第三章 特种加工.ppt

第三章模具零件电加工,直接利用电能、光能、化学能、电化学能、声能等进行加工。可以加工高强度、高硬度、高韧性、高脆性、耐高温等材料。应用：电火花成型加工、数控线切割加工、电解加工、电铸加工、超声加工和化学加工,本章要点,电加工原理,型孔电加工,型腔电加工,线切割加工,电化学加工,1、了解特种加工及其特点和应用范围；2、理解电火花加工原理、特点和应用范围；掌握电极的设计与制造，电规准的选择；3、掌握型孔加工和型腔加工技术；4、了解线切割加工原理、特点和数字控制原理；5、理解线切割加工和电火花成形加工的异同点；掌握线切割加工程序（3b、iso代码）的编制；6、掌握典型零件的线切割加工工艺。,本章知识要点,一、加工原理1、原理：在一定的介质中，通过工具电极和工件之间的脉冲放电产生电腐蚀作用，对工件进行加工的一种方法。1)电极：铜、钢、石墨2)加工介质：煤油、煤油和机油、水基工作液3)脉冲电源,机床,第一节电火花加工,2、加工条件：,1）必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距离以形成放电间隙。2）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行。3）脉冲波形基本是单向的。4）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属溶化或气化,脉冲电流波形,3、加工过程1、电离:电场强度大,液体介质电子、离子2、放电：电子阴离子阳介质绝缘形成电通道3、热膨胀：电子、离子碰撞，阴、阳极碰撞1000012000工件表面熔化、汽化介质汽化、分离碳黑4、抛处金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形成凹坑。5、消电离：带电粒子转变成中性粒子，介质恢复成绝缘状态。为下一次准备,4、极性效应正、负极腐蚀速度不同的现象1、正极性接法：工件接正极，电极接负极电子质量小，在电场力作用下较短时间轰击阳极表面；离子质量大，未达到阴极表面，脉冲就结束了。短脉冲300微秒，表面质量低，效率高；用于粗加工。,5电火花加工的特点1）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料。2）电极和工件在加工过程中不接触，便于加工小孔、深孔、窄缝零件。3）电极材料不必比工件材料硬。4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程的自动控制。5)广泛应用于凹模型孔、型腔加工,二、影响电火花加工质量及加工效率的主要因素1、影响电火花加工精度（1）电极损耗对加工精度的影响1）型腔加工；用电极的体积损耗率来衡量。2）穿孔加工：用长度损耗率来衡量。（2）放电间隙对加工精度的影响,(3)加工斜度对加工精度的影响在加工过程中随着加工深度的增加，二次放电次数增多，侧面间隙逐渐增大，使加工孔入口处的间隙大于出口处的间隙，出现加工斜度，使加工表面产生形状误差，,2影响表面质量的工艺因素（1）表面粗糙度（2）表面变化层经电火花加工后的表面将产生包括凝固层和热影响层的表面变化层，,未淬火t10钢经电火花加工后的表面显微硬度,已淬火t10钢经电火花加工后的表面显微硬度,1）凝固层是工件表层材料在脉冲放电的瞬间高温作用下熔化后未能抛出，在脉冲放电结束后迅速冷却、凝固而保留下来的金属层。2）热影响层位于凝固层和工件基体材料之间，该层金属受到放电点传来的高温影响，使材料的金相组织发生了变化。,3.影响电火花加工效率的主要因素,三、凹模型孔加工（一）、加工方法1、直接加工法凸模作电极间隙为模具zz尺寸小电极需电镀z尺寸大电极需腐蚀如：电机定子、转子硅钢片冲模工艺简单，电加工性差,2、混合法将凸模的加长部分选用与凸模不同的材料，与凸模一起加工，以粘接或钎焊部分作穿孔电极的工作部分。,3、修配凸模法凸模和工具电极分别制造，在凸模上留一定的修配余量，按电火花加工好的凹模型孔修配凸模，达到所要求的凸、凹模的配合间隙。,4、二次电极法利用一次电极制造出二次电极，再分别用一次和二次电极加工出凹模和凸模，并保证凸、凹模配合间隙。硬质合金，无成型磨情况下,（二）、电极设计1、结构:,2、尺寸：1)横截面尺寸以凹模为基准a,b均为凹模尺寸a=a-2b=b+2c不变,整体式,组合式,镶拼式,以凸模为基准z=2电极与凸模尺寸相同z2电极比凸模尺寸均匀扩大电镀电极电极缩小或放大的数值可按下式计算,2)长度尺寸l=kt+h+l+(0.40.8）(n-1)ktk-电极材料、型孔复杂系数。紫铜22.5,石墨1.72,钢33.5n-电极的使用次数3)公差1/21/3凹模刃口公差、尺寸精度不低于it7级精度、表面粗糙度应在以上ra0.631.25m,4、电极材料损耗小、加工稳定性好铜：稳定性好、损耗大钢：稳定性差、损耗中石墨：稳定性好、损耗小5、电规准的选择电规准即是一组电加工参数如:tit0iu粗规准ra12.5mti=120300s中规准ra1.60.8mti=90120s精规准ra0.630.32m|x|，计数方向取gx；2）圆弧半径：计数长度：,加工指令z取sr34)程序b9000b2000b25880gxsr3?弧ba,（二）间隙补偿,电极丝中心轨迹,凸模,凹模,间隙补偿量：r=电极丝半径r+放电间隙,（1）切割凹模或样板零件,r=r+,（2）切割凸模时（3）切割固定板时：（4）切割卸料板时,r=r+z/2,r=r+z/2+g,r=r+-s,放电间隙约0.01mm,在3b格式程序中，无间隙补偿，编程时需要考虑间隙补偿量，但目前的线切割机床广泛采用自动补偿功能的数控装置,（三）编程步骤在编程前应了解数控线切割机床的规格及主要技术参数，数控装置的功能及适应程序代码格式。,1正确选择穿丝孔和电极丝切入位置穿丝孔是电极丝加工的起点，也是程序的原点，o点为穿丝孔。一般选工件的基准点附近。穿丝孔到工件之间有一条引入线段，称为引入程序段。在手工编程时，应减去一个间隙补偿量r，从而保证图形位置的准确性。如oa段,3确定加工路线根据工件的装夹情况，建立坐标系。正确的加工路线能减小工件的变形，保证加工精度。,4求各线段的各交点坐标值将图形分割成若干条单一的直线或圆弧，按图纸尺寸（平均尺寸）求出各线段的交点坐标值。,5编制程序6程序检验空运行，即将程序输入数控装置后空走，检查机床的回零误差。,2计算间隙补偿量r。,（四）编程实例,编程的方法主要有手工编程和自动编程,手工编程，间隙补偿量r加在程序段中进行计算。自动编程，加工前将间隙补偿量输入机床的数控装置。编程时，按图纸的名义尺寸编制程序，补偿量不计算在程序段尺寸中，图形上所有非光滑连接处应加过渡圆弧修饰，使图形中不出现尖角。过渡圆弧的半径必须大于间隙补偿量rr。这样，在加工时数控装置自动将图形圆弧处增大或减小一个的距离，实行补偿，而直线段保持不变。,编制如图所示凸凹模（图中尺寸为计算后的平均尺寸）的数控线切割程序。电极丝为的钼丝0.18mm，单边放电间隙为0.01mm。,建立坐标系，确定穿丝孔位置切割凸凹模时，加工顺序应先内后外，选取20圆的圆心，其中穿丝孔位置分别是o点和b点。确定自动补偿量r=0.18/2+0.01=0.10mm计算交点坐标应将图形分成单一的直线或圆弧,求f点的坐标值：因f点是直线fe与圆的切点，故其坐标值通过如图,其余交点坐标可直接由图形尺寸得到,编写程序直线段oa和bc段为引导程序段，需减去补偿量0.10mm。其余线段和圆弧不需考虑间隙补偿。切割时，由数控装置根据补偿特征，自动进行补偿，但在d点和e点需加过渡圆弧，取r=0.15mm。加工顺序为：先切割内孔，空走到外形b处，再按顺序切割，,bcdefca,bbb9900gxl1穿丝切割，oa段b10000bb40000gynr1内孔加工bbb9900gxl3ao段d拆丝bbb30000gyl4空走d装丝bbb4900gyl2bc段b59850b0b59850gxl1cd段b0b150b150gynr4d点过渡,b0b29745b29745gyl2de段b150b0b150gxnr1e点过渡圆弧b51445b18491b51445gxl2ef段b84561b23526b58456gxnr1fc段dd结束,四、4b格式程序编制程序格式,有间隙补偿程序格式,1r为圆弧半径若加工图形中出现尖角时，取半径r大于间隙补偿量的圆弧过渡。2d或dd凸圆弧用d表示，凹圆弧用dd表示。,五、iso代码数控程序编制,iso代码进行数控编程是电加工控制发展的必然趋势。目前，部分厂家采用3b、4b和iso并存的方式作为过渡。,（一）程序段格式和程序格式,p10n01g92xoyon02g01x5000y5000n03g01x2500y5000n04g01x2500y2500n05g01xoyon06m02,程序名字母和数字,程序主体由若干个程序段组成,程序结束指令,程序段格式,n02g01x5000y5000,尺寸字电极丝运动坐标位置，x、y、u、v、a、i、j等，后续数字为整数，单位m,正、负号。,加工指令g其后续有两位正整数，如g00g99。,顺序号字程序段的序号，n后续数字24位。如n03、n0010。,（二）iso代码及其编程,常用iso指令代码,1g00为快速定位指令在线切割不加工情况下，使指定的某轴以最快速度移动到指令位置,书写格式：g00x_y_例如：g00x60000y80000注意：如果程序中指定了g01、g02指令，则g00无效,2g01直线插补指令在各个坐标平面内加工任意斜率直线轮廓和用直线逼近曲线轮廓。书写格式：g01x_y_,例如：g92x20000y20000g01x80000y60000,加工锥度的线切割机床具有x、y、u、v工作台，则程序段格式为：g01x_y_u_v_,3g02、g03圆弧插补指令,书写格式：g02x_y_i_j_g03x_y_i_j_,注：g02顺时针插补圆弧，g03逆时插补x、y表示圆弧终点坐标i、j圆心坐标，是圆心相对圆弧起点的增量值，i是x方向坐标，j是y方向坐标。,g02x30000y30000i20000joab弧,g03x45000y15000i15000jobc弧,4g90、g91、g92坐标指令,g90绝对坐标指令。即移动指令终点坐标值x、y都是以工件坐标系原点（程序的零点）为基准来计算的。书写格式：g90（单列一段）终点：80，60,g91增量坐标指令。即坐标值均以前一个坐标位置作为起点来计算下一点位置值。3b、4b格式均按此方法计算坐标点。书写格式：g91（单列一段）终点：60，40,g92绝对坐标指令书写格式：g92x_y_表示电极丝当前的位置在编辑坐标系中的坐标值，即加工程序的起点。,g92x10000y10000,例题g90编程,p0010（程序名）n01g92x0y0（确定加工程序起点）n02g01x10000y0n03g01x10000y20000n04g02x40000y20000i15000j0n05g01x30000y0n06g01x0y0n07m02,g91编程p0011（程序名）n01g92x0y0n02g91（后面为坐标增量编程）n03g01x10000y0n04g01x0y20000n05g02x30000y0i15000j0n06g01x-10000y-20000n07g01x-30000y0n08m02,5g05、g06、g07、g08、g10、g11、,g12为镜像及交换指令g05x轴镜像，x=-xg06y轴镜像，y=-yg12消除镜像。每进行镜像程序时，结束都需加该指令,6g40、g41、g42为间隙补偿指令,g41左偏补偿指令格式：g41d_g42右偏补偿指令格式：g42d_d表示间隙补偿量，计算方法与前面方法相同。左偏、右偏是沿加工方向看,7g50、g51、g52锥度加工指令,g51锥度左偏指令，书写格式：g51a_g51a0.5,沿走丝方向看电极丝向左偏离。顺时针加工，锥度左偏加工的工件为上大下小；逆时针加工，左偏时工件上小下大。,驱动上导轮部位u、v工作台，使上导轮相对于x、y工作台平移，获得所要求的锥角。可以解决凹模的漏料问题。,g52锥度右偏指令，用此指令顺时针加工，工件为上小下大；逆时针加工，工件为上大下小。书写格式：g52a_g50取消锥度指令。书写格式：g50加工前还需输入工件及工作台参数：w下导轮中心到工作台面的距离h工件厚度s工作台面到上导轮中心距离,（三）编程实例,编制如图所示落料凹模加工程序，电极丝直径0.18mm，单边放电间隙为0.01mm为。（凹模尺寸为计算后平均尺寸）。,n01g92x0y0n02g41d100（应放于切入线之前）n03g01x0y-25000n04g01x60000y-25000n05g01x60000y5000n06g01x8456y23526n08g40（放于退出线之前）n09g01x0y0n10m02,步骤（略）,n07g03x0y-25000i-8456j-23526,自动编程,六、线切割加工工艺,1坯料的准备下料锻造退火刨平面磨平面划线铣漏料孔孔加工淬火磨平面线切割穿丝孔应在淬火前加工好,2工艺参数的选择（1）脉冲参数的选择:加工电流i选择选择合适加工电流过大或过小，会使加工速度慢，加工状态不稳定。投入功放管数量n愈多，加工电流会增大。厚的工件，选择较大加工电流,脉宽ti选择脉宽大小对表面粗糙度产生影响。脉宽愈大，单个脉冲能量大，切割效率高,脉冲间隔t0/ti比选择工件厚度大，切割加工排屑时间长，脉冲间隔时间长，,（2）电极丝的选择电极丝应具有良好的抗电蚀性，抗拉强度，材值均匀。常用电极丝有钼丝、钨丝、铜丝等。钨丝用于窄缝精加工，价格昂贵；铜丝适于慢走丝加工，加工表面精度高，蚀屑附着少；钼丝常用于快走丝加工，直径约在0.080.22mm范围内，抗拉强度高，应用广泛。（3）工作液的选择工作液对切割速度，表面质量，加工精度影响很大。常用工作液有去离子水和乳化液,3工件的装夹与调整,（1）工件装夹,（2）工件的调整,百分表找正,划线找正,（4）电极丝位置的调整,目测法,火花法,自动找正中心,第三节电化学及化学加工,一、电铸加工电铸是利用金属的电解沉积，翻制金属复制品的加工方法。,1电铸加工的原理和特点（1）原理,电铸材料,电铸层,原模,含电铸材料的金属盐溶液,（2）特点1）能准确地复制形状复杂的成形表面，制件表面粗糙度小，用同一原模能生产多个电铸件。2）设备简单、操作容易。3）电铸速度慢；电铸件的尖角和凹槽部位不易获得均匀的铸层；尺寸大而薄的铸件容易变形。4)适用塑料压模及注射模，不宜受冲击载荷,2电铸法制模的工艺过程原模设计与制造原模表面处理电铸至规定厚度衬套处理脱模清洗干燥成品（1）原模设计与制造原模的尺寸应与型腔一致，沿型腔深度方向应加长58mm，以备电铸后切除端面的粗糙度部分，原模电铸表面应有脱模斜度，并进行抛光，使表面粗糙度达ra0.160.08。材料：不锈钢、铝、有机玻璃、塑料、石膏,（2）电铸金属及电铸溶液常用的电铸金属有铜、镍和铁三种，相应的电铸溶液为含有所选用电铸金属离子的硫酸盐、氨基