第三章模具特種加工方法

第3章模具特種加工方法模具電火花成形加工3.1模具電火花線切割加工3.2模具電解磨削加工3.3模具電鑄成形加工3.43.1模具電火花成形加工

電火花加工是在一定介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極之間脈沖火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象，對工件進(jìn)行加工，從而達(dá)到圖紙規(guī)定的形狀、尺寸和表面粗糙度要求的一種工藝方法。

電火花加工的原理圖如圖3－1所示。3.1.1電火花加工的工作原理

工具電極4與工件1分別與脈沖電源2的兩個輸出端連接，并且都浸在工作液里，自動進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置3使工具電極與工件之間保持一定的放電間隙（一般約為0.01～0.2mm）。脈沖電源不斷發(fā)出脈沖電壓加在工具電極與工件之間，當(dāng)脈沖電壓增大到間隙中工作液的擊穿電壓時，將會發(fā)生火花放電，放電區(qū)的高溫把該處的電極和工件材料熔化，甚至汽化，在電極和工件表面都被蝕除一小塊材料，形成小的凹坑。

（1）必須使工件電極和工具電極之間經(jīng)常保持一定的間隙，一般為0.01～0.2mm。（2）電火花放電必須是脈沖性和間歇性的，放電延續(xù)時間一般為10-7～10-4s。

（3）電火花放電必須在具有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行。液體介質(zhì)沒有一定絕緣性能，就不能擊穿放電，形成火花通道。3.1.2電火花加工必須具備的條件（1）可以加工用一般機(jī)械加工方法難以加工或無法加工的材料。（2）工具電極和工件在加工過程中不接觸，不存在明顯的機(jī)械作用力，工件不會受力變形，便于加工小孔、深孔、薄壁、窄縫以及各種型面和型腔零件。（3）直接利用電能進(jìn)行加工，便于實現(xiàn)加工過程的自動控制。3.1.3電火花加工的特點

（4）脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)方便，在同一臺機(jī)床上可以連續(xù)進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。（5）電極材料不必比工件材料硬，可以以柔克剛。（6）只能對導(dǎo)電材料進(jìn)行加工，且加工過程中有電極損耗，對加工精度有影響。

（1）主機(jī)主機(jī)包括：主軸頭、床身、立柱、工作臺、工作液槽等。

（2）脈沖電源。

（3）自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

（4）工作液凈化及循環(huán)系統(tǒng)。3.1.4電火花成型加工機(jī)床

電火花加工在模具制造中，廣泛應(yīng)用于各種沖裁模的凹模型孔的加工。型孔越復(fù)雜，采用電火花加工的優(yōu)越性越明顯。對于型孔形狀復(fù)雜的凹模，采用電火花加工可以不用鑲拼結(jié)構(gòu)，而采用整體結(jié)構(gòu)。這樣既簡化了模具的結(jié)構(gòu)，又提高了模具的壽命。

3.1.5電火花加工在模具制造中的應(yīng)用1．凹模型孔加工（1）保證凸、凹模配合間隙的方法

1）直接配合法

2）混合法

3）修配凸模法

4）二次電極法圖1保證凸、凹模配合間隙的方法1—一次電極；2—凹模；3—二次電極；4—凸模a）加工凹模；b）制造二次電極；c）加工凸模；d）凸、凹模配合4）二次電極法

（2）電極設(shè)計

1）電極材料常用電極材料包括：鋼、鑄鐵、石墨、黃銅、紫銅、銅鎢合金。

2）電極結(jié)構(gòu)

a.整體式電極

b.組合式電極

c.鑲拼式電極1、整體式電極2、組合式電極3、鑲拼式電極

3）電極尺寸電極尺寸包括長度尺寸和橫截面尺寸。

a.電極的長度尺寸

L＝KH+H1+H2+（0.4～0.8）（n－1）KH

b.電極的橫截面尺寸當(dāng)按照凹模型孔尺寸和公差確定電極的橫截面尺寸時，則電極的輪廓應(yīng)比型孔均勻地縮小一個放電間隙值。當(dāng)按照凸模型孔尺寸和公差確定電極的橫截面尺寸時：

Z=2δ時，電極與凸模截面基本尺寸完全相同。

Z<2δ時，電極輪廓應(yīng)比凸模輪廓均勻地縮小一個數(shù)值，但形狀相似。

Z>2δ時，電極輪廓應(yīng)比凸模輪廓均勻地放大一個數(shù)值，但形狀相似。電極單邊縮小或放大的數(shù)值：

c.電極公差的確定電極在長度方向的尺寸公差沒有嚴(yán)格的要求。電極橫截面的尺寸公差一般取凹模刃口相應(yīng)尺寸公差的1/2～2/3。電極側(cè)面的平行度誤差在100mm長度上不大于0.01mm。電極工作表面的粗糙度不大于型孔的表面粗糙度。（3）凹模模坯準(zhǔn)備凹模模坯準(zhǔn)備是指電火花加工前的全部工序。常見的凹模模坯準(zhǔn)備工序見表3－2。表2常見的凹模模坯準(zhǔn)備工序序號工序加工內(nèi)容及技術(shù)要求1下料用鋸床鋸割所需的材料，包括需切削的材料2鍛造鍛造所需的形狀，并改善其內(nèi)容組織3退火消除鍛造后的內(nèi)應(yīng)力，并改善其加工性能4刨（銑）刨（銑）四周及上下二平面，厚度留余量0.4~0.6mm5平磨磨上下平面及相鄰兩側(cè)面，對角尺，達(dá)Ra0.63~1.25μm6劃線鉗工按型孔及其它安裝孔劃線7鉗工鉆排孔，去除型孔廢料8插（銑）插（銑）出型孔，單邊余量0.3~0.5mm9鉗工加工其余各孔10熱處理按圖樣要求淬火11平磨磨上下兩面，為使模具光整，最好在磨四側(cè)面12退磁退磁處理（4）電極和工件的裝夾與校正

1）電極的裝夾與校正整體式電極一般使用夾頭將電極裝夾在機(jī)床主軸的下端。鑲拼式電極一般采用一塊聯(lián)接板將幾個電極拼塊聯(lián)接成一個整體后，再裝夾到機(jī)床主軸上并找正。組合式電極可在標(biāo)準(zhǔn)夾具上加定位塊進(jìn)行裝夾，或用專用夾具進(jìn)行裝夾。

電極校正的目的是將電極牢固地裝夾在主軸的電極夾具上，并使電極軸線與主軸進(jìn)給軸線一致，保證電極與工作臺面和工件垂直，電極橫截面上的基準(zhǔn)還應(yīng)與機(jī)床工作臺拖板的縱、橫運動方向平行。常用的校正方法有精密角尺校正法和千分表校正法。

2）工件的裝夾電火花加工的工件裝夾比較簡單，一般可以直接將工件裝夾在墊塊或工作臺上，然后通過工作臺的坐標(biāo)移動，使工件中心線和十字滑板移動方向一致，以便于工件和電極之間的校正，最后用壓板壓緊。工件常見的定位方法有以下兩種：

a.劃線法

b.量塊角尺法（5）電規(guī)準(zhǔn)的選擇與轉(zhuǎn)換電火花加工中所選用的一組電脈沖參數(shù)稱為電規(guī)準(zhǔn)。電規(guī)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)工件的加工要求、電極和工件的材料、加工的工藝指標(biāo)等因素來選擇。通常需要幾個電規(guī)準(zhǔn)才能完成一個凹模型孔加工的全過程。電規(guī)準(zhǔn)分為粗、中、精三種。從一個電規(guī)準(zhǔn)調(diào)整到另一個電規(guī)準(zhǔn)稱為電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換。2．型腔加工（1）型腔加工的工藝方法

1）單電極加工法單電極加工法指用一個電極加工出所需型腔的方法。

2）多電極加工法

3）分解電極法（2）電極設(shè)計

1）電極材料型腔加工中常用的電極材料主要是石墨和紫銅。在特殊型腔加工中采用銅鎢合金和銀鎢合金是較理想的材料。

2）電極結(jié)構(gòu)和電火花加工型孔一樣，型腔加工所采用的電極也有三種結(jié)構(gòu)形式。

3）電極尺寸的確定電極設(shè)計時需要確定的電極尺寸如下：

a.電極橫截面尺寸的計算

a＝A±Kb式中“±”號及K值確定原則：如圖2所示，與型腔凸出部分相對應(yīng)的電極凹入部分尺寸應(yīng)放大，即用“+”號；反之與型腔凹入部分相對應(yīng)的電極凸出部分尺寸應(yīng)縮小，即用“－”號。當(dāng)型腔尺寸以兩加工表面為尺寸界線標(biāo)注時，若蝕除方向相反，取K=2；蝕除方向相同，取K=0；當(dāng)型腔尺寸以中心線或非加工面為基準(zhǔn)標(biāo)注時，取K=1；凡與型腔中心線之間的位置尺寸以及角度尺寸相對應(yīng)的電極尺寸不縮不放，取K=0。

b.電極高度尺寸的計算電極總高度尺寸的確定如圖3－19所示。h＝h1＋h2h1＝H1＋C1H1＋C2S－δJ

4）排氣孔和沖油孔由于加工型腔時的排氣、排屑條件比加工型孔時差，為了防止排氣、排屑不暢而影響加工速度、加工穩(wěn)定性和加工質(zhì)量，設(shè)計電極時應(yīng)在電極上設(shè)置適當(dāng)?shù)呐艢饪缀蜎_油孔。一般情況下，沖油孔要設(shè)計在難于排屑的拐角、窄縫等處。排氣孔要設(shè)計在蝕除面積較大的位置。

（3）電極和工件的裝夾與校正

1）電極的裝夾與校正型腔模電極的裝夾方法與型孔電火花加工的電極裝夾基本相同。電極裝夾后常用的校正方法有三種。

a.固定板基面校正法

b.電極側(cè)面校正法

c.電極端面火花放電校正法。

2）電極和工件的定位型腔模電極和工件裝夾校正后，必須相互定位，以保證型腔在模具上的位置精度。常用的定位方法如下：

a.量塊角尺定位法

b.十字線定位法

c.定位板定位法（4）電規(guī)準(zhǔn)的選擇與轉(zhuǎn)換型腔模電火花加工中所選用的電規(guī)準(zhǔn)也分為粗、中、精三種。開始加工時，先選用粗規(guī)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行加工，當(dāng)型腔輪廓接近加工深度（約留有1mm的余量）時，減小電規(guī)準(zhǔn)，依次轉(zhuǎn)換為中規(guī)準(zhǔn)、精規(guī)準(zhǔn)各檔參數(shù)加工，直至達(dá)到所需的尺寸精度和表面粗糙度。3.2模具電火花線切割加工

電火花線切割加工的工作原理與電火花加工基本相同，都是利用電火花放電使金屬熔化或氣化。但是電火花線切割加工與電火花加工相比有一些突出的優(yōu)點，在應(yīng)用范圍上也有所不同。

電火花線切割加工的原理圖如圖3－26所示。3.2.1電火花線切割加工的工作原理、特點和應(yīng)用1．電火花線切割加工的工作原理

電火花線切割加工利用細(xì)鉬絲或細(xì)銅絲5作工具電極，穿過工件3上預(yù)先鉆好的小孔（穿絲孔），由導(dǎo)向輪6由貯絲筒9帶動，相對工件作上下往復(fù)運動。加工能源由脈沖電源4供給，工件接脈沖電源的正極，電極絲接負(fù)極。脈沖電壓將電極絲和工件之間的間隙（放電間隙）擊穿，產(chǎn)生瞬時火花放電，將工件放電區(qū)局部熔化或氣化，從而實現(xiàn)切割加工。

2．電火花線切割加工的特點（1）不需要制作成型的工具電極，可節(jié)約電極設(shè)計、制造費用，縮短生產(chǎn)周期。（2）由于電極絲比較細(xì)，可以加工微細(xì)異形孔、窄縫和形狀復(fù)雜的工件。（3）加工過程中，電極損耗極小，有利于加工精度的提高。（4）自動化程度高，操作方便，加工周期短，成本低。（5）不能加工盲孔類或階梯類成形表面。

3．電火花線切割加工的應(yīng)用（1）加工模具零件適用于加工淬火鋼、硬質(zhì)合金模具零件、各種形狀的細(xì)小零件、窄縫等。（2）加工電火花成型加工用的電極適用于加工一般電火花加工型孔時用的電極，以及加工帶錐度型腔時用的電極。。（3）加工零件適用于加工品種多、數(shù)量少的零件，特殊難加工材料的零件等。

快速走絲線切割機(jī)床是我國生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。它采用鉬絲（φ0.08～0.2mm）或銅絲（φ0.3mm左右）作電極。電極絲在貯絲筒的帶動下通過加工縫隙作往復(fù)循環(huán)運動，一直使用到斷線為止。走絲速度約為8～10m/s，加工精度較低，目前能達(dá)到的加工精度為±0.01mm，表面粗糙度為Ra＝2.5～0.63μm。3.2.2電火花線切割加工機(jī)床1．快速走絲線切割機(jī)床2．慢速走絲線切割機(jī)床慢速走絲線切割機(jī)床是國外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。它采用紫銅、黃銅、鎢、鉬等作為電極絲，直徑約為φ0.03～0.35mm。一般走絲速度低于0.2m/s。電極絲單方向通過加工縫隙，不重復(fù)使用，可避免電極絲損耗對工件加工精度的影響。慢速走絲電火花線切割機(jī)床的加工精度可達(dá)到±0.001mm，表面粗糙度可達(dá)到Ra＜0.32μm。

3B程序格式為：BXBYBJGZ其中：B為分隔符號；X、Y為坐標(biāo)的絕對值；

J為計數(shù)長度；G為計數(shù)方向；Z為加工指令。我國常用數(shù)控線切割機(jī)床的程序為3B格式程序，多用于快速走絲線切割機(jī)床。

3.2.3電火花線切割數(shù)控程序編制1．3B格式程序的編制2．4B格式程序的編制

3B格式的數(shù)控系統(tǒng)由于沒有間隙補償功能，必須按照電極絲中心軌跡編程，當(dāng)零件復(fù)雜時，編程工作量較大。4B格式在3B格式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這種格式按工件輪廓編制，數(shù)控系統(tǒng)使電極絲相對于工件輪廓自動實現(xiàn)間隙補償，在程序格式中增加一個R和D或DD（圓弧的凸、凹性）。

4B程序格式見表3－63．ISO代碼程序的編制

ISO代碼為國際標(biāo)準(zhǔn)編程代碼，它采用可變程序段格式，比3B、4B格式簡單、靈活。為了便于國際交流，采用ISO代碼進(jìn)行數(shù)控編程是電加工編程的必然趨勢。表3－8所示為我國快速走絲數(shù)控電火花線切割機(jī)床常用的ISO指令代碼，與國際上使用的標(biāo)準(zhǔn)基本一致。

電火花線切割加工，一般是作為工件加工中的最后工序，在設(shè)備一定的情況下，合理地選擇工藝方法和工藝路線，是達(dá)到加工零件的精度和表面粗糙度要求的重要保證。電火花線切割加工過程可分為六個步驟：圖樣分析、毛坯準(zhǔn)備、工藝準(zhǔn)備、工件裝夾和調(diào)整、程序編制、加工及檢驗。

3.2.4電火花線切割加工工藝1．圖樣分析（1）尖角處應(yīng)注明圓弧半徑線切割加工工件凹角時，由于電極絲有一定的半徑和放電間隙，所以不能得到“清角”，即得到的是一個過渡圓弧。（2）加工精度和表面粗糙度應(yīng)合理采用電火花線切割加工，合理的加工精度為IT6，表面粗糙度Ra＝0.4μm。若超出此范圍，既不經(jīng)濟(jì)，在技術(shù)上也難以達(dá)到。2．毛坯準(zhǔn)備電火花線切割加工所用的毛坯一般是經(jīng)過下料→鍛造→退火→機(jī)械粗加工→淬火與回火→磨削加工等工序后獲得。應(yīng)合理確定切割起點和加工路線，否則會大大降低加工精度。同時毛坯也應(yīng)盡量選擇鍛造性能好、淬透性好、熱處理變形小的材料制作，如CrWMn、Cr12MoV、GCr15等，并制定嚴(yán)格的熱處理規(guī)范。

3．工藝準(zhǔn)備（1）檢查機(jī)床走絲架的導(dǎo)輪、保持器和拖板絲桿副的間隙，不符合要求的應(yīng)及時調(diào)整更換，以免影響加工精度。（2）選擇脈沖參數(shù)（3）選配工作液（4）選擇電極絲（5）開機(jī)試運行，觀察走絲是否正常。4．零件裝夾和調(diào)整（1）零件的裝夾電火花線切割機(jī)床一般在工作臺上配備安裝夾具，常用的裝夾方式有以下幾種：

1）懸臂式裝夾

2）簡支式裝夾

3）橋式支撐方式裝夾

4）板式支撐方式裝夾懸臂式裝夾

簡支式裝夾

橋式支撐方式裝夾工件

板式支撐方式裝夾工件

（2）零件的調(diào)整

1）用百分表找正

2）劃線法找正（3）調(diào)整電極絲起始位置

1）目測法

2）火花法

3）電阻法

用百分表找正

用劃線法找正

用目測法調(diào)整電極絲位置

用火花法調(diào)整電極絲位置

3.3模具電解磨削加工

電解磨削又稱電化學(xué)磨削，英文簡稱ECG，是將金屬的電化學(xué)陽極溶解作用和機(jī)械磨削作用相結(jié)合的一種復(fù)合磨削工藝。1．電解磨削原理電解磨削加工的原理圖如圖3－46所示。與一般磨削加工相比，電解磨削具有如下特點。①加工范圍廣，加工效率高。②