第三章 特种加工.ppt
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1、第三章 模具零件电加工,直接利用电能、光能、化学能、电化学能、声能等进行加工。可以加工高强度、高硬度、高韧性、高脆性、耐高温等材料。应用:电火花成型加工、数控线切割加工、电解加工、电铸加工、超声加工和化学加工,本章要点,电加工原理,型孔电加工,型腔电加工,线切割加工,电化学加工,1、了解特种加工及其特点和应用范围;2、理解电火花加工原理、特点和应用范围;掌握电极的设计与制造,电规准的选择;3、掌握型孔加工和型腔加工技术;4、了解线切割加工原理、特点和数字控制原理;5、理解线切割加工和电火花成形加工的异同点;掌握线切割加工程序(3B、ISO代码)的编制;6、掌握典型零件的线切割加工工艺。,本章知
2、识要点,一、加工原理 1、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。1)电极:铜、钢、石墨 2)加工介质:煤油、煤油和机油、水基工作液 3)脉冲电源,机床,第一节 电火花加工,2、加工条件:,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。3)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溶化或气化,脉冲电流波形,3、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
3、1000012000 工件表面熔化、汽化 介质汽化、分离碳黑4、抛处金属: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,4、极性效应 正、负极腐蚀速度不同的现象 1、正极性接法:工件接正极,电极接负极 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300微秒,表面质量低,效率高;用于粗 加工。,5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。2)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。3)电极材料不必比工件材料硬。4)直接利用电能、热能进行
4、加工,便于实现加工过程的自动控制。5)广泛应用于凹模型孔、型腔加工,二、影响电火花加工质量及加工效率的主要因素 1、影响电火花加工精度(1)电极损耗对加工精度的影响 1)型腔加工;用电极的体积损耗率 来衡量。2)穿孔加工:用长度损耗率来衡量。(2)放电间隙对加工精度的影响,(3)加工斜度对加工精度的影响 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,,2影响表面质量的工艺因素(1)表面粗糙度(2)表面变化层 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,,未淬火T10钢经电火花加工后
5、的表面显微硬度,已淬火T10钢经电火花加工后的表面显微硬度,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。,3.影响电火花加工效率的主要因素,三、凹模型孔加工(一)、加工方法1、直接加工法 凸模作电极间隙为模具Z Z 尺寸小电极需电镀 Z 尺寸大 电极需腐蚀 如:电机定子、转子硅钢片冲模 工艺简单,电加工性差,2、混合法 将凸模的加长部分选用与凸模不同的材料,与凸模一起加工,以粘接或钎焊部分作穿孔电极的工作部分。,3、修
6、配凸模法 凸模和工具电极分别制造,在凸模上留一定的修配余量,按电火花加工好的凹模型孔修配凸模,达到所要求的凸、凹模的配合间隙。,4、二次电极法 利用一次电极制造出二次电极,再分别用一次和二次电极加工出凹模和凸模,并保证凸、凹模配合间隙。硬质合金,无成型磨情况下,(二)、电极设计 1、结构:,2、尺寸:1)横截面尺寸 以凹模为基准 A,B均为凹模尺寸 a=A-2 b=B+2 c不变,整体式,组合式,镶拼式,以凸模为基准 Z=2 电极与凸模尺寸相同 Z2电极比凸模尺寸均匀扩大 电镀电极 电极缩小或放大的数值可按下式计算,2)长度尺寸 L=Kt+h+l+(0.40.8)(n-1)Kt k-电极材料、
7、型孔复杂系数。紫铜2 2.5,石墨1.72,钢3 3.5 n-电极的使用次数3)公差 1/21/3凹模刃口公差、尺寸精度不低于IT7级精度、表面粗糙度应在以上 Ra0.631.25 m,4、电极材料 损耗小、加工稳定性好 铜:稳定性好、损耗大 钢:稳定性差、损耗中石墨:稳定性好、损耗小5、电规准的选择 电规准即是一组电加工参数 如:ti t0 I U 粗规准Ra12.5 m ti=120300 s 中规准 Ra1.60.8 m ti=90120 s 精规准Ra0.630.32 m ti=45 s 正极性加工 电规准在转换时,同时要调节油压,逐渐增大,负极性加工,6、凹模型孔电火花加工实例 所示
8、为冲裁电机定子片的凸凹模,凹模型孔有24个槽,冲件厚度为0.5mm,配合间隙为0.030.07mm(双边),模具材料为。,1).电极(凸模)的制造加工工艺 锻造退火粗、精刨淬火与回火成形磨削。或:锻造退火刨(或铣)淬火与回火磨上、下平面线切割加工。凸模长度应加长一段。作为电火花加工的电极,长度值根据凹模刃口高度而定。,2).凸凹模加工工艺锻造退火粗车、精车(上、下面)样板划线加工螺钉孔、粗加工各槽孔淬火与回火磨平面退磁用组合后的凸模作电极,电火花加工槽孔。,四、凹模型腔电火花加工,盲孔加工,排屑难,加工面积大,电规准调节范围大,(一)凹模型腔电火花加工方法,(1)单电极加工法;指用一个电极加工
9、出所需型腔 1)用于加工形状简单、精度要求不高的型腔。2)用于加工经过预加工的型腔。3)用平动法加工型腔。用一个电极完成型腔的粗、中、精加工,电极作平面圆周运动的回转半径,缺点是难以获得高精度的型腔,难以清棱、清角此外,电极在粗加工中容易引起不平的表面龟裂,,2.多电极更换法采用多个电极,依次更换加工同一个型腔的方法,采用不同的电规准,一般用两个电极进 行粗、精加工,仿形精度高,尤其适用于尖角、窄缝多的型腔加工。要求多个电极的一致性好,制造精度高,装夹精度高,一般只用于精密型腔的加工。,3.分解电极法分解电极法是单电极平动法和多电极更换法的综合应用,(二)电极设计1.电极结构设计,2.电极尺寸
10、的确定:(1)电极水平截面尺寸的确定确定方法与型孔加工相同采用电极平动加工时,其计算公式为,a电极水平方向尺寸 A 型腔的基本尺寸 K 与型腔尺寸标注有关的系数 b电极单边缩放量 e 平动量 Hmax 粗规准加工时表面微观不平度最大值 Hmin精规准加工时表面微观不平度最大值式中,“”放大-“+”号;反之用“-”号。当型腔尺寸以两加工表面为尺寸界线标注时,若蚀除方向相反,取K=2;蚀除方向相同,取K=0;当型腔尺寸以中心线或非加工面为基准标注时,取K=1;凡与型腔中心线之间的位置尺寸以及角度尺寸相对应的电极尺寸不缩不放,取K=0。,2)电极垂直方向尺寸:电极在平行于主轴方向上的尺寸,(3)排气
11、孔和冲油孔 1)冲油孔设计在难以排削、窄缝等处,2)排气孔设计在蚀除面积较大的位置,(三)电规准的选择与转换 1.电规准的选择 实现低损耗、高生产率加工。,(1)粗规准 选用宽脉冲(),大峰值电流,用负极性。用石墨电极电流密度为,纯铜电极加工钢材的电流密度可稍大一些。(2)中规准 为精加工作准备;电极损耗尽可能小,选用脉冲宽度,电流密度也比粗加工小一些。(3)精规准 余量0.10.2mm。采用窄的脉冲宽度()和小的峰值电流,正极性加工,电极损耗大(25左右,2.电规准的转换,粗规准一般选择l档;中规准和精规准一般选择24档 型腔的侧面修光,是靠调节电极的平动量来实现的。当采用单电极平动加工时,
12、应相应调节电极的平动量。,(四)型腔电极的制造 1.电极材料的选择 采用石墨与紫铜,黄铜、铸铁、钢不适于型腔加工,原因是加工时损耗较大,2.电极制造工艺 紫铜、黄铜电极,不能进行成形磨削加工,由数控铣床加工成形,经钳工锉削作最后修整。(1)磨:按图样要求在平面磨床上磨六面(铜及石墨电极,应在小台钳上,用刮研的方法刮平或磨平)。(2)划线:按图样要求在划线平台上划线。(3)铣:按划线线条及轮廓,在数控铣床上加工成形,并留有0.2mm左右的精加工余量。(4)钳工修整:按图样要求,将电极精修成形,并进行钻孔和装夹等工作。,五)凹模型腔电火花加工实例,注射模镶块,材料为40Cr,硬度为3840HRC,
13、表面粗糙度,侧面棱角清晰。加工工艺,第二节 数控线切割加工,一、概述(一)线切割机床的加工原理 1、电火花线切割加工也是利用电极和工件之间的脉冲放电的电腐蚀作用,对工件进行加工的一种工艺方法。其加工原理与电火花成型加工相同,但加工中利用的电极是金属丝(钼丝或铜丝),工件接在脉冲电源的正极,电极丝接负极。,线切割机床,A微细结构和复杂形状,应用,零件工艺分析,手工,自动,编程,数控装置,功放,机床,步进电机,脉冲,运丝,变频,2、加工过程,3、快走丝、慢走丝线切割机床,快走丝:0.080.22mm的钼丝作电极,往复循环,走丝速度为810m/s,加工精度为0.01mm 表面粗糙度Ra1.6 6.3
14、m。工作液为乳化液,如:DX-1、TM-1、502型。慢走丝:走丝速度是312m/min,电极丝广泛使用铜丝,单向移动,可达到加工精度0.001mm,表面粗糙度为Ra1.66.3m。价格比快走丝高。工作液为去离子水。,4、线切割加工特点,1与电火花成型相比不需要制作电极;2电极丝沿长度方向运动,加工中损耗少。3能加工精密、形状复杂而细小的内、外形面,以 及高熔点、高硬度难切削的材料。4自动化程度高,操作方便,周期短 5但不能加工母线不是直线的表面和盲孔。,二、数字程序的基本控制原理,脉冲当量:一个进给脉冲,工作台只进给一步距离,是机床精度的重要参数。,三、3B格式程序编制,数控程序就是用来控制
15、机床,使机床按照预定要求进行切割加工。变换成机器可以接受的指令码,这个全过程称为程序的编制。3B格式是数控线切割机床所用的程序之一。,(一)程序格式(无间隙补偿),1分隔符号B 用来将X、Y、J的数码分开,利于控 制机识别。2坐标值X、Y 即X、Y坐标的绝对值,单位m 坐标原点为线段起点,X、Y分别取线段在对应方向上的增量,即该线段在相对坐标系中的终点坐标的绝对值。X、Y允许取比值,若X或Y为零时,X、Y值均可不写,但分隔符号保留。例 B2000B0B2000GxL1 可写为BBB2000GxL1。坐标原点为圆心,X、Y取圆弧起点坐标的绝对值,但不允许取比值。,圆弧,直线,3计数方向G Gx
16、取X方向进给总长度计数 GY取Y方向进给总长度计数 用线段的终点坐标的绝对值进行比较,哪个方向数值大,就取该方向作为计数方向。即:|Y|X|时,取GY;|Y|X|时,取Gx;|Y|=|X|时,取Gx或GY,有些机床对此专门规定。,直线,圆弧,4计数长度J 根据计数方向,选取直线或圆弧在该方向上的投影总和(绝对值),单位m,线AB:取 GY,弧CD:取GY,J=3000 m,5加工指令Z 根据被加工图形的形状,所在象限和走向等确定。控制台根据这些指令,进行偏差计算,控制进给方向,看走向,看起点象限,直线,圆弧,B2000 B3000 B3000 Gy L2B2 B3 B3000 Gy L2,B1
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