模具线切割加工实践 （论文）

自 学 考 试 毕 业 论 文 题 目 模具线切割加工实践 专 业 模具制造与设计 学生姓名 论文编号 准考证号 指导教师 2010 年度 上 (上 /下 ) 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 1 - 南昌航空大学 自学考试毕业论文开题报告 学生姓名： 专业：模具设计与制造 指导教师： 论文题目： 模具线切割加工实践 开题报告 一 选题的依据及意义 ： 近年来 ,我国模具工业有了长足的进步 ,平均每年以 20%25%的速度增长。 2005 年模具产值为 610 亿元 ,2006 年约 720 亿元。模具的技术水平同样有显著提高 ,一些国产优质模具的性能已接近国外同类产品的先进水平 ,而这些优质模具大多为塑料模和冲压模。我国模具行业以塑料模、冲压模为主 ,而冲压模的加工离不开电火花线切割加工 (WEDM)机床。据统计 ,约 80%的 WEDM 机床用于模具加工 ,主要是冲压模加工。 电火花线切割加工用于模具制造已相当 成熟，据统计约有 75%一 80%的电火花线切割机床 (WEDM)用于模具加工， WEDM 已成为国内外 WEDM 在我国分高速走丝电火花线切割机床 (HSWEDM)和低速走丝电火花线切割机床(LSWEDM)两大类。就其精密模具加工而言，主要是 LSWEDM，因此本文重点介绍 LSWEDM 在精密模具加工中的应用。 国内不少学者做了很多的研究工作，希望能够改善高速走丝电火花线切割机的加工性能，但其加工性能并没有得到较大的改进。本文指出，要想使我国的电火花线切割加工业发生一个质变，只有大力发展低速走丝电火花线切割机。以满足当代社会 对制造技术的要求。 另外本文就发展低速走丝电火花线切割机的方法和策略，进行了一定的探讨。 二国内外研究动态及意义 ： 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 2 - 20 世纪中期 , 苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法 , 线切割放电机也于 1960年发明于苏联。当时以投影器观看轮廓面前后左右手动进给工作台面加工，其实认为加工速度虽慢，却可加工传统机械不易加工的微细形状。代表的实用例子是化织喷嘴的异形孔加工。当时使用之加工液用矿物质性油(灯油 )。绝缘性高，极间距离小，加工速度低于现在械械，实用性受限。 将之 NC 化，在脱离子水 (接近蒸馏水 )中加工的机种首先由瑞士放电加工机械制造厂在 1969 年巴黎工作母机展览会中展出，改进加工速度，确立无人运转状况的安全性。但 NC 纸带的制成却很费事，若不用大型计算机自动程序设计，对使用者是很大的负担。在廉价的自动程序设计装置(Automatic Programed Tools APT)出现前，普及甚缓。 日本制造厂开发用小型计算机自动程序设计的线切割放电加工机廉价，加速普及。线切割放电加工的加工形状为二次元轮廓。 自动程序装置广用简易形 APT(APT 语言比正式机型容易 )，简易形 APT 的出现为线切割放电机发展的重要因素。 目前，模具工业的迅速发展，推动了模具制造技术的进步。线切割加工作为模具制造技术的一个重要分支，被赋予越来越高的加工要求。同时在数控加工技术发展新形势的影响下，促使线切割加工技术朝着更深层次、更高水平的数控化方向快速发展。虽然模具高速加工技术的迅猛发展使电加工面临着严峻的挑战，目前放电加工技术部分工序已被高速加工中心代替，但线切割加工仍旧有广阔的市场。如在模具的复杂、精密小型腔、窄缝、沟槽、拐角、 冒孔和深度切削等加工领域仍被广泛应用。同时这项技术一直被改进和提升，使放电加工技术在模具工业中经久不衰。先进制造技术的快速发展和制造业市场竞争的加剧对数控线切割加工技术提出了更高的要求，同时也为其提供了新的发展动力。 随着科学技术的不断发展 ,机械零件的形状和结构也在不断地发生变化 ,各行业尤其是模具制造业不断遇到一些批量不大、精度要求高的复杂曲面零件 ,它们的机械加工往往成为产品更新换代的关键。这些问题的解 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 3 - 决极大地促进了电火花线切割加工技术的发展 ,而不断发展的数控电火花线切割加工技术又为解决上述问题提供了条件。 虽然国外一些发达国家 ,尤其是瑞士和日本等国的电火花线切割加工机床自动化程度高 ,功能多 ,加工质量好 ,但这些先进的外国机床价格昂贵 ,国内一般企业难以承受。而结构简单、价格低廉的国产高速走丝电火花线切割机床在相当长的时期内仍然是模具制造、新特材料及复杂曲面零件加工的重要设备。因此 ,进一步研究高速走丝线切割加工技术 ,扩大其加工工艺范围 ,尤其是利用计算机等高科技工具和先进的科学方法来提高我国电火花线切割技术水平 ,不仅具有重要的理论意义 ,而且具有显著的经济和社会效益。 三 .研究内容、拟解决的主要问题 1、运用大学期间所 学的专业课程知识、理论和毕业实习中学到的实践知识，正确地解决 线切割加工过程中的变形分析及原因、合理的加工工艺是减小电火花切割模具变形的有效办法 等问题。 2、 电火花线切割如何制造冲裁模凸、凹模的加工方法 。 3、进行技术方面和经济方面的工艺分析。 4、 怎么样解决线切割在模具加工中对制件造成的变形以及解决方法 。 5、熟练掌握查阅手册图表资料文献。充分利用与本 线切割 有关的各种资料，做到科学合理地熟练运用 四、本课题研究方案 ： 4.1 研究条件 线切割及其他相关参考文献资料（详见设计说明书） 4.2 可能存在 的问题 线切割加工 中可能存在一些比较理想化的理想东西，再实际运用中会有一定不实用性并且 线切割加工中 具有 理想化的 ，有很多具体参数的取值 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 4 - 要靠经验来取定，作为一名没有经验的学生来说这些参数的取值会存在一定的不合理性。 4.3 研究方案 对一些模具我们可以采取用数控车或数控铣等一些加工方法加工。 也可以采取近年兴起的电火花或电火花线切割加工。 该加工比普通加工精度高、可以加工对微小的零件进行精密加工。从而减小了制件的体积，也减少了成本 。 电火花线切割加工在对一些难切削的材料、特殊及复杂形状的零件的加工上较传统的切削加 工方法具有明显的优势。 所以我选择该课题作为设计 参考文献 1 蔡光起 ,冯宝富 ,赵恒华 .磨削技术的最新进展 J.世界制造技术与装备市场 ,2003. 2 赵恒华 .超高速磨削成屑机理探讨研究 D.沈阳 :东北大学 ,2004. 3 李长河 .高速和超高速磨削加工及其关键技术 J.现代零部件 ,2005. 4 麦山 .高速走丝线切割四轴控制系统及空间曲面加工技术的研究 :博士学位论文 .哈尔滨 :哈尔滨工业大学 ,1994. 5 沈洪 .中国的电火花机床及电火花机床市场的状况及展望 .电加工 ,1994 指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 5 - 任务书 题 目： 模具线切割加工实践 专业班级 ： 模具设计与制造 学生姓名： 赵长康 一、主要任务与目标： 线切割在加工模具时 ， 出现的一些问题及如何去解决问题的设计。让自己在以后该行业应该注意的一些事项。 写出毕业论文。 二、主要内容与基本要求： （ 1）分析 线切割加工中出现的问题 。 （ 2） 该 设计。 介绍了一些常用于线切割 在模具中的 应用 以及解决方法 。 （ 3）打印图纸，写出毕业论文。 （ 4）要求 学生熟悉 线切割加工的问题 ，具有较强的 动手 能力。 三、计划进度： 日 期 教室 指导组织者 内 容 备 注 1 月 20 日之前 403 朱江峰 讲授如何写作毕业论文 3 月 5 日之前 403 朱江峰 指导完成论文初稿（一稿） 3 月 30 日之前 403 朱江峰 指导完成论文修改稿（二稿） 4 月 20 日之前 403 朱江峰 指导完成论正稿（三稿） 4 月 20 日 403 李铁华 督促并收齐论文正稿（含磁盘） 5 月 9、 10 日 403 李铁华 学生毕业答辩 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 6 - 摘 要 随着微型计 算机的迅速普及和数控技术的快速发展，数控电火花线切割加工新技术也得到不断完善和提高，其应用领域不断拓展。本文就实用新型的线切割加工编程、线切割电火花脉冲电源性能的提高及新型电火花线切割加工机床功能的拓展等方面进行了专题论述，介绍了这项新技术在模具和工具制造加工领域的应用。模具钢原材料冶金缺陷是先天性不足 ,是导致模具寿命短和早期失效致命伤。线切割变形是后天性不足 ,容易造成废品 ,增加生产成本 ,必须采取有效措施 ,消除原材料冶金缺陷和线切割变形 ,大幅度提高模具质量和使用寿命 ,降低生产成本 ,增加市场竞争力 ,有显著技术 经济效益。 【关键词】： 电火花线切割加工；模具变形的原因及减小变形；新技术应用 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 7 - 引 言 转眼间就到了每个毕业学生的最后一课 -毕业 论文设计 。它是每一个毕业生必不可少的环节。作为 自考 的毕业生，在上岗位之前 进行毕业 论文设计 是非常必要的。 是对学生进行综合的技术应用能力训练，是培养学生综合运用本专业所学课程的基础理论、专业知识和专业技能，联系生产及科研实际，进行一次设计工作的实际训练，从而全面检验我们学生分析解决实际问题的能力。毕业设计是培养技术应用性人才必要的基础训练和从业、创业的适应阶段。 随着我国 模具工业的不断发展 ,数控电火花线切割技术在模具加工中显得更为重要。而冲压模的加工更离不开电火花线切割的加工 ,不论是动模、定模、零配件 ,还是特殊加工场合。由于数控电火花线切割是数字系统控制下利用火花放电电蚀加工方法进行加工 ,因此与其它机械加工相比有其独特的特点。 线切割是冲模零件的电子主要加工方式，然而进行合理的电子工艺 分析 ，正确 计算 数控编程中电极丝的设计走丝轨迹，关系到模具的加工精度。通过穿丝孔的确定与切割路线的优化，改善切割工艺，这对于提高切割质量和生产效率，是一条行之有效的重要途径。 由于本人的水 平有限，而且缺乏经验，其中的欠缺和错误在所难免，望各位老师给予批评和指正！ 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 8 - 目 录 摘 要 引 言 第 1 章 线切割机床 的组成 (9) 1.1 机械 部分 (9) 1.2 工作液系统 (9) 1.3 电气 部分 (9) 第 2 章 线切割加工原理及 特点 (10) 2.1实用的电火花加工要求 (10) 2.2工作原理 (10) 2.3数控电火花线切割的特点 (11) 第 3 章 线切割加工模具的应用 (12) 3.1 产生变形及裂纹的主要因素 (12) 3.2 防止变形和开裂的措施 (13) 第 4 章 线切割加工过程中的变形分析及原因 (16) 4.2 线切割加工过程中的变形原因 (16) 4.1 线切割 加工过程中的变形分析 (16) 第 5 章 合理的加工工艺是减小电火花切割模具变形的有效办 法 (17) 5.1 采用预加工工艺 (17) 5.2 合理确定起始切侧点位置 (18) 5.3 多穿丝孔加工 (18) 5. 4 恰当安排切割圈形在坯料中的位置 (19) 5.5 正确选择切割路线 (19) 第 6 章 数控线切割加工新工艺的应用 (20) 结论 参考文献 结束语 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 9 - 第 1 章 线切割机床 的组成 1.1 机械 部分 其精度直接影响到机床的工作精度，也影响到电气性能的充分发挥。机械系统由机床床身、坐标工作台、运丝机构、线架机构、锥度机构、润滑系统等组成。机床床身通常为箱式结构，是提供各部件的安装平台，而且与机床精度密切相关。坐标工作台通常由十字拖板、滚动导轨、丝杆运动副、齿轮传动机构等部分组成。主要是与电极丝之间的相对运动，来完成对工件的加工。运丝机构是由储丝筒、电动机、齿轮副、传动机构、换向装置和绝缘件等 部分组成，电动机和储丝筒连轴连接转动，用来带动电极丝按一定线速度移动，并将电极丝整齐地排绕在储丝筒上。线架分单立柱悬臂式和双立柱龙门式。单立柱悬臂式分上下臂，一般下臂是固定的，上臂可升降移动，导轮安装在线架上，用来支撑电机丝。锥度机构可分摇摆式和十字拖板式结构，摇摆式是上下臂通过杠杆转动来完成，一般用在大锥度机。十字拖板型通过移动使电极丝伸缩来完成，一般适用在小锥度机。润滑系统用来缓解机件磨损、提高机械效率、减轻功率损耗。可起到冷却、缓蚀、吸振、减小噪音之作用。 1.2 工作液系统 一般由工作液箱、 工作液泵、进液管、回液管、流量控制阀、过滤网罩或过滤芯等组成。主要作用是集中放电能量、带走放电热量以冷却电极丝和工件、排除电蚀产物等。 1.3 电气 部分 包括机床电路、脉冲电源、驱动电源和控制系统等组成。机床电路主要控制运丝电动机和工作液泵的运行，使电极丝对工件能连续切割。脉冲电源提供电极丝与工件之间的火花放电能量，用以切割工件。驱动电源也叫驱动电路，由脉冲分配器、功率放大电路、电源电路、预放电路和其它控制电路组成。是提供电源给步进电机供电的专用电源，用来实现对步进电机的控制。控制系统主要是控制工作 台拖板的运动（轨迹控制）和脉冲电源的放电（加工控制）。控制系统自20 世纪 60 年代后期至 70 年代中期，我国高速走丝线切割机床的数控系统 “专用工控机 ”，采用晶体管分立元件组成门电路，再由门电路组成寄存器、输入控制器、运算器、输出控制器等，加工程序则通过扳键开关手工输入，或通过光电阅读机从穿孔纸带读入，采用辉光数码管和氖灯显示计数长度以及 X、 Y 坐标值（二进制） 。随着单板微型计算机（将 CPU、 RAM、 ROM、输入输出接口装在一块印制电路板上的计算机，简称单板机）的出现，高速走丝线切割机控制器大量使用以 Z-80为 微机处理器的单板机，真正实现了功能强、价格的目标。对于简易数控系统来说，这是一个辉煌的时期，在其它相关行业的发展促进下，使数控高速电火花线切割机得到了迅速的普及。 目前，快走丝线切割技术的发展已走向明朗化，在保持往复走丝线切割优点的基础上，不断的探索和研究，把新的理论、新的方法，应用到新的系统中。新一代控制系统将会更稳定、更实用、更简单、更方 便。 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 10 - 第 2章 线切割加工原理及特点 与传统的切削加工方法不同，电火花加工是利用工具电极和工件两极之间脉冲放电时产生的电腐蚀现象对工件进行尺寸加工的加工方法。电腐蚀现象的一 个最简单例子是电气开关的触点的电腐蚀，这种腐蚀是由于触点开闭时产生的火花引起的，逐渐地会损坏触点。电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道内瞬时产生一个高温热源，将局部金属熔化和气化而蚀除。但这种简单的电腐蚀还不能构成实用的电火花加工。 2.1 实用的电火花加工要求 1.必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定间隙，通常约为几微米至几百微米，如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不能产生火花放电。如果间隙过小，很容易形成短路接触，也不能产生火花放电。因此电火花加工中必须有间隙自动调节装置，或 称伺服控制系统。 2.火花放电应是短时间的脉冲放电，放电持续时间为 10-7-10-3S,且每次放电后需停歇一段时间，以保证消电离，避免持续电弧放电烧伤工件。 3.火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化液等。液体介质又称工作液，它们必须具有：（ 1）较高的绝缘性能，以利于产生脉冲性的火花放电；（ 2）液体介质还有排除间隙内电蚀产物，保证在时间和空间上分散的重复性脉冲放电正常进行；（ 3）冷却电极的作用。 因此，一般电火花加工设备都具有实现这些要求的装置，它们包括脉冲电源，工作液循环系统，工具电 极与工件的相对伺服进给系统以及机床主体等。 它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件 , 例如模具的凸模、凹模。它是在电火花穿孔、成形加工的基础上发展起来的。它不仅使电火花加工的应用得到了发展，而且某些方面已取代了电火花穿孔、成形加工。线切割机床已占电火花机床的大半。 2.2 工作原理 绕在运丝筒上的电极丝沿运丝筒的回转方向以一定的速度移动，装在机床工作台上的工件由工作台按预定控制轨迹相对与电极丝做成型运动。脉冲电源的一极接工件，另一极接电极丝。在工件与电极丝之间总是保持一定的放电间隙且喷洒工作液， 电极之间的火花放电蚀出一定的缝隙，连续不断的脉冲放电就切出了所需形状和尺寸的工件。 电极丝的粗细影响切割缝隙的宽窄，电极丝直径越细，切缝越小。电极丝直径最小的可达 0.05,但太小时 ,电极丝强度太低容易折断。一般采用直径为 0.18mm 的电极丝。 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 11 - 根据电极丝移动速度的大小分为高速走丝线切割和低速走丝线切割。低速走丝线切割的加工质量高，但设备费用、加工成本也高。我国普遍采用高速走丝线切割，近年正在发展低速走丝线切割。 高速走丝时，线电极采用高强度钼丝，钼丝以 810m/s 的速度作往复运动，加工过程中钼丝可重复使 用。低速走丝时，多采用铜丝，电极丝以小于 0.2m/s 的速度作单方向低速移动 ,电极丝只能一次性使用。电极丝与工件之间的相对运动一般采用自动控制，现在已全部采用数字程序控制，即电火花数控线切割。 工作液起绝缘、冷却和冲走屑末的作用。工作液一般为皂化液 ( 乳化液）。随着科技的发展也不断出现一些新型线切割专用工作液 。 2.4 数控电火花线切割的特点 (1)直接利用线状的电极丝作电极 ,不需要制作专用电极 ,可节约电极的设计、制造费用。 (2)可加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的复杂工件。对不同的工件只需编制不 同的控制程序 ,对不同形状的工件都很容易实现自动加工 ,适合小批量形状复杂零件、单件和试制品的加工 ,且加工周期短。 (3)利用电蚀加工原理 ,电极丝与工件不直接接触 ,两者之间的作用很小 ,故而电极丝、夹具不需要太高的强度。 (4)传统的车、铣、钻加工中 ,刀具硬度必须比工件大 ,而数控电火花线切割机床的电极丝材料不必比工件材料硬 ,可节省辅助时间和刀具费用。 (5)直接利用电、热能进行加工 ,可以方便地对影响加工精度的加工参数 (脉冲宽度、间隔、伺服速度等 )进行调整 ,有利于加工精度的提高 ,便于实现加工过程的自动化控制。 (6)工作液一般采用水基乳化液或 ,洗涤性好的工作液成本低 ,不会发生火灾。 (7)利用四轴或五轴联动 ,可加工锥度、上下面异形体或回转体等零件。 (8)由于电极丝比较细 ,可以方便地加工微细异形孔、窄缝和复杂截面的型柱、型孔。由于切缝很窄 ,实际金属去除量很少 ,材料的利用率很高。对加工、节约贵重金属有重要意义。 (9)采用移动的长电极丝进行加工 ,使单位长度电极丝的损耗较少 ,从而对加工精度的影响比较小 ,特别在慢走丝线切割加工中 ,电极丝一次性使用 ,电极丝损耗对加工精度的影响更小。正是由于电火花线切割加工有许多突出的特点 ,因 而在国内外发展很快 ,在塑料模具加工中应用广泛。 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 12 - 第 3 章 线切割加工模具的应用 在 模具 加工中，电火花线切割加工技术得到了广泛的应用，但在线切割加工过程中， 模具 易产生变形和产生裂纹，造成零件的报废，使得成本增加等问题屡屡发生。所以，线切割加工中 模具 的变形和开裂问题，也越来越引起人们的关注，多年来，人们对线切割加工的变形和开裂认识不够，往往造成线切割加工 部门与来料加工者之间相互推脱责任，产生矛盾。 其实，变形和开裂的原因是多方面的，如材料问题、热处理问题、结构设计问题、工艺安排问题及线切割时工件的装夹和切割线路选择的问题等等。在这诸多因素中，能否找到线切割加工变形和开裂规律呢 ?笔者通过多年的深入研究，提出了以下防止变形和开裂的措施。 3.1 产生变形及裂纹的主要因素 ： 在生产实践中，作者经过大量的实例分析，发现线切割加工产生变形和裂纹与下列因素有关。 3.1.1 与零件的结构有关 ： (1)凡窄长形状的凹模、凸模易产生变形，其变形量的大小 与形状复杂程度、长宽比、型腔与边框的宽度比有关。形状越复杂，长宽比及型腔与边框宽度比越大，其模具变形量越大。变形的规律是型腔中部瘪入，凸模通常是翘曲 ; (2)凡是形状复杂清角的淬火型腔，在尖角处极易产生裂纹，甚至易出现炸裂现象。其出现的频率与材料的成分、热处理工艺等有关 ; (3)圆筒形壁厚较簿零件，若在内壁进行切割，易产生变形，一般由圆形变为椭圆形。若将其切割缺口，在即将切透时易产生炸裂现象 ; (4)由零件外部切入的较深槽口，易产生变形，变形的规律为口部内收，变形量的大小与槽口的深度及材料性质有关。 3.1.2 与热加工工艺有关 ： (1)模具毛坯在锻造时始锻温度过高或过低，终锻温度偏低的零件 ; (2)终锻温度过高，晶粒长大，终锻后冷却速度过慢，有网状碳化物析出的模坯 ; (3)锻坯退火没有按照球化退火工艺进行，球化珠光体超过 5 级的零件 ; (4)淬火加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，降低材料强韧性，增加脆性 ; (5)淬火工件未及时回火和回火不充分的零件。 3.1.3 与机械加工工艺有关 ： (1)面积较大的凹模，中间大面积切除而又事先未挖空，因切去框内较大的体积，框形尺寸将产生一定的变形 ; (2)凡坯料中无外形起点穿丝孔，不得不从坯料外切入的，不论其凸模回火和形状如何，一般容易产生变形，尤其是淬火件变形严重，甚至在切割中产生裂纹 ; 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 13 - (3)对热处理后的磨削零件，无砂轮粒度、进刀量、冷却方式等工艺要求，磨削后表面有烧伤及微裂纹等疵病的零件。 3.1.4 与材料有关 ： (1)原材料存在严重的碳化物偏析 ; (2)淬透性差、易变形的材料，如 T10A、 T8A 等。 3.1.5 与线切割工艺有关 ： (1)线切割路径 选择不当，易产生变形 ; (2)工件的夹压方式不可靠、夹压点的选择不当 ，均易产生变形 ; (3)电规准选择不当，易产生裂纹。 3.2 防止变形和开裂的措施 ： 3.2.1 选择变形量较小的材料，采用正确的热处理工艺 ： 为了防止和减少变形、开裂，对需要线切割加工的模具，应对材料的选择、热加工、热处理直到制成成品的各个环节都要充分关注和重视 ; (1)严格检查原材料化学成分、金相组织和探伤，对于不合格原材料和粗晶粒钢材及有害杂质含量超标钢材不宜选用 ; (2)尽量选用真空冶炼、炉外精炼或电渣重熔钢材 ; (3)避免选用淬透性差、易变形材料 ; (4)坯料应合理锻造 ，遵守镦粗、拔长、锻压比等锻造守则，原材料长度与直径之比即锻造比最好选在 2-3 之间 ; (5)改进热处理工艺，采用真空加热、保护气氛加热和充分脱氧盐浴炉加热及分级淬火、等温淬火 ; (6)选择理想的冷却速度和冷却介质 ; (7)淬火钢应及时回火，尽量消除淬火内应力，降低脆性 ; (8)用较长时间回火，提高模具抗断裂韧性值 ; (9)充分回火，得到稳定组织性能 ; (10)多次回火使残余奥氏体转变充分和消除新的应力 ; (11)对于有第二类回火脆性模具钢高温回火后应快冷 (水冷或油冷 )，可消除二类 回火脆性 ; (12)模具钢化学处理之前进行扩散退火、球化退火、调质处理，充分细化原始组织。 3.2.2 合理安排机械加工工艺 ： (1)线切割工件坯料的大小，要根据零件的大小确定，不宜太小。一般情况下，图形应位于坯料中部或离毛坯边缘较远而不易产生变形的位置上，通常应取图形到坯料边距大于 10mm; (2)凡较大的型腔或窄长而复杂的凸模，配制坯料时要改变传统的实心板料习惯。大框型腔、窄长型腔等易变形零件，其中间部位应镂空。这样淬火时表里状况得以改善，温差小，产生的应力小，同时切割时切除的体积也就小，应 力达到平衡也就不至受破坏 ; (3)在模具使用允许的情况下，大框形型腔零件的清角处，应适当增加工艺圆角 R，或在线切割之前将清角处钻空，以缓解应力集中的现象 ; (4)对凸模零件，在淬火之前应在凸块坯料中钻外形起点的穿丝孔， 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 14 - 使工件在切割时保持内应力平衡且不被破坏，以免从材料外切入引起开裂变形。 3.2.3 优化线切割加工的工艺方案，选择合理的工艺参数 ： 改 进切割方法 ： (1)改变一次切割到位的传统习惯为粗、精二次切割，以便第一次粗切割后的变形量在精切割时及时地被修正。一般精切割时的切割量应根据第一 次切割后的变形量大小而定，一般取 0.5mm 左右即可。这种办法常应用于形状复杂而势必产生变形的零件或要求精度较高、配合间隙较小的模具 ; (2)对易变形的切割零件，要根据零件形状特征统筹安排切割的起始点、程序走向及夹压位置，以减少变形量。一般应选择较平坦、已精加工或对工件性能影响不大的部位设置线切割的起始点。 选择合理的工艺参数 ： (1)采用高峰值窄脉冲电参数，使工件材料以气相抛出，气化温度大大高于融化温度，以带走大部分热量，避免工件表面过热而产生变形 ; (2)有效地进行逐个脉冲检测，控制好集中放电 脉冲串的长度，也可解决局部过热问题，消除裂纹的产生 ; (3)脉冲能量对裂纹的影响极其明显，能量越大，裂纹则越宽越深 ;脉冲能量很小时，例如采用精加工电规准，表面粗糙度值 。 例如： 动模加工工艺 在百分表的表盘模具加工中 ,动模和定模是该模具的主要组成部分。动模也称型芯或凸模 , 是成型工件表面的模具零件 ,多装在冲床的动模板上。定模也称型腔或凹模 ,是成型件外表面的模具零件 ,多装在冲床的定模板上。动模和定模通常都要经过淬火处理 ,硬度极高 ,一般加工方法难以实现 ,数控电火花线切割在动模加工中的应用常有镶件孔、顶针孔、定位 孔等的加工。数控电火花线切割在动模和定模加工中的应用见图 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 15 - 动模在模具中起着很重要的作用 ,其设计形状、尺寸精度及材料硬度都直接影响模具的冲裁质量、使用寿命及冲压件的精度。在实际生产加工中 ,由于工件毛坯内部的残留应力变形及放电产生的热应力变形 ,故应首先对穿丝孔进行封闭式切割 ,尽可能避免开放式切割而发生变形。如果受限于工件毛坯尺寸而不能进行封闭形式切割 ,对于方形毛坯件 ,在编程时应注意选择好切割路线 (或切割方向 )。切割路线应有利于保证工件在加工过程中始终与夹具 (装夹支撑架 )保持在同一坐标系 ,避开应力变形的影响 。夹具固定在左端 ,从葫芦形动模左侧 ,按逆时针方向进行切割 ,整个毛坯依据切割路线而被分为左右两部分。由于连接毛坯左右两侧的材料越割越小 ,毛坯右侧与夹具逐渐脱离 ,无法抵抗内部残留应力而发生变形 ,工件也随之变形。若按顺时针方向切割 ,工件留在毛坯的左侧 ,靠近夹持部位 ,大部分切割过程都使工件与夹具保持在同一坐标系中 ,刚性较好 ,避免了应力变形。一般情况下 ,合理的切割路线应将工件与夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端 ,即将暂停点 (支撑部分 )留在靠近毛坯夹持端的部位。下面着重分析硬质合金齿形动模的切割工艺处理。 一般 情况下 ,动模外形规则时 ,线切割加工常将预留连接部分 (暂停点 ,即为使工件在第 1 次的粗割后不与毛坯完全分离而预留下的一小段切割轨迹线 )留在平面位置上 ,大部分精割完毕后 ,对预留连接部分只做一次切割 ,以后再由钳工修磨平整 ,这样可减少动模在中走丝线切割上的加工费用。硬质合金动模由于材料硬度高及形状狭长等特点 ,导致加工速度慢且容易变形 ,特别在其形状不规则的情况下 ,预留连接部分的修磨给钳工带来很大的难度。因此在中走丝线切割加工阶段可对工艺进行适当的调整 ,使外形尺寸精度达到要求 ,免除钳工装配前对暂停点的修磨工序。由于硬质合 金硬度高 ,切割厚度大 ,导致加工速度慢 ,扭转变形严重 ,大部分外形加工及预留连接部分 (暂停点 )的加工均采取 4 次切割方式且两部分的切割参数和偏移量 (Offset)均一致。第 1 次切割电极丝 (钼丝 )偏移量加大至 0 15-0 18mm,以使工件充分释放内应力及完全扭转变形 ,在后面 3 次能够有足够余量进行精割加工 ,这样可使工件最后尺寸得到保证。具体的工艺分析如下 : (1)预先在毛坯的适当位置用穿孔机或电火花成形机加工好 1 0-1 5mm 穿丝孔 ,穿丝孔中心与动模轮廓线间的引入切割线段长度选取 5-10mm。 (2)凸模的轮 廓线与毛坯边缘的宽度应至少保证在毛坯厚度的 1/5。 (3)为后续切割预留的连接部分 (暂停点 )应选择在靠近工件毛坯重心部位 ,宽度选取 3-4mm(取决于工件大小 )。 (4)为补偿扭转变形 ,将大部分的残留变形量留在第 1 次粗割阶段 ,增大偏移量至 0 15-0 18mm。后续的 3 次采用精割方式 ,由于切割余量小 ,变形量也变小了。 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 16 - 第 4 章 线切割加工过程中的变形分析及原因 4.1 线切割加工过程中的变形分析 ： 在线切割加工前 ,模板已进行了冷加工、热加工 ,内部已产生了较大的残留应力 ,而残留应力是一个相对平衡的应力 系统 ,在线切割去除大量废料时 , 应力随着平衡遭到破坏而释放出来。因此 ,模板在线切割加工时 ,随着原有内应力的作用及火花放电所产生的加工热应力的影响 ,将产生不定向、无规则的变形 ,使后面的切割吃刀量厚薄不均 ,影响加工质量和加工精度。针对这种情况 ,对精度要求比较高的模板 ,通常采用 4 次切割加工。第 1 次切割将所有型孔的废料切掉 ,取出废料后 ,再由机床的自动移位功能 ,完成第 2 次、第 3 次、第 4 次切割。 a 切割第 1 次 ,取废料 b切割第 1 次 ,取废料 c 切割第 1 次 ,取废料 n 切割第 1 次 ,取废料 a 切割第 2 次 b 切割第 2 次 n 切割第 2 次 a 切割第 3 次 n 切割第 3 次 a 切割第 4 次 n 切割第 4 次 ,加工完毕。这种切割方式能使每个型孔加工后有足够的时间释放内应力 ,能将各个型孔因加工顺序不同而产生的相互影响、微量变形降低到最小程度 ,较好地保证模板的加工尺寸精度。但是这样加工时间太长 ,穿丝次数多 ,工作量大 ,增加了模板的制造成本。另外机床本身随加工时间的延长及温度的波动也会产生蠕变。这样既提高了生产效率 ,又降低了模板的制造成本。 4.2 线切割加工过程中的变形原因 ： 电火花线切割是制造冲裁模凸、凹模常用的加工方法，但是在加工过程 中会出现模块变形的现象，它限制了线切割加工技术的广泛应用，特别是在精密微细加工中的推广使用。其原因在于，工件在线切割加工前，模块经历了热加工、冷加工，产生了较大的残余应力，而残余应力是一个相对平衡的应力系统，当线切割去除大量的工件材料时，改变了表层、中间区域和芯部等诸层与层之间的应力场分布状态，随着电极丝切割轨迹的移动，残余应力不断转变为塑件功，其能量被释放出来，应力的平衡状态被破坏，内应力将重新分布，直至达到一个新的平衡。在这个过程中，材料产生了变形，导致加工后的工件形状与切割轨迹不一致，破坏了加工精度， 甚至使工件报废。为了减小工件的变形，一般应从两个基本方面着手解决。一方面是合理选择适合电加工工艺的工件材料 (如 :P 系列、 H 系列热作模具钢 )，严格控制热处理工艺，并采用人工时效处理等方法，力争最大限度地减小线切割之前材料产生和存在的组织缺陷及残余应力 ;另一方面是在线切割加工时采用有效工艺路线，尽量减小残余应力导致材料变形的影响。在实际生产中，很多模具加工工艺技术人员在编写加工工艺时，习惯于淬火、回火后直接进行线切割的工艺路线，忽略了残余应力问题。现从加工工艺的角度对如何减小凸、凹模线切割变形作一些粗浅的探讨。 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 17 - 第 5 章 合理的加工工艺是减小电火花 切割模具变形的有效办法 5.1 采用预加工工艺 ： 如前所述，残余应力是一个相对平衡的系统，当线切割加工工件时，由于工件材料被大量去除，应力场重新分布而引发模具变形，去除的材料越多，工件变形越大 ;反之，去除的材料越少，越有利于减小工件的变形。因此，如果在线切割之前，能够预先去除大部分的加工余量，使工件材料的内应力先释放出来，将大部分的残余变形量留在粗加工阶段，然后再进行线切割加工，由于精切余量较小，变形量自然就减小了。 因此，如图 la 所示，为了减小变形，可对形状简 单或厚度较小的凸模，从坯料外部向凸模轮廓均匀地开出放射状槽，便于应力对称均匀分散地释放，各槽底部与凸模轮廓线的距离应小而均匀，通常留2-3mm。对于形状复杂或较厚的凸模，如图 1b 所示，留出工件的夹持余量，并在夹持余量部位开槽以防该部位残余变形。 图 2 为凹模的预加工，先去除大部分型孔材料，然后精切成形。若用预铣或电火花成形法预加工，可留 1- 2mm 的余量。若用线切割粗加工法预加工，如快速走丝线切割机床可留 0.5-1 mm 的余量，特别是在切割凹模时，预先留出加工余 量，以宽脉冲、大电流进行初次粗切割，然后把电源脉冲宽度减小，并减少功放管的只数，使之转变成精切割条件，利用预先编制的程序，慢慢减少偏置量，以比初次切割较慢的加工速度进行二次甚至更多次的表面精加工。采用多次切割法与一次切割比较，被加工的工件不仅优化了表面完整性指标 (变质层厚度、显微裂纹深度、电解程度、表面粗糙度等 )，而且由于工件内部的残余应力能逐步释放出来，因而工件变形小，尺寸精度明显提高。 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 18 - 5.2 合理确定起始切侧点位置： 电火花线切割路线大部分为封闭图形，所以起始切割点也是 切割的终点。许多模具制造者在切割凸模类外形工件时，常常直接从材料的侧面切人，在切人处产生缺口，残余应力从切口向外释放，使凸模变形。为减少变形，应该在淬火之前先在模坯上打出穿丝孔，孔径一般选 3 - l0mm 之间，待淬火后再从模坯内部对凸模进行封闭切割。对于淬火后的标准模块、穿丝孔直径小、模块厚度超过了钻头长度，可采用电火花高速小孔加工机加工出穿丝孔。如图 3 所示，穿丝孔的位置通常按下述原则选定 :被切割工件各面的表面粗糙 度要求不同时，应在粗糙度值高的面上选择起切点。工件各表面粗糙度要求相同的，则尽量在截面图形的交点上选择起切点。对于各切割面的技术要求无明显差异的工件，起切点尽量选择在便于钳工修复的位置上。切割凹模时，对于小型工件，如图 3b 所示，穿丝孔宜选在工件待切割型孔的中心，对于大型工件，穿丝孔可选在靠近图样的边角处或已知坐标尺寸的交点上，以简化运算过程。 5.3 多穿丝孔加工： 采用线切割加工一些特殊形状的工件时，如果只采用一个穿丝孔 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 19 - 加工，残余应力会沿切割方向向外释放，造成工件 AB 面及尺寸 L 的变形，如图 4 所示 。采用多穿丝孔加工可解决变形问题，在凸模 O, OZ, 03三点处打穿丝孔，并从 O，点开始切割，当切割到 O:点时暂停加工，转人 O:穿丝孔开始加工，当切割到 03 点时又暂停加工，再转人 O3 穿丝孔加工至 O1 点完成加工。 5. 4 恰当安排切割圈形在坯料中的位置： 模坯在热处理时表面冷却快，内部冷却慢，形成热处理后模坯金相组织不一致，产生内应力，而且越靠近边角处，应力变化越大，要求切割图形应尽量避开坯料边角处，一般让出 8 - l Omm 为最佳。对于凸模还应留出足够的夹持余量，一般留出 5 -8mm 即可 。 5.5 正确选择切割路线： 切割加工前应分析可能产生的变形，在此基础上确定切割路线。切割路线应有利于保证工件在切割过程中的刚度并避开应力变形影响，如图 5 所示。 图 5a 表示从指针凸模左侧按箭头所示方向切割。由于坯料左右两侧的连接材料很快被割断，右侧工件刚性很差，难以抵抗应力而变形。若改用图 5b 所示切割路线，将工件留在左侧坯料上，刚性较好，避免了变形。一般情况下，合理的切割路线应将工件与其夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端。 南昌航空大学自考本科模具设计论文 - 20 - 第 6 章 数控线切割加工新工艺的应用 线切割加工工艺是实现加工 目的的直接手段。目前已经开发出了多种线切割加工工艺，并在生产中取得了一定的经济效益。下面介绍几种在数控线切割加工中新应用的工艺及其优势。 1.标准化夹具实现快速精密定位在数控线切割加工中为保证极高的重复定位精度且不降低加工效率，要采用快速装夹的标准化夹具。这类装置的原理是：集电极与夹具为一体的组件是在装有同数控线切割机床上配备的工艺定位基准附件相同的加工设备上加工完成的。工艺定位基准附件都统一同心、同位，并且各数控机床都有坐标原点，因此电极在制造完成后，直接取下电极和夹具的组件，装入数控线切割机床的基准附件 上，无需再进行纠正调节。加工过程中如需插入一个急件加工，同样可以将正在加工的半成品卸下，待急件加工完后再继续快速装夹加工。标准化夹具，是一种快速精密定位的工艺方法，它的使用大大减少了数控线切割加工过程中的装夹定位时间，有效地提升了企业的竞争力。 2.混粉加工方法实现镜面加工效果在放电加工液内混入粉末添加剂，以高速获得光泽面的加工方法称之为混粉加工。该方法主要应用于复杂模具型腔，尤其是不便于进行抛光作业的复杂曲面的精密加工。可降低零件表面粗糙度值，省去手工抛光工序，提高零件的使用性能（如寿命、耐磨性、耐腐蚀性 和脱模性等）。混粉方法加工镜面主要技术要求有：线切割机床具有镜面精加工电路（具有极小的单个脉冲能量）；选择合适的粉末添加剂；进行粉末添加剂的浓度管理；利用扩散装置来消除浓度的误差；采用无冲液处理方式。混粉加工技术的发展使精密型腔模具镜面加工成为现实。 3.摇动加工方法实现高精度加工线切割加工复杂型腔时，在