搜索
第5章模具的特种加工5.1电火花成型加工5.2电火花线切割加工5.3超声波加工与电化学加工第5章模具的特种加工特种加工：也被称为非传统加工（NTM,NonTraditionalMachining）或非常规加工（NCM，Non-ConventionalMachining）概念：是将电、热、光、声、化学等能量或其组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除的一种加工方法。第5章模具的特种加工1.产生的外因1）难切削材料的加工问题；2）特殊复杂表面的加工问题；3）超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题。生产和实验需要，对机械制造部门提出了一些新的要求：2.产生的内因特种加工的本质特点：1）工具硬度可以低于被加工材料的硬度（甚至不用工具）；2）不是主要依靠机械能，二十主要用其他能量（如电、光、声、热等）去除材料；3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。特种加工产生的原因特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响1.提高了材料的可加工性；2.改变了零件的典型工艺路线；3.改变了试制新产品的模式；4.影响了产品零件的结构设计；5.改变了传统零件工艺结构的评价标准；6.成为微细加工的主要手段。第5章模具的特种加工第5章模具的特种加工5.1电火花成型加工电火花加工又称放电加工（ElectricalDischargeMachining，EDM），在20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产。它是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的电火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来。因为放电过程中可见到电火花，故称为电火花加工，日本、英、美等国称为放电加工，原苏联也称电蚀加工。电火花成型加工方法的诞生标志着特种加工时代的到来。大量生产的塑料勺子示意图1.首先进行产品设计，然后按照设计图样制作铜电极。2.铜电极安装到EDM机床上，作为塑料凹模的工件也安装到工作台上。5.1电火花成型加工应用举例3.利用火花放电原理加工。4.完成凹模加工。5.凸凹模分别安装到塑料机上，可生产出合格的塑料产品。5.1电火花成型加工应用举例DK7125NC型电火花机床结构电火花成型加工机床1-床身；2-液压油箱；3工作台4-工作液槽；5-主轴头；6-立柱；7-工作液箱；8-电源箱5.1电火花成型加工5.1电火花成型加工多轴数控电火花成型机床龙门式电火花成型机床汽车轮胎模具汽车车灯模具电火花机床的常见功能如下：（1）回原点操作功能；（2）置零功能；（3）接触感知功能；（4）其他常见功能；5.1电火花成型加工电火花机床的常见功能电火花成型加工步骤5.1电火花成型加工准备电极电极装夹工件准备工件装夹分析图纸选择加工方法检验加工校正定位加工参数的选择电参数非电参数脉冲宽度冲油方式脉冲间隔冲油压力峰值电流液面高度5.1.1电火花加工原理、特点及分类图5-1电火花加工原理图1-工件；2-脉冲电源；3-自动进给调节装置；4-工具电极；5-工作液；；6-过滤器；7-工作液泵1．电火花加工的基本原理原理：在一定的介质中，通过工具电极和工件之间的脉冲放电产生电腐蚀作用，对工件进行加工的一种方法。进给装置保证电极不断地、及时进给，以维持所需的放电间隙。5.1.1电火花加工原理、特点及分类1．电火花加工的基本原理3）电液压式伺服进给系统喷嘴-挡板式电液压自动进给调节器工作1-液压箱；2-溢流阀；3-叶片液压泵；4-电动机；5、13-压力表；6-滤油器；7-节流阀；8-喷嘴；9-电-机械转换器；10-动圈；11-静圈；12-挡板；14-液压缸；15-活塞；16-工具电极；17-工件1）伺服进给系统S-放电间隙；Vd-蚀除速度；Vw-进给速度伺服进给系统一般有如下要求：（1）有较广的速度调节跟踪范围；（2）有足够的灵敏度和快速性；（3）有较高的稳定性和抗干扰能力。5）工作液过滤和循环系统工作液循环系统油路图1-粗过滤器；2-单向阀；3-油泵；4-电极；5-安全阀；6-压力表；7-精过滤器；8-压力调节阀；9-射流抽吸管；10-冲油选择阀；11-快速进油控制阀；12-冲油压力表；14-抽油选择阀；4）步进电机自动调节系统优点：传动链短，灵敏度高结构简单、体积小、惯性小、低速性能好、无累计误差纸滤芯5.1.1电火花加工原理、特点及分类1．电火花加工的基本原理工作液循环过滤器工作液循环过滤器（1）电火花加工是在液体介质中进行的，工作液循环系统是电火花加工机床不可缺少的部分。（2）工作液通过工作液循环系统能保持工作液的清洁和良好的绝缘性，使每个脉冲放电结束后迅速消除电离，恢复绝缘状态，避免电弧现象的发生。（3）能够根据加工的需要，采用适当的强迫循环方式（冲油或抽油），及时带走电蚀产物及加工热量，保持加工顺利进行。5.1.1电火花加工原理、特点及分类1．电火花加工的基本原理工具电极1)对工具电极的要求导电性能良好、电腐蚀困难、电极损耗小、具有足够的机械强度、加工稳定、效率高、材料来源丰富、价格便宜等。2)工具电极的种类及性能特点常用电极材料可分为铜和石墨，一般精密、小电极用铜来加工，大的电极用石墨。5.1.1电火花加工原理、特点及分类1．电火花加工的基本原理石墨电极1）加工性能好，成型容易，但加工时有污染；2）宽脉冲大电流情况下损耗小，适合粗加工；3）密度小，重量轻，适宜制造大电极；4）单向加压烧结的石墨有方向性；5）精加工时损耗较大；6）易产生电弧烧伤；5.1.1电火花加工原理、特点及分类1．电火花加工的基本原理（a）单个脉冲放电后的电蚀坑（b）多次脉冲放电后的电极表面图5-2电火花加工表面局部放大图5.1.1电火花加工原理、特点及分类1．电火花加工的基本原理加工条件：5.1.1电火花加工原理、特点及分类1．电火花加工的基本原理1）必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距离以形成放电间隙。2）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行。能及时排除电蚀产物。3）脉冲放电必须具有脉冲性、间歇性，脉冲波形基本是单向的。4）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属熔化或气化。图5-3脉冲电源空载电压波形5.1.1电火花加工原理、特点及分类1．电火花加工的基本原理加工过程（1）电离：电场强度大，液体介质—电子，离子（2）放电：电子—阴离子—阳介质绝缘形成电通道（3）热膨胀：电子、离子碰撞，阴、阳极碰撞10000-12000工件表面熔化、汽化介质汽化分离碳黑（4）抛出金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形成凹坑。（5）消电离：带电粒子转变成中性粒子，介质恢复成绝缘状态，为下一次准备。5.1.1电火花加工原理、特点及分类2．电火花加工的特点①适合于难切削材料的加工，可加工材料的范围广。②可以加工特殊及复杂形状的零件。③易于选择和变更加工条件。脉冲参数能在一个较大范围内调节，可以在同一台机床上连续进行粗、半精、精加工。④直接利用电能进行加工，易于操作，便于实现自动化。1)优点2)缺点①只能加工导电材料。②加工速度慢。③由于存在电极损耗，加工精度受限制。传统加工受工件材料硬度限制EDM不受工件硬度限制传统加工不可能获得直角EDM很容易获得直角5.1.1电火花加工原理、特点及分类2．电火花加工的特点传统加工需要较大的夹紧力EDM只需较小的夹紧力冷冲模穿孔加工花纹、文字加工型腔加工窄缝深槽加工5.1.1电火花加工原理、特点及分类2．电火花加工的特点3．电火花加工方法分类按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致可分为电火花穿孔成型加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字6类。5.1.1电火花加工原理、特点及分类前5类属于电火花成型、尺寸加工，是用于改变零件形状或尺寸的加工方法；后者则属于表面加工方法，用于改善或改变零件表面性质。5.1.2电火花加工的基本工艺规律1．极性效应单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象.特点：电子质量小，在电场力作用下较短时间轰击阳极表面；离子质量大，未达到阴极表面，脉冲就结束了。短脉冲＜40微秒，表面质量高，效率低；用于精加工。工具负极“正极性”接线法（1）正极性接法：工件接正极，电极接负极。窄脉冲5.1.2电火花加工的基本工艺规律1．极性效应工具正极“负极性”接线法特点：长脉冲＞300微秒，表面质量低，效率高；用于粗加工。（2）负极性接法：工件接负极，电极接正极。宽脉冲2．电规准电火花加工时，所选用的一组脉冲电源参数（如脉冲宽度、峰值电流、击穿电压等）称为电规准，又称电参数。5.1.2电火花加工的基本工艺规律1）放电凹坑平均直径：D=KDte0.4Im0.5对单个脉冲产生的放电凹坑尺寸大小，有如下经验公式。式中：D-放电凹坑平均直径，mm；KD-系数，KD=9x10-3；te-电流脉冲宽度，μs；Im-放电峰值电流，A。2）实际表面粗糙度评定参数为：Ra=KRte0.3Im0.43）单个脉冲蚀除量为：M0=KMte1.1Im1.1粗规准一般选脉冲宽度ti＞400μs，脉冲电流幅值大的一组脉冲参数来进行粗加工。中规准是粗、精规准之间的过渡参数，其脉冲宽度在50～400μs，之间。精规准的脉冲宽度一般在20μs一下，工作电流与很小。为了获得好的工艺效果，在电火花加工过程中一般都是用粗规准加工出型腔的基本轮廓，以获得较高的加工速度和较低的电极损耗；然后用中、精规准逐级修光，以达到所需的表面粗糙度和加工精度。2．电规准5.1.2电火花加工的基本工艺规律5.1.2电火花加工的基本工艺规律3．电极损耗电极损耗是影响加工精度的一个重要因素，也是衡量电规准参数选择是否合理、电极材料的加工性能好坏的一个重要指标。工具电极工件工具损耗斜度图形1）型腔加工：以体积损耗率来衡量电极损耗的大小2）穿孔加工：以长度损耗率来衡量电极的大小5.1.2电火花加工的基本工艺规律3．电极损耗5.1.2电火花加工的基本工艺规律4．放电间隙5．形状精度图5-4电火花加工时的加工斜度1-电极无损耗时的工具轮廓线；2-电极有损耗而不考虑二次放电时的工件轮廓线；3-实际工件轮廓线（1）斜度在加工过程中，随着加工深度的增加，二次放电次数增多，侧面间隙逐渐增大，使加工孔入口处的间隙大于出口处的间隙，出现加工斜度，使加工表面产生形状误差。δ=Kδte0.3Im0.35.1.2电火花加工的基本工艺规律图5-5电火花加工尖角变圆1-工件；2-工具电极（2）圆角5．形状精度图5-6表面变化层剖面示意图（2）表面变化层5.1.2电火花加工的基本工艺规律6．表面质量（1）表面粗糙度经电火花加工后的表面将产生包括凝固层和热影响层的表面变化层。单位时间从工件上蚀除的金属量称为电火花加工的生产率。7．生产率5.1.2电火花加工的基本工艺规律6．表面质量（2）表面变化层①凝固层是工件表层材料在脉冲放电的瞬间高温作用下熔化后未能抛出，在脉冲放电结束后迅速冷却、凝固而保留下来的金属层。②热影响层位于凝固层和工件基体材料之间，该层金属受到放电点传来的高温影响，使材料的金相组织发生了变化。电火花穿孔加工：用电火花加工通孔的方法电火花穿孔加工冲裁模具的凹模凹模的尺寸由工具电极来保证凹模的尺寸为L2，工具电极相应的尺寸为L1，单边火花间隙值为SL，则L2=L1+2SL5.1.3模具电火花穿孔加工5.1.3模具电火花穿孔加工图5-8直接法1．型孔电火花加工方法（1）直接法直接法是用加长的钢凸模作为电极加工凹模的型孔，加工后再将凸模上的损耗部分截去。（1）可以获得均匀的配合间隙、模具质量高（2）无须另外制作电极（3）无须修配工作，生产率较高。（1）电极材料不能自由选择，容易形成二次放电（2）电极和冲头连在一起，尺寸较长，磨削时较困难5.1.3模具电火花穿孔加工1．型孔电火花加工方法（1）直接法直接法的优点是：直接法的缺点是：直接法适合于加工冲模直接法示意图5.1.3模具电火花穿孔加工1．型孔电火花加工方法（1）直接法a）加工前b）加工后c）切除损耗部分5.1.3模具电火花穿孔加工1．型孔电火花加工方法（2）间接法凸模与加工凹模用的电极分开