模具特种加工

1、本章教学目的本章教学目的 掌握电火花成形加工、电火花线切割加工、电化学 加工、超声波加工与激光加工等各种加工方法的基本 原理、工艺规律、适用范围等；了解各种方法所用设 备的特点。 本章教学的重点本章教学的重点 电火花成形加工、电火花线切割加工的基本原理 与工艺规律，电火花线切割程序编制。 电火花加工的原理电火花加工的原理 基于工具电极和工件电极之间脉冲性瞬时火花放 电时的电腐蚀现象来对工件进行加工的方法。 第一节第一节 电火花成形加工电火花成形加工 每一次放电中的物理过程每一次放电中的物理过程 (二二)电火花加工的特点电火花加工的特点 1）以柔克刚）以柔克刚 2）无明显宏观切削力）无明显宏观切

2、削力 3）脉冲参数可以任意调节）脉冲参数可以任意调节 4）易于实现自动化）易于实现自动化 （三）电火花加工在模具制造中的应用（三）电火花加工在模具制造中的应用 1)穿孔加工穿孔加工 冲模的凹模；凹凸模、固定板、卸 料板、粉末冶金模等的复杂型孔及异形孔。 2) 型腔加工：型腔加工：锻模、塑料模、压铸模、拉深模 3) 磨削平面及圆柱面：磨削平面及圆柱面： 4)强化金属表面强化金属表面：凸凹模刃口 电火花成形加工机床电火花成形加工机床 1、机床本体、机床本体 主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽等部分 2 脉冲电源脉冲电源 （1） 作用作用 把工频交流电转变成一定频率的单向脉冲电流，以提把工频交流电

3、转变成一定频率的单向脉冲电流，以提 供电火花加工所需要的放电能量。供电火花加工所需要的放电能量。 （2 2） 要求要求 1)1)有足够的脉冲放电能量。有足够的脉冲放电能量。 2)2)单向脉冲。单向脉冲。 3)3)主要参数能在一个较宽的范围内调节。主要参数能在一个较宽的范围内调节。 4) 粗、中、精规准下都具有大加工速度、电极损耗低。粗、中、精规准下都具有大加工速度、电极损耗低。 5)性能稳定可靠，操作简单，维修方便。性能稳定可靠，操作简单，维修方便。 3 自动进给控制系统自动进给控制系统 作用：维持一定的放电间隙，保证加工正常和稳定进行作用：维持一定的放电间隙，保证加工正常和稳定进行 要求：要

4、求： 1)1)较宽的速度调节跟踪范围。较宽的速度调节跟踪范围。 2)2)有足够的灵敏度和快速性。有足够的灵敏度和快速性。 3)3)有必要的稳定性。有必要的稳定性。 4)4)系统结构简单可靠、体积系统结构简单可靠、体积 小、操作维修方便小、操作维修方便。 间隙自动控制系统的基本环节间隙自动控制系统的基本环节 4 工作液循环过滤系统工作液循环过滤系统 按极间电蚀产物的排除方式，分为： 冲油式冲油式 抽油式抽油式 5 机床附件机床附件 （1）平动头）平动头 （2）电极夹具 四四、影响加工速度的主要因素 影响因素主要有电参数、极性效应、工件材料的热影响因素主要有电参数、极性效应、工件材料的热 学性质、

5、工作液、排屑条件等。学性质、工作液、排屑条件等。 （1）极性效应）极性效应 定义：由于极性不同而发生蚀除速度不一样的现定义：由于极性不同而发生蚀除速度不一样的现 象叫做极性效应。象叫做极性效应。 正极性加工：工件接脉冲电源正极正极性加工：工件接脉冲电源正极 负极性加工：工件接脉冲电源负极负极性加工：工件接脉冲电源负极 极性效应的利用极性效应的利用 1) 1) 加工采用单向脉冲电源。加工采用单向脉冲电源。 2)2)正确选择加工极性。正确选择加工极性。 3)3)用导热性好、熔点高的材料作工具电极。用导热性好、熔点高的材料作工具电极。 4)4)根据不同的脉冲放电能量，合理选用脉宽。根据不同的脉冲放电

6、能量，合理选用脉宽。 （2）电参数）电参数 加工速度，正比于单脉冲能量和脉冲放电频率；加工速度，正比于单脉冲能量和脉冲放电频率； 矩形波脉冲加工速度正比于脉冲电流幅值和脉冲放电矩形波脉冲加工速度正比于脉冲电流幅值和脉冲放电 持续时间：平均放电电流。持续时间：平均放电电流。 （3 3）工件材料的热学常数）工件材料的热学常数 脉冲放电能量相同时脉冲放电能量相同时 1、金属的熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热、金属的熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热 等愈高。电蚀量将愈少，加工速度慢。等愈高。电蚀量将愈少，加工速度慢。 2、导热系数大的材料加工速度慢。、导热系数大的材料加工速度慢。 （4）脉冲宽度对

7、电蚀量的影响）脉冲宽度对电蚀量的影响 脉宽增加脉宽增加 蚀除量增加达到最大值蚀除量增加达到最大值 脉宽继续增加脉宽继续增加 蚀除量减小蚀除量减小 五、模具电火花穿孔加工五、模具电火花穿孔加工 (一一)穿孔工艺特点穿孔工艺特点 1) 淬火后加工，避免热处理变形影响。淬火后加工，避免热处理变形影响。 2)冲模的配合间隙均匀，刃口耐磨，模具质量高。冲模的配合间隙均匀，刃口耐磨，模具质量高。 3) 可加工硬质合金，扩大了模具材料选用范围可加工硬质合金，扩大了模具材料选用范围 4)对于复杂的凹模可以不用镶拼结构，简化模具对于复杂的凹模可以不用镶拼结构，简化模具 结构，提高模具强度。结构，提高模具强度。

8、(二二)工具电极设计与制造工具电极设计与制造 1电极材料的选择电极材料的选择 2电极的结构形式电极的结构形式 (1)整体式电极整体式电极 (2)镶拼式电极镶拼式电极 (3)组合电极组合电极 3电极长度电极长度 4. 电极截面尺寸电极截面尺寸 1) 配合间隙等于放电间隙时， 电极截面和凸模截面的尺寸相 同。 2) 配合间隙大于放电间隙时， 电极轮廓比凸模轮廓均匀放大 一个数量。 3) 配合间隙小于放电间隙时， 电极 轮廓比凸模轮廓均匀缩小， 形状相似。 （1）按凹模确定电极尺寸）按凹模确定电极尺寸（2）按凸模确定电极尺寸）按凸模确定电极尺寸 5、阶梯电极、阶梯电极 6电极制造电极制造 (三三)凹

9、模模坯准备凹模模坯准备 (四四)电极和工件的装夹与定位电极和工件的装夹与定位 (1)电极装夹电极装夹 (2)工件装夹工件装夹 (3)校正校正 (4)定位定位 (五五)电规准的选择与转换电规准的选择与转换 六、型腔模电火花加工工艺要点六、型腔模电火花加工工艺要点 1 1工艺特点工艺特点 2 2工艺方法选择工艺方法选择 (1)(1)单电极平动加工法单电极平动加工法 （3）分解电极加工法）分解电极加工法（2）多电极更换法）多电极更换法 ( (二二) )电极设计与制造电极设计与制造 1电极材料的选择电极材料的选择 紫铜：石墨：紫铜：石墨： 2 2电极设计电极设计 (1)(1)结构形式：结构形式：整体式

10、整体式 组合式组合式 镶拼式镶拼式 (2)(2)电极尺寸的确定电极尺寸的确定 1)电极水平尺寸电极水平尺寸 2)电极总高度电极总高度 电极总高度确定说明电极总高度确定说明 3电极制造电极制造 紫铜电极： 石墨电极： 6、型腔模、型腔模电极的装夹、校正与定位电极的装夹、校正与定位 （1）型腔模）型腔模电极的装夹、校正电极的装夹、校正 1）按电极侧面校正电极）按电极侧面校正电极 2）按电极或固定板上端面作辅助基准面校正）按电极或固定板上端面作辅助基准面校正 3）按电极端面火花放电校正）按电极端面火花放电校正 1）按电极侧面校正电极）按电极侧面校正电极 2）按电极或固定板上端面作辅助基准面校正）按电

11、极或固定板上端面作辅助基准面校正 3、型腔模电极与工件的定位、型腔模电极与工件的定位 1）十字线定位法）十字线定位法 2）定位板定位法）定位板定位法 3）块规角尺定位法）块规角尺定位法 4）以基准面进行数控定位）以基准面进行数控定位 4、电规准的转换、电规准的转换 （1）电规准的选择）电规准的选择 （2）电规准的转换）电规准的转换 第二节第二节 电火花线切割加工电火花线切割加工 （一）基本原理（一）基本原理 基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理。基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理。 (二二)电火花线切割特点电火花线切割特点 1)1)不需要制造成形电极不需要制造成形电极 2)2)工件材料被蚀除

12、的量很少工件材料被蚀除的量很少 3) 3) 加工各种复杂的精密零件：微槽和窄缝加工各种复杂的精密零件：微槽和窄缝 4)4)电极丝的丝径损耗较小，有助于控制加工精度电极丝的丝径损耗较小，有助于控制加工精度 5)5)采用精规准一次成形采用精规准一次成形 6 6）不能加工盲孔及阶梯类成形表面）不能加工盲孔及阶梯类成形表面 二、电火花线切割机床的组成 线切割机床必须包 括机床、控制器、 脉冲电源三大部分。 DK7740机床总体结构图 G代码格式 （1）G00 快速定位指令 编程格式编程格式：G00 X Y 例如，G00 X60000 Y80000 （2）G01 直线插补指令 编程格式编程格式：G01

13、X Y（ U V） （3）G02、G03 圆弧插补指令 编程格式编程格式：G02 X Y I J 三、程序编制三、程序编制 （一）程序格式（一）程序格式 1）B为分隔符号为分隔符号 2）x, y为坐标为坐标绝对值绝对值：单位单位m，m以下四舍五入以下四舍五入 。 加工平行与坐标轴的直线时，加工平行与坐标轴的直线时，x ,y均为均为0 无间隙补偿的程序格式（三B型） B BX XB BY YB BJ JG GZ Z 分隔分隔 符号符号 X X坐坐 标值标值 分隔分隔 符号符号 Y Y坐坐 标值标值 分隔分隔 符号符号 计数计数 长度长度 计数计数 方向方向 加工加工 指令指令 加工斜线时，坐标原

14、点为斜线的起点，加工斜线时，坐标原点为斜线的起点，x ,y为斜线终为斜线终 点的坐标值。点的坐标值。 加工圆弧时，坐标原点取在圆心，加工圆弧时，坐标原点取在圆心， x ,y为圆弧起点的为圆弧起点的 坐标值。坐标值。 3） x, y均以微米为单位，计数长度均以微米为单位，计数长度J必须写足六位。必须写足六位。 4）同一个工件的加工中，坐标轴方向应保持不变。）同一个工件的加工中，坐标轴方向应保持不变。 (二二)加工长度控制加工长度控制 计数长度：从起点加工到终点时某个方向上滑板的进给计数长度：从起点加工到终点时某个方向上滑板的进给 总长度。总长度。 计数方向：计数方向： 斜线：进给距离较长的坐标轴

15、斜线：进给距离较长的坐标轴 圆弧：与终点附近的圆弧趋于平行的坐标轴为计数方向，圆弧：与终点附近的圆弧趋于平行的坐标轴为计数方向， 计数长度取各段圆弧在该方向上投影的总和。计数长度取各段圆弧在该方向上投影的总和。 图1图2 2）已知加工线段的起点坐标为）已知加工线段的起点坐标为A(0,0)，终点坐标为，终点坐标为B(2,4)。 则应取则应取Gy，J=4mm。 3)已知加工圆弧如图已知加工圆弧如图1所示，由于终点坐标所示，由于终点坐标B的绝对值的绝对值 Xbyb,计数方向应取计数方向应取Gy,计数长度计数长度J=Jy1+Jy2+Jy3 5）加工指令）加工指令 加工斜线加工斜线 例例1，加工斜线，加

16、工斜线OA,终点终点A的坐标为的坐标为Xe=17mm,Ye=5mm,写写 出加工程序。出加工程序。 B17000 B5000 B017000 Gx L1 例例2，加工图，加工图3-20所示直线，其长度为所示直线，其长度为21.5mm,写出其程序。写出其程序。 B B B021500 Gy L2 加工与轴正方向重合的直线加工与轴正方向重合的直线 加工半圆弧加工半圆弧 例例3，加工圆弧，加工起点为，加工圆弧，加工起点为A（-5.0）试编制程序。试编制程序。 B5000 B B010000 Gy SR3 例例4，加工圆弧，加工起点为，加工圆弧，加工起点为A（-2，9），）， 终点为终点为B（9，-2

17、），编制加工程序。），编制加工程序。 圆弧半径：圆弧半径：R=9220m 计数长度：计数长度：JYAC=9000m JYCD=9220m JYDB=R-2000m =7200m 则则JY= JYAC+ JYCD+ JYDB=(9000+9220+7220)m =25440m 其程序为：其程序为： B2000 B9000 B025440 Gy NR2 N1: BBB015000 GY L4 / 直线直线AB N2: BBB020000 GX L1 /直线直线BC N3: BB15000B030000 GX SR2 /圆弧圆弧CD N4: BBB040000 GX L3 / 直线直线DE N5:

18、BB15000B030000 GX SR4 /圆弧圆弧EF N6: BBB020000 GX L1 /FB直线直线 N7: BBB015000GY L2 /直线直线BA DD (三三)加工程序编制加工程序编制 1)所要编制的加工程序单，不是工件的轮廓曲线。所要编制的加工程序单，不是工件的轮廓曲线。 而是加工过程中电极丝中心相对工件的运动轨迹。 2)电极丝中心的移动轨迹是由若干条子程序段组成的电极丝中心的移动轨迹是由若干条子程序段组成的 连续曲线，前一条子程序段的终点就是下一条子程序连续曲线，前一条子程序段的终点就是下一条子程序 段的起点。段的起点。 3)根据图样尺寸及加工条件，准确地求出各线段

19、的交根据图样尺寸及加工条件，准确地求出各线段的交 点坐标值。点坐标值。 4)工件尺寸一般都有公差要求，编程时应取其公差带工件尺寸一般都有公差要求，编程时应取其公差带 的中心为编程计算尺寸。的中心为编程计算尺寸。 5)合理选择切割起始点及方向。合理选择切割起始点及方向。 起割点应取在图形的拐角处，或在容易将凸尖修去起割点应取在图形的拐角处，或在容易将凸尖修去 的部位。的部位。 切割路线主要以防止或减少模具变形为原则，一般切割路线主要以防止或减少模具变形为原则，一般 应考虑使靠近装夹着一边的图形最后切割为易。应考虑使靠近装夹着一边的图形最后切割为易。 加工所示工件时，工件材料左边被固定夹紧，加工所

20、示工件时，工件材料左边被固定夹紧， 若选用顺时针切割路线，就会因应力变形的影若选用顺时针切割路线，就会因应力变形的影 响而产生加工误差若选用逆时针切割路线，则响而产生加工误差若选用逆时针切割路线，则 可避免应力变形的影响。可避免应力变形的影响。 （四）典型零件加工程序编制举例（四）典型零件加工程序编制举例 作作 业业 五、电火花线切割加工工艺及应用五、电火花线切割加工工艺及应用 微细结构零件 复杂型腔零件 精密级进模具 精密冷冲模具 工艺准备和工艺过程工艺准备和工艺过程 对图样进行分析和审核对图样进行分析和审核 表面粗糙度和尺寸精度要求很高，切割后无法进表面粗糙度和尺寸精度要求很高，切割后无法

21、进 行手工研磨的工件；行手工研磨的工件； 窄缝小于电极丝直径加放电间隙的工件，窄缝小于电极丝直径加放电间隙的工件， 非导电材料；非导电材料； 厚度超过丝架跨距的零件；厚度超过丝架跨距的零件； 加工加工 度超过度超过x,y拖板的有效行程长度，且精度要求拖板的有效行程长度，且精度要求 较高的工件。较高的工件。 工件材料选择工件材料选择工艺基准的确定工艺基准的确定 加工路线的选择加工路线的选择 穿丝孔的加工穿丝孔的加工 电极丝的选择和安装电极丝的选择和安装工件的装夹工件的装夹 工件位置的找正工件位置的找正 程序编制程序编制 工作液的选择工作液的选择电参量的确定电参量的确定 线切割加工线切割加工检查加

22、工状况检查加工状况 2）切割路线及起点的选择）切割路线及起点的选择 （1）应将工件与其夹持部分分割的部分安排在切割路线）应将工件与其夹持部分分割的部分安排在切割路线 的末端的末端 （2）切割路线应从坯件预制的穿丝孔开始，由外向内顺）切割路线应从坯件预制的穿丝孔开始，由外向内顺 序切割序切割 （3）在一块毛坯上要切出两个以上零件时，不应连续一）在一块毛坯上要切出两个以上零件时，不应连续一 次切割出来，而应从该毛坯的不同预制穿丝孔开始加工次切割出来，而应从该毛坯的不同预制穿丝孔开始加工 （4）加工的路线，距离端面（侧面）应大于）加工的路线，距离端面（侧面）应大于5mm。 加工路线 穿丝孔的加工 必

23、要性必要性 凹型类封闭工件凹型类封闭工件 凸型类工件凸型类工件 位置和直径位置和直径 加工加工 25 5 2工艺参数的选择 （1）脉冲参数的选择 快速走丝线切割加工脉冲参数的选择 4.8以 下 26精加工 612620半精加工 一般为 7090 为实现稳 定加工， 一般选择 t0/t1=34 以上 大于122040快速切割或 加工大厚度 工件 空载电压脉冲间隔电流峰 值 脉冲宽 度应用 0.050.35专用黄铜 0.030.1钨0.10.30黄铜 0.060.25钼0.10.25纯铜 线径材质线径材质 （2）电极丝的选择 直径 材料 直径、材料和被加工材料的关系 钨丝抗拉强度高一般用于各种窄缝

24、的精加工，价 格昂贵。 黄铜丝适用于慢速加工，加工表面粗糙度和平直 度较好，抗拉强度差，损耗大。 钼丝抗拉强度高，适用于快走丝加工。 （3）工作液的选配 乳化液和去离子水 装夹的几种方式装夹的几种方式 悬臂支撑方式 双端支撑方式 桥式支撑方式 板式支撑方式 复式支撑方式 弱磁力夹具 返回 工件位置的找正工件位置的找正 工件的定位基准面分别与机床的工件的定位基准面分别与机床的 工作台面和工作台的进给方向工作台面和工作台的进给方向x x、 y y保持平行保持平行 找正方法：找正方法： 拉表法拉表法 百分表的测量头与工件基面接百分表的测量头与工件基面接 触，往复移动工作台，按百分触，往复移动工作台，

25、按百分 表指示值调整工件的位置，直表指示值调整工件的位置，直 至百分表指针的偏摆范围达到至百分表指针的偏摆范围达到 所要求的数值。所要求的数值。 划线法划线法 利用固定在丝架上的划针对准利用固定在丝架上的划针对准 工件上划出的基准线，往复移工件上划出的基准线，往复移 动工作台，目测划针、基准间动工作台，目测划针、基准间 的偏离情况，将工件调整到正的偏离情况，将工件调整到正 确位置。确位置。 电极丝位置的调整 （1）目测法 直接利用目测或借助28倍 的放大镜来进行观察。 （2）火花法 （3）自动找正中心 第三节第三节 电化学加工电化学加工 二、电解加工二、电解加工 (一一)电解加工的基本原理与应

26、用电解加工的基本原理与应用 1.基本原理基本原理 模具加工中的应用模具加工中的应用 1）型孔加工）型孔加工 2）型腔加工）型腔加工 3）电解抛光 三、电解磨削三、电解磨削 ( (一一) )电解磨削的基本原理电解磨削的基本原理 电解磨削是将金属的电化学阳极溶解作用和机械电解磨削是将金属的电化学阳极溶解作用和机械 磨削作用相结合的一种磨削工艺。磨削作用相结合的一种磨削工艺。 四、电铸成形四、电铸成形 (一一)电铸成形的基本原理与特点电铸成形的基本原理与特点 1.基本原理基本原理 电铸成形是利用电化学过程中的阴极沉积现象来电铸成形是利用电化学过程中的阴极沉积现象来 进行成形加工的，也就是在原模上通过电化学方法沉进行成形加工的，也就是在原模上通过电化学方法沉 积金属，然后分离以制造或复制金属制品。积金属，然后分离以制造或复制金属制品。 电铸原理与电镀基本相同，所不同的是，电镀 时要求得到与基体结合牢固的金属镀层，以达到防护、 装饰等目的。而电铸则要求电铸层与原模分离，其厚 度也远大于电铸层，厚度约为0.050.08mm。 第四节第四节 超声波加工与激光加工超声波加工与激光加工 一、超声波加工一、超声波加工 ( (一一) )基本原理与特点基本原理与特点 超声波加工也称超声加工，是利用工具端面作超声超声波加工也称超声加工，是