电火花线切割在模具产品加工中的实际应用 毕业论文.doc

电火花线切割在模具产品加工中的实际应用 目 录 1 引言 - 4 - 2 数控电火花线切割原理 - 5 - 3 数控电为花线切割的特点 - 5 - 4 数控电火花线切割在塑料模加工中的应用场合 - 7 - 4.1. 数控电火花线切割在动模和定模加工中的应用 - 7 - 4.2. 数控电火花线切割在工具电极加工中的应用 - 8 - 4.3. 数控电火花线切割在零配件加工中的应用 - 9 - 5 数控电火花线切割在塑料模加工中的几种特殊应用方法 - 9 - 5.1 数控电火花线切割在顶针孔加工中的应用方法 - 9 - 5.2 数电火花控线切割在斜顶孔加工中的应用方法 - 10 - 5.3 数控电火花线切割在上下异形件加工中的应用方法 - 12 - 5.4 数控电火花线切割在斜导柱孔加工中的应用方法 - 13 - 6 线切割加工工艺分析 - 13 - 6.1 凸模加工工艺 - 13 - 6.2 凹模板加工中的变形分析 - 14 - 6.3 凹模板型孔小拐角的加工工艺 - 15 - 7 总结 - 16 - 致 谢 .- 17 - 参 考 文 献 .- 18 - 电火花线切割在模具产品加工中的实际应用 - 1 - 铣槽夹具设计 摘 要 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材 料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称 edm。电火花加工的主要用于 加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和 淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样 板和螺纹环规等工具和量具。 关键字 电火花线切割,塑料模 1 引言 数控电火花线切割加工是一项涉及多门学科的综合性技术，是模具制造中的主力 装备。成型塑料制品的模具简称为塑料模具，塑料模具生产的塑料制品在机械、电子 工业中有着广泛的应用。在金属加工中，数控电火花线切割始终是塑料模加工的利器。 不论是动模、定模、零配件，还是特殊加工场合，只要编制出正确的数控程式，电火 花线切割在塑料要模中发挥着越来越重要的作用。 线切割主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、 凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种 微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成 本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占 电加工机床总数的 60%以上。 根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为两类：一类是高速走 丝电火花线切割机床（wedm-hs） ，其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为 810m/s，电极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和反 向时停顿，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花 线切割加工模式；另一类是低速走丝电火花线切割机床（wedm-ls） ，其电极丝作低速 单向运动，一般走丝速度低于 0.2m/s，电极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、抖 动小、加工质量较好，但加工速度较低，是国外生产和使用的主要机种。 根据对电极丝运动轨迹的控制形式不同，电火花线切割机床又可分为三种：一种 是靠模仿形控制，其在进行线切割加工前，预先制造出与工件形状相同的靠模，加工 时把工件毛坯和靠模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧地贴着靠模 - 2 - 边缘作轨迹移动，从而切割出与靠模形状和精度相同的工件来；另一种是光电跟踪控 制，其在进行线切割加工前，先根据零件图样按一定放大比例描绘出一张光电跟踪图， 加工时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光电头始终追随墨线图形的轨迹 运动，再借助于电气、机械的联动，控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的 运动，从而切割出与图样形状相同的工件来；再一种是数字程序控制，采用先进的数 字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加 工程序自动完成加工，不需要制作靠模样板也无需绘制放大图，比前面两种控制形式 具有更高的加工精度和广阔的应用范围，目前国内外 95%以上的电火花线切割机床都已 采用数控化。 切割属电加工范畴,是由前苏联人发明的,我国是第一个用于工业生产的国家,当时 由复但大学和苏州长风机械厂合作生产的这是最早的机型叫复旦型,我们国内在此基础 上发展了快走丝系统(hs).欧美和日本发展了慢走系统(ls), 主要区别：是 1、电极丝我国采用钨钼合金丝,国外采用黄铜丝。 2、我国采用皂化工作液,国外采用去离子水。 3、我国的走丝速度为 11 米/秒左右,国外为 35 米/分。 4、我们的电极丝是重复利用的直到断丝为至,国外是走过后不再重用。 5、我们的精度不如国外高。 2 数控电火花线切割原理 电火花数控线切割加工的过程中主要包含下列三部分内容(如图 2-1 所示): 图 2-1 电火花线切割加工原理图 (1)电极丝与工件之间的脉冲放电。 （2）电极丝沿其轴向(垂直或 z 方向)作走丝运动。 （3）工件相对于电极丝在 x、y 平面内作数控运动。 3 数控电为花线切割的特点 电火花线切割在模具产品加工中的实际应用 - 3 - 数控电火花线切割是数字系统控制下直接利用电能加工工件的一种方法，因一些 与其他加工方相比有自己独立的特点： （1）直接利用线状的电极丝作电极，不需要制作专用电极，可节约电极的设计、 制造费用。 （2）可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件。对不 同的工件只需编制不同的控制程序，对不同形状 工件都很容易实现自动加工，很适 合小批量形状复杂零件、单件和试制品的加工，且加工周期短。 （3）利用电蚀加工原理，电极丝与工件不直接接触，两者之间的作用很小，故而 电极丝、夹具不需要太高 强度。 （4）传统的车、铣、钻加工中，刀具硬度必须比工件大，而数控电火花线切割机 床 电极丝材料不必比工件材料硬，可节省辅助时间和刀具费用。 （5）直接利用电、热能进行加工，可以方便地对影响加工精度的加工参数（脉冲 宽度、间隔、伺服速度等）进行调整，有利于加工精度 提高，便于实现加工过程的 自动化控制。 （6）工作液一般采用水基乳化液或纯水，成本低，不会发生火灾。 （7）利用四轴或五轴联动，可加工锥度、上下面异形体或回转体等零件。 （8）由于电极丝比较细，可以方便地加工微细异形孔、窄缝和复杂截面的型柱、 型孔。由于切缝很窄，实际金属去除量很少，材料的利用率很高。对加工、节约贵重 金属有重要意义。 （9）采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工 精度的影响比较小，特别在慢走丝线切割加工中，电极丝一次性使用，电极丝损耗对 加工精度的影响更小。 正是由于电火花线切割加工有许多突出确良特点，因面在国内外发展都很快，在 塑料模具加工中已获得了广泛的应用。 电火花线切割要求有严格的工作环境 （1）满足线切割机床所要求的空间尺寸； （2）选择能承受机床重量的场所； （3）选择没有振动和冲击传入的场所。 线 切 割 放电机床是高精度加工设备，如果所放置的地方有振动和冲击，将会对机台 造成严重的损伤，从而严重影响其加工精度，缩短其使用寿命，甚至导致机器报废。 （4）选择没有粉尘的场所，避免流众多的通道旁边； 线切割放电机器之本身特性，其空气中有灰尘存在，将会使机器的丝杆受到严重 磨 损 ，从而影响使用寿命； 线切割放电机器属于计算机控制，计 算 机 所使用的磁盘对空气中灰尘的要求相当 严格的，当磁盘内有灰尘进入时，磁盘就会被损坏，同时也损坏硬盘； - 4 - 线切割放电机本身发出大量热，所以电器柜内需要经常换气，若空气中灰尘太多， 则会在换气过程中附积到各个电器组件上，造成电器组件散热不良，从而导致电路板 被烧坏掉。因此，机台防尘网要经常清洁。 （5）选择温度变化小的场所，避免阳光通过窗户和顶窗玻璃直射及靠近热流的地 方 高精密零件加工之产品需要在恒定的温度下进行，一般为室温 20c； 由于线切割放电机器本身工作时产生相当大的热量，如果温度变化太大则会对机 器使用寿命造成严重影响。 （6）选择屏蔽屋：因线切割放电加工过程属于电弧放电过程，在电弧放电过程中 会产生强烈的电磁波，从而对人体健康造成伤害，同时会影响到周围的环境. （7）选择通风条件好，宽敞的厂房，以便操作者和机床能在最好的环境下工作. 4 数控电火花线切割在塑料模加工中的应用场合 4.1.数控电火花线切割在动模和定模加工中的应用 在塑料模具中，动模和定模是塑料模具的主要组成部分。动模也称型芯或凸模， 是成型塑件内表面的模具零件，多装 注塑机的动模板上。定模也称型腔或凹模，是 成型塑件外表面 模具零件，多装在注塑机的定模板上。动模和定模通常都要经过淬 火处理，硬度极高，一般加工方法难以加工，特别是小孔与异型孔。数控电火花线切 割在动模加工中的应用常有镶件孔、顶针孔、司筒孔、斜顶孔等的加工。在定模加工 中的应用常有镶件孔、镶针孔等的加工。 （如图 4-1 所示）：数控电火花线切割在动模 加工中的应用；（如图 4-2 所示）：数控电火花线切割在定模加工中的应用。 电火花线切割在模具产品加工中的实际应用 - 5 - 图 4-1：数控电火花线切割 动模加工中 应用 图 4-2：数控电火花线切割 定模加工中 应用 4.2.数控电火花线切割在工具电极加工中的应用 在塑料模具中，特别是动模、定模有许多微小的地方刀具不宜加工，或者形状较 复杂的面，这时就需要制作工具电极，采用电火花成型加工。工具电极苦有细异形孔、 窄缝和复杂斜面的型柱、型孔，刀具不宜加工，就必须使用数控电火花线切割机床进 行切割成形。由于铣刀总存在着半径 r，在要求尖角 模具中，电极也常常要用数控电 火花线切割进行清角。清角加工充分利用了电极丝 r 小，可变锥度大 优点。（如图 4-3 所示）：数控电火花线切割在工具电极加工中的应用。 - 6 - 图 4-3：数控电火花线切割 电极加工中 应用 在电极的切割过程中，切记要考虑电极成型时所用的火花位。一般匀有粗、精电 极两种，放电火花位分别约为单边 0.15mm、0.05mm； 大型工件加工中还需要用到粗 中精三个电极，放电火花位分别约为单边 0.3mm、0.15mm、0.05mm。 加工孔时，补正 值要减去单边放电火花位，也即将孔割大双边两个火花位。如加工一个 10mm 孔，若 火花位为单边 0.3mm，则加工后 孔 尺寸为 10.6mm。在加工外形时，补正值也是要减 去单边放电火花位，也即将电极外形双边割小两个放电火花位。如加工一个 10mm*10mm 正方柱，若火花位为 0.3mm，则加工后的尺寸为 9.4mm*9.4mm。 4.3.数控电火花线切割在零配件加工中的应用 数控电火花线切割在零配件加工中的应用常有：动模定模镶件、斜顶、滑块、销 钉孔、以及一些耐磨板、压板压条等。（如图 4-4 所示）：数控电火花线切割在零配 件加工中的应用。 图 4-4：数控电火花线切割 零配件加工中的应用 零配件加工时常常也考虑配合间隙，一般取值的规则是将镶孔割大 0.0030.005mm，而镶件照正常数据加工。或者在不知镶孔大小的情况下将镶件单边 放大 0.0030.008mm，以免镶件过小不能使用。在斜度镶件加工时，底部顶部一般都 放长 1mm 左右。因此在装配时可以把镶件装得很紧，不留一点缝隙，多余的部分可以 用铣刀或钞轮加工去掉。 5 数控电火花线切割在塑料模加工中的几种特殊应用方法 5.1 数控电火花线切割在顶针孔加工中的应用方法 顶针是塑料模中最简单的脱模零件，常设计在脱模阻力较大的部位。顶针孔就是 供顶针通过到达产品内表面，顶出产品的通道。（如图 5-1 所示）：数控电火花线切 割在顶针孔加工中的应用。 电火花线切割在模具产品加工中的实际应用 - 7 - 图 5-1：数控电火花线切割 顶针孔加工中 应用 一般模具中顶针孔都较多，在线切割中穿丝频繁，故适宜带有自动穿丝的慢走丝 机床加工。在编程软件上也适宜选用带有多件编程的软件进行程序编制，如台湾的统 达软件。该软件能一次框选所有顶针孔，只需一次设置加工参数或条件，就能自动生 成所有顶针孔的加工程式。不像有些软件，对顶针孔 加工需要一次又一次的选择顶 针孔或加工参数及条件。在顶针孔的加工时，第一个顶针孔的大小往往需要进行试配。 如果最后一次加工顶针仍然放不进去则要进行二次重割。重割时将程序的第一刀删除， 第二刀补正值不变，第三刀补正值略加。如果能进去一小半，则第一刀、第二刀匀删 除，第三刀补正值略加。这是一个经验积累的工作，往往要多次才能取得合适的配合 补正值。 5.2 数电火花控线切割在斜顶孔加工中的应用方法 斜顶也是塑料模中常见的一零件，它常常是成对的在动模左右两边出现。斜顶孔也 就是斜顶顶出的通道。斜顶孔一般都有斜度，而且它的斜度是两边同向而斜，两边为 直身，不同于一般 斜度工件加工。在编程时切记要小心，分清楚它的斜向，注意检 查程式中的偏斜代码与偏斜值正负。 （如图 5-2 所示）：数控电火花线切割在斜顶孔加 工中的应用方法。 图 5-2：数控电火花线切割 斜顶孔加工中 应用方法 - 8 - g54 g21 g90 g92 x0. y0. t84 c101 h001 m98 p0001 t85 c102 h002 m98 p0002 c103 h003 m98 p0001 m02 n0001 g91 g42g52a0. g01 x-1.0167 y12.5 g52 a5.x26.0167 g50 y-25. a0. g51 x-50. a5. g50 y25. a0. g52 x23.9833 a5. g40 g50 x1.0167 y-12.5 a0. g90 m99 n0002 g91 g41 g01 g51a0 x-1.0167 y12.5 x-23.9833 a5. g50 y-25. a0. g52 x50. a5. g50 y25. a0. g51 x-26.0167 a5. g40 g50 x1.0167 y-12.5 a0. g90 m99 电火花线切割在模具产品加工中的实际应用 - 9 - 5.3 数控电火花线切割在上下异形件加工中的应用方法 图 5-3：数控电火花线切割在上下异形加工中的应用方法 上下异形是指工件的上端与下端形状不一样，如上端为一个圆，下端为一正方形。 （如 图 5-3 所示）：数控电火花线切割在上下异形加工中的应用方法。 上下异形的程式例如下： g54 g21 g90 g92 x0. y-31.25 u0. v0. t84 c101 h001 g142 g01 y-25. : g01 y-18.75 x25. : g03 x13.2582 y-13.2583 j18.75 y25. : x13.2583 y13.2583 i-13.2582 j13.2583 x-25. : x-13.2582 i-13.2583 j-13.2583 y-25. : y-13.2583 i13.2582 j-13.2583 x0. : x0. y-18.75 i13.2582 j13.2583 y-31.25 : g01 y-31.25 g140 m02 在上面的程式中，以两点隔开，前面的程式是下面的形状为正方形，后面的程式 是上面的形状为圆形。它为一个复合程式，是将上下两个程式并在一起走，下面数据 走 x、y 轴，上面的数据走 u、v 轴。 - 10 - 5.4 数控电火花线切割在斜导柱孔加工中的应用方法 斜导柱是抽芯滑块中的一个零件，斜导柱孔也就是导柱斜向通向的通道。因此是圆 孔，又有单向斜度，常是线切割加工中的难题。(如图 5-4 所示)：数控电火花线切割 在斜导柱孔加工中的应用方法。 图 5-4：数控电火花线切割在斜导柱孔加工中的应用方法 斜导柱孔简单加工方法是用辅助夹具进行辅正加工，采用一条边线碰数或画线取 数加工，故该方法加工精度低不准确，采用软件分析处理才是较合理的加工方案。在 编程取数时切记要小心，在它的程式面上是一个椭圆，而不是一个标准圆。它的程式 上实际上就是两个椭圆的上下异形程式。 6 线切割加工工艺分析 6.1 凸模加工工艺 凸模在模具中起着很重要的作用，它的设计形状、尺寸精度及材料硬度都直接 影响模具的冲裁质量、使用寿命及冲压件的精度。在实际生产加工中，由于工件毛坯 内部的残留应力变形及放电产生的热应力变形，故应首先加工好穿丝孔进行封闭式切 割，尽可能避免开放式切割而发生变形。如果受限于工件毛坯尺寸而不能进行封闭形 式切割，对于方形毛坯件，在编程时应注意选择好切割路线(或切割方向)。切割路线 应有利于保证工件在加工过程中始终与夹具(装夹支撑架)保持在同一坐标系，避开应 力变形的影响。夹具固定在左端，从葫芦形凸模左侧，按逆时针方向进行切割，整个 电火花线切割在模具产品加工中的实际应用 - 11 - 毛坯依据切割路线而被分为左右两部分。由于连接毛坯左右两侧的材料越割越小，毛 坯右侧与夹具逐渐脱离，无法抵抗内部残留应力而发生变形，工件也随之变形。若按 顺时针方向切割，工件留在毛坯的左侧，靠近夹持部位，大部分切割过程都使工件与 夹具保持在同一坐标系中，刚性较好，避免了应力变形。一般情况下，合理的切割路 线应将工件与夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端，即将暂停点（支撑部 分）留在靠近毛坯夹持端的部位。 下面分析一下硬质合金齿形凸模的切割工艺处理。 一般情况下，凸模外形规则时，线切割加工常将预留连接部分(暂停点，即为使 工件在第 1 次的粗割后不与毛坯完全分离而预留下的一小段切割轨迹线)留在平面位置 上，大部分精割完毕后，对预留连接部分只做一次切割，以后再由钳工修磨平整，这 样可减少凸模在中走丝线切割上的加工费用。硬质合金凸模由于材料硬度高及形状狭 长等特点，导致加工速度慢且容易变形，特别在其形状不规则的情况下，预留连接部 分的修磨给钳工带来很大的难度。因此在中走丝线切割加工阶段可对工艺进行适当的 调整，使外形尺寸精度达到要求，免除钳工装配前对暂停点的修磨工序。 由于硬质合 金硬度高，切割厚度大，导致加工速度慢，扭转变形严重，大部分外形加工及预留连 接部分(暂停点)的加工均采取 4 次切割方式且两部分的切割参数和偏移量(offset)均 一致。第 1 次切割电极丝（钼丝）偏移量加大至 0.150.18mm，以使工件充分释放内 应力及完全扭转变形，在后面 3 次能够有足够余量进行精割加工，这样可使工件最后 尺寸得到保证。 具体的工艺分析如下： (1)预先在毛坯的适当位置用穿孔机或电火花成形机加工好 1.01.5mm 穿丝 孔，穿丝孔中心与凸模轮廓线间的引入切割线段长度选取 510mm。 (2)凸模的轮廓线与毛坯边缘的宽度应至少保证在毛坯厚度的 1/5。 (3)为后续切割预留的连接部分(暂停点)应选择在靠近工件毛坯重心部位，宽度选 取 34mm（取决于工件大小， ） 。 (4)为补偿扭转变形，将大部分的残留变形量留在第 1 次粗割阶段，增大偏移量至 0.150.18mm。后续的 3 次采用精割方式，由于切割余量小，变形量也变小了。 (5)大部分外形 4 次切割加工完成后，将工件用压缩空气吹干，再用酒精溶液将毛 坯端面洗净，凉干，然后用粘结剂或液态快干胶(通常采用 502 快干胶水)将经磨床磨 平的厚度约 0.3mm 的金属薄片粘牢在毛坯上，再按原先 4 次的偏移量切割工件的预留 连接部分(注意：切勿把胶水滴到工件的预留连接部分上，以免造成不导电而不能加工)。 6.2 凹模板加工中的变形分析 在线切割加工前，模板已进行了冷加工、热加工，内部已产生了较大的残留应 - 12 - 力，而残留应力是一个相对平衡的应力系统，在线切割去除大量废料时，应力随着平 衡遭到破坏而释放出来。因此，模板在线切割加工时，随着原有内应力的作用及火花 放电所产生的加工热应力的影响，将产生不定向、无规则的变形，使后面的切割吃刀 量厚薄不均，影响了加工质量和加工精度。针对此种情况，对精度要求比较高的模板， 通常采用 4 次切割加工。第 1 次切割将所有型孔的废料切掉，取出废料后，再由机床 的自动移位功能，完成第 2 次、第 3 次、第 4 次切割。a 切割第 1 次，取废料b 切割 第 1 次，取废料c 切割第 1 次，取废料n 切割第 1 次，取废料a 切割第 2 次b 切割第 2 次n 切割第 2 次a 切割第 3 次n 切割第 3 次a 切割 第 4 次n 切割第 4 次，加工完毕。这种切割方式能使每个型孔加工后有足够的 时间释放内应力，能将各个型孔因加工顺序不同而产生的相互影响、微量变形降低到 最小程度，较好地保证模板的加工尺寸精度。