模具制造工艺技术 课件 4.2 模具零件特种加工（任务二）

1．了解特种加工的特点和应用范围；

2．掌握模具各种特种加工的基本原理；

3．了解电火花加工、电火花线切割加工、超声波加工等典型模具的特种加工工艺；4.了解模具加工的新技术、新工艺及国内外模具工业的发展水平。知识目标任务二电机转子冲片凹模的线切割加工工艺

1．能够进行电火花成形机床的操作；

2．能够进行线切割加工的数控程序编制和操作；3.具备编制模具电火花加工、电火花线切割加工和超声波加工工艺规程的能力。技能目标素质目标

培养学生创新精神、良好的团队合作、产品质量和安全生产意识。各种零件的加工一、电火花线切割加工的原理、特点、分类及应用1.电火花线切割加工的原理

电火花线切割加工是在电火花成形加工基础上发展起来的，它是用线状电极（钼丝或铜丝）通过火花放电对工件进行切割。

电火花线切割加工机床根据电极丝运行速度不同分为快走丝和慢走丝两种机床。1—绝缘板2—工件3—脉冲电源4—电极丝5—导向轮6—支架7—卷丝筒一、电火花线切割加工的原理、特点、分类及应用机床类型：机床主体：包括床身、坐标工作台、走丝机构、锥度切割装置等；脉冲电源：把交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流；

控制系统：控制机床运动；工作液循环系统：提供清洁的、有一定压力的工作液。

这类机床的电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m／s，这是国外生产和使用的主要机种。

这类机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～10m／s，这是我国生产和使用的主要机种和独创的电火花线切割加工模式。一、电火花线切割加工的原理、特点、分类及应用电火花线切割加工具备的条件合适的电规准。一定绝缘性能的工作液。满足要求的运动，即电极丝做走丝运动，工作台做进给运动。(1)(2)(3)一、电火花线切割加工的原理、特点、分类及应用2.电火花线切割加工的特点优点

以金属线为工具电极，节约了电极设计和制造费用和时间，能方便地加工形状复杂的外形和通孔，能进行套料加工。冲模加工的凸凹模间隙可以任意调节

适合于机械加工方法难于加工的材料的加工，如淬火钢、硬质合金、耐热合金等。缺点不能加工盲孔。被加工材料必须导电。

线切割广泛用于加工硬质合金、淬火钢模具零件、样板、各种形状复杂的细小零件、窄缝等。如形状复杂、带有尖角窄缝的小型凹模的型孔可采用整体结构在淬火后加工，既能保证模具精度，也可简化模具设计和制造。此外，电火花线切割还可加工除盲孔以外的其它难加工的金属零件。一、电火花线切割加工的原理、特点、分类及应用2.电火花线切割加工的特点各种零件的加工棱锥体形件多孔窄缝加工冷冲凸模的加工一、电火花线切割加工的原理、特点、分类及应用3.电火花线切割加工的分类1）根据工作台纵横向运动的控制方式分

数字程序控制加工光电跟踪加工（2）（3）

靠模仿型加工（1）一、电火花线切割加工的原理、特点、分类及应用4.电火花线切割加工的应用

电火花线切割可以加工硬质合金、高熔点和已经淬硬后的模具零件，能够很方便地加工出冷冲模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，因此，电火花线切割加工在冷冲模的制造中占有很重要的地位。此外，它还可以加工塑料模的模套、固定板及拼块，以及粉末冶金模、硬质合金模、拉深模、挤压模等各种结构类型模具中的部分零件，也可对模具零件中的微型孔槽、窄缝、任意曲线等进行微细加工。各种零件的加工冷冲凸模的加工多孔窄缝加工棱锥体形件二、影响电火花线切割加工的主要工艺指标和因素1.影响电火花线切割加工的主要工艺指标1）切割速度4加工精度2）表面粗糙度3电极丝损耗量

即单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积总和，快走丝线为40～80mm2／min，它与加工电流有关。

快走丝线切割加工：Ra5～2.5µm，最佳可达到Ra1µm；慢走丝线切割加工一般为Ra1.25µm，最佳可达到Ra0.2µm。对于高速走丝机床，电极丝的损耗量用电极丝切割10000mm2后其直径的减少量表示。钼丝减少量一般不应大于0.01mm。

快走丝线切割精度可达一般为0.01～0.02mm；慢走丝线切割精度可达0.002～0.005mm左右。二、影响电火花线切割加工的主要工艺指标和因素2.影响电火花线切割加工的主要工艺因素1）脉冲宽度2）脉冲间隔3）脉冲峰值电压4）脉冲峰值电流5）脉冲放电波形6）极性7）工作台进给速度8）电极丝材料的种类、名称和规格9）工件厚度及材质10）工作液三、电火花数控线切割机床的型号及主要技术参数1.电火花数控线切割机床的型号电火花数控线切割机床的型号的含义如下三、电火花数控线切割机床的型号及主要技术参数2.电火花数控线切割机床的主要技术参数电火花线切割机床参数标准（GB/T7925—2005）四、电火花数控线切割程序编制1.电火花数控线切割机床控制系统（2）加工控制功能（1）轨迹控制功能

～是指电火花数控线切割机床控制系统根据指令要求反复做插补运算，不断地生成纵横向工作台的运动指令，精确地控制工件相对于电极丝的运动轨迹，获得工件的形状和尺寸。

～主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统以及其他的机床操作等的控制。四、电火花数控线切割程序编制电火花数控线切割机床控制系统的工作流程1.电火花数控线切割机床控制系统四、电火花数控线切割程序编制2.电火花数控线切割机床的编程

电火花数控线切割机床控制系统是按照人的指令，即程序去控制机床加工的。因此，必须事先把要切割的图形用机器所能接收的语言编排好指令。这项工作称为电火花数控线切割机床的编程，简称为编程。1）3B格式编程2）4B格式编程3）ISO编程四、电火花数控线切割程序编制2.电火花数控线切割机床的编程（3B格式编程）（1）计算坐标系

～是针对工件整个几何图形建立的坐标系，通常选工件的对称轴作为计算坐标轴，确定工件几何图形上的拐点、直线或圆弧的起点与终点、圆弧与圆弧或直线与圆弧的切点，圆弧中心等在计算坐标系中的坐标值。（2）切割坐标系

～是针对单个的直线或圆弧建立的坐标系；对于直线是将切割坐标系的坐标原点取在切割起点上，圆弧是将切割坐标系的坐标原点取在圆弧的圆心上，切割坐标轴的方向通常与计算坐标轴的方向平行。四、电火花数控线切割程序编制2.电火花数控线切割机床的编程（3B格式编程）电火花数控线切割加工是基于逐点比较法的原理四、电火花数控线切割程序编制2.电火花数控线切割机床的编程（3B格式编程）电火花数控线切割加工是基于逐点比较法的原理1）3B格式编程1）3B格式编程1）3B格式编程1）3B格式编程编程举例：1）3B格式编程编程举例：电火花线切割加工编程（1）间隙补偿的方向及其计算

电火花切割加工时，控制台所控制的是电极丝中心移动的轨迹。

间隙补偿量的正负如右图所示：

当加工冲孔模具时，凸模的间隙补偿量f凸=r丝+δ电，凹模间隙补偿量f凹=r丝+δ电-δ配；

当加工落料模具时，凹模的间隙补偿量f凹=r丝+δ电，凸模间隙补偿量f凸=r丝+δ电-δ配；（1）间隙补偿的方向及其计算举例（1）间隙补偿的方向及其计算举例（1）间隙补偿的方向及其计算举例四、电火花数控线切割程序编制2.电火花数控线切割机床的编程（4B格式编程）4B格式编程比3B格式编程多了一个圆弧半径R和图形曲线形状符号D或DD,b编程格式为BXBYBJBRG（x或y）D（DD）Z，4B格式编程完全按照工件图的基本尺寸编制而成的。四、电火花数控线切割程序编制2.电火花数控线切割机床的编程（4B格式编程）2.电火花数控线切割机床的编程（4B格式编程）2.电火花数控线切割机床的编程（4B格式编程）2.电火花数控线切割机床的编程（4B格式编程）2.电火花数控线切割机床的编程（4B格式编程）编程举例：编程举例：五、电火花数控线切割加工工艺1.电火花数控线切割加工的工艺步骤（1）对图样进行分析和审核（2）编程（3）电火花数控线切割加工准备（4）电火花数控线切割加工（5）检验五、电火花数控线切割加工工艺2.零件图的工艺分析1）对凹角或尖角处尺寸进行分析2）对表面粗糙度和加工精度进行分析五、电火花数控线切割加工工艺3.电火花数控线切割加工的工艺准备1）电极丝的选择

常用电极丝材料的特点及应用范围五、电火花数控线切割加工工艺2）工作液选择及压力、流量控制

工作液通过泵、流量控制阀、压力控制阀、喷嘴供给系统工作，一定要控制好其压力和流量的大小。工作液的压力或流量大，冷却排屑的条件好，有利于提高切割速度和加工表面的垂直度。但是在精加工时，要减小工作液的压力和流量，以减少电极丝的振动。五、电火花数控线切割加工工艺3）脉冲电源参数的选择

（2）峰值电流一般取15~30A。.（1）脉冲电压一般取60~100V，电压升高可提高工件的切割速度；但表面粗糙度变大，电压降低，又会影响工件的切割速度，使加工不稳定。（3）脉冲宽度的大小对工件表面粗糙度及切割速度影响较大。五、电火花数控线切割加工工艺4）坯料的准备

（1）工件的预加工（2）加工基准的确定（3）穿丝孔的确定五、电火花数控线切割加工工艺5）电火花数控线切割路线的确定

切割起点与切割路线的安排五、电火花数控线切割加工工艺悬臂支承装夹两端支承装夹6）工件的装夹

五、电火花数控线切割加工工艺板式支承装夹桥式支承装夹复式支承装夹6）工件的装夹

五、电火花数控线切割加工工艺7）工件的找正

（1）百分表找正法

（2）划线找正法五、电火花数控线切割加工工艺8）确定电极丝坐标位置

（4）自动找中心法（3）电阻法（2）电火花法（1）目测法五、电火花数控线切割加工工艺9）电极丝的上丝和紧丝

电极丝的上丝和紧丝是电火花数控线切割操作的一个重要环节，它的好坏直接影响到工件的质量和切割速度。电极丝张力与切割速度的关系电极丝因上丝过松而弯曲五、电火花数控线切割加工工艺正确的上丝和紧丝过程（1）将储丝筒的限位开关撞块移到最外端，并将储丝筒停在起始位置，这时使得绕丝起点与宝石定位器、导轮在一条直线上。（2）将电极丝盘固定在张紧电动机上，用钩针将电极丝从丝架上、下小孔内穿出，再从丝架下面拉回，将电极丝端头用螺钉固定在储丝筒上，然后再用钩针将电极丝放在宝石定位器的窄缝之间和上、下导轮的V形槽内。五、电火花数控线切割加工工艺（3）取下储丝筒心轴上的电刷接头，并在轴上装上手摇手柄。（5）将储丝筒反向绕回十几圈，调节好左侧撞块的位置，并根据电极丝缠绕量估计确定右侧撞块的位置，然后启动上丝电动机。（4）接通张紧电动机电源，将调压器调到100~200V。五、电火花数控线切割加工工艺电火花数控线切割机床主要部件位置示意图1—上丝电动机；2—储丝筒行程调整块；3—储丝筒摇把结合部；4—紧丝滑块；5—下喷嘴工作液旋钮；6—上喷嘴工作液旋钮；7—

Z轴锁紧手柄；8—

Z轴升降手轮；9—上导轮及上喷嘴；10—下导轮及下喷嘴五、电火花数控线切割加工工艺10）速度参数的选择

速度参数包括工作台纵横向进给速度及电极丝的走丝速度。工作台纵横进给速度太快，容易产生短路和断丝；工作台纵横进给速度太慢，加工表面的腰鼓量就会增大，但表面粗糙度较小。正式加工时，一般将试切时工作台的纵横向进给速度减小10%~20%，以防止短路和断丝。一、超声波加工技术1.超声波加工的原理及其特点1）超声波加工的原理

超声波的加工原理1—工具；2—工件；3—磨料悬浮液；4、5—变幅杆；6—换能器；7—超声发生器一、超声波加工技术2）超声波加工的特点

（1）超声波加工适用于加工各种脆硬材料，特别是不导电的非金属材料（如陶瓷、玻璃、宝石、金刚石等），扩大了模具材料的选用范围。（2）工具可用较软的材料做成较复杂的形状，不需要工具相对于工件做复杂的运动，因此，机床结构简单、操作方便。一、超声波加工技术（3）由于去除加工材料是靠极细小磨粒的瞬时局部撞击作用，因而工件表面的宏观作用力很小，不会引起变形和烧伤，表面粗糙度较好（Ra

1～0.1μm），加工精度可达0.01

～

0.02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚性的工件。一、超声波加工技术2.影响超声波加工速度和加工质量的因素1）影响超声波加工速度的因素

（1）工具的振幅与频率。（2）（3）（4）（5）工具相对于工件的进给压力。磨料粒度。工件材料。磨料悬浮液的浓度。一、超声波加工技术2）影响超声波加工质量的因素

(1)工具制造精度(2)경쟁加工深度磨料粒度一、超声波加工技术3.超声波加工的工具设计（2）（3）（1）

当工具横截面积比变幅杆输出端横截面积小很多，工具连接的变幅杆受超声波系统共振频率的影响不大时，可取工具长度L<λ/4(λ为工作频率下工具中的超声波的波长)。

当工具横截面积与变幅杆输出端横截面积相差不大时，工具长度仍取L<λ/4。

对于深孔加工，可取工具长度L=λ／2。二、化学与电化学加工技术1.化学腐蚀加工1）化学腐蚀加工的原理

化学腐蚀加工的原理1—工件；2—化学溶液；3—化学腐蚀；4—耐腐蚀性涂层；5—溶液箱；6—工作台二、化学与电化学加工技术2）化学腐蚀加工的特点

（1）化学腐蚀加工可加工任何金属材料，不受其硬度和强度的限制。

（2）化学腐蚀加工的过程中不会产生应力、裂纹、毛刺等缺陷，其表面粗糙度可达Ra2.5～1.25μm。

（3）化学腐蚀加工的加工精度不高，不能加工深而细小的窄槽、型孔和尖角等。二、化学与电化学加工技术

（4）化学腐蚀加工适宜大面积加工，可同时加工多个工件。

（5）化学腐蚀加工的腐蚀液及蒸气对人体和设备有危害，需要有适当的保护措施。二、化学与电化学加工技术2.照相化学腐蚀加工1）照相化学腐蚀加工的原理及其特点

照相化学腐蚀是将所需的文字、图像拍摄到底片上，然后经过光化学反应，把文字、图像转移（复制）到涂有感光胶的金属表面，再经过坚膜固化处理，使感光胶具有一定的抗腐蚀能力，最后经过化学腐蚀，即可获得所需文字、图形的模具或金属表面的一种加工方法。二、化学与电化学加工技术

（1）采用照相化学腐蚀加工后，图文精度高、仿真性强、腐蚀深度均匀。

（2）照相化学腐蚀加工可以在淬火或抛光后进行。

（3）照相化学腐蚀加工可以在复杂曲面上加工图文。

（4）照相化学腐蚀加工的可靠性好，一般用作最后一道工序的加工。特点：二、化学与电化学加工技术2）照相化学腐蚀加工的工艺过程

照相化学腐蚀工艺过程流程图二、化学与电化学加工技术3.电铸加工1）电铸加工的原理

电铸加工的原理1—电铸槽；2—阳极；3—直流电源；4—电铸层；5—母模（阴极）；6—搅拌器；7—电铸液；8—过滤器；9—泵；10—加热器二、化学与电化学加工技术2）电铸加工的特点

（1）电铸加工可以复制出机械加工不可能加工的细微形状以及难加工的型腔，其细微程度及尺寸精度可达微米级，电铸后的型面一般不需进行修正加工。

（2）电铸加工的母模材料不一定是金属，可采用其他材料或制品本身，经导电化处理后直接作为母模。

（3）电铸加工可以用一个标准的母模制造出很多形状一致的型腔或电火花成型加工用的电极。二、化学与电化学加工技术

（4）由于电铸加工中电铸镍具有一定的抗拉强度和硬度，因而电铸件铸成之后不需要进行热处理。

（5）电铸加工不需特殊设备、操作简单。

（6）电铸加工的速度慢，生产周期长（需几十小时甚至几百小时），尖角和凹槽部分电铸层不均匀，且存在一定的内应力，不能承受冲击负荷。因此，电铸加工难以在大、中型模具制造中推广。二、化学与电化学加工技术3）电铸加工的工艺过程

（4）衬背（5）脱模（3）电铸成型（2）电铸前处理（1）在分析产品图样的基础上设计、制造母模二、化学与电化学加工技术非金属母模防水处理方法二、化学与电化学加工技术脱模方法二、化学与电化学加工技术4.电解加工1）电解加工的原理

电解加工示意图1—直流电源；2—工具；3—工件；4—电解液泵；5—电解液二、化学与电化学加工技术电解加工成型原理二、化学与电化学加工技术2）电解加工的特点

（1）电解加工与工件材料的强度、硬度、韧性等无关，因此，可以加工任何金属材料。它常用于加工高温合金、钛合金、不锈钢、淬火钢和硬质合金等难切削的材料。

（2）电解加工能以简单的直线进给运动一次性加工出复杂的型腔、型孔（如锻模、叶片等）。二、化学与电化学加工技术

（3）电解加工的生产效率高，约为电火花加工的5～10倍，在某些情况下甚至比切削加工的生产效率还高，而且其生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的影响。

（4）电解加工的加工表面质量好，无毛刺和变质层，且表面粗糙度可达Ra1.25～0.2μm，加工精度约为±0.1mm左右。

（5）理论上，电解加工在加工过程中工具不会被损耗，可长期使用。二、化学与电化学加工技术3）影响电解加工生产率的因素

（1）工件材料的体积电化学当量。（2）电流密度。（3）电极间隙。（4）电解液。二、化学与电化学加工技术4）影响电解加工精度和表面质量的因素

（1）影响电解加工精度的因素①

混气电解加工②

小间隙电解加工③

脉冲电流电解加工④

改善电解液二、化学与电化学加工技术（2）影响电解加工表面质量的因素②

工件材料。①

工艺参数。③工具的表面质量。二、化学与电化学加工技术5.电解磨削加工1）电解磨削加工的原理

电解磨削的原理1—电解磨轮；2—电解液；3—工件二、化学与电化学加工技术2）电解磨削加工的特点

（1）加工范围广，生产效率高。（2）加工精度高，表面质量好。（3）电解磨轮的磨损量小。二、化学与电化学加工技术3）电解磨削加工在模具加工中的应用

（2）（1）（3）减少加工工序，保证磨削质量。磨削难加工材料。模具抛光。三、型腔的挤压成型技术1.冷挤压技术

冷挤压是将常温状态下的金属毛坯置于挤压凹模型腔内，在挤压设备的动力作用下，通过挤压凸模使其成型为所需形状、尺寸并具有一定机械力学性能的零件毛坯或成品零件的成型工艺。三、型腔的挤压成型技术（1）封闭式冷挤压冷挤压方式（2）敞开式冷挤压三、型腔的挤压成型技术2.热挤压技术1）热挤压的特点及应用范围

热挤压时，由于变形抗力大为降低，因而需要的设备吨位小，易于实现连续性生产。热挤压时，由于热胀冷缩加上表面氧化与脱碳，使得挤压件尺寸精度降低，表面质量受到影响坯料表面发生氧化，降低模具使用寿命。热挤压技术应用在由高碳钢、高合金结构钢、不锈钢、耐热钢、模具钢等材料制成的汽车、机械、航空航天、船舶、军工产品中。三、型腔的挤压成型技术2）热挤压的工艺过程

热挤压的工艺过程三、型腔的挤压成型技术3.超塑性成型技术1）超塑性成型技术的特点

某些金属材料在一定条件下具有良好的塑性，其延伸率可达100%～2000%，这种现象称为超塑性。凡延伸率超过100%的材料均称为超塑性材料。用超塑性成型工艺制造型腔，是以超塑性材料金属为型腔材料，在超塑性状态下将工艺凸模压入坯料内部，以实现成型加工的一种工艺方法。采用这种方法制造型腔，型腔材料不会因大的塑性变形而断裂，也不会硬化，对获得形状复杂的型腔十分有利。三、型腔的挤压成型技术2）超塑性成型工艺

（5）

（4）（3）（2）（1）超塑性成型时的润滑坯料的准备防护套的设计工艺凸模的设计超塑性成型设备的选择和挤压力的