PowerMILL数控加工编程项目化教程-项目六课件.pptx
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1、项目六模具电极设计,CONTENTS,学习任务,01,一、学习任务,通过学习和实施本任务,我们能够掌握模具电极设计的基础知识和基本步骤,并能够设计一套模具中难加工的结构部位的电极。,任务分析,02,二、任务分析,电极是模具加工中比较特殊的一种结构,是为特种加工中的电火花加工服务的。所以,对于大多数人来说,本任务比较陌生。但是,如果想完全掌握复杂零部件的加工过程,就必须掌握电极设计与加工知识。所以,根据实际情况,本次任务我们首先从简单的电火花加工基础知识、电极设计基础知识及入门讲起,然后再以一个实际的模具零件例子具体学习电极设计的基本步骤和方法。,任务实施详细步骤,03,三、任务实施详细步骤,三
2、、任务实施详细步骤,步骤1 电火花加工基础知识,电火花加工(Electricla Discharge Maching,简称EDM)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。,三、任务实施详细步骤,电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步,具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性、高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现,具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多,这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此,人们除了进一步发展和完善机械加工法之外,还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展
3、的需要,并在应用中显示出很多优异性能,因此得到了迅速发展和日益广泛的应用。,三、任务实施详细步骤,目前,电火花加工主要用于模具生产中的型孔、型腔加工,它已成为模具制造业的主导加工方法,推动了模具行业的技术进步。电火花加工零件的数量在3 000件以下时,比模具冲压零件在经济上更加合理。,三、任务实施详细步骤,1电火花加工原理进行电火花加工时,工具电极和工件分别接脉冲电源的两极,并浸入工作液中(或将工作液充入放电间隙),如图所示,通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给,当两电极间的间隙达到一定距离时,两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿,产生火花放电。,三、任务实施详细步骤,在放电的微细通道中瞬
4、时集中大量的热能,温度可高达一万摄氏度以上,压力也有急剧变化,从而使这一点工件表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化,并爆炸式地飞溅到工作液中,迅速冷凝,形成固体的金属微粒被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹,放电短暂停歇,两电极间工作液恢复绝缘状态。紧接着,下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿,产生火花放电,如此重复上述过程。这样一来,虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少,但因每秒有成千上万次脉冲放电作用,就能蚀除较多的金属,具有一定的生产率。,三、任务实施详细步骤,在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下,一边蚀除工件金属,一边使工具电极不断地向工件进给,最后便加
5、工出与工具电极形状相对应的形状(即反形状)来。因此,只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式,就能加工出各种复杂的型面。工具电极常采用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料,如铜、石墨、铜钨合金、钼等。在加工过程中,工具电极也有损耗,但小于工件金属的蚀除量,甚至接近于无损耗。工作液作为放电介质,在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质,如煤油、去离子水和乳化液等。,三、任务实施详细步骤,2电火花加工的特点和用途1)电火花加工的主要特点,三、任务实施详细步骤,2电火花加工的特点和用途1)电火花加工的主要特点,三、任务实施详细步骤,2电
6、火花加工的特点和用途2)电火花加工的主要用途,三、任务实施详细步骤,3电火花加工的类型按工艺过程中工具电极与工件相对运动的特点和用途不同,电火花加工可大体分为:电火花成型加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花展成加工、非金属电火花加工和电火花表面强化等。,三、任务实施详细步骤,1)电火花成型加工该方法是通过工具电极相对于工件作进给运动,将工具电极的形状和尺寸复制在工件上,从而加工出所需要的零件。它包括电火花型腔加工和电火花穿孔加工两种。近年来,为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题,在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工,取得了良好的社会经济效益。,三、任务实
7、施详细步骤,2)电火花线切割加工该方法是利用移动的细金属丝作工具电极,按预定的轨迹进行脉冲放电切割。按金属丝电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。我国普遍采用高速走丝线切割,近年来正在发展低速走丝线切割。线切割时,电极丝不断移动,其损耗很小,因而加工精度较高。其平均加工精度可达0.01 mm,大大高于电火花成型加工。表面粗糙度Ra值可达1.6或更小。,三、任务实施详细步骤,4电火花加工的特性1)电火花加工速度与表面质量模具在电火花机加工一般会采用粗、中、精分档加工方式。粗加工采用大功率、低损耗的方式实现,而中、精加工电极相对损耗大,但一般情况下中、精加工余量较少,因此电极损耗也极小,
8、可以通过加工尺寸控制进行补偿,或在不影响精度要求时予以忽略。,三、任务实施详细步骤,2)电火花碳渣与排渣电火花机加工在产生碳渣和排除碳渣平衡的条件下才能顺利进行。实际中往往以牺牲加工速度去排除碳渣,例如,在中、精加工时采用高电压、大休止脉波等等。另一个影响排除碳渣的原因是加工面形状复杂,使排屑路径不畅通,此时只能开创良好排除的条件来应对。3)电火花工件与电极相互损耗电火花机放电脉波时间长,有利于降低电极损耗。电火花机粗加工一般采用长放电脉波和大电流放电,加工速度快,电极损耗小。在精加工时,小电流放电必须减小放电脉波时间,因为这样不仅加大了电极损耗,也大幅度降低了加工速度。,三、任务实施详细步骤
9、,步骤2 电极设计基础知识,电极设计是指模具设计制造人员根据模具零件的结构形状确定需要电火花加工部位,设计出在电火花加工机床上加工所用的电极。使用电火花加工时,电极本身非常灵活,不受模具造型的影响。用电极进行加工,可以将电极做成一个整体,即一个电极,但是如果有加工不到的盲区或很难加工的地方,又可以把盲区和难加工的部分分解成容易加工的若干电极,即把整体电极拆分成若干小电极,只要这几部分拼接起来能够把产品造型全部包含即可。,三、任务实施详细步骤,1电极常用的材料在电火花加工中,电极材料的性能将影响电极的电火花加工性能,因此,正确选择电极材料至关重要。电火花加工所用电极材料应满足以下几点要求:,三、
10、任务实施详细步骤,随着材料科学的发展,人们对电火花加工所用工具电极材料不断进行着探索和创新。目前,在研究和生产中已经使用的电极材料有石墨、铜或钨等单金属、铜和钨的合金、钢、铸铁、铜基复合材料、聚合物复合材料和金刚石等。,三、任务实施详细步骤,2电极结构及各部分的作用一个完整的电极应具备以下几部分结构,即产品形状部分、火花位、打表分中位、避空直身位、基准角,如图所示。,三、任务实施详细步骤,1)产品形状部分产品形状部分是电极的核心组成部分,缺了它或者这部分损坏,这个电极就没有任何意义了。电极在电火花机上对模具进行放电加工,模具型腔(产品表面形状)就是由这个部分来加工的。2)火花位火花位是电极与模
11、具之间没有填充的带状区域。两个携带有不同电荷的物体只有在相互距离很近但并没有接触的时候才会放电,当距离过大或者是完全接触时,都不会有放电现象产生。所以,电极和模具实际上是没有接触的,也就是说电极的表面和模具的表面是相差一个火花位距离的等距面。,三、任务实施详细步骤,3)打表分中位在模具电火花加工时,模胚的形状是一个长方体,通过校表和分中就可以把工件放平整,找到模具的中心,这样才能把想要加工的部分准确地加工到模具上。同时,电极还必须有能够把电极放正并定位的结构部件,这就是打表分中位。打表分中位的外形尺寸一般取整数,其边缘到成型部位边缘一般取38 mm,高度一般取515 mm。,三、任务实施详细步
12、骤,4)避空直身位避空直身位的侧面是直的,高度一般在工件最高处加25 mm,它在电火花加工中的作用是保证型腔在加工到需要的深度时,不至于碰到模具表面,也就是起到避空的作用。另外,电火花加工会产生大量的残渣,避空直身位也可以方便地将残渣冲走。5)基准角电极一般都需要加工一个或两个基准角。电极在对模具进行电火花加工时,需要正确安装电极,基准角就是用来校核电极与模具的相对方向的。,三、任务实施详细步骤,3电极的分类电极设计应该考虑到可行性、实用性、强度、加工方便性、成本以及外形美观等因素,且电极越少越好。根据电极成型部位的不同和难易程度,可以将电极分为整体电极、骨位电极和镶拼电极。1)整体电极整体电
13、极是用一整块材料加工而成,是最常用的结构形式,如图所示。此类电极多用于尺寸大小和复杂程度一般的模具。,三、任务实施详细步骤,2)骨位电极骨位电极主要用于成型模具的加强筋位置。一般模具的骨位都比较细小,加工时容易变形。为了防止加工变形,在不影响加工的情况下,常在骨位位置增加材料以进行巩固。3)镶拼电极当电极的形状极其复杂时,整体加工比较困难,就可以将电极分成几个部分,分别加工后再镶拼成整体。这样既节省材料又便于制造。镶拼电极适用于单块电极坯料不够或尺寸较大和形状复杂的模具。根据加工工艺,电极可分为粗加工用电极(俗称粗公)、半精加工用电极(俗称中公)、精加工用电极(俗称幼公或精公)。,三、任务实施
14、详细步骤,4电极设计要点电极设计是数控编程加工之外的一项加工技术,主要用于编程加工后无法加工到的部位的加工。电极设计的质量直接影响模具加工的速度和质量。在设计过程中,需要多与模具师傅多沟通并及时总结经验。简单而言,电极设计就是复制要加工的曲面并适当延伸,同时创建一个基座的过程。如果设计电极的人员有做模具的经验,电极的设计就更简单了。,三、任务实施详细步骤,为有效掌握电极设计的知识,我们对电极设计总结了以下几点:,三、任务实施详细步骤,三、任务实施详细步骤,步骤3 电极设计入门,【情境描述】图为水泵模具型腔的三维图。经过分析可知,此型腔模具结构中有非常深而窄小的尖角。在数控加工中,考虑到刀具的强
15、度问题、刀具直径和刃长比值的限制,这些深而窄小的尖角是无法或者不方便用数控加工方式加工出来的。由此,我们可以采用电火花加工。因此,本任务就以此模型为例,简要介绍设计用于电火花加工的电极的整体流程和相关知识。,三、任务实施详细步骤,【学习目标】(1)确定需要电火花加工的型位。(2)设计电火花加工时电极的夹持方法、电极的材料、电极的尺寸、放电间隙和数量;(3)导出电极清单和电火花加工图纸。【实施过程】1确定电火花加工型位利用PowerMILL软件提供的最小半径阴影和拔模角阴影工具,我们可以探测出无法加工的部位,也可通过尺寸测量目测出机加工无法加工的部位。本模型比较简单,非常容易就可以知道需要电火花
16、加工的型位如图所示。,三、任务实施详细步骤,局部放大,三、任务实施详细步骤,2提取电火花放电面本步的思路为先建立模型的坐标系、刀具,保存成项目,之后选取放电面。(1)选择【文件】【输入模型】菜单命令,打开“输入模型”对话框,输入本书配套素材中的“Ch06Samplepump.dgk”文件,效果如图所示。,三、任务实施详细步骤,(2)由于世界坐标系不在模型表面的正中央,同时Z坐标轴也不垂直于上下表面。所以,我们需要对模型进行坐标系设置,目的是为后面进行电极设计做准备。右击资源管理器中的“用户坐标系”选项,从弹出的快捷菜单中选择【产生并定向用户坐标系】【用户坐标系对齐于几何形体】命令,然后将光标移
17、至如图所示侧面的合适位置后单击,即创建了一个用户坐标系“1”。,三、任务实施详细步骤,(3)在资源管理器中,右击用户坐标系“1”,从弹出的快捷菜单中选择【激活】命令,将其激活。(4)我们希望用户坐标系“1”的Z轴正向垂直于型腔上表面而非侧面,所以需要对坐标系进行调整。在资源管理器中右击用户坐标系“1”,从弹出的快捷菜单中选择【用户坐标系编辑器】命令,打开“用户坐标系编辑器”工具栏,如图所示。,三、任务实施详细步骤,(5)单击“用户坐标系编辑器”工具栏中的“绕X轴旋转”按钮,打开“旋转”对话框,在“角度”编辑框中输入“90”,单击 按钮,让用户坐标系“1”绕X轴旋转90,如图所示。,三、任务实施
18、详细步骤,(6)单击“用户坐标系编辑器”工具栏中的“接受改变”按钮,此时的用户坐标系“1”如图所示。,三、任务实施详细步骤,(7)单击“主要”工具栏中的“毛坯”按钮,打开“毛坯”对话框,单击 按钮,自动计算产生毛坯,然后单击 按钮,如图所示。,三、任务实施详细步骤,(8)右击资源管理器中的“用户坐标系”选项,从弹出的快捷菜单中选择【产生并定向用户坐标系】【使用毛坯定位用户坐标系】命令,然后单击毛坯上面的中心定位球,以其为原点创建新用户坐标系“2”,如图所示。(9)激活新创建的用户坐标系“2”,可以看到毛坯的位置随新坐标系“2”发生了移动。此时我们只要按照前面介绍的方法重新计算毛坯即可,毛坯将自
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