工作台 工作台是支承和装夹工件的，工作液槽安装在工作台上。 (3)主轴头 主轴头是电火花成形加工机床的一个关键部件，它自动调节系统的执行机构，控制工具电极与工件之间的间隙，其性能和质量对电火花成形加工工艺指标起着重要作用。 (三)自动进给调节系统,第一节 电火花成形加工,在电火花加工时，工件与电极之间发生
8、火花放电时要保持一定的距离，这个距离称为放电间隙。放电间隙随粗、精加工所选用的电参数的不同而有所变化，以满足不同加工的需要。而且，电火花加工是个动态过程，工件和电极都有一定的损耗，使得放电间隙逐渐增大，当间隙大到不足以维持放电时，加工便告停止。为了使加工能继续进行，电极必须不断地、及时地进给，以维持所需的放电间隙。当外来的干扰使放电间隙一旦发生变化(如排屑不良而造成短路)时，电极的进给也应随之作相应的变化，以保持最佳放电间隙。这一任务由电火花成形加工机床的自动进给调节系统来完成。目前使用较多的是电动机自动进给调节系统装置。 (四)工作液循环过滤系统,第一节 电火花成形加工,图3-11 工作液循
9、环方式 a) 、b) 冲油式 c) 、d) 抽油式,第一节 电火花成形加工,(五)精密电火花成形加工机床的主要特征 电火花成形加工机床根据加工精度可分为普通机床和精密机床，精密电火花成形加工机床的主要特征如下： 1)在机械结构和传动方面，在机床X、Y、Z轴移动上，采用高精度、高直线性的滚动耐磨塑料贴面导轨结构和滚珠丝杠，使得机构运动具有摩擦力小、变形小、低速运转平稳及运动精度高等优点。 2)在电源方面，脉冲电流波形前沿为圆弧形，进行脉冲形状控制，减小工具电极损耗，特别是在精加工时，最小电极损耗0.1%，表面粗糙度Ra值0.2m。 3)机床设有多项功能。,第一节 电火花成形加工,表3-1 071
10、系列电火花成形加工机床的主要技术规格,第一节 电火花成形加工,表3-2 EDM系列电火花成型机的技术参数,表3-2 EDM系列电火花成型机的技术参数,(六) 附件,第一节 电火花成形加工,(1)油杯 油杯是电火花成形加工时，对工件进行冲油和抽油的重要附件。 (2)电极垂直调整装置 电极垂直调整装置是在电火花型孔加工时，装夹电极和调整电极垂直度的装置，通过该装置将电极与主轴头相连接。,0.tif,第一节 电火花成形加工,0312.TIF,第一节 电火花成形加工,图3-12 油杯 1面板 2内套 3外套 4阀 5弯接头,第一节 电火花成形加工,图3-13 钢球铰链式垂直调整装置 1调整螺钉 2球面
11、垫圈 3钢球 4电极装夹套,第一节 电火花成形加工,(3)平动头 在电火花型腔成形加工时，通过平动头可使工具电极在水平面内做圆周平移运动，运动半径根据加工需要可以调节，以补偿电极横向损耗，满足粗、精加工的需要，以及放电间隙误差引起的工件尺寸误差，修正并达到修光型腔侧面的目的。,37421Z3AW1.eps,第一节 电火花成形加工,0315.TIF,第一节 电火花成形加工,图3-15 双偏心平动调节原理图 、偏心轴(套)偏心量 平动偏心量 偏心轴回转中心 O偏心套回转中心,第一节 电火花成形加工,图3-16 平动头作用示意图,三、电火花成形加工的基本规律,第一节 电火花成形加工,(一)极性效应
12、在脉冲放电过程中，工件和电极都要受到电腐蚀，实践证明，即使工件和电极的材料完全相同，也会因为所接电源的极性不同而有不同的蚀除速度，这种现象称为“极性效应”。习惯上常把工件接正极时的电火花加工称为“正极性”加工，把工件接负极时的加工称为“负极性”加工。在操作中必须注意极性效应，正确选择极性，使工件的蚀除量大于电极的蚀除量。 (二)电规准 电规准是指电火花成形加工过程中的脉冲宽度ti、脉冲间隔to、峰值电流Ie和峰值电压ui等一组脉冲参数。 (三)电极损耗,第一节 电火花成形加工,电火花成形加工过程中，工具电极的损耗是影响加工精度的重要因素。,图3-17 电极各部位损耗,第一节 电火花成形加工,(
13、四)放电间隙 电火花成形加工时，电极与工件间发生火花放电所需保持的间隙称为放电间隙。由于放电间隙的存在，使加工出的工件型孔(或型腔)尺寸和电极尺寸相比，沿加工轮廓要相差一个放电间隙。很显然，放电间隙是否稳定和均匀是影响加工精度的又一重要因素。 (五)“二次放电”与加工斜度,第一节 电火花成形加工,用电火花成形加工型孔或型腔时，其侧壁均要产生斜度。从电火花加工的特点来看，由于电蚀作用，放电间隙中存在着电蚀产物，这些电蚀产物在经放电间隙排出的过程中，在电极和工件间产生额外的放电，引起间隙的扩大，这叫做“二次放电”。二次放电的结果，使电极入口处的间隙扩大，形成加工斜度(见图318)。加工斜度的大小，
14、与二次放电的次数及单个脉冲能量大小有关。二次放电的次数越多，单个脉冲能量越大，则斜度越大。而二次放电的次数主要与排屑的条件、排屑的方向及加工余量的大小有关。因此，从工艺操作上可以设法减小斜度(精加工，斜度可在10以下)。微小的斜度难以避免，但在穿孔加工时，可将凹模刃口面倒放朝下，利用电火花加工的斜度作为凹模刃口的斜度。,第一节 电火花成形加工,电火花成形加工型腔因二次放电形成的斜度比型腔模型面所要求的出模斜度要小得多。,图3-18 加工斜度 a) 型腔 b) 型孔,第一节 电火花成形加工,(六)电火花成形加工的表面质量 电火花成形加工和切削加工性质不同，加工后的表面质量存在很多差别。在模具的设
15、计、制造、使用等方面，了解电火花加工的表面质量是十分有益的。 (1)表面粗糙度 电火花加工表面和切削加工表面不同，它不存在有方向性的刀痕，而是由无数的电蚀小坑和光滑的硬凸边所组成，特别有利于保存润滑油，在相同的表面粗糙度下其耐磨和耐蚀性能均比切削加工的表面好。 (2) 表面变质层 由于电火花放电的瞬时高温和液体介质的冷却作用，使工件加工表面产生了一层与原来材料的组织不同的变质层。 四、型孔的电火花成形加工,第一节 电火花成形加工,(一)型孔的电火花加工方法 凹模型孔的尺寸精度主要靠工具电极来保证，所以对工具电极有相应的要求。如凹模孔口的尺寸为L2，工具电极相应的尺寸为L1(见图318b)，单面
16、火花放电间隙值为，则 (二)电极的设计与制造 设计电极前应首先了解电加工机床的特性(包括主轴头的承载能力、工作台的尺寸及负荷)与脉冲电源各规准的加工工艺指标(包括各规准的加工速度、电极损耗、加工间隙)。然后再根据工件型孔要求，确定电极材料、结构形式、尺寸及技术要求等。 (1)对电极的技术要求 1)尺寸公差等级应不低于IT7级，一般可取型孔公差的1/2左右。,第一节 电火花成形加工,2)各表面直线度、平面度和平行度公差在100mm长度上不大于0.01mm。 3)表面粗糙度Ra小于1.25m，一般可取与型孔表面粗糙度Ra相等的值。 (2)电极材料 根据电火花加工原理，任何导电材料都可作为电极。,表3-3 常用电极材料的性能,(3)电极结构 电极的结构形式应根据型孔的大小与复杂程度、电,第一节 电火花成形加工,极的结构工艺性等因素来确定。 1)整体式电极。,0.tif,图3-19 电极的结构形式 a)整体电极 b)组合式电极 c)镶拼式电极 1固定板 2电极
