模具制造工艺学第二十八次课.doc

州信息职业技术学院
教 案 首 页
章节名称
第六章模具制造的其他方法
6.2.1 电化学加工及化学加工
6.2.2 超声波加工
6.2.3 型腔的冷挤压加工
课次
28
课时
2
课型
新授课
授课时间

授课教师
张良英
授课班级
11模具（1）班
11模具（2）班
授课方式
讲授
教研室主任审批：

教研室主任签名： 年 月 日
教学目标
知识目标：掌握各种电化学加工的原理，理解超声波加工的原理，了解型腔的冷挤压加工的原理

技能目标：

素质目标：
重点难点
重点：
难点：
教学方法教学手段教学媒介
方法：讲授
手段：板书
媒介：多媒体
教学内容及
时间安排
1 电化学加工及化学加工
2 超声波加工
3 型腔的冷挤压加工
作业

课后小结
总结：

课型：新授课、讨论课、练习课、复习课、实验课、实训课、一体化课等；
课次：本学期第×次课；课时：以2课时为单位；授课方式：讲授、上机、实验、讨论、参观等；
说明：1．课后一定要做好“课后小结”，对本次课进行成功、失败、不足及今后改进的设想等小结。
2．本首页各栏目要填写齐全，不得缺项，否则，教案不合格影响教学考核。

教 学 过 程 设 计
标 注
第六章模具制造的其他方法
6.2.1 电化学加工及化学加工
电化学及化学加工
电化学加工：电解加工：从工件上去除金属
电镀、电铸加工：向工件上沉积金属
一、模具电解加工
利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理。工具接直流稳压电源的阴极，工件接阳极，工具与工件电极之间保持一定的间隙。电解液从两极的间隙高速流过。当两极间接通电源时，电流通过电解液流动，其电流量可高达1000～10000A，工件表面产生阳极溶解。

由于两极之间各点的距离不等，其电流密度也不相等。图b用细实线的疏密表示电流密度的大小，实线越密，电流密度越大，即两极间距离最近的地方，通过的电流密度最大，该处的溶解速度最快。随着工具电极间工件不断送进，工件表面不断被溶解，电解产物不断被电解液冲走，使电解间隙逐渐趋于均匀，工具电极的形状就被复制在工件上，如图c。
特点：
1）可加工高硬度、强度、韧性等难切削金属，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，适于加工易变形零件。
4）加工后表面无残余应力和毛刺，粗糙度可达Ra1.25~0.2， 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。
2. 电解加工在模具制造中的应用
拉深模
加工对象：大型型腔模(如锻模、塑料模、压铸模型腔)
形状复杂、尺寸较小的通孔及不通孔(如椭圆、半圆、六角孔等)。
加工方法：型孔加工、型腔加工、电解抛光、电解磨削
3．电解加工的一般工艺过程
（1）电解加工设备的选用
（2）电解液的配制
（3）电解电极(阴极)材料的选用、结构设计与加工
（4）加工方法的选择
（5）零件的防腐处理
三、模具电铸加工
利用电解阳极的沉积金属，积存在原模上，然后将其分离以制造或复制金属制品的加工工艺。
用导电的原模作阴极，电铸材料作阳极，含电铸材料的金属盐溶液作电铸溶液。阳极金属材料与金属盐溶液中的金属离子种类相同。
加工对象：加工一些型腔模，如塑料模型腔、玻璃制品模具型腔及小型拉伸凹模等。
1．基本原理
在直流电源作用下，电铸溶液中的金属离子在阴极还原成金属，沉积于原模表面。而阳极金属则源源不断地变成离子溶解到电铸液中进行补充，使溶液中金属离子的浓度保持不变。当阴极原模电铸层逐渐加到要求的厚度时，与原模分离，即获得与原模相反的铸件
2. 特点
1）复制精度高 可以复制出利用机械加工方法不可能加工出来的细微形状的复杂型腔。一般电铸出来的型腔可不做再加工，直接可以使用。
2）原模利用率较高 可以用一只原模，加工多个型腔。原模可以用制品零件来代替，也可以用其他非金属材料来制作。并且用电铸法可制出已有的型腔，为模具维修带来方便。
3）复制出的型腔精度高、质量好，一般不易变形 型腔铸出以后，不需要热处理，硬度可达40~50HRC，并且可以直接铸出花纹、图案、文字、窄槽及细长的窄臂与深孔。
4）设备简单，不需要特殊的设备 在加工时，可一槽多模，同时加工出不同形状的型腔零件。
5）制造周期长 由于金属还原沉积的速度较慢,故电铸成形制造周期长。
3．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
原模尺寸应与型腔一致，沿型腔深度方向应加长5~8mm，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。
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、氨基磺酸盐和氧化物等的水溶液。
（3）衬背和脱模
有些电铸件电铸成形之后，需要用其它材料在其背面加工（称为衬背），以防止变形，然后再对电铸件进行脱模和机械加工。
6.2.2 超声波加工
一、超声波加工的基本原理及工艺
1.超声波加工的基本原理
超声波加工是利用工具端面作超声振动，带动工件和工具间的磨料悬浮液，冲击和抛磨工件的被加工部位，使局部材料破坏而成粉末，以进行穿孔、切割和研磨等，如图5－51所示。
2.超声波加工具有以下特点
①超声波加工适合于加工硬脆材料（特别是不导电的硬脆材料），如玻璃、石英、陶瓷、宝石、金刚石、各种半导体材料、淬火钢、硬质合金等。
②超声波加工机床的结构比较简单，操作维修也比较方便。
③适合于加工薄壁零件及工件上的窄槽、小孔。
④超声波加工的精度，一般可达0.01～0.02mm，表面粗糙度Ra可达0.63μm左右。在模具加工中用于加工某些冲压模、拉丝模以及抛光模具工作零件的成型表面。
二、 超声波抛光工艺
超声波抛光工艺决定了被加工工件的质量、性能和生产率等，其工艺主要从以下几个方面考虑。
1.抛光余量
模具成型表面经过电火花精加工之后，进行超声波抛光时的抛光余量一般可控制在0.02～0.04mm之内，特殊情况下抛光余量可小于或等于0.15mm。
2.抛光方式
欲使Ra＝1.25～2.5μm的表面抛光后达到Ra＝0.08～0.63μm，则要经过逐级抛光才能实现，一般要经过粗抛、细抛和精抛几个阶段。
①粗抛光时采用固定磨料或采用180℃左右的磨料进行抛光.
②细抛光时采用游离磨料方式，磨料粒度为W40左右。
③精抛光时采用W5～W3.5的磨料进行干抛（不加工作液）。每次更换磨料时，都应该将工具头和抛光表面清洗干净。
3.影响抛光表面质量的因素
超声波抛光的表面粗糙度与磨料的粒度、被加工材料的性质、工具振幅等有关。磨料颗粒尺寸越小，工件材料硬度越高，超声振幅越大，则加工表面粗糙度改观得越大。另外，采用机油和煤油工作液比水工作液更能获得好的表面粗糙度。

6.2.3 型腔的冷挤压加工
一、 型腔的冷挤压加工
型腔冷挤压是在油压机的高压下，将淬硬的挤压冲头缓缓挤入具有一定塑性得坯料中，获得与冲头形状相同、凸凹相反得型腔，这是一种无切屑的加工方法。
1、冷挤压加工的特点
冷挤压加工型腔和其他加工方法相比具有以下特点。
①可以加工某些难于进行切削加工的形状复杂的型腔。
②挤压过程简单迅速生产率高。一个挤压冲头可以多次使用。
③加工精度高（可达IT7或更高），可达Ra<0.16μm。
④冷挤压的型腔材料纤维不切断，型腔强度高。
⑤需要很高的压力、缓缓地挤压速度，最好使用专用油压机。
⑥适用于塑性较好的材料。对于塑性较差的材料，只能挤压形状较简单、深度较浅的型腔。
2、冷挤压加工方式
型腔的冷挤压形式有敞开式和封闭式两种
（1）敞开式冷挤压
如图6－1所示，挤压时坯料外周不加约束，坯料不但沿挤压冲头轴线方向，也沿半径方向（图中箭头所示）流动。它只有在型腔面积与坯料面积之比、型腔深度与坯料厚度之比相当小的情况下才采用，所以必须采取可靠的安全措施。
（2）封闭式冷挤压
如图6－2所示，将坯料约束在模套内，挤压冲头挤入坯料使金属只能沿着挤入的相反方向产生流动，坯料与挤压冲头紧密贴合 提高了型腔的成型精度。由于金属的塑性变形受到限制，所以需要的挤压力较敞开式的大。
3、冷挤压的工艺准备
（1）型腔冷挤压压力的计算
型腔冷挤压所需压力的大小，与冷挤压的方式、模坯材料及性能、挤压时的润滑情况等许多因素有关。一般采用如下公式计算。
F＝Pa
(2) 冷挤压设备选择
由于型腔冷挤压所需要的单位挤压力大、速度低、动作简单、行程短、挤压工具及坯料体积小，因此可采用构造不太复杂的小型专用油压机。
（3） 挤压冲头
为便于机械加工，挤压冲头的材料应具有良好的切削加工性能。为保证在高压下工作，挤压冲头应具有高的硬度和较好的韧性与耐磨性，为此材料的淬硬性要好、热处理容易、变形小。
（4）冷挤压用模套
在封闭式挤压时，型腔毛坯放在模套内进行挤压。模套的作用是限制毛坯的径向流动，使之处于三向应力状态下，以提高模坯的塑性变形能力，防止坯料破裂。常用的模套有以下几种。
①单层模套。
②双层模套。
（5）冷挤压用坯料
冷挤压坯料应采用在退火状态下硬度低、塑性好、便于加工，淬火后能达到硬度和耐磨性高、韧性好、变形小的材料。

(6) 冷挤压时的润滑
冷挤压过程中 挤压冲头与坯料通常要承受2000~3500MPa的挤压力。为提高型腔表面的质量和便于脱模，同时减少挤压力，提高挤压冲头的使用寿命，在坯料和挤压冲头之间可施以必要润滑。常用的润滑方法如下。
①将挤压冲头和坯料除油清洗后，在硫酸铜饱和溶液中浸渍3～4s， 并涂以凡士林或用机油稀释的二硫化钼润滑剂。该方法简单，具有良好的润滑。
②将挤压冲头进行镀铜或镀锌处理，再将坯料除油清洗后，放入磷酸盐溶液中浸渍，使坯料表面产生一层不溶于水的金属磷酸盐薄膜，其厚度一般为5～15μm， 能承受高温、高压，具有多孔性组织，能储存润滑剂。