模具制造技术(II).ppt

模具材料与制造技术 二 第三章电火花成型加工3 2电火花成型加工机床3 3 电火花成型加工工艺规律3 4电火花穿孔加工工艺3 5型腔的电火花加工工艺第四章电火花线切割加工4 2线切割数字程序控制原理及编程4 3电火花线切割加工工艺第五章模具零部件加工与装配5 2冲裁模的装配5 3塑料模的装配 第三章电火花成型加工 电火花加工是利用电能 热能进行加工的一种新技术 可分为金属电火花加工和非金属电火花加工 模具制造技术中采用的是金属电火花加工 简称电火花加工 3 1电火花加工的原理及特点 一 火花放电的物理过程 1 自激放电三种形式 辉光放电 火花放电 弧光放电两静电极上电压逐渐增大 气体中离子在电场作用下移动形成电流 直到单位时间内消散的离子数目等于气体中单位时间内产生的离子数目时 气体放电伏安特性曲线为止 在此之前符合欧姆定律 由于两极间产生的离子数与消散的平衡 电压继续增加而电流基本不变 饱和电流阶可产生 CD段 电压增加 离子动能的增加 获得很大速度的离子与中性分子碰撞而使其电离成为离子和电子 这时电流激增 两极附近气体开始发光 并伴有特殊微音产生 此即第一种负激放电形式 辉光放电 DA段 极间介质电离 介质导电性剧增而被击穿 其结果极间电压急剧下降而电流剧烈增大 并放出火花 此为火花放电 AB段 火花放电是非稳定过程 持续时间仅为10 6 10 3S 具有明显的脉冲特性 火花放电时 若两极间仍维持较高电压 则产生稳定的弧光放电 其持续时间10 3 10 1S 2 火花放电的特征 非稳定过程 持续时间很短 10 6 10 3S 电流激增 极间电压下降 放电通道呈鼓形 阴阳极上放电斑点大小相等 两极上电流密度相同 105 106A cm2 放电温度很高 可高达10000 12000 火花放电击穿电压高 36KV cm 多数情况下 阳极蚀除得多 二 电火花加工的基本原理 在工具电极与工件之间 施加高频脉冲压 并使两者靠近 当两者距离恰当时 间隙中产生很强的电场而使该区域介质电离 产生火花放电 由于放电时间很短 能量高度集中 使放电区瞬间高温达10000 12000 因此工件表面上的金属局部熔化 甚至汽化 蒸发 在爆炸力等力作用下熔化 汽化的金属被抛入工作液中冷却成小颗粒 并被工作液冲离火花放电区 电火花加工过程 介质的击穿和通道形成 能量的转换和传递 电蚀产物的抛出 间隙介质的消电离 实现火花加工的基本条件 工件与工具电极是火花放电时的两极 工件的蚀除速度远远大于工具电极的 两极间施加直流高频脉冲电流 工具电极应及时进给补偿 电火花加工的特点 以 以柔克刚 能加工硬度很高的材料 加工精度高 表面粗糙度低 加工速度慢 能耗较高 成本较高 3 2电火花成型加工机床 由四大部分组成 脉冲电源 自动调节统 机床本体 工作液循环过滤系统 一 脉冲电源 其作用是把普通的220V 或380V 50Hz的交流电转变成高频脉冲直流电 供电火花加工所需的放电能量 脉冲电源应满足以下列要求 足够的脉冲放电能量 必须是短时间的脉冲性放电 脉冲波形接近矩形 相邻脉冲之间应有一定间隙时间 脉冲波形基本上是单向的 以便利用极性效应 性能可靠 其主要参数 如 电流峰值 脉冲宽度ton 脉冲间隙隔toff 有较宽的调节范围 性能稳定 操作简便 维修方便 两种脉冲电源 驰张式脉冲电源应用最早 结构最简单的脉冲电源 它是利用电容器时而充电时而放电 一张一弛 来产生脉冲电流的 其主要脉冲参数与放电间隙大小及其物理状态密切相关 独立式脉冲电源自身能产生脉冲 其主要脉冲参数由电源内部决定 与放电间隙大小及其物理状态无关 1 驰张式脉冲电源其基本型式是RC电路 改进型 RLC RLCL RLC LC电路 优点 加工精度高粗糙度低 工作可靠 装置简单 易于制造 操作维修方便 缺点 是加工速度低 电能利用率低 工具电极损耗大 加工稳定性较差 2 独立脉冲电源 主要包括 电子管式 闸流管式 晶体管式 晶闸流管式等 电子管式和闸流管式脉冲电源五六十年代曾被广泛使用 脉冲参数调节范围小 难获得大的脉冲宽度 精加工的加工速度高 但工具电极损耗大 多用于电火花穿孔加工 电子管式的脉冲参数调节方便 而闸流管式的脉冲参数较难调节与配合 晶体管式脉冲电源由于晶体管式脉冲电源具有较高的频率 脉冲参数调节范围大 实现自动控制极为方便 故现已成为生产中普遍使用的脉冲电源 高低压复合式晶体管电源高低压复合式晶体管脉冲电源由加工回路 60V 80V 和高压 300V 击穿回路组成 特点 加工稳定好 生产率高 脉冲利用率大大提高 放电间隙可增大 改善排屑条件 可避免产生 钢打钢 现象 钢打钢 现象 采用闸流管 或晶体管 脉冲电源时 若工具电极和工件都是导磁材料 则钢铁金属颗粒被脉冲电流磁场磁化后 连同分解游离出来的碳黑等吸附粘连在钢铁电极间隙之间 形成不稳定的 二次放电 使电极在自动进给时容易出现弧光放电或短路 即所谓 钢打钢 现象 二 自动调节系统 电 液压自动调节系统工作循环 放电间隙 测量环节 电子放大器 电机转换 液压放大 执行机构 典型的间隙自动控制系统 间隙自动控制系统类型很多 按其执行环节不同 主要有三大类 电磁悬浮式 目前已少见 电液压式 喷嘴挡板式 电动机式 伺服电动机式 步进电动机式 宽调速电机 力矩电动机式 三 机床本体 电极和工件装夹固定和运动的机械系统 工作液循环过滤系统机械系统由主轴头 床身 立柱 工作台及坐标系统和电极夹头等组成 四 工作液循环过滤系统 工作液的主要作用 保证电极间隙具有适当的绝缘电阻 压缩放电通道 集中放电能量 使工具电极和工件表面迅速冷却 及时排除极间电蚀产物 电极夹具 电极夹具的作用是把工具电极装夹固定在主轴上 并能调节电极的轴线与主轴轴线重合或平行 要求夹具结构简单 刚性好 精度高 调节方便 平动头 平动头是电火花成形加工中比不可少的附件 主要用于型腔模在半精和精加工时精修侧面 同时还能提高仿形精度 保证加工稳定性 有利于间隙排屑 防止短路和拉弧等 3 3 电火花成型加工工艺规律 工艺指标主要有 加工速度 精度 表面质量 电极损耗等 电规准 电火花加工中 脉冲电源的脉冲宽度 峰值电流和脉冲间隙等一组合适电参数 加工速度 一定电规准下单位时间内工件被蚀除的体积 或质量 Vv V tmm3 min或VG m tg min 一 工具电极的材料 工具电极耐电蚀性愈高 能耗愈小 仿形精度则愈高 工具电极的材料 其热学物理常数较大 钨和石墨耐电蚀性好 是由于它们的熔点 沸点温度很高 铜的耐电蚀性较高 是因为其导热系数和传温系数都很大 工具电极材料 钨 钼 石墨 铜氧化钨 WO3 硼画物 炭化物 硅化物 铜钨合金 银钨合金 铜 石墨等等 影响工具电极的相对损耗的因素 除了工具电极材料的耐蚀性能外 还有电蚀产物的抛出 极间能量的分布和传递 极性效应等 二 工作液 要求 具有适当的粘度 绝缘性 对放电作用的化学稳定性 使用安全性 主要作用 绝缘 压缩放电通道 排除电蚀产物 冷却 消电离 多采用石油产物 如机油 变压器油 锭子油 柴油 煤油等 粗加工中也可以采用 水 为工作液 精加工则只能用蒸馏水 去离子水或乙醇水溶液等为工作液 工作液粘度 粘度大时 有利于限制放电通道的膨胀 使放电能量集中 加强蚀除效果 粘度低 则有利于排屑 工作液成分 油类介质中加入活化剂 能提高加工工艺指标 活化剂有 硫 四氯化碳等 可局部提高金属表面附近液体的粘度 形成牢固的吸附膜 从而限制放电通道的膨胀 改变两极上的能量分布 提高生产率 降低工具电极损耗 油类介质中加入各种添加剂 铜 铝 镍 钫的氧化物粉末 在放电作用下可产生大量负离子与正离子复合 减少对阴极的离子轰击 故也能提高加工速度和降低工具电极损耗 三影响加工精度的主要因素加工精度包括尺寸精度和仿形精度 尺寸精度尺寸精度主要指加工后的尺寸公差 它实际上是一个综合指标 受到 仿形精度 机床精度 电极制造精度及损耗 放电间隙波动 装夹定位精度及工艺操作 等因素的综合影响 放电间隙 mm 波动放电间隙的大小在放电加工过程中实际上是变化的 单个脉冲能量增大 增大 间隙击穿电压增大 增大 加工稳定性差 增大 Ku u Kt t n KR W0 4 Am其中 u 脉冲电压幅值 V Ku 与工作液介电强度有关的常数 mm V t 脉冲电压延续时间 s Kt 与液体介质有关的常数 mm s n 与液体介质有关的常数 对于矿物质n 4 KR 与加工材料有关的常数 mm J W 单个脉冲能量 J Am 放电间隙扩大量 mm 约3 m左右 放电间隙大小也会直接影响尺寸精度 电极损耗大小直接影响尺寸精度 仿形精度仿形精度主要包括侧面间隙 锥度 圆角半径等的大小及其均匀性 1 斜度 电火花加工时侧面产生斜度 使上端尺寸大而底端尺寸小 这是由于 二次放电 和工具电极损耗而产生 如图3 5所示 二次放电 已加工表面上 由于电蚀产物的混入而使极间实际距离减小或极间工作液介电性能降低 再次发生脉冲放电的现象 工具电极在加工过程中 下端的工作时间长 绝对损耗量大 相反 上端的工作时间短 绝对损耗量小 2 圆角 电火花加工时 工具电极上的尖角和凹角 很难精确地复制在工件上 而是形成一个小圆角 这是因为当工具电极为凹角时 工件上对应的尖角处放电蚀除的机率大 容易遭受电蚀而形成圆角 工具电极上的尖角加工工件凹角时 由于放电等距离性 故只能加工出圆角 如图3 6所示 棱角倒圆的原因 尖角和棱边处电极损耗比面严重 放电间隙的等距离性 四 影响加工速度的主要因素 1 影响加工速度的电量主要有脉冲宽度 脉冲间隔 电流峰值 脉冲宽度的影响在电流峰值一定时 脉冲能量与脉冲宽度成正比 随着脉冲宽度增加 加工速度提高 但脉冲宽度超过某一定值后 随着脉冲宽度增加 加工速度反而下降 原因 脉冲宽度过大时 单个脉冲能量过大 电能转换来的热能有较大部分散失在工件和工具电极之间而不起蚀除作用 同时 随着电蚀产物增多 使排气排屑条件恶化 极间消电离时间不足 加工稳定性变差 脉冲能量利用率降低 因而加工速度反而下降 脉冲间隔的影响在脉冲宽度一定的情况下 脉冲间隔小 加工速度高 因为脉冲间隔小 单位时间内的工作脉冲数量多 但是 脉冲间隔过小 不能消电离时间太短 则不能充分消电离 将引起加工稳定性变差 加工速度反而下降 电流峰值的影响当脉冲宽度和脉冲间隔一定时 脉冲能量与电流峰值成正比 随着电流峰值增加 加工速度提高 但电流峰值超过某一定值后 随着电流峰值增加 加工速度反而下降 原因 电流峰值过大时 单个脉冲能量过大 电能转换来的热能有较大部分散失在工件和工具电极之间而不起蚀除作用 同时 随着电蚀产物增多 使排气排屑条件恶化 极间消电离时间不足 加工稳定性变差 脉冲能量利用率降低 因而加工速度反而下降 2 影响加工速度的非电量主要有 加工面积和深度 工作液种类及其循环方式 排屑条件 工件材料和形状 加工极性 加工面积的影响当加工面积小于某一临界值时 随加工面积减小 加工速度急剧下降 这种现象叫做面积效应 加工面积过小 脉冲放电过分集中 电蚀产物排除不畅 同时 还会产生气体排挤液体的现象 造成在气体介质中进行放电加工 气体介质中的放电加工速度比液体介质中的低 个数量级 加工面积足够大时 加工速度几乎不受加工面积大小的影响 排屑条件的影响排屑条件良好 电蚀产物能及时排除 极间工作液稳定 则加工速度可提高 如果排屑条件差 电蚀产物 金属微粒 碳黑等 和液体分解产物 如气体 不能及时排除 将使加工稳定性变差 严重时还会产生气体排挤液体的现象 造成脉冲能量利用率降低 因而加工速度反而下降 为改善排屑条件 常采用工作液强制循环系统或抬起工具电极等方法 最好采用自适应抬刀法 工件材料的影响工件材料热学物理常数 熔点 沸点 导热系数 熔化潜热 汽化潜热 比热容等 越大 加工速度越小 工具电极材料和加工极性的影响在一定电规准下 采用不同的工具电极材料和加工极性 加工速度不同 用石墨作电极 正极性加工比负极性加工的速度高 在中等脉宽负极性加工中 石墨电极比铜电极加工速度高 工作液种类的影响用石墨 紫铜电极加工钢时 用煤油比用变压油或机油的加工速度高 若采用水或乙醇水溶液 加工速度较低 改变油的粘度对加工速度有影响 如 在煤油中加入 机油 可提高加工速度 五 影响电极损耗的主要因素 工具电极的损耗速度VEVE V tmm3 min或VE g tg min电极相对损耗率 VE VW 100 其中 VW是工件的加工速度 影响工具电极的相对损耗的因素 除了工具电极材料的耐蚀性能外 还有电蚀产物的抛出 极间能量的分布和传递 极性效应等 1 影响工具电极损耗的电量参数主要有 脉冲宽度 电流峰值 脉冲间隙 加工极性 脉冲宽度的影响在电流峰值一定时 随着脉冲宽度减小 工具电极损耗增大 而且 脉冲宽度超过某一定值后 随着脉冲宽度减小 工具电极损耗急剧增大 脉冲宽度足够宽后 随着脉冲宽度增大 工具电极损耗几乎不变 一般情况下 用石墨 紫铜作为工具电极进行负极性加工 当脉冲宽度 500 s时 1 增大脉冲宽度能降低工具电极损耗的原因 脉冲宽度增大 单位时间内脉冲放电次数减少 使放电引起的工具电极损耗减少 脉冲宽度增大 负极 工件 承受正离子轰击的机会增多 极性效应较明显 脉冲宽度增大 工具电极的 覆盖效应 增加 覆盖效应 电火花加工中 电蚀产物不断沉积在工具电极表面上 对工具电极损耗起补偿作用的现象 脉冲宽度与工具电极损耗的关系 电流峰值的影响在脉冲宽度一定时 电流峰值不同 工具电极损耗不同 电极材料不同 工具电极损耗随电流峰值变化的规律也不同 脉冲宽度和电流峰值对工具电极损耗的影响效果是综合性的 只有脉冲宽度和电流峰值保持一定的关系 才能实现低工具电极损耗 当ton 1000 s 电流峰值对工具电极损耗的影响不大 当ton 200 s 工具电极损耗随电流峰值增大而增大 但若Im 25A 1 当ton 50 s 工具电极损耗随电流峰值增大而急剧增大 电流峰值与工具电极损耗的关系 在脉冲宽度相同的条件下 电极材料不同 工具电极损耗随电流峰值变化的规律不同 如用石墨电极加工钢时 工具电极损耗随电流峰值增大而减小 但用紫铜电极加工钢时 工具电极损耗随电流峰值增大而增大 用紫铜电极加工钢 ton 100 1000 s范围内可实现低电极损耗加工 Im K ton一般 取K 0 04 0 07 脉冲间隙的影响在脉冲宽度一定时 工具电极损耗随脉冲间隙的增大而增大 原因 脉冲间隙的增大 极间消电离时间长 工具电极的 覆盖效应 减弱 小电流加工时尤其显著 加工极性的影响正极性加工 工件接脉冲电源正极的放电加工 负极性加工 工件接脉冲电源负极的放电加工 在其它加工条件相同的情况下 加工极性对工具电极损耗有很大影响 当脉冲宽度小于某一数值时 正极性加工的工具电极损耗小于负极性加工的工具电极损耗 相反 当脉冲宽度大于这一数值时 正极性加工的工具电极损耗大于负极性加工的工具电极损耗 根据电火花加工的极性效应可知 采用窄脉冲精加工时应选用正极性加工 而用较长的脉冲进行粗加工 中精加工时则应选用负极性加工 如图3 8所示 2 影响电极损耗的非电量主要有 加工面积 工作液循环方式 电极材料 电极形状尺寸等 工作液循环方式 抽油或冲油 对 无明显影响 但对电极损耗均匀性有影响 一般应采用抽冲交替方式 薄片损耗较大 边损耗大于面损耗 角损耗大于边损耗 工具电极材料的热学物理常数大 工具电极的耐蚀性好 较小 六 影响表面质量的主要因素 表面质量包括 表面粗糙度 表面层变化 两方面 单个脉冲能量大 电蚀凹痕大而深 表面粗糙度大 脉冲大时 Ra 正极性 Ra 负极性 脉冲小时 Ra 负极性 Ra 正极性 3 4电火花穿孔加工工艺 一 电极的设计与制造冲模型孔的精度与电极的精度密切相关 1 对电极的技术要求 尺寸精度不低于IT7级 各表面平行度不大于0 01mm 100mm 表面粗糙度Ra 1 25 m 2 电极材料 选用损耗小 加工过程稳定 生产率高 机械加工性能好 价格低的材料 好 紫铜 黄铜 铸铁 钢 紫铜只能用仿形刨作精加工 不宜用成型磨削 一般用于截面形状小而复杂或带尖角的电极 价格贵 黄铜 价格较低 可用成型磨削 用得较多 铸铁和钢电极可与凸模一起惊醒成型磨削精加工 易解决凸 凹模间隙问题 电加工稳定性较差 3 电极结构形式 整体式 组合式 镶拼式如图3 25为整体式与镶拼式电极结构 4 电极尺寸 在了解机床特性与脉冲电源各规准的加工工艺指标基础上 根据型孔的尺寸精度 几何形状精度 粗糙度等决定电极尺寸 截面尺寸确定 a 按凹模尺寸和公差 b 按凸模尺寸和公差按凹模 电极轮廓总是比凹模型孔轮廓每边均匀缩小一个放电间隙值 A 其中 a 缩小值 单位 用末档精加工时 凹模下口的放电间隙 按凸模 电极轮廓与凸模轮廓相似 并缩放一个数值 a为正为放大 a 2 2其中 凹 凸模刃口双面间隙 末档精加工时 凹模下口处的放电间隙 电极长度 L1 工作部分长度 L1 L KHL 电极长度损耗 不包括校孔部分 K 校孔系数H 凹模有效厚度对一般型孔 取K 1 5 对带尖角的 取K 1 8 2 0 电极类持长度取10 20mm左右 电极总长不宜太长 应小于110 120mm 阶梯电极 在原有电极上适当增长 增长部分截面尺寸适当减小 增长部分用于粗加工 增长部分长度L2 L2 h Lh 凹模刃口厚度l 电极长度损耗 取0 2 0 4h 截面尺寸d d 2a其中 a为单面缩小量 考虑精加工余量和放电间隙等因素而定 一般取0 1 0 15mm 5 电极制造 用成型磨削精加工 材料多用铸铁和钢 电极粗加工 与凸模连接在一起 成型磨削 化学腐蚀或电镀 腐蚀剂 氢氟酸 6 硝酸 14 蒸馏水 80 单面放大量 0 06mm时镀铜 0 06时 镀锌 二 凹模毛坯准备 凹模毛坯准备是指电火花加工之前的全部工序刨元面 平磨 划线 除中间废料 插 铣 出型孔 0 3 0 5mm 加工螺孔等 淬火 磨上下平面 退磁处理 三 电极和工件的装夹与定位 1 装夹一般用普通夹具直接将电极装在机床主轴下端 圆柱形电极用标准套筒装夹 直径较小的可用钻夹头装夹 尺寸大的电极可用标准螺丝夹头装夹 多电极用普通夹具加定位块装夹 或用专用夹具装夹 镶拼式电板一般用一块连接板装成一个整体 工件装夹 一般是将其放在工件台上用压板和螺钉压紧 或用磁力台 2 校正电板装夹完毕后 必须校正 使其轴心线 或轮廓素线 垂直于机床工作台 利用精密角尺校正 利用百分表校正3 定位定位是指确定电极与工件之间相对位置 划线法 精密较低 块规角尺法 用精密角尺 四 电规准的选择与转换 粗规准 任务是蚀除大量的金属精规准 主要用来保证模具要求的间隙 粗糙度和斜度等指标 电规准的选择除考虑电参数与工艺指标的关系外 还应注意以下五点 型孔要求粗糙度小 精度高 斜度小 精规准应选得小些 型孔复杂且有尖角 粗规准应选得小些 型孔截面积较大 粗规准选大些 档次多些 预孔余量大 粗规准可选大些 用阶梯电极 粗规准可选得大些 档次可少些 电规准的转换应根据加工要求 另应注意 各种电极材料损耗不同 损耗小的应比损耗大的提前转换 模具刃口部分厚的提前转换 型孔形状复杂且带尖角和狭糟的应提前转换 凹模余量小的应提前转换 用阶梯电极 可用粗规准加工至刃口处再转换成精规准修刃口 五 电火花加工凹模的结构特点 采用整体式 可减薄模块厚度 型孔轮廓形状用小圆角 不应用夹角 刃口和漏料的斜度小 刃口粗糙度可适当降低 3 5型腔的电火花加工工艺 一 型腔电火花加工特点 与型孔比较 要求电极损耗小 蚀除量要求大 电火花加工时排屑困难 在加工过程中 为了侧面修光 控制加工深度 更换或修整电极等需要 电火花机床应备有平动头 深度测量装置 电极重复定位装置等附件 二 电极的设计和制造 1 电极材料常用紫铜和石墨紫铜用于仿形精度要求高的型腔加工 型腔凸出电极凹入的部分 取 尺寸放大 型腔凹入电极凸出的部分 取 尺寸缩小 2 垂直尺寸 纵向尺寸 yd yg yc yj 8 10 mm其中8 10mm主要是防止夹具与模块相碰yd 纵向有效尺寸 yg 型腔深度尺寸yc 粗加工时电极端面损耗yj 中 精加工时电极端面损耗 电极总高度 型腔加工的电极总高度H必须根据工艺需要 电极使用次数以及装夹要求等因素来确定 如图3 31所示 常用的校正方法 按电极 或固定板 的上端面作辅助基准面校正电极的垂直度 按它们的平直侧面校正电极的水平位置 如图3 32所示 三 加工工艺 粗加工时 端面损耗控制在0 5 以下 中 精加工时 控制 v 20 25 中 精加工量不超过0 5mm 精加工量不超过0 1 0 2mm 电极制造公差一般为型腔尺寸公差的1 3 1 2 粗规准 Im 40 350A tk 800 2000 s中规准 Im 6 50A tk 30 800 s精规准 f 10 100KHz 第四章电火花线切割加工 4 1概述 电火花穿孔加工效率低 制造电板需要熟练的技术 线切割加工型孔则可以弥补这些方面的不足 一 线切割加工原理和特点 线切割加工与电火花成型加工一样 也是利用火花放电蚀除金属 所不同的是线切割的工具电极是连续移动的金属丝 如 钼丝 钨丝等 电极丝与高频脉冲电源负极相通 而工件与阳极相通 特点 不需要制造电极 不必考虑电极损耗 能加工出精密细小 形状复杂的零件 电极丝直径 0 04 0 2mm能加工出 0 05 0 07mm的窄缝 R 0 03mm 二 线切割机床 三种 靠模仿形 光电跟踪 数控数字程序控制线切割机由三大部分组成 机床本体 高频脉冲电源 数字程序控制台 1 机床本体由机械部分和工作液循环系统组成 机械部分 走丝装置十字拖板床身 快速走丝速度 8 10m min十字拖板由两部步进电机带动 步进距离为0 001mm 工作液在加工过程中要不断地冲入电极丝与工件间隙之中 冷却蚀除的金属 并把它带走 5 乳化油 由磺酸钡 环烷酸锌 磺化油等配制而成 运丝机构 为满足不同厚度工件加工需要 可采用图3 37所示的升降式活动丝架 2 高频脉冲电源电子管式晶体管式晶体管式由主振级 前置放大级 功放级和整流四部分组成 3 数字程序控制台小型专用电子计算机 工件加工过程 图纸 程序 纸带 输入机 计算机 步进电机 工作台 高频电源 4 2线切割数字程序控制原理及编程 能够加工同一平面上由直线和圆弧组成的任何图形的工件 此外 还有带间隙补偿 切割斜度 短落回退 自动对心 对称 旋转等功能的控制 较新式的还有高速打孔和自动穿电极丝等控制 一 数字程序控制原理 1 逐点比较法以折线近似斜线或曲线 拖板步进 每走一步都要完成三个工作节拍 偏差判别 进给 偏差计算 2 偏差计算 加工斜线从某点M1 X1 Y1 加工到相邻的下一点M2 X2 Y2 令 F XeY XYe则F 0 加工点在斜线上方 F 0 则加工点在斜线下方 用递推法计算偏差 若M1点在斜线上方 则沿X轴走一步至M2点 X1 X1 1 Y2 Y1 F1 XeY1 X1Ye 0F2 XeY2 X2Ye XeY1 X1 1 Ye XeY1 X1Ye Ye F1 Ye若M1点在斜线下方 则沿Y轴走一步至M2点 X2 X Y2 Y1 1F1 XeY1 X1Ye 0F2 XeY2 X2Ye F1 Xe 加工圆弧以圆弧中心O为原点 半径为R的圆弧段AB 圆弧方程 X2 Y2 R2 0令F X2 Y2 R2 0则F 0 则加工点在圆外 F 0 加工点在圆内 若加工点M1 X1 Y1 在圆外 则沿X轴负向进一步至新加工点M2 X2 Y2 X2 X1 1 Y2 Y1F2 X22 Y22 R2 X1 1 Y2 R2 F1 2X1 1若加工点M1 X1 Y1 在圆内 则沿Y轴正向进一步至新加工点M2 X2 Y2 X2 X Y2 Y1 1F2 F1 2Y1 1以上所述情况属斜线和圆弧在第一限的情况 在其他象限可以用同样方法推出偏差计算公式 3 加工长度控制逐点比较法用于切割加工 还要加一个重点判断节拍 为进行终点判断 计算机中设有一个计数器 加工前将拖板沿X 或Y 方向进给的总长度存入计数器 加工过程中每沿X 或Y 方向进一步计数器就减小 减至零时加工结束 选取X拖板进给总长度进行计数的称为X 用Gx表示 选取拖板的称为计Y 用Gy表示 对于斜线 应选取进给距离长的坐标作为长度控制 对于圆弧 加工弧段终点B若靠近Y轴 在终点附点圆弧趋向于平行X轴 应选取计X才不会漏步 对跨象限圆弧段 选定计数坐标后 计数长度等于各象限内的圆弧段在计数坐标上投影的绝对值之和 二 程序编制 1 格式BXBYBJGZ B为分隔符号 X Y J为数字码 加工圆弧时 坐标原点取在圆心 X Y为加工起点坐标值 加工斜线 坐标原点取在斜线加工起点 X Y为斜线终点坐标值 X Y J数值均以 m为单位 当X或Y为零时可以省略不写 对于计数长度J 应写是六位数 例如J 1986 m 应写成001986 加工指令共有12种 平行于坐标轴方向的线 为区别一般斜线 把它叫直线 此时取X Y 0 加工指令为 向左的L3 向上的L2 向右的L1 向下的L4 跨象限圆弧段 加工指令应由加工起点所在象限和加工走向决定 若起点在坐标轴上 则可按在相邻两坐标中任一个处理 2 纸带编码 线割机多采用五单位标准纸带 共有六排孔 其中一排小孔叫同步孔 记为I0 其余五排大孔分别记为I1 I2 I3 I4 I5 同一列中五个大孔位置打或不打孔的编排代表数字或代码 3 程序编制 根据工件图纸尺寸 考虑钼丝直径 火花间隙 凹 凸模配合间隙 在保证一定精度的条件下 求得相应的数据和指令 并用程序格式表示出来 步骤 根据工件的装夹情况和切割方向 确定相应统一坐标系 按选定的电极丝半径r 火花间隙 和凸 凹模配合间隙确定电极丝中心的补偿距离 R 将电极丝中心轨迹分割成直线和单一圆弧段 按平均尺寸计算出各段交点 切点 的坐标值 根据交 切 点坐标值及各段的加工顺序逐段编程 检查和检验 除切割工件图形线段的程序外 还应安排电极丝切入 切出 空走以及停机 拆丝 装丝程序 间隙补偿的控制原理 只要编制一条程序便可加工凸模 凹模和固定板等零件 不仅减少了编程的工作量 而且能满意地实现凸模和凹模间隙均匀的要求 如图3 52说明间隙补偿原理 切割带斜度工件的原理 大多数模具都希望侧壁有一定的斜度 冲压模的凹模要求有落料斜度 塑料模等也要求有脱模斜度 为了适应模具生产发展需要 目前在许多电火花线切割机床上都增设了斜度切割装置 4 3电火花线切割加工工艺 一 坯料准备 线切割之前要用切割加工方法将毛坯加工到一定的尺寸要求 准备穿丝孔和工艺基准面 1 工件的工艺基准 一般以上 下平面作为装夹的定位面 调整工件与电极丝相对位置的基准面一般有平面或内孔两种 以孔为基准定位精度可达5 m以内 而以面定位可达5 10 m 影响电火花线切割加工工艺效果的主要因素 评价电火花线切割加工工艺效果的好坏 一般都是用切割速度 加工精度及加工表面粗糙度来衡量 影响线切割工艺效果的因素很多 而且还是相互制约的 如图3 59所示 2 穿丝孔的准备 加工凸模 穿丝孔宜选在加工图样拐角附近 加工凹模 穿丝孔宜选在型孔中心 或图样边角处 或已知坐标尺寸交点 穿丝孔大小一般为 3 10mm 二 工件的装夹与调整 1 装夹方法 悬臂式装夹 易出现切割面与上 下平面垂直度误差 两端支撑式装夹 定位精度高不适合小件 桥式支撑装夹 通用夹具上放置垫铁后再装夹工件 适合大 中 小型件 板式支撑装夹 采用有通孔的支撑板精度高 通用性差 2 工件的调整 工件定位基准面应分别与机床工作台面和工作台进给的X Y方向上进行 用百分表找正 找正应在三个互相垂直的方向上进行 划线法找正 利用固定在丝架上的划针对于正基准线 三 电极丝坐标位置的调整 1 目测法 用肉眼和借助2 8倍放大镜找正电极丝位置 使其对准十字基准线 2 火花法 移动拖板使工件基准面逐渐靠近电极丝 记下产生火花的瞬间拖板的相应位置坐标值 再据火花间隙和电极丝直径推算电极丝中心坐标 3 电阻法 电表法 讯响法找正电极丝中心与基准孔中心重合 重合的坐标为 X1 X2 2 Y1 Y2 2 四 加工工艺 电极丝直径通常为0 05 0 25mm 多采用0 1mm以上直径的电极丝 电极丝张紧力应足够大 如 0 2mm黄铜丝张紧力一般为7 84 14 70N走丝速度 1 3mm min工艺坐标 加工速度 加工精度 表面粗糙度 1 加工速度 线切割加工是沟槽加工 加工速度以单位时间内的加工断面积表示 mm2 min 黄铜放电短路机会少 加工稳定性好 加工速度比铜丝快 电极丝直径大 加工速度快 电极丝张紧力大 加工速度提高 高速加工钢材 宜选用电阻率低的工作液 而加工硬质合金 铝材时 则宜选用绝缘性高的工作液 提高加工速度的途径 用大功率电源 增大脉宽或脉冲电压 Ra要求低时 宜用窄脉宽高电流峰值 2 加工精度 加工面尺寸精度 形状精度 鼓形 表面粗糙度 间距尺寸精度 定位精度 角部形状精度 加工面尺寸精度 形状尺寸由偏置量 电极丝半径 火花间隙 决定 形状精度主要由机械精度和数控精度决定 工件无变形 工作液温度和环境温度恒定 加工状态无变化 影响形状尺寸的重要因素之一是加工沟幅误差 一般通过提高加工速度 降低加工电压而使沟幅变窄 以减少沟幅误差 影响鼓形的主要因素 电极丝的振动 工作液电阻率 二次放电 加工条件等 加工表面粗糙度随放电能量的增大而变大 常采用二次切割精加工解决加工速度与表面粗糙度之间的矛盾 粗规准初次高速加工 然后用精规准 慢慢减少偏置量 以比初加工快几十倍的竟给速度进行两次以上的表面部分加工 间距尺寸精度 型腔间的尺寸精度 依赖于定位精度和恒定的加工状态 加工中 应保证环境温度 工作液温度和电阻率 电压等恒定 消除工件在加工中产生的残余应力和变形 采用二次切割 定位精度 定位方法 孔基准 面基准基准孔端棱倒圆 坐标镗床精加工 定位精度可达5 m以内 基准面定位 仔细定位后精度可达5 10 m 角部形状精度 由于放电压力影响 电极丝产生偏移 挠曲 或拉力不是时产生滞后现象 使角部掉角 第五章模具零部件加工与装配 模具生产属单体 小批量 生产 适合于集中装配 模座的加工 上 下模座 如图4 5 用于安装导柱 导套以及凸 凹模固定板等零件 5 1装配方法及其应用范围 产品的装配方法根据产量和装配精度要求等因素确定 可以用精度较低的零件来达到较高的装配精度 模架的装配 滑动导向模架常用的装配工艺和检验方法见表4 3 一 互换装配法 完全互换法 部分互换法 分组互换法 1 完全互换法 装配时各有配合零件不经修整 选择和调整即可达到装配要求 T T1 T2 T3 Ti其中 T 装配精度所允许误差 Ti 影响装配精度的零件尺寸公差 2 不完全互换法 按T Ti2 2确定装配尺寸链中各组成零件的尺寸公差 可使各组成环的公差扩大 但将有0 27 的零件不能互换 适合于成批和大量生产中采用 二 分组装配法 在成批和大量生产中 将产品各配合副的零件按实测尺寸分组 装配时按组进行互换装配以达到装配精度的工艺方法 叫分组装配法 注意几点 每组配合尺寸的公差要相等 以保证分组后各组的配合精度和配合性质都能达到原设计要求 分组数不宜过多 不超过4 5组 分组装配法不适用于组成环很多的装配尺寸链 尺寸链环数n 4 应严格零件的检测 分组 识别 贮存和运输等方面的管理工作 三 修配装配法 在装配时修去指定零件上预留修配量以达到装配精度的工艺方法 适合于单体 小批量生产 1 按件修配法 按件修配法是在装配尺寸链的组成环中预先指定一个零件作为修配件 修配环 装配时再用切削加工改变该零件尺寸以达到装配精度要求 选定的修配件应是易于加工的零件在装配时其尺寸改变对其它尺寸链不产生影响 2 合并加工修配法 是指把两个 或以上 的零件装配在一起后 再进行机械加工 以达到装配精度要求 零件组合后所得尺寸作为装配尺寸链的一环 从而使组成环数减少 公差扩大 3 自身加工修配法 用产品自身所具有的