第6次课模具的特种加工.pptx

第五章 模具的特种加工1第二节 电火花线切割加工第三节 超声波加工与电化学加工第一节 电火花成型加工模具制造工艺学模具制造工艺学1 1、原理：在一定的介质中，通过工具电极和工件之间的、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脉冲放电产生电腐蚀作用，对工件进行加工的一种方法。法。1)1)电极：铜电极：铜 、钢、石墨、钢、石墨 2)2)加工介质：煤油、加工介质：煤油、煤油和机油、水基工作液煤油和机油、水基工作液 3)3)脉冲电源脉冲电源 第一节电火花成型加工u一、电火花加工原理、特点及分类一、电火花加工原理、特点及分类模具制造工艺学模具制造工艺学2、加工条件：、加工条件：1）必须使接在不同极性上的工具电极和）必须使接在不同极性上的工具电极和工件之间保持一定的距离以形成放电间工件之间保持一定的距离以形成放电间隙隙(0.01-0.1mm)。2）放电必须在具有一定绝缘性的液体介）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行。质中进行。3）脉冲电源，脉冲电源，脉冲波形基本是单向的。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）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部位的金属溶化或气化脉冲电流波形第一节电火花成型加工u一、电火花加工原理、特点及分类一、电火花加工原理、特点及分类模具制造工艺学模具制造工艺学3、加工过程、加工过程1 1、电离、电离:极间介质的电离、击穿，形成放电通道极间介质的电离、击穿，形成放电通道2 2、热膨胀：介质热分解、电极材料熔化、气化热、热膨胀：介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀膨胀3 3、抛处金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形、抛处金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形 成凹坑。成凹坑。5 5、消电离：极间介质的电离消除、消电离：极间介质的电离消除 ，介质，介质 恢复成绝缘状态。为下一次准备恢复成绝缘状态。为下一次准备第一节电火花成型加工u一、电火花加工原理、特点及分类一、电火花加工原理、特点及分类模具制造工艺学模具制造工艺学3、加工过程、加工过程第一节电火花成型加工u一、电火花加工原理、特点及分类一、电火花加工原理、特点及分类模具制造工艺学模具制造工艺学4 4电火花加工的特点电火花加工的特点1 1）适合于难切削材料的加工。适合于难切削材料的加工。电极材料不必比工件材料硬。电极材料不必比工件材料硬。便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料。便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料。2 2）加工特殊及复杂形状的零件。电极和工件在加工过程中不加工特殊及复杂形状的零件。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。接触，便于加工小孔、深孔、窄缝零件。3 3）易于选择和变更加工条件。粗、中、精技精微加工。易于选择和变更加工条件。粗、中、精技精微加工。4 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现自动控制。直接利用电能、热能进行加工，便于实现自动控制。5)5)加工导电材料、速度慢、存在电极耗损。加工导电材料、速度慢、存在电极耗损。第一节电火花成型加工u一、电火花加工原理、特点及分类一、电火花加工原理、特点及分类模具制造工艺学模具制造工艺学类别工艺方法特点用途备注1电火花穿孔成形加工1.工具和工件主要有一个相对的伺服进给运动2.工具为成形电极，与被加工表面有相同的截面或形状1.型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件2.穿孔加工：加工各种冲模、挤压模、粉末冶金模、各种异形孔及微孔等约占电火花机床总数的30%，典型机床有D7125、D7140等电火花穿孔成形机床2电火花线切割加工1.工具电极为沿着其轴线方向移动着的线状电极2.工具与工件在两水平方向同时有相对伺服进给运动1.切割各种冲模和具有直纹面的零件2.下料、截割和窄缝加工3.直接加工出零件约占电火花机床总数的60%，典型机床有DK7725、DK7740等数控电火花线切割机床3电 火 花 内孔、外 圆和 成 形 磨削1.工具与工件有相对的旋转运动;2.工具与工件间有径向和轴向的进给运动1.加工高精度、表面粗糙度值小的小孔，如拉丝模、挤压模、微型轴承内环、钻套等;2.加工外圆、小模数滚刀约占电火花机床总数的3%，典型机床有D6310电火花小孔内圆磨床4电 火 花 同步 共 轭 回转加工1.成形工具与工件均作旋转运动，但两者角速度相等或成整数倍，接近的放电点可有切向相对运动速度2.工具相对工件可作纵、横向进给运动以同步回转，展成回转、倍角速度回转等不同方式，加工各种复杂形面的零件，如高精度的异形齿轮，精密螺纹环规、高精度、高对称、表面粗糙度值小的内、外回转体表面等约占电火花机床总数的1%以下，典型机床有JN-2,JN-8等内外螺纹加工机床第一节电火花成型加工u一、电火花加工原理、特点及分类一、电火花加工原理、特点及分类5 5电火花加工方法分类电火花加工方法分类模具制造工艺学模具制造工艺学类别工艺方法特点用途备注5电火花高速小孔加工1.采用空心管状电极，管内冲入高压水基工作液2.细管电极旋转1.加工速度可高达/min，深径比可达1：100以上2.线切割预穿丝孔3.深径比很大的小孔，如喷嘴等约占电火花机床总数的2%，典型机床有D电火花高速小孔加工机床6电火花铣削加工工具电极相对工件作平面或空间运动，类似常规铣削1.适合用简单电极加工复杂形状2.由于加工效率不高，一般用于加工较小零件各种多轴数控电火花加工机床有此功能7电火花表面 强 化、刻字1.工具在工件表面上振动2.工具相对工件移动1.模具刃口，刀具、量具刃口表面强化和镀覆2.电火花刻字、打印记约占电火花机床总数的2%-3%，典型机床有D9105电火花强化机等第一节电火花成型加工u一、电火花加工原理、特点及分类一、电火花加工原理、特点及分类6 6电火花加工方法分类电火花加工方法分类模具制造工艺学模具制造工艺学第一节电火花成型加工u二、电火花加工的基本工艺规律二、电火花加工的基本工艺规律1）影响加工速度的主要因素（1）极性效应（2）电规准2）影响加工精度的主要因素（1）电极损耗（2）放电间隙3）影响加工表面质量的主要因素（1）表面粗糙度（2）表面变化层4）影响电极损耗的主要因素（1）合理选择加工极性 （2）合理选择电极材料模具制造工艺学模具制造工艺学1 1、极性效应、极性效应 正、负极腐蚀速度不同的现象正、负极腐蚀速度不同的现象 1 1）正极性接法：工件接正极，电极接负极）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，脉冲就结表面；离子质量大，未达到阴极表面，脉冲就结 束了。束了。短脉冲短脉冲40300300微秒，表面质量低，效率高微秒，表面质量低，效率高；用用于粗于粗 加工。加工。第一节电火花成型加工u二、电火花加工的基本工艺规律二、电火花加工的基本工艺规律模具制造工艺学模具制造工艺学2 2、电规准（电参数）、电规准（电参数）脉冲电源参数（如脉冲宽度、峰值电流、击穿电压），决定电极损耗、加工精度、表面粗糙度及加工生成率。（1）粗规准 选用宽脉冲，大峰值电流，用负极性。（2）中规准 为精加工作准备；电极损耗尽可能小。（3）精规准 余量0.10.2mm。采用窄的脉冲宽度和小的峰值电流，正极性加工，电极损耗大（25左右）第一节电火花成型加工u二、电火花加工的基本工艺规律二、电火花加工的基本工艺规律模具制造工艺学模具制造工艺学3 3、电极损耗、电极损耗越小越好4 4、放电间隙、放电间隙越小越好5 5、形状精度、形状精度斜度、圆角6 6、表面质量、表面质量表面粗糙度、表面变化层第一节电火花成型加工u二、电火花加工的基本工艺规律二、电火花加工的基本工艺规律模具制造工艺学模具制造工艺学机床主体机床主体第一节电火花成型加工u三、结构特点三、结构特点模具制造工艺学模具制造工艺学型腔加工工艺方法型腔加工工艺方法 1）单电极加工方法 2）多电极加工法多电极加工示意图1.粗加工电极 2.精加工电极3.精加工后的型腔轮廓 4.模块第一节电火花成型加工u四、加工方法四、加工方法模具制造工艺学模具制造工艺学 1.电极材料的选择从电火花加工的原理来说，任何导电材料都可以从电火花加工的原理来说，任何导电材料都可以制成电极。制成电极。电极材料的特点应该是：损耗小、成形快、加工电极材料的特点应该是：损耗小、成形快、加工稳定性好、机械加工工艺性好、价格适宜和来源广。稳定性好、机械加工工艺性好、价格适宜和来源广。常用的电极材料有：铸铁、钢、石墨、黄铜、紫常用的电极材料有：铸铁、钢、石墨、黄铜、紫铜、铜钨合金和铜银合金等。铜、铜钨合金和铜银合金等。第一节电火花成型加工u五、电火花成型加工电极五、电火花成型加工电极模具制造工艺学模具制造工艺学 2 2电极的结构形式电极的结构形式（1 1）加工型孔的电极）加工型孔的电极1 1）整体式电极）整体式电极 这种电极是用整块材料加工出的这种电极是用整块材料加工出的第一节电火花成型加工u五、电火花成型加工电极五、电火花成型加工电极模具制造工艺学模具制造工艺学 2 2电极的结构形式电极的结构形式（1 1）加工型孔的电极）加工型孔的电极 2 2）镶拼式电极）镶拼式电极 第一节电火花成型加工u五、电火花成型加工电极五、电火花成型加工电极模具制造工艺学模具制造工艺学 2 2电极的结构形式电极的结构形式（1 1）加工型孔的电极）加工型孔的电极 3 3）组合式电极）组合式电极 第一节电火花成型加工u五、电火花成型加工电极五、电火花成型加工电极模具制造工艺学模具制造工艺学 （2 2）加工型腔的电极）加工型腔的电极设排气、排屑孔的电极设冲油孔的电极第一节电火花成型加工u五、电火花成型加工电极五、电火花成型加工电极模具制造工艺学模具制造工艺学 3 3电极截面尺寸的确定电极截面尺寸的确定穿孔电极长度计算图第一节电火花成型加工u五、电火花成型加工电极五、电火花成型加工电极模具制造工艺学模具制造工艺学4工件的装夹与定位 不规则电极装夹不规则电极装夹 1-主轴法兰主轴法兰 2-电极夹具电极夹具 3-电极电极 第一节电火花成型加工u五、电火花成型加工电极五、电火花成型加工电极模具制造工艺学模具制造工艺学5.5.电极夹具及调整电极夹具及调整第一节电火花成型加工u五、电火花成型加工电极五、电火花成型加工电极模具制造工艺学模具制造工艺学六、凹模型腔电火花加工 盲孔加工，排屑难，加工面积大，电规准调节范围大盲孔加工，排屑难，加工面积大，电规准调节范围大（一）凹模型腔电火花加工方法（一）凹模型腔电火花加工方法（1）单电极加工法单电极加工法；指用一个电极加工出所需型腔 1）用于加工形状简单、精度要求不高的型腔。2）用于加工经过预加工的型腔。3）用平动法加工型腔。用一个电极完成型腔的粗、中、精加工 电极作平面圆周运动的回转半径，缺点是难以获得高精度的型腔，难以清棱、清角此外，电极在粗加工中容易引起不平的表面龟裂，第一节电火花成型加工模具制造工艺学模具制造工艺学 2.2.多电极更换法多电极更换法采采用用多多个个电电极极,依依次次更更换换加加工工同同一一个个型型腔腔的的方方法法，采采用用不不同的电规准，一般用两个电极进同的电规准，一般用两个电极进 行粗、精加工行粗、精加工仿形精度高，尤其适用于尖角、窄缝多的型腔加工。要求多个电极的一致性好，制造精度高，装夹精度高，一般只用于精密型腔的加工。3.3.分解电极法分解电极法分解电极法是单电极平动法和多电极更换法的综合应用分解电极法是单电极平动法和多电极更换法的综合应用 六、凹模型腔电火花加工 第一节电火花成型加工模具制造工艺学模具制造工艺学 (二二)电极设计电极设计1.电极结构设计 2.电极尺寸的确定：（1）电极水平截面尺寸的确定确定方法与型孔加工相同采用电极平动加工时，其计算公式为六、凹模型腔电火花加工 第一节电火花成型加工模具制造工艺学模具制造工艺学 a电极水平方向尺寸 A 型腔的基本尺寸 K 与型腔尺寸标注有关的系数 b电极单边缩放量 e 平动量 Hmax 粗规准加工时表面微观不平度最大值 Hmin精规准加工时表面微观不平度最大值式中六、凹模型腔电火花加工 第一节电火花成型加工模具制造工艺学模具制造工艺学“”“”放大放大-“-“+”号；反之用号；反之用“-”号。号。当型腔尺寸以两加工表面为尺寸当型腔尺寸以两加工表面为尺寸界线标注时，若蚀除方向相反，取界线标注时，若蚀除方向相反，取K=2K=2；蚀除方向相同，取；蚀除方向相同，取K=0K=0；当；当型腔尺寸以中心线或非加工面为基型腔尺寸以中心线或非加工面为基准标注时，取准标注时，取K=1K=1；凡与型腔中心；凡与型腔中心线之间的位置尺寸以及角度尺寸相线之间的位置尺寸以及角度尺寸相对应的电极尺寸不缩不放，取对应的电极尺寸不缩不放，取K=0K=0。六、凹模型腔电火花加工 第一节电火花成型加工模具制造工艺学模具制造工艺学 2）电极垂直方向尺寸：电极在平行于主轴方向上的尺寸 六、凹模型腔电火花加工 第一节电火花成型加工模具制造工艺学模具制造工艺学（3）排气孔和冲油孔 1）冲油孔设计在难以排削、窄缝等处 2）排气孔设计在蚀除面积较大的位置 六、凹模型腔电火花加工 第一节电火花成型加工模具制造工艺学模具制造工艺学（三）电规准的选择与转换（三）电规准的选择与转换 1.电规准的选择 实现低损耗、高生产率加工。（1）粗规准 选用宽脉冲（），大峰值电流，用负极性。用石墨电极电流密度为 ，纯铜电极加工钢材的电流密度可稍大一些。（2）中规准 为精加工作准备；电极损耗尽可能小，选用脉冲宽度 ，电流密度也比粗加工小一些。（3）精规准 余量0.10.2mm。采用窄的脉冲宽度和小的峰值电流，正极性加工，电极损耗大（25左右六、凹模型腔电火花加工 第一节电火花成型加工模具制造工艺学模具制造工艺学2.电规准的转换 粗规准一般选择l档；中规准和精规准一般选择24档 型腔的侧面修光，是靠调节电极的平动量来实现的。当采用单电极平动加工时，应相应调节电极的平动量。（四）型腔电极的制造（四）型腔电极的制造 1.电极材料的选择 采用石墨与紫铜，黄铜、铸铁、钢不适于型腔加工，原因是加工时损耗较大 六、凹模型腔电火花加工 第一节电火花成型加工模具制造工艺学模具制造工艺学石 墨 紫 铜 材料的成形性能 易成形，大型电极可采用拼块组成 不易成形，磨削等机械加工较困难 电极制造方法 可用机械加工、加压振动或成形烧结 机械加工、电铸、放电压力成形等电火花加工性能 良好，电极损耗小，但精加工时易烧弧 适用范围 大、中、小型腔小型腔、高精度型腔 六、凹模型腔电火花加工 第一节电火花成型加工模具制造工艺学模具制造工艺学 2.电极制造工艺 紫铜、黄铜电极，不能进行成形磨削加工，由数控铣床加工成形，经钳工锉削作最后修整。（1）磨：按图样要求在平面磨床上磨六面(铜及石墨电极，应在小台钳上，用刮研的方法刮平或磨平)。（2）划线：按图样要求在划线平台上划线。（3）铣：按划线线条及轮廓，在数控铣床上加工成形，并留有0.2mm左右的精加工余量。（4）钳工修整：按图样要求，将电极精修成形，并进行钻孔和装夹等工作。六、凹模型腔电火花加工 第一节电火花成型加工模具制造工艺学模具制造工艺学1 1、原理：电火花线切割加工是在电火花成形加工基础上、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，它是利用移动的细金属导线（钼丝或铜发展起来的，它是利用移动的细金属导线（钼丝或铜丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成形。丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成形。电火花线切割加工的基本原理与电火花成形加工相同，电火花线切割加工的基本原理与电火花成形加工相同，但加工方式不同，它是用细金属丝作电极。但加工方式不同，它是用细金属丝作电极。工件接在脉冲电源的正极，电极丝接负极 第二节电火花线切割加工一、电火花线切割加工原理、特点及设备一、电火花线切割加工原理、特点及设备模具制造工艺学模具制造工艺学第二节电火花线切割加工一、电火花线切割加工原理、特点及设备一、电火花线切割加工原理、特点及设备模具制造工艺学模具制造工艺学第二节电火花线切割加工一、电火花线切割加工原理、特点及设备一、电火花线切割加工原理、特点及设备模具制造工艺学模具制造工艺学第二节电火花线切割加工一、电火花线切割加工原理、特点及设备一、电火花线切割加工原理、特点及设备模具制造工艺学模具制造工艺学第二节电火花线切割加工一、电火花线切割加工原理、特点及设备一、电火花线切割加工原理、特点及设备模具制造工艺学模具制造工艺学2 2线切割加工特点、线切割加工特点1不需要制作电极，缩短生产周期；2能加工精密、形状复杂而细小的内、外形面，以及高熔点、高硬度难切削的材料；3.电极丝沿长度方向运动，加工中损耗少；4脉冲宽度较窄，属中、精加工；5材料利用率高；6.采用四轴联动，可加工锥度及上下面异形体零件7.自动化程度高，操作方便，周期短8但不能加工母线不是直线的表面和盲孔。第二节电火花线切割加工一、电火花线切割加工原理、特点及设备一、电火花线切割加工原理、特点及设备模具制造工艺学模具制造工艺学电火花线切割机床的分类电火花线切割机床的分类1）快速走丝0.080.22mm的钼丝作电极，往复循环，走丝速度为810m/s，加工精度为001mm，表面粗糙度Ra1.6 6.3m。工作液为乳化液2）慢速走丝走丝速度是312m/min，电极丝广泛使用铜丝，单向移动，可达到加工精度0.001mm，表面粗糙度为Ra0.32m。价格比快走丝高。工作液为去离子水 3 3、线切割加工设备、线切割加工设备第二节电火花线切割加工一、电火花线切割加工原理、特点及设备一、电火花线切割加工原理、特点及设备模具制造工艺学模具制造工艺学零件工艺分析手工自动编程数控装置功放机床步进电机脉冲运丝变频第二节电火花线切割加工二、二、线切割加工工艺线切割加工工艺1 1、加工过程、加工过程模具制造工艺学模具制造工艺学1、工件工艺性分析；2、半成品工件准备 面加工、穿丝孔、热处理3、编程、输入指令方式 人工编程、编程一体化系统HF、2 2、加工工艺、加工工艺第二节电火花线切割加工二、二、线切割加工工艺线切割加工工艺模具制造工艺学模具制造工艺学3 3、工件的装夹与调整、工件的装夹与调整（1 1）工件装夹）工件装夹 第二节电火花线切割加工二、二、线切割加工工艺线切割加工工艺模具制造工艺学模具制造工艺学（2 2）工件的调整）工件的调整 百分表找正 划线找正 3 3、工件的装夹与调整、工件的装夹与调整 第二节电火花线切割加工二、二、线切割加工工艺线切割加工工艺模具制造工艺学模具制造工艺学4 4、电极丝位置的调整电极丝位置的调整 目测法火花法 自动找正中心 第二节电火花线切割加工二、二、线切割加工工艺线切割加工工艺模具制造工艺学模具制造工艺学 超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工，英文简称为 USM 第三节超声波加工与电化学加工一、超声波加工一、超声波加工模具制造工艺学模具制造工艺学超声加工的工作超声加工的工作原理是：原理是：由超声发生器产生高由超声发生器产生高频电振荡频电振荡(一般为一般为16162525千赫千赫)，施加于，施加于超声换能器上，将高超声换能器上，将高频电振荡转换成超声频电振荡转换成超声频振动。频振动。第三节超声波加工与电化学加工一、超声波加工一、超声波加工模具制造工艺学模具制造工艺学1、电解加工（1）基本原理是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理，将工件加工成形的一种工艺方法。第三节超声波加工与电化学加工二、电化学加工二、电化学加工模具制造工艺学模具制造工艺学（2）特点 1）可加工高硬度、高强度、高韧性等难切削的金属，适用范围广。2）加工生产率高。3）加工中工具和工件间无切削力存在，适用于加工易变形的零件。4）加工后的表面无残余应力和毛刺，粗糙度可达Ra1.250.2，平均加工精度可达0.1mm左右。5）加工过程中工具损耗极小，可长期使用。模具制造工艺学模具制造工艺学3 3、电铸加工、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。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 第三节超声波加工与电化学加工二、电化学加工二、电化学加工模具制造工艺学模具制造工艺学（2 2）特点）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，不宜受冲击载荷模具制造工艺学模具制造工艺学模具制造工艺学模具制造工艺学 慢走丝线切割技术加工精度可达到1.5m，加工表面粗糙度Ra0.10.2m。模具制造工艺学模具制造工艺学