模具成型表面的电火花加工.ppt
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1、v模具成型表面的电火花加工模具成型表面的电火花加工n电火花加工又称放电加工或电蚀加工,它包括电火花加工又称放电加工或电蚀加工,它包括电火花成型加工、电火花线切割加工、电火花成型电火花成型加工、电火花线切割加工、电火花成型磨削、电火花同步回转加工、电火花表面强化和刻磨削、电火花同步回转加工、电火花表面强化和刻字等工艺方法。在模具制造中主要用电火花成型加字等工艺方法。在模具制造中主要用电火花成型加工和电火花线切割加工工和电火花线切割加工1943年,前苏联拉扎林柯夫妇研究开关触电遭受火花年,前苏联拉扎林柯夫妇研究开关触电遭受火花放电腐蚀损坏的现象原因,发现电火花的瞬时高温可放电腐蚀损坏的现象原因,发
2、现电火花的瞬时高温可以使局部金属融化、气化而被腐蚀除掉。以使局部金属融化、气化而被腐蚀除掉。41 电火花加工的基本原理n1电火花加工原理电火花加工原理电火花加工是在一定介质中,通过工具电极和工件电火花加工是在一定介质中,通过工具电极和工件电极之间脉冲放电时的电腐蚀作用,对工件进行加电极之间脉冲放电时的电腐蚀作用,对工件进行加工的一种工艺方法。工的一种工艺方法。实现放电加工必须具备以下条件:实现放电加工必须具备以下条件:1)在脉冲放电点必须有足够的火花放电强度,即局)在脉冲放电点必须有足够的火花放电强度,即局部集中的电流密度高,使局部的金属溶解和气化。部集中的电流密度高,使局部的金属溶解和气化。
3、2)放电是短时间的脉冲放电。由于放电持续时间短,)放电是短时间的脉冲放电。由于放电持续时间短,放电时所产生的热量将来不及传散到电极材料内部,放电时所产生的热量将来不及传散到电极材料内部,以保证良好的加工精度和表面质量以保证良好的加工精度和表面质量。3)先后两次脉冲放电之间,要有足够的停歇时间是)先后两次脉冲放电之间,要有足够的停歇时间是极间介电液充分消电离,恢复其介电性能,以保证极间介电液充分消电离,恢复其介电性能,以保证每次脉冲放电不在同一点重复进行,避免发生局部每次脉冲放电不在同一点重复进行,避免发生局部烧伤现象。烧伤现象。4)工具电极与工件之间始终维持一定的间隙。(数)工具电极与工件之间
4、始终维持一定的间隙。(数微米至数百微米)微米至数百微米)5)极间充有一定的液体介质,并使脉冲放电产生)极间充有一定的液体介质,并使脉冲放电产生的电蚀物及时扩散、排出,使重复性放电顺利进的电蚀物及时扩散、排出,使重复性放电顺利进行。行。1、工件;、脉冲电源、自动进给装置;、工具电极、工件;、脉冲电源、自动进给装置;、工具电极5、工作、工作液;液;6、过滤器;、过滤器;7、泵、泵n电火花加工是不断放电蚀除金属的过程。虽然一次脉冲放电的时间电火花加工是不断放电蚀除金属的过程。虽然一次脉冲放电的时间很短,但它是电磁学、热力学和流体力学等综合作用的过程,是相当复很短,但它是电磁学、热力学和流体力学等综合
5、作用的过程,是相当复杂的。综合起来,一次脉冲放电的过程可分为以下几个阶段:杂的。综合起来,一次脉冲放电的过程可分为以下几个阶段:(1)极间介质的电离、击穿及放电通道的形成极间介质的电离、击穿及放电通道的形成 电场强度与电压成正比,与距离成反比,随着极间电场强度与电压成正比,与距离成反比,随着极间电压的升高或极间距离的减小,极间电场强度将随电压的升高或极间距离的减小,极间电场强度将随着增大。当电场强度增大到一定数量时,介质被击着增大。当电场强度增大到一定数量时,介质被击穿,放电间隙电阻从绝缘状态迅速降低到几分之一穿,放电间隙电阻从绝缘状态迅速降低到几分之一欧姆,间隙电流迅速上升到最大值。由于通道
6、直径欧姆,间隙电流迅速上升到最大值。由于通道直径很小,所以通道中的电流密度很高。很小,所以通道中的电流密度很高。n(2)介质热分解,电极介质热分解,电极(工件工件)材料熔化、汽化热膨胀材料熔化、汽化热膨胀 脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极,正离子奔脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极,正离子奔向负极。电能变成动能,动能通过碰撞又转变为热向负极。电能变成动能,动能通过碰撞又转变为热能。于是在通道内正极和负极表面分别成为瞬时热能。于是在通道内正极和负极表面分别成为瞬时热源,达到很高的温度。通道高温将工作液介质汽化,源,达到很高的温度。通道高温将工作液介质汽化,进而热裂分解汽化。这些汽化后的工作液和
7、金属蒸进而热裂分解汽化。这些汽化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增,在放电间隙内成为气泡,迅速热气瞬间体积猛增,在放电间隙内成为气泡,迅速热膨胀并具有爆炸的特性。膨胀并具有爆炸的特性。n(3)电极电极(工件工件)材料的抛出材料的抛出 通道中心的压力最高,使汽化了的气体不断向通道中心的压力最高,使汽化了的气体不断向外膨胀,压力高处的熔融金属液体和蒸气就被外膨胀,压力高处的熔融金属液体和蒸气就被排挤、抛出而进入工作液中。由于表面张力和排挤、抛出而进入工作液中。由于表面张力和内聚力的作用,使抛出的材料具有最小的表面内聚力的作用,使抛出的材料具有最小的表面积,冷凝时凝聚成细小的圆球颗粒。积,冷凝时凝聚成
8、细小的圆球颗粒。n(4)极间介质的消电离极间介质的消电离 随着脉冲电压的结束,脉冲电流也迅速降为零,随着脉冲电压的结束,脉冲电流也迅速降为零,但此后仍应有一段间隔时间,使间隙介质消电离,但此后仍应有一段间隔时间,使间隙介质消电离,即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子,恢复本即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子,恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度,以及降低电极次放电通道处间隙介质的绝缘强度,以及降低电极表面温度等,以免下次总是重复在同一处发生放电表面温度等,以免下次总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电,从而保证在两极间最近处或电阻而导致电弧放电,从而保证在两极间最近处或电阻率最小处形成下一次
9、击穿放电通道。率最小处形成下一次击穿放电通道。n4)直接利用电能、热能进行加工,便于实现加直接利用电能、热能进行加工,便于实现加工过程的自动控制。工过程的自动控制。2电火花加工的特点电火花加工的特点1)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)电极和工件在加工过程中不接触,便于加工小孔、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。深孔、窄缝零件。3)电极材料不必比工件材料硬。电极材料不必比工件材料硬。优点优点只能加工导电工件。只能加工导电工件。加工速度慢。加工速度慢。由于存在电极损耗,加工精度受限制。由于存在电极损耗,加工精度受
10、限制。缺点缺点窄缝深槽加工窄缝深槽加工花纹、文字加工花纹、文字加工型腔加工冷冲模穿孔加工冷冲模穿孔加工多孔窄缝加工冷冲凸模的加工电火花成型加工应用举例这是大量生产的塑料勺这是大量生产的塑料勺子示意图子示意图 n1.首先进行产品设计首先进行产品设计,然后按照设计的图样制作铜电然后按照设计的图样制作铜电极极2.铜电极安装到铜电极安装到EDM机床上机床上,作为塑料凹模的工件也安装到工作作为塑料凹模的工件也安装到工作台上台上3.利用火花放电原理加工利用火花放电原理加工 4.完成凹模的加工完成凹模的加工n5.凸凹模分别安装到注塑机上凸凹模分别安装到注塑机上,及可生产出合格的塑料产及可生产出合格的塑料产品
11、品42 电火花加工与编程n4.2.1电极的设计与制造电极的设计与制造n电火花加工模具的尺寸精度主要靠工具电极来保证,因此对工具电极要求电火花加工模具的尺寸精度主要靠工具电极来保证,因此对工具电极要求也较高。也较高。(1)型孔电火花加工方法型孔电火花加工方法 设凹模孔口的尺寸为,设凹模孔口的尺寸为,工具电极相应的尺寸为工具电极相应的尺寸为(如图如图42所示所示),单面电火花,单面电火花放电间隙值为放电间隙值为,则:,则:其中放电间隙其中放电间隙主要取决于电参数和机床精度。当选择电主要取决于电参数和机床精度。当选择电规准恰当和加工稳定时,规准恰当和加工稳定时,的误差就很小。这样就可以用的误差就很小
12、。这样就可以用尺寸精确的工具电极加工出比较精确的凹模型孔尺寸精确的工具电极加工出比较精确的凹模型孔 n对于冲裁模,凹模和凸模的双边配合间隙对于冲裁模,凹模和凸模的双边配合间隙z是一个很重要的技术参是一个很重要的技术参数,它的大小与均匀性都直接影响冲裁件的质量及模具的寿命,在加工数,它的大小与均匀性都直接影响冲裁件的质量及模具的寿命,在加工中必须给予保证。保证配合间隙的电火花加工方法主要有凸模修配法、中必须给予保证。保证配合间隙的电火花加工方法主要有凸模修配法、直接配合法和混合法直接配合法和混合法3种。种。n凸模修配法是把凸模和工具电极分别用机械加工方法制出,凸模留凸模修配法是把凸模和工具电极分
13、别用机械加工方法制出,凸模留一定的修配余量,在电极一定的修配余量,在电极“打打”出凹模后,以凹模为基准件修配凸出凹模后,以凹模为基准件修配凸模,以保证凸、凹模的间隙。模,以保证凸、凹模的间隙。n直接配合法是用加长的钢凸模作电极加工凹直接配合法是用加长的钢凸模作电极加工凹模型孔,加工后将凸模上的损耗部分切除,凸、凹模型孔,加工后将凸模上的损耗部分切除,凸、凹模的配合间隙靠控制脉冲放电间隙直接保证。用这模的配合间隙靠控制脉冲放电间隙直接保证。用这种方法可以获得均匀的配合间隙,模具质量高,钳种方法可以获得均匀的配合间隙,模具质量高,钳工工作量少。此法适用于加工形状复杂的凹模或多工工作量少。此法适用于
14、加工形状复杂的凹模或多型腔凹模型腔凹模。混合法是把不同材料的电极和凸模锡焊或黏接起来,混合法是把不同材料的电极和凸模锡焊或黏接起来,然后一起加工成形,最后将电极与凸模分开的方法。然后一起加工成形,最后将电极与凸模分开的方法。这样,既达到直接配合法的工艺效果,又提高了生这样,既达到直接配合法的工艺效果,又提高了生产率。产率。n(2)电极材料和结构形式电极材料和结构形式设计电极前应首先了解电火花加工机床的特性设计电极前应首先了解电火花加工机床的特性(包括主轴头的承载能力、工作台的尺寸及负荷包括主轴头的承载能力、工作台的尺寸及负荷)与电规准的加工工艺指标与电规准的加工工艺指标(包包括加工速度、电极损
15、耗、加工间隙括加工速度、电极损耗、加工间隙)。然后再根据工件型孔要求,确定电极。然后再根据工件型孔要求,确定电极材料、结构形式、尺寸及技术要求等。材料、结构形式、尺寸及技术要求等。n电极的结构形式应根据型孔的大小与复杂程度、电极的结构工艺电极的结构形式应根据型孔的大小与复杂程度、电极的结构工艺性等因素来确定。常用的电极结构有性等因素来确定。常用的电极结构有3种:种:整体式电极整体式电极 它采用整块材料加工而成,是最常用的它采用整块材料加工而成,是最常用的结构形式。对于体积小、易变形的电极,可在有效长结构形式。对于体积小、易变形的电极,可在有效长度上部放大截面尺寸以提高刚度;对于体积大的电极,度
16、上部放大截面尺寸以提高刚度;对于体积大的电极,可在其上开可在其上开 一些孔以减轻重量。一些孔以减轻重量。n镶拼式电极镶拼式电极它一般在整体加工有困难时采用。它一般在整体加工有困难时采用。组合式电极组合式电极 它是把多个电极组合在一起,用于多它是把多个电极组合在一起,用于多型孔的凹模,一次穿孔可完成各型孔的加工。采用型孔的凹模,一次穿孔可完成各型孔的加工。采用组合式电极加工,生产率高,各型孔的位置精度也组合式电极加工,生产率高,各型孔的位置精度也较为准确,但对电极的定位有较高要求。较为准确,但对电极的定位有较高要求。常用电极夹具电极柄电极柄电极套筒电极套筒U形夹头形夹头钻夹头钻夹头管状电极夹头管
17、状电极夹头n用直角尺、百分表测定用直角尺、百分表测定人工校正一般以工作台面人工校正一般以工作台面x、y水平方向为基准,用百分表、千水平方向为基准,用百分表、千分表、块规或角尺,在电极横、纵分表、块规或角尺,在电极横、纵(即即x、y方向方向)两个方向作垂两个方向作垂直校正和水平校正,保证电极轴线与主轴进给轴线一致,保证直校正和水平校正,保证电极轴线与主轴进给轴线一致,保证电极工艺基准与工作台面电极工艺基准与工作台面x、y基准平行。基准平行。按电极固定板基准面校正电极按电极固定板基准面校正电极在制造电极时电极轴线必须与电极固定板基准面垂直,在制造电极时电极轴线必须与电极固定板基准面垂直,校正时用百
18、分表保证固定板基准面与工作台平行,保证校正时用百分表保证固定板基准面与工作台平行,保证电极与工件对正。电极与工件对正。n尺寸精度应不低于级,公差一般小于型孔公差的尺寸精度应不低于级,公差一般小于型孔公差的12,并按人体原,并按人体原则标注;则标注;n各表面平行度在各表面平行度在100mm长度上小于长度上小于0.01mm;n表面粗糙度表面粗糙度a小于小于125m,一般取等于型孔表面粗糙度值。电极尺寸,一般取等于型孔表面粗糙度值。电极尺寸主要包括截面和长度尺寸。主要包括截面和长度尺寸。(3)电极的尺寸与技术要求电极的尺寸与技术要求 对电极的要求是:对电极的要求是:n电极尺寸主要包括截面和长度尺寸。
19、截面尺寸电极尺寸主要包括截面和长度尺寸。截面尺寸为垂直于电极进给方向的电极横截面尺寸。为垂直于电极进给方向的电极横截面尺寸。n电极的轮廓尺寸要比所加工型孔均匀地小一个放电极的轮廓尺寸要比所加工型孔均匀地小一个放电间隙。凸、凹模的尺寸公差往往只标注一个,另电间隙。凸、凹模的尺寸公差往往只标注一个,另一个与之配作,以保证配合间隙。因此电极截面尺一个与之配作,以保证配合间隙。因此电极截面尺寸的设计可分如下两种情况:寸的设计可分如下两种情况:n按凹模尺寸和公差设计电极截面尺寸按凹模尺寸和公差设计电极截面尺寸 因为穿孔加因为穿孔加工所获得的凹模型孔和电极截面轮廓相差一个放电工所获得的凹模型孔和电极截面轮
20、廓相差一个放电间隙间隙(双点画线表示电极轮廓双点画线表示电极轮廓),如图,如图44所示。根所示。根据凹模尺寸和放电间隙便可算出电极截面上相应的据凹模尺寸和放电间隙便可算出电极截面上相应的尺寸。尺寸。n3.Z2 时,电极截面轮廓为凸模截面轮廓每边外偏时,电极截面轮廓为凸模截面轮廓每边外偏l2(Z2);n电极长度取决于凹模有效深度、型孔复杂程度、电极材料、装夹形电极长度取决于凹模有效深度、型孔复杂程度、电极材料、装夹形式及制造工艺等一系列因素。式及制造工艺等一系列因素。L=KH+H1+H2+(0.40.8)(n-1)KH式中:式中:L:电极长度;电极长度;H:凹模有效深度凹模有效深度(需要电火花加
21、工需要电火花加工的深度的深度);H1:-凹模板底部挖空凹模板底部挖空时电极需加长的部分;时电极需加长的部分;H2:夹持部分长度,一般夹持部分长度,一般1020mm;n:电极使用的次数;电极使用的次数;K:与电极材料、加工方式、型孔与电极材料、加工方式、型孔复杂程度等有关的系数。复杂程度等有关的系数。紫铜紫铜225;黄铜;黄铜335;石墨;石墨1.72;铸铁;铸铁2.53;钢;钢33.5。电极。电极材料损耗小、型孔简单、轮廓无尖角时,材料损耗小、型孔简单、轮廓无尖角时,k取小值,反之取大值。取小值,反之取大值。n3线切割加工的特点线切割加工的特点(1)不需要制作电极,可节约电极设计、制造费)不需
22、要制作电极,可节约电极设计、制造费用,缩短生产周期。用,缩短生产周期。(2)能方便地加工出形状复杂、细小的通孔和外)能方便地加工出形状复杂、细小的通孔和外表面。表面。(3)电极损耗极小,有利于加工精度的提高。)电极损耗极小,有利于加工精度的提高。(4)采用四轴联动,可加工锥度和上下面异形体)采用四轴联动,可加工锥度和上下面异形体等零件。等零件。4线切割加工的应用线切割加工的应用加工淬火钢、硬质合金模具零件、样板、各种形加工淬火钢、硬质合金模具零件、样板、各种形状的细小零件、窄缝等。状的细小零件、窄缝等。n3影响电火花加工质量的主要因索影响电火花加工质量的主要因索 加工质量包括零件的加工精度和电
23、蚀表面的质量。加工质量包括零件的加工精度和电蚀表面的质量。(1)影响加工精度的工艺因素影响加工精度的工艺因素 电火花加工过程是一个复杂的、多参数输入和输电火花加工过程是一个复杂的、多参数输入和输出的过程,影响加工精度的工艺因素很多,主要有出的过程,影响加工精度的工艺因素很多,主要有机床本身的制造精度、工件的装夹精度、电极制造机床本身的制造精度、工件的装夹精度、电极制造及装夹精度、电极损耗、放电间隙、加工斜度等工及装夹精度、电极损耗、放电间隙、加工斜度等工艺因素。艺因素。n电极损耗对加工精度的影响电极损耗对加工精度的影响在电火花加工过在电火花加工过程中,电极会受到电腐蚀而损耗。电极损耗是影响程中
24、,电极会受到电腐蚀而损耗。电极损耗是影响加工精度的一个重要因素,因此掌握电极损耗规律,加工精度的一个重要因素,因此掌握电极损耗规律,从各方面采取措施尽量减少电极损耗,对保证加工从各方面采取措施尽量减少电极损耗,对保证加工精度是很重要的。精度是很重要的。a.型腔加工时,多用电极的体积损耗率来衡量电极型腔加工时,多用电极的体积损耗率来衡量电极的损耗情况。的损耗情况。CV=VE/VW100%CV电极的体积损耗率;电极的体积损耗率;VE电极的体积损耗速度,电极的体积损耗速度,m m3min;VW工件的体积蚀除速度,工件的体积蚀除速度,mm3min。b.型孔加工时,多用长度损耗来衡量电极的损耗。型孔加工
25、时,多用长度损耗来衡量电极的损耗。CL电极的长度损耗率;电极的长度损耗率;hE电极长度方向上的损耗尺寸,电极长度方向上的损耗尺寸,mm;hw工件上己加工山的深度尺寸,工件上己加工山的深度尺寸,mm。CL=hE/hw n加工过程中电极的不同部位,其损耗是不同的。电极的尖角、棱边等凸加工过程中电极的不同部位,其损耗是不同的。电极的尖角、棱边等凸起部位的电场强度较强,易形成尖端放电,所以这些部位比平坦部位损起部位的电场强度较强,易形成尖端放电,所以这些部位比平坦部位损耗要快。电极的不均匀损耗使加工精度下降。耗要快。电极的不均匀损耗使加工精度下降。n放电间隙对加工精度的影响放电间隙对加工精度的影响电火
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