第7章模具的机械加工

7 1模具工作零件的加工 7 2模架的加工 7 3型腔的抛光 7 4数控电火花加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 模具工作零件的加工 冲压凸模 塑料模凸模和型芯 型芯零件加工工艺分析 模架的加工 导柱和导套 型腔抛光数控电火花加工 电火花加工的基本原理 数控电火花加工机床 电火花加工参数的选择 电火花线切割加工数控原理及编程 电解加工 重点 概述 模具的种类 冲模 锻模 压铸模 挤压模 注射模等等 冲模中还分冲裁模 连续模 复合模 大型覆盖件模具等但每副模具都可以分成如下几部分 工作部分 凸凹模 卸料部分 材料定位部分 模架 第七章模具的机械加工 1 工作零件 2 结构零件 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 在制定模具零件加工工艺方案时 必须根据具体加工对象 结合企业实际生产条件进行制定 以保证技术上先进和经济上合理 第七章模具的机械加工 按照模具零件结构和加工工艺过程的相似性 可将各种模具零件大致分为 工作型面零件 板类零件 轴类零件 套类零件等 7 1模具工作零件的加工 1冲压凸模的结构 7 1 1冲压凸模加工 第七章模具的机械加工 圆形长凸模 圆形短凸模 第七章模具的机械加工 圆形快换凸模的一种 不同直径之间以600的圆锥形转接 固定部分为H7 h6配合 第七章模具的机械加工 凸模的固定部分均为圆锥面配合 第七章模具的机械加工 凸模截面形状多为近似简单几何形状 淬火之后磨削容易 固定部分的加粗 有利于凸模的强度和刚度 第七章模具的机械加工 直通式凸模 它便于电火花线切割和成形磨削加工 是复杂形状冲裁凸模的主要结构形式 第七章模具的机械加工 凸缘凸模 适用于冲裁模 弯曲模 拉深模 适用弯曲模 适用于大截面凸模 销钉固定凸模 工作面内固定凸模 第七章模具的机械加工 复朵截面的拼块式凸模 拼块之间以结构要素定位 螺钉固紧 拼块磨削要求高 用于大型复杂拉探模 铸造凸模 软凸模 聚氨酯橡胶 第七章模具的机械加工 2 材料及热处理 第七章模具的机械加工 冲压凸模的基本材料 碳素工具钢T8A T10A合金工具钢9Mn2V Cr6WV Cr12 Cr12Mov其中Cr6Wv是高强度微变形高碳中铬钢 主要用于大批量生产冲模 模具寿命接近Cr12Mov 在小型精压模 重载冷挤凸模 中等负荷冷挤压凸模上 都有良好的效果 但用于高速钢片冲裁模 寿命骗低 常用的冲压凸模材料还有65Cr4W3Mo2VNb 简称65Nb 轴承钢GCrl5 高速钢等材料 凸模零件要求进行淬火和回火处理 热处理后工作部分的硬度大于HRC55 凸模零件毛坯形式原则上为锻件 特别是高碳高铬工具钢和高速钢 必须进行充分的 改锻 才能发挥材料的性能 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 对于大型覆盖件拉深模 毛坏形式为铸件 常用的材料有合金铸铁 如Ni Cr铸铁 Mo Cr铸铁和Mo V铸铁 凸模工作表面进行火焰淬火 空气冷却 淬火后的硬度Ni Cr铸铁为40 45HRC Mo Cr铸铁为55 60HRC Mo V铸铁为47 52HRC 3位置精度 第七章模具的机械加工 通过一次装夹磨削或者采用同一安装定位基准加工的工艺措施来保证 对于f式凸模 一则是在加工时 严格控制工作部分和固定部分的位置精度 再则就是将固定部分由H7 m6配合 改为粘接式或者冷涨式固定 第七章模具的机械加工 4 冲裁凸模工作段的锥度问题 第七章模具的机械加工 冲裁凸模工作段的长度方向 不希望存在锥度 由于制造误差出现锥度 如图7 2所示 图 a 所示锥度在直径尺寸公差范围内是允许的 但是图 b 在任何状态都是不允许的 5 凸模的磨削举例 第七章模具的机械加工 将工件放在磁力工作台上 先粗磨一面 用跟踪器使修整的砂轮能保留有0 05mm的精磨余量 磨平校圆弧端面 并用对面及粗磨面定位 将工件反转后磨对面 用校圆弧面及粗磨面定位 第七章模具的机械加工 工件装夹在正弦磁力工作台上 角度为工件的一半 粗磨另一面 并留0 05mm的精加工余量 用正常尺寸的跟踪器 再将砂轮修成需要的尺寸 并且精磨各面使其达到图纸要求的尺寸 以小圆弧定位 磨狭槽尺寸 第七章模具的机械加工 d e 冲裁模凸 凹模零件制造的工艺 第七章模具的机械加工 典型工艺路线一 1 下料 锻造 退火 毛坯外形加工 包括外形粗加工 精加工 基面磨削 划线 刃口轮廓粗加工 刃口轮廓精加工 螺孔 销孔加工 淬火与回火 此工艺路线钳工工作量大 技术要求高 适用于形状简单 热处理变形小的零件 钳工 下料 锻造 退火 毛坯外形加工 包括外形粗加工 精加工 基面磨削 划线 刃口轮廓粗加工 螺孔 销孔加工 淬火与回火 采用成形磨削进行刃口轮廓精加工 此工艺路线能消除热处理变形对模具精度的影响 使凸 凹模的加工精度容易保证 适用于热处理变形大的零件 研磨或抛光 第七章模具的机械加工 典型工艺路线二 下料 锻造 退火 毛坯外形加工 包括外形粗加工 精加工 基面磨削 螺孔 销孔 穿丝孔加工 淬火与回火 磨削加工上下面及基准面 线切割加工 钳工修整 此工艺路线主要用于以线切割加工为主要工艺的凸 凹模加工 尤其适用于形状复杂 热处理变形大的直通式凸模 凹模零件 第七章模具的机械加工 典型工艺路线三 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 1 结构形式 7 1 2塑料模凸模和型芯 第七章模具的机械加工 整体式凸模 结构简单 但是加工不方便 在加工时要保证台阶平面在同一平面内 它主要适用于形状比较简单 凸模长度不长 适用加工比较方便的情况 凸模尾部为台阶式 装入模板内 台阶面承受开模力 结构可靠 在中型和小型塑料模中应用普遍 凸模端面与模板间用圆柱销定位 螺钉连接 它适用于较大截面和形状比较复杂的凸模 型面的加工便于采用磨削和电火花线切割加工 第七章模具的机械加工 凸模为拼块式凸模 它为多块凸模相拼合 主要用于形状比较复杂 难以加工 通过分解使加工精度易保证 但是在拼合后要保证尺寸精度 避免积累误差 第七章模具的机械加工 组合式凸模 主耍从加工工艺角度考虑 在不影响凸模使用和强度的清况下 便于制造加工 f为小直径型芯的基本结构形式 第七章模具的机械加工 小直径型芯的基本结构形式 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 材料 T8 T10或20渗碳淬火硬度 HRC55表面粗糙度 Ra0 8 m 第七章模具的机械加工 下料 车端面 打中心孔 车外圆 铣斜面 检验 热处理 研中心孔 磨 检验 第七章模具的机械加工 铣 磨加工高碳钢淬火 硬度大于HRC50Ra 0 8 m 第七章模具的机械加工 2 材料及热处理 第七章模具的机械加工 塑料模凸模和型芯的材料与冲压凸模相 简单形状便于热处理后精加工的凸模材料为T8A T10A 复杂形状的凸模材料为9Mn2v Cr6WV CrWMn和5CrMnMo 5CrNiMo 对于简单形状凸模和型芯热处理硬度为45 60HRC 对于复杂形状凸模热处理硬度为40 50HRC 3 面粗糙度要求 第七章模具的机械加工 对于凸模和型芯的表面粗糙度要求 成型表面的粗糙度为Ra0 2 0 1 m 对于塑料流动性差塑件表面粗糙度值要求低于Ra0 1 0 025 m 凸模与加料室接触部分的表面粗糙度为Ra1 6 0 2 m 因此以上表面都要进行研磨和抛光加工 上述表而还应进行镀铬处理 镀镑层厚度为0 015 0 02 m 在镀铬前后备表由都应进行抛光 4 位置精度要求 第七章模具的机械加工 凸模和型芯上的工作部分和固定部分要考虑同轴度要求 在零件加工工艺上要保证上述要求 5 脱模斜度表示法 第七章模具的机械加工 7 1 3型芯零件加工工艺分析 第七章模具的机械加工 1 工艺分析 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 2 工艺方案 3 工艺过程 第七章模具的机械加工 7 2模架的加工 7 2 1导柱和导套的加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 为了保证导柱 导套耐磨 而中心部分具有良好的韧性 通常采用低碳钢20号制造 热处理时 一般进行渗碳淬火 其表面渗碳深度为 0 8 1 2 mm 导柱零件的材料还有T8A及T10A等 对于这些材料采用热处理淬火即可达到规定的硬度要求 1 导柱的加工 导柱的外圆柱配合表面的加工路线为 粗车 半精车 热处理 粗磨 精磨 IT6 7及Ra0 4 0 8 m 对于一般精度要求的导柱 其外圆柱配合表面 可按上述加工路线加工至精磨即可 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 1 用两顶尖孔定位装夹导柱零件的设计基准通常为轴心线 所以用两端顶尖孔装夹符合基准重合原则 同时用作基准面的顶尖孔可在后续的磨削加工中重复使用 又符合基准统一原则 2 用外圆柱表面定位装夹较短的导柱零件可直接用三爪卡盘装夹 见图7 10 用三爪卡盘直接装夹不需要找正件 加工出的回转表面与夹持表面的同轴度误差一般在0 05mm以内 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 3 外圆与顶尖相结合的定位装夹若导柱直径与长度均较大时 通常采用一端用三爪卡盘 另一端用顶尖装夹 简称一夹一顶 见图7 11 一夹一顶装夹可提高导柱在加工过程中的刚性 第七章模具的机械加工 4 影响导柱车削加工质量的因素车削毛坯的准备工作主要有校直 切断 加工端面和钻顶尖孔等 校直分为冷校直和热校直两种方法 目的在于减少毛坯的弯曲度 热校直是热加工工序 在毛坯车间进行 冷校直可在压力机上进行 细长的棒料用专用的校直机校直 冷校直后 毛坯内部存在内应力 会使零件在加工或使用过程中产生新的变形 因此 对于技术要求非常高的导柱零件一般就不允许采用冷校直 在钻顶尖孔前 要特别注意先加工端面 以免钻头引偏或折断 第七章模具的机械加工 顶尖孔的几何形状误差过大 会加速顶尖孔的磨损 使工件旋转中心位置不稳定而造成外圆柱表面的跳动和圆柱度误差等 顶尖孔的深度不一致时 会引起导拄的轴向误差 此外 若导柱两端面的顶尖孔轴线不重合 工作时定位锥面只与顶尖的一边相接触 见图7 12 在切削力与重力的作用下 将很快磨损面失去原有的定位精度 使加工误差加大 重复使用时还会因定位轴线的变动增加新的误差 因此 顶尖孔的加工必须保证同轴度 第七章模具的机械加工 1 导套的加工路线为 钻孔 粗车 镗孔 半精车 镗孔 热处理 粗磨 精磨 IT6 7及Ra0 4 0 8 m 导套的磨削是先磨内孔 再穿芯棒磨削外圆以保证内外圆同轴度要求 2 导套的加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 7 2 2模座的加工 第七章模具的机械加工 1 上 下两平面应保持平行 在300毫米的长度上 偏差不得超过0 05毫米 2 安装导拄 导套的孔 位置应该一致 面且要求孔与底面垂直 1 上 下模座的加工要求 第七章模具的机械加工 上 下模座通常是用铸铁或铸钢作为毛坯经过铣 或刨 削加工后 在平面磨床上磨削上 下两平面 以保持其平行度 为了保证安装导柱 导套的孔垂直于底面 应在磨好上 下两平面后才加工孔 孔的加工可在坐标镗床 铣床或摇臂钻床 或在专门的双轴镗孔机上进行 也可在数控铣或加工中心上进行 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 模板上的孔如销钉孔 导柱与导套的固定孔等 孔的加工路线为 钻孔 扩孔 粗铰 IT8 9 Ra 1 6 6 3 精铰 IT7 Ra 0 8 3 2 手绞 IT6 7 Ra 0 4 1 6 模板需淬硬时 则根据模板零件的材料 属于微变形钢时仍可采用上述加工路线 对于热处理后变形较大的材料 如碳素工具钢等 则其加工工艺路线应改为钻孔 扩孔 粗铰 精铰 热处理 研磨 IT6 7 Ra 0 012 0 2 2 模板上孔的加工 第七章模具的机械加工 1 钻孔钻孔的孔径通常为d 0 2 50 mm 钻孔常用设备有台式钻床 立式钻床和摇臂钻床等 钻床上钻孔时 工件不转而钻头旋转并沿本身的轴心线向工件方向运动 钻孔的常用辅具有平行垫块及平行夹头等 由于钻头的切削刃不对称 刚度不足等原因 容易造成钻头引偏 因此需减少和防止钻头的引偏 其具体工艺措施有 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 1 钻孔之前先加工端面 这样可避免开始钻孔时 因端面不平而使钻头引偏 2 在钻小而深的孔时 采用较小的进给量 以减少轴向力 从而减少钻头的弯曲 3 采用钻套来引导钻头 除了能保证孔的坐标位置外 也增加了钻头开始工作时的刚度 可减少钻头弯曲 4 采用短而粗的尖钻预钻 眼孔 第七章模具的机械加工 2 扩孔是用扩孔钻对已经钻出的孔做扩大加工 由于扩孔的切削深度小 排屑容易 扩孔钻刚性好 刀齿较多 所以扩孔的精度较高 粗糙度值小 扩孔还能纠止预孔的轴线偏歪误差 扩孔常作为精加工 如铰孔 前的预备工序 也可作为要求不高的孔的终加工 扩孔余量 般为孔径的l 8左右 扩孔的进给量一般较大 0 4 2mm r 故生产率高 孔径小于10mm的孔 一般不扩孔 孔径大于100mm的孔 扩孔应用得较少 而多采用镗孔 第七章模具的机械加工 3 绞孔绞孔是对未淬硬工件上的孔进行精加工的一种加工方法 绞刀结构比较完善 刚性好 制造精度高 加之绞孔的加工余量小 切削速度较低 排屑冷却润滑条件好等 故绞孔后孔的本身质量较高 绞孔时通常以孔本身为基准 所以对纠正孔的位置误差的能力很差 孔的有关位置精度应由铰孔前的预加工工序保证 第七章模具的机械加工 绞孔常见的质量问题有 1 孔径大于绞孔直径并超过孔径的上限尺寸 同时出现表而粗糙度增大 其原因是绞刀中心线与待加工孔的中心线不一致 进给方向与绞刀或工件的旋转中心不一致 各刀齿的切削深度不均匀引起切削力变化 绞刀由此而产生颤动等都会导致模板上钻孔孔径的扩大并增大表面粗糙度 2 用硬质合金绞刀以较大的切削用量绞孔时 会出现孔径小于直径 并小于孔的下限尺寸 其主要原因是径向切削力过大 模板金属的弹性变形的恢复显著 而导致孔径缩小 另外绞孔时工件升温较快 加工完毕后工件冷却也会发生孔径缩小 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 4 攻丝模板上有较多的螺孔须加工 可采用钳工攻丝 即攻螺纹 的方法 有些模板零件的材料较硬 螺孔深度较深 因此采取机械攻螺纹时 必须使头攻的切削量减少 以防止丝锥断裂 由于圆柱形分配的丝锥负荷较合理 因此较为常用 如采用锥形分配的丝锥作机攻 应采取两种方法修磨丝锥 将头攻的切削部分加长3 5螺距 将头攻的整个外径磨小 攻螺纹前钻孔直径一定要大于螺纹内径 钻孔直径由下式决定 加工钢及塑性金属时 加工铸铁及脆性金属时 第七章模具的机械加工 常用公制螺纹的钻孔直径 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 模板零件上的孔系加工 除了要保证孔本身的精度外 还要保证孔与基准平面 孔与孔的间距尺寸精度 有的还要求保证各平行孔之间的轴线平行度 各同轴孔之间的同轴度 孔的轴线与基准平面之间的平行度和垂直度等 孔系加工时 一般是先加工好基准平面 然后再加工所有的孔 3 模板孔系的找正加工 1 精密划线加工 精度达到0 015mm 第七章模具的机械加工 2 定位套法加工 加工成比孔的直径小 3 5 mm的螺纹孔 在每个孔的位置上安装一个经淬硬并精确研磨过的定位套 精度达到0 015mm 第七章模具的机械加工 3 块规调整法加工 应用在普通镗床 铣床 是将芯轴插在机床主轴孔内 加工好一个孔后 将芯轴分别插在主轴孔和已加工的孔内 用块规组合调整主轴 以便加工下一个孔 精度达到0 015mm 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 孔系加工用具 镗孔夹头 镗刀 中心测定器 弹簧中心冲 4 用坐标镗床加工孔系 第七章模具的机械加工 模板在镗床上的找正 坐标镗床是依据坐标法的加工原理来保证孔系的加工精度 所谓坐标法是指将被加工孔系的孔间距尺寸换算成两个互相垂直的坐标尺寸 然后按此坐标尺寸 通过镗床工作台或主轴的纵横向移动 使主轴的轴心精确地对正各待加工孔的中心 从而保证孔系中孔间距的尺寸精度 因此模板在镗床上的找正操作就成了关键 模板在工作台上的定位找正 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 模扳侧基准面坐标值的找正 冲压模座基准坐标值的找正 第七章模具的机械加工 将模板安装在平行垫铁上 使其大致与工作台T型槽平行后用压板轻轻夹住 然后以模板的一个侧面 如用平行于y移动方向的一个侧面 为基准 用千分表接触此侧面的同时使工作台向y方向移动 见图7 26 这时读取千分表指针摆动的数值 根据工作台的移动量和干分表指针的摆动值推算出调节量 并进行微调 使千分表摆动为零 然后央紧工件 最后将工作台再移动一次 进行检验后加以确认 当模扳外形不规则时 可按表面划线或已加工的表而找正工件 第七章模具的机械加工 5 模板的加工实例 图7 28后侧导柱模架的上模座 材料 HT250 批量生产 第七章模具的机械加工 7 3型腔抛光 7 3 1抛光方法 第七章模具的机械加工 1 机械抛光2 化学抛光3 电解抛光4 超声波抛光5 流体抛光6 磁研磨抛光 7 3 2机械抛光技巧 第七章模具的机械加工 在塑料模具加工中所说的抛光与其他行业中所要求的表面抛光有很大的不同 严格来说 模具的抛光应该称为镜面加工 它不仅对抛光本身有很高的要求并且对表面平整度 光滑度以及几何精确度也有很高的标准 表面抛光一般只要求获得光亮的表面即可 镜面加工的标准分为四级 AO Ra0 008 m A1 Ra0 016 m A3 Ra0 032 m A4 Ra0 063 m 由于电解抛光 流体抛光等方法很难精确控制零件的几何精确度 而化学抛光 超声波抛光 磁研磨抛光等方法的表面质量又达不到要求 所以精密模具的镜面加工还是以机械抛光为主 要想获得高质量的抛光效果 最重要的是要具备有高质量的油石 砂纸和钻石研磨膏等抛光工具和辅助品 而抛光程序的选择取决于前期加工后的表面状况 如机械加工 电火花加工 磨加工等等 7 3 2机械抛光技巧 第七章模具的机械加工 1 粗抛 经铣 电火花 磨等工艺后的表面 可以选择转速在35000 40000rpm的旋转表面抛光机或超声波研磨机进行抛光 2 半精抛 半精抛主要使用砂纸和煤油 3 精抛 精抛主要使用钻石研磨膏 精度要求在1 m以上 包括1 m 的抛光工艺在模具加工车间中一个清洁的抛光室内即可进行 若进行更加精密的抛光则必需一个绝对洁净的空间 灰尘 烟雾 头皮屑和口水沫都有可能报废数个小时工作后得到的高精密抛光表面 7 3 3抛光注意事项 第七章模具的机械加工 1 用砂纸抛光需要利用软的木棒或竹棒 2 当换用不同型号的砂纸时 抛光方向应变换45 90 3 为了避免擦伤和烧伤工件表面 在用 1200和 1500砂纸进行抛光时必须特别小心 因而有必要加载一个轻载荷以及采用两步抛光法对表面进行抛光 用每一种型号的砂纸进行抛光时都应沿两个不同方向进行两次抛光 两个方向之间每次转动45 90 4 钻石研磨抛光必须尽量在较轻的压力下进行特别是抛光预硬钢件和用细研磨膏抛光时 5 当使用钻石研磨抛光时 不仅是工作表面要求洁净 工作者的双手也必须仔细清洁 7 3 3抛光注意事项 第七章模具的机械加工 6 每次抛光时间不应过长 时间越短 效果越好 7 为获得较好抛光效果 容易发热的抛光方法和工具都应避免 8 当抛光过程停止时 保证工件表面洁净和仔细去除所有研磨剂和润滑剂非常重要 随后应在表面喷淋一层模具防锈涂层 9硬度增高使研磨的困难增大 但抛光后的粗糙度减小 10钢材的切削参数不当会影响抛光效果 电火花加工后的表面比普通机械加工或热处理后的表面更难研磨 7 4数控电火花加工 7 4 1电火花加工的基本原理 第七章模具的机械加工 电器开关闭合或断开时 往往出现电火花而把接触部分烧损 这种因放电而引起电极损伤的现象叫做电腐蚀 电火花加工是利用两电极间脉冲放电时产生的电腐蚀 对工件进行加工的 在工具电极与工件相互接近时 极间电压在最靠近点使介质电离击穿而形成火花放电 并在火花通道中瞬时产生大量热能 足以使金属局部熔化甚至汽化 蒸发而蚀除下来 1 介质击穿和通道形成 第七章模具的机械加工 在电场作用下 电子高速向阳极运动 撞击介质中的分子和原子 产生碰撞电离 带电的粒子雪崩式增多 介质击穿 产生火花放电 形成导电通道 第七章模具的机械加工 2 能量转换 第七章模具的机械加工 两电级间的介质一旦被击穿 电源就通过放电通道瞬时释放能量 电能大部分转换为热能 产生高温 使两极放电点局部熔化或汽化 3 电蚀产物的抛出 脉冲放电初期 热源产生的瞬间高温 便电极放电点部分材料汽化 热爆炸力 使熔化状态的材料挤出或溅出 电极蒸气 介质蒸气以及放电通道的急剧膨胀 也会产生相当大的压力 使熔化材料抛出 另外 脉冲放电期间 电流的磁效应产生的电功力 与电力线成法线方向 可将熔融材料压出 4 间隙介质的消电离 第七章模具的机械加工 进行电火花加工时 一次脉冲放电结束后 应有一个间隔时间 使间隙介质消电离 通道中的带电粒子复合为中性粒子 恢复间隙中介质的绝缘强度 以待下次脉冲击穿放电 恢复绝缘阶段 电蚀产物要及时排出至放电间隙之外 以便重复性脉冲放电顺利进行 每次脉冲放电在时间上和空间上是分散的 即不在同一点连续放电 避免产生局部烧伤 7 4 2数控电火花加工机床 第七章模具的机械加工 CNC电火花成形机床是由机座 立柱 床头箱 主铀 电柜 数控计算机 液站 工作介质控制阀等组成 1 数控电火花成形机床 第七章模具的机械加工 第七章模具的机械加工 数控电火花线切割机床根据电极丝的工作状况 可分为慢走丝及快走丝两大类 慢走丝电火花线切割机床 通常采用黄铜丝做电极 只使用一次 切割精度较高 快走丝电火花线切割机床 通常采用铜丝做电极 反复使用 由于多次放电 铜丝被电蚀 加工精度不太高 快走丝线切割适用于粗加工 CNC电火花线切割机床见图7 33 由机座 立柱 床头箱 工件支架 电极丝箱 数控计算机 工作液站等部件组成 2 数控电火花线切割机床 第七章模具的机械加工 快走丝线切割机床结构图 第七章模具的机械加工 3 数控电火花线切割机床 1 绝缘板2 工件3 脉冲电源4 电极丝5 导向轮6 支架7 卷丝筒电火花线切割加工原理 CNC电火花线切割机床的控制系统构成图如图7 35 也配置了32位中央处理单元采用直线光栅作为反馈元件的全闭环系统 7 4 3电火花加工参数的选择 第七章模具的机械加工 加工参数对工件的加工影响很大 在同样的设备条件下 加工参数决定生产率 表面粗糙度 尺寸精度 各数控电火花成形机床的加工参数大同小异 一般有16个参数分为三类 1 与放电脉冲设定有关的参数 属于这一类的参数有ON OFF PL IP V HP PP 2 与加工调节有关的参数 它们是MA SV UP DN C S 3 与摇动动作有关的参数 LN STEP LD 第七章模具的机械加工 加工符号与机能 第七章模具的机械加工 1 极性PL电火花加工中 将脉冲电源正极接工件者称为正极性加工 脉冲电源负端接工件者称为负极性加工 极性对电火花加工的电极损耗 生产率和加工稳定性等影响很大 用紫钢及石墨材料作电极对钢工件加工时 粗加工由于脉冲宽度较大 一般大于50 s 采用负极性 电极损耗较小 精加工于脉由冲宽度较小 一般小于50 s 采用正极性电极损耗较小 用钢或铸铁做电极 对钢质工件加工时 均采用负极性 1 与放电脉冲设定有关的参数 第七章模具的机械加工 当所用电脉冲放电时间小于50 s时 正离子的起动较慢 对阴极的轰击较弱 电子传递给阳极的能量大于正离子传递给阴极的能量 使阳极蚀除量大于阴极蚀除量 相反 电源脉冲放电时间大于300 s时 正离子足以获得较高的速度 它的质量又大 轰击阴极时的动能大 传给阴极的能量显著增加 阴极所获得的能量大于阳极 阴极的蚀除量也就大于阳极 脉冲放电时间是影响极性效应的重要因素 随着放电能量的增加 尤其是极间放电电压的增加 每个正离子传给阴极的平均动能增加 电子能量虽也增加 使阴极上受到的轰击大于阳极 脉冲能量是影响极性效应的另一个重要因素 极性对电极损耗和其它加工性能的影响有时是不一致的 例如电极损耗大的极性其加工稳定性却很好 第七章模具的机械加工 2 脉冲放电时间ON此参数用于设定脉冲放电的时间 一般从1 1250 s 微秒 的范围内选择 脉冲放电时间对电极损耗 粗糙度工表面变质层及斜度等均有影响 此外 它对加工稳定性 决定加工极性以及是否容易烧弧也有影响 其它条件不变时 增大放电脉宽 可使电极损耗减小 表面粗糙度变大 间隙增大 生产率提高 表面变质层增厚 斜度变大 一般脉宽较大时加工稳定性会好些 第七章模具的机械加工 3 脉冲间歇时间OFF在放电脉冲间歇中 电极与工件之间被击穿的工作介质液 恢复绝缘 电蚀产物排出 所以参数OFF主要决定加工稳定性 避免电弧的产生 它对生产率有明显的影响 对电极损耗也有一定影响 一般加大脉冲间隙时间加工稳定性提简 但电极表面温度降低 电蚀产物对电极的覆盖效应减小 电极损耗会有所增加 加工形状复杂的盲孔时 排屑不好 可增大脉冲间歇时间 第七章模具的机械加工 4 主电源蜂值电流值IPIP对生产率 表面粗糙度 放电间隙 电极损耗 表面变质层均有明显作用 对加工稳定性的影响也较大 一般提高峰值电流将使生产率提高 加工表面粗糙度变大 间隙增大 电极损耗上升 表面变质层加深 能改善加工稳定性 提高蜂值电流虽然能提高生产率 但有个限度 超过这个限度 加工稳定性会破坏 电极和工件会产生拉弧烧伤 第七章模具的机械加工 5 主电源电压VV是供给主电源电路的电压 在其它条件不变的情况下 改变主电源电压V可得到不同的加工速度和电极损耗 有的电火花机床制造厂推荐下述经验数据 粗加工采用30 70V 中加工采用70 90V 精加工采用90 150V 6 辅助电源电压HP除IP V的主电源以外 另有电流控制电路与高压电路配合的辅助电源 根据工件与电极情况控制脉冲 辅助电压与加工性能的关系见表7 5 第七章模具的机械加工 7 电极少无损耗脉冲控制参数PP该参数利用电极少无损耗条件来提高铜电极对钢工件的加工性能 减少电极损耗 稳定放电间隙 抑制电极表面皱纹 塌角以及由于热影响引起的翘曲 并且使电加工开始接触时的放电状态变得良好 进行稳定放电 电极少无损耗脉冲控制参数一般在长脉冲条件下使用 IP大时作用显著 第七章模具的机械加工 1 脉冲间歇时间调整参数MAMA的作用是把由脉冲间歇时间OFF决定的间歇幅度设定得扩大几倍 在加工状态有短路或放电弧倾向时 MA起作用使脉冲间歇时间加长 以使加工正常进行 2 伺服基准电压SV伺服动作控制是按极间电压变化来进行的 当极间电压V0较SV设定的基准电压高时 进行加工 极间电压较基准电压低时 有时也有短路 工具电极回退 间隙加大 SV值增大 极间距离增大 一个放电循环的长度加大 加工速度就减慢 2 加工调节参数 第七章模具的机械加工 3 跳跃上升时间UP在电火花成形加工过程中 为了排除电蚀废屑 工具电极要进行往复跳跃运动 抬刀 这样加工的稳定得到保证 设定跳跃上升时间的参数是UP UP值增大 排屑状况改善 加工稳定 生产效率降低 4 跳跃放电时间DN设定工具电极跳跃下降放电时间的参数是DN 参数要设定得使放电状态稳定 DN值过大时 放电重复次数多 电蚀切屑量多 排屑状况恶化 二次放电和电弧放电的危险性就增大 第七章模具的机械加工 5 极间电容的设定参数C极间电容C值与放电频率有关 增大C高 其效果是加工速度提高 电极损耗增加 电蚀量增大 粗糙度变粗 6 伺服速度S设定伺服速度S S值大送进速度低 生产效率低 在伺服动作调节时 要防止产生振动 S值有0 9档 一般取2 5档 第七章模具的机械加工 数控电火花机床多数除了垂直方向的Z轴可作伺服运动外 在x y水平面还能摇动 其目的有两个 一是通过摇动 促进切屑排出 使加工状态稳定 二是对工件侧面进行精加工 除了Z轴可进行伺服加工外 x轴与y轴也可分别作伺服加工运动 与摇动动作有关的参数有3个 1 摇动模式选择LN LN的设定通常为3位输入 2 摇动幅度STEP 设定摇动的幅度STEP为4位 最大输入为9999 m 通常使用300 m以下 幅度过大 摇动一周所需的时间延长 有时发生加工上的问题 3 摇动速度L1L 由0 9共十档 0最快 一般取为l 3 与摇动动作有关的参数 第七章模具的机械加工 数控电火花线切割机床的加工参数一般有11个 其符号及机能见表7 6 其中多数是与电火花成形机床相同 由于是用电极丝连续切割的 因此没有摇动参数 没有跳跃抬电极的参数 增加了电极丝张力WT和运行速度WS两个参数 还有电极丝进给的伺服速度 电极丝张力一般调为12N 伺服速度是为保证极间的基准电压设定各轴的追随移动速度C 4 数控电火花线切割机床的加工参数 第七章模具的机械加工 数控线切割加工时 步进电机驱动拖板按预定图形轨迹 一步一步 的进给运动 两施板坐标运动形成的轨迹是由一系列折线所组成 与需要切割的理论光滑曲线存在着误差 为减小误差 必须使折线减短 加密来迫近理论曲线 即所谓 插补 由于数控线切割机的脉冲当量是0 001mm 脉冲 即数控装置每发出一个进给脉冲 拖板位移1 m 因而切割精度一般能满足要求 并实现以折线代替理论曲线的控制方案 数控线切割机床通常采用逐点比较法进行插补 7 4 4电火花线切割加工数控原理及编程 1 数字程序控制的基本原理 第七章模具的机械加工 1 逐点比较法原理成型零件的截形 一般是由直线和圆弧所组成 对于其它曲线则可用直线或圆弧线迫近 为了简化数控装置 常用的数控线切割机只控制加工直线和圆弧线段 并限制两拖板不能同时进给 只允许x拖板或y拖板单独进给 逐点比较法是实现这种控制的简易方案 第七章模具的机械加工 2 数控格式与指令 常用数控线切割机的程序格式为 BXBYBJGZ 其含义见下表 注射模镶块加工 第七章模具的机械加工 所示注射模镶块 材料为40Cr 硬度为38 40HRC 加工表面粗糙度Ra为0 8 m 要求型腔侧面棱角清晰 圆角半径R 0 25mm 1 方法选择选用单电极平动法进行电火花成型加工 为保证侧面棱角清晰 R 0 3mm 其平动量应小 取 0 25mm 2 工具电极 电极材料选用锻造过的紫铜 以保证电极加工质量以及加工表面粗糙度 电极结构与尺寸如图 b 所示 电极水平尺寸单边缩放量取b 0 25mm 根据相关计算式可知 平动量 0 0 25 精 0 25mm 第七章模具的机械加工 由于电极尺寸缩放量较小 用于基本成型的粗加工电规准参数不宜太大 根据工艺数据库所存资料 或经验 可知 实际使用的粗加工参数会产生1 的电极损耗 因此 对应的型腔主体20mm深度与R7mm搭子的型腔6mm度的电极长度之差不是14mm 而是 20 6 1 1 14 14mm 尽管精修时也有损耗 但由于两部分精修量 样 故不会影响二者深度之差 图4 52 b 所示电极结构 其总长度无严格要求 3 电极制造 电极