电火花线切割在模具产品加工中的实际应用.doc

题目：电火花线切割在模具产品加工中的实际应用学生姓名：*所在院系：机电工程学院所学专业：机电一体化技术指导老师：*所在班级：*郑州华信学院毕业论文摘 要随着在我国国民经济的飞速发展，特别是工业技术飞速发展的新形势下，急需发展模具加工技术，而数控电火花切割技术正是模具加工工艺领域中的一种关键技术。目前在电机，仪表等行业新产品的研制开发过程中，常采用数控电火花线切割方法直接切割出零件，大大缩短了研制周期，并降低了成本。在众多工业产品的生产过程中，都用到了数控电火花切割机床，如飞机制造、汽车模具制造、手机零部件的生产等，因此电火花机床的研究与改进是我国国内市场的需要，也能为我国的工业的发展起一定的作用。电火花线切割，其基本工作原理是利用连续移动细金属丝（成为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。本次论文以电火花线切割为主线，综合了线切割的发展，电火花线切割机床，电火花线切割加工质量及其影响因素，电火花线切割加工程序编制等。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次论文当中来，所谓学以致用。关键词：工业生产 电火花线切割 发展史 加工质量 程序编制AbstractIn recent years, along with the rapid development of our national economy, especially industrial technology rapid development under the new situation, it is urgent to mould processing technology development, and ncedm cutting technology in the field of mould processing technology is a key technology. At present in the motor, instrument industries new product research and development process, often USES NC edm unit. The method directly cutting out parts, greatly shorten the development cycle, and reduce the cost. In many industrial production process, both use the nc edm cutting machine, such as aircraft manufacturing, auto mould manufacturing, mobile phone components production, so edm research and improvement is Chinas domestic market needs, but also for the development of our countrys industry plays a role.Wire-cut edm, are basic working principle is to use continuous motion thin metal wire (become electrode wire) as electrode, workpiece pulse to spark discharge removal in metal, cutting shape.This paper wire-cut edm as the main line integrated with the development of wire-cut, edm wedm, wire cut edm quality and its influence factor, wire cut edm programming, etc. The had learned the basic course of this thesis cutlrey to comprehensive application, the so-called middle to apply it. Key words: Industrial production Wire-cut edm history processing quality 目 录第1章 数控电火花切割原理1第2章 数控电火花线切割的特点12.1数控电火花切割的工作特点12.2电火花线切割对工作环境的要求22.3数控电火花线切割在塑料模加工中的应用场合22.3.1.数控电火花线切割在动模加工中的应用32.3.2数控电火花线切割在定模加工中的应用32.4数控电火花线切割在工具电极加工中的应用32.5数控电火花线切割在零配件加工中的应用42.6数控电火花线切割在塑料模加工中的几种特殊应用方法52.6.1数控电火花线切割在顶针孔加工中的应用方法52.6.2数电火花控线切割在斜顶孔加工中的应用方法52.6.3数控电火花线切割在上下异形件加工中的应用方法72.6.4数控电火花线切割在斜导柱孔加工中的应用方法72.7线切割加工工艺分析82.7.1凸模加工工艺82.7.2凹模板加工中的变形分析92.7.3凹模板型孔小拐角的加工工艺9结束语11致谢12参考文献13第1章 数控电火花切割原理电火花数控线切割加工的过程中主要包含下列三部分内容(如图1-1所示):图1-1 电火花线切割加工原理图。(1)电极丝与工件之间的脉冲放电。（2）电极丝沿其轴向(垂直或Z方向)作走丝运动。（3）工件相对于电极丝在X、Y平面内作数控运动。第2章 数控电火花线切割的特点数控电火花线切割是数字系统控制下直接利用电能加工工件的一种方法，因一些与其他加工方相比有自己独立的特点：2.1数控电火花切割的工作特点（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）可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件。对不同的工件只需编制不同的控制程序，对不同形状工件都很容易实现自动加工，很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纯水，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确良特点，因面在国内外发展都很快，在塑料模具加工中已获得了广泛的应用。2.2电火花线切割对工作环境的要求（1）满足线切割机床所要求的空间尺寸；（2）选择能承受机床重量的场所；（3）选择没有振动和冲击传入的场所。线切割放电机床是高精度加工设备，如果所放置的地方有振动和冲击，将会对机台造成严重的损伤，从而严重影响其加工精度，缩短其使用寿命，甚至导致机器报废。（4）选择没有粉尘的场所，避免流众多的通道旁边；线切割放电机器之本身特性，其空气中有灰尘存在，将会使机器的丝杆受到严重磨损，从而影响使用寿命。线切割放电机器属于计算机控制，计算机所使用的磁盘对空气中灰尘的要求相当严格的，当磁盘内有灰尘进入时，磁盘就会被损坏，同时也损坏硬盘。线切割放电机本身发出大量热，所以电器柜内需要经常换气，若空气中灰尘太多，则会在换气过程中附积到各个电器组件上，造成电器组件散热不良，从而导致电路板被烧坏掉。因此，机台防尘网要经常清洁。（5）选择温度变化小的场所，避免阳光通过窗户和顶窗玻璃直射及靠近热流的地方高精密零件加工之产品需要在恒定的温度下进行，一般为室温20C；由于线切割放电机器本身工作时产生相当大的热量，如果温度变化太大则会对机器使用寿命造成严重影响。（6）选择屏蔽屋：因线切割放电加工过程属于电弧放电过程，在电弧放电过程中会产生强烈的电磁波，从而对人体健康造成伤害，同时会影响到周围的环境.（7）选择通风条件好，宽敞的厂房，以便操作者和机床能在最好的环境下工作.2.3数控电火花线切割在塑料模加工中的应用场合在塑料模具中，动模和定模是塑料模具的主要组成部分。动模也称型芯或凸模，是成型塑件内表面的模具零件，多装注塑机的动模板上。定模也称型腔或凹模，是成型塑件外表面模具零件，多装在注塑机的定模板上。动模和定模通常都要经过淬火处理，硬度极高，一般加工方法难以加工，特别是小孔与异型孔。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、司筒孔、斜顶孔等的加工。在定模加工中的应用常有镶件孔、镶针孔等的加工。2.3.1.数控电火花线切割在动模加工中的应用 图 3-1：数控电火花线切割动模加工中应用2.3.2数控电火花线切割在定模加工中的应用 图3-2：数控电火花线切割定模加工中应用2.4数控电火花线切割在工具电极加工中的应用在塑料模具中，特别是动模、定模有许多微小的地方刀具不宜加工，或者形状较复杂的面，这时就需要制作工具电极，采用电火花成型加工。工具电极苦有细异形孔、窄缝和复杂斜面的型柱、型孔，刀具不宜加工，就必须使用数控电火花线切割机床进行切割成形。由于铣刀总存在着半径R，在要求尖角模具中，电极也常常要用数控电火花线切割进行清角。清角加工充分利用了电极丝R小，可变锥度大优点。（如图3-3所示）：数控电火花线切割在工具电极加工中的应用。图3-3：数控电火花线切割电极加工中应用在电极的切割过程中，切记要考虑电极成型时所用的火花位。一般匀有粗、精电极两种，放电火花位分别约为单边0.15mm、0.05mm；大型工件加工中还需要用到粗中精三个电极，放电火花位分别约为单边0.3mm、0.15mm、0.05mm。加工孔时，补正值要减去单边放电火花位，也即将孔割大双边两个火花位。如加工一个10mm孔，若火花位为单边0.3mm，则加工后孔尺寸为10.6MM。在加工外形时，补正值也是要减去单边放电火花位，也即将电极外形双边割小两个放电火花位。如加工一个10mm*10mm正方柱，若火花位为0.3mm，则加工后的尺寸为9.4mm*9.4mm。2.5数控电火花线切割在零配件加工中的应用数控电火花线切割在零配件加工中的应用常有：动模定模镶件、斜顶、滑块、销钉孔、以及一些耐磨板、压板压条等。（如图3-4所示）：数控电火花线切割在零配件加工中的应用。图3-4：数控电火花线切割零配件加工中的应用零配件加工时常常也考虑配合间隙，一般取值的规则是将镶孔割大0.0030.005mm，而镶件照正常数据加工。或者在不知镶孔大小的情况下将镶件单边放大0.0030.008mm，以免镶件过小不能使用。在斜度镶件加工时，底部顶部一般都放长1mm左右。因此在装配时可以把镶件装得很紧，不留一点缝隙，多余的部分可以用铣刀或钞轮加工去掉。2.6数控电火花线切割在塑料模加工中的几种特殊应用方法2.6.1数控电火花线切割在顶针孔加工中的应用方法顶针是塑料模中最简单的脱模零件，常设计在脱模阻力较大的部位。顶针孔就是供顶针通过到达产品内表面，顶出产品的通道。（如图4-1所示）：数控电火花线切割在顶针孔加工中的应用。图4-1：数控电火花线切割顶针孔加工中应用一般模具中顶针孔都较多，在线切割中穿丝频繁，故适宜带有自动穿丝的慢走丝机床加工。在编程软件上也适宜选用带有多件编程的软件进行程序编制，如台湾的统达软件。该软件能一次框选所有顶针孔，只需一次设置加工参数或条件，就能自动生成所有顶针孔的加工程式。不像有些软件，对顶针孔加工需要一次又一次的选择顶针孔或加工参数及条件。在顶针孔的加工时，第一个顶针孔的大小往往需要进行试配。如果最后一次加工顶针仍然放不进去则要进行二次重割。重割时将程序的第一刀删除，第二刀补正值不变，第三刀补正值略加。如果能进去一小半，则第一刀、第二刀匀删除，第三刀补正值略加。这是一个经验积累的工作，往往要多次才能取得合适的配合补正值。2.6.2数电火花控线切割在斜顶孔加工中的应用方法 斜顶也是塑料模中常见的一零件，它常常是成对的在动模左右两边出现。斜顶孔也就是斜顶顶出的通道。斜顶孔一般都有斜度，而且它的斜度是两边同向而斜，两边为直身，不同于一般斜度工件加工。在编程时切记要小心，分清楚它的斜向，注意检查程式中的偏斜代码与偏斜值正负。（如图4-2所示）：数控电火花线切割在斜顶孔加工中的应用方法。图4-2：数控电火花线切割斜顶孔加工中应用方法G54G21G90G92 X0. Y0.T84C101 H001M98 P0001T85C102 H002M98 P0002 C103 H003M98 P0001M02N0001G91G42G52A0. G01 X-1.0167 Y12.5G52 A5.X26.0167G50 Y-25. A0.G51 X-50. A5.G50 Y25. A0.G52 X23.9833 A5.G40 G50 X1.0167 Y-12.5 A0.G90M99N0002G91G41 G01 G51A0 X-1.0167 Y12.5X-23.9833 A5.G50 Y-25. A0. G52 X50. A5.G50 Y25. A0.G51 X-26.0167 A5.G40 G50 X1.0167 Y-12.5 A0.G90M992.6.3数控电火花线切割在上下异形件加工中的应用方法 图4-3：数控电火花线切割在上下异形加工中的应用方法上下异形是指工件的上端与下端形状不一样，如上端为一个圆，下端为一正方形。（如图4-3所示）：数控电火花线切割在上下异形加工中的应用方法。上下异形的程式例如下： G54 G21 G90 G92 X0. Y-31.25 U0. V0. T84 C101 H001 G142 G01 Y-25. : G01 Y-18.75X25. : G03 X13.2582 Y-13.2583 J18.75 Y25. : X13.2583 Y13.2583 I-13.2582 J13.2583 X-25. : X-13.2582 I-13.2583 J-13.2583 Y-25. : Y-13.2583 I13.2582 J-13.2583 X0. : X0. Y-18.75 I13.2582 J13.2583 Y-31.25 : G01 Y-31.25G140M02在上面的程式中，以两点隔开，前面的程式是下面的形状为正方形，后面的程式是上面的形状为圆形。它为一个复合程式，是将上下两个程式并在一起走，下面数据走X、Y轴，上面的数据走U、V轴。2.6.4数控电火花线切割在斜导柱孔加工中的应用方法 斜导柱是抽芯滑块中的一个零件，斜导柱孔也就是导柱斜向通向的通道。因此是圆孔，又有单向斜度，常是线切割加工中的难题。(如图4-4所示)：数控电火花线切割在斜导柱孔加工中的应用方法。图4-4：数控电火花线切割在斜导柱孔加工中的应用方法斜导柱孔简单加工方法是用辅助夹具进行辅正加工，采用一条边线碰数或画线取数加工，故该方法加工精度低不准确，采用软件分析处理才是较合理的加工方案。在编程取数时切记要小心，在它的程式面上是一个椭圆，而不是一个标准圆。它的程式上实际上就是两个椭圆的上下异形程式。2.7线切割加工工艺分析2.7.1凸模加工工艺 凸模在模具中起着很重要的作用，它的设计形状、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，故应首先加工好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，从葫芦形凸模左侧，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。下面分析一下硬质合金齿形凸模的切割工艺处理。 一般情况下，凸模外形规则时，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，这样可减少凸模在中走丝线切割上的加工费用。硬质合金凸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0.150.18mm，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1.01.5mm穿丝孔，穿丝孔中心与凸模轮廓线间的引入切割线段长度选取510mm。(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34mm（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0.150.18mm。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。(5)大部分外形4次切割加工完成后，将工件用压缩空气吹干，再用酒精溶液将毛坯端面洗净，凉干，然后用粘结剂或液态快干胶(通常采用502快干胶水)将经磨床磨平的厚度约0.3mm的金属薄片粘牢在毛坯上，再按原先4次的偏移量切割工件的预留连接部分(注意：切勿把胶水滴到工件的预留连接部分上，以免造成不导电而不能加工)。2.7.2凹模板加工中的变形分析 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，影响了加工质量和加工精度。针对此种情况，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。因此，根据实际测量和比较，模板在加工精度允许的情况下，可采用第1次统一加工取废料不变，而将后面的2、3、4次合在一起进行切割(即a切割第2次后，不移位、不拆丝，紧接着割第3、4次bcn)，或省去第4次切割而做3次切割。这样切割完后经测量，形位尺寸基本符合要求。这样既提高了生产效率，又降低人工，因此也降低了模板的制造成本。2.7.3凹模板型孔小拐角的加工工艺 由于选用的电极丝（钼丝）直径越大，切割出的型孔拐角半径也越大。当模板型孔的拐角半径要求很小时(如R0.07R0.10mm)，则必须换用细丝(如0.10mm)。但是相对粗丝而言，细丝加工速度较慢，且容易断丝。如果将整个型孔都用细丝加工，就会延长加工时间，造成浪费。经过仔细比较和分析，我们采取先将拐角半径适当增大，用粗丝切割所有型孔达到尺寸要求，再更换细丝统一修割所有型孔的拐角达到规定尺寸。但更换0.10mm的细丝需重新找正中心，重新找正中心的坐标值与原中心坐标值相差应大约在0.02mm左右。切割是冲模零件的主要加工方式，然而进行合理的工艺分析，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