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成型模具中高精度凹模的电火花加工
2013-7-11  来源:  作者:中国工程物理研究院 潘晓斌,雷天才

      在生产过程中,有一批高精度成型模具需要加工。该套零件的生产、装配精度要求极高。在这套模具中,作为核心零件的凹模是该模具的成型面,直接影响到零件的外形尺寸和成型质量。因此,凹模的制造是整套模具成败的关键。该模具凹模如图1 所示,材料为模具钢,要求在热处理( 淬火后的硬度为HRC65 70) 后加工。同时该零件型面的尺寸精度、形位精度以及表面粗糙度要求也非常高,其中球面轮廓度为0. 01 mm,球面尺寸为SR18 + 0. 0120,表面粗糙图1 模具凹模度为Ra0. 2; 直段内径为35 + 0. 0180, 表面粗糙度Ra0. 2。采用常规的加工方法无法加工或者加工出来的产品无法满足设计需要。由于该零件是模具钢,因此可以考虑采用电加工,解决零件精度高和表面粗糙度高的难点。

 

      由于凹模球面和直段都具有很高的尺寸精度,因此无法一次完成加工。根据以往的加工经验,把型腔的加工分为两个步骤进行: 直段采用圆柱电极平动加工; 球形型腔采用球形电极一次加工成型。加工中需要解决以下问题: ( 1) 电极精度的复印; ( 2) 工件的尺寸精度和形位精度控制; ( 3) 工件表面光洁度控制。电极精度的复印主要由主轴回转精度和电极制造精度来保证。文中采用的电火花机床的主轴跳动在0. 001 mm 以下,为该零件的生产打下了基础。

 

1 凹模加工工艺方法

 

      1. 1 电极尺寸精度和形位精度控制

      根据前面介绍可以知道,电火花加工过程就是一个复印过程,通过放电加工,电极的形状复印到零件上面。为了保证凹模型面的精度,在确定电极时,要考虑的因素有电极型面表面粗糙度、电极球面轮廓度以及电极型面球面半径SRd和相应的公差配合。根据分析,设计了如图2 所示的电极。其中电极柄部与电火花机床的主轴连接,要求柄部圆柱度在0. 01 mm 以内。电极球面的轮廓度要等于或者高于凹模型面的轮廓度,因此采取了与凹模一样的轮廓度要求。同时,由于在加工过程中电极旋转,所以要求电极球面与柄部有较好的同轴度,这样电极旋转的时候才能减小电极跳动对凹模型面的影响,在文中控制在0. 01 mm 以内。另外,在加工过程中发现,电极粗糙度与工件粗糙度没有直接的对应关系。电极表面粗糙度控制为Ra0. 8

 

  

      1. 2 工艺参数确定

 

      根据加工余量不同,把加工分为粗加工、半精加工和精加工,以此确定SRd 及其相应的公差取值。具体取值见表1 所示。

 

  

      加工之前,使用高精度弹簧夹头夹持电极柄部,并同时找正柄部。找正精度控制在0. 01 mm 以内。这样,很好地保证了电极与主轴头的同轴度,减小了加工过程中电极旋转对凹模的影响。

 

      1. 3 凹模表面光洁度控制

 

      凹模粗糙度要求Ra0. 2,因此在电加工过程中的表面粗糙度在满足精度要求的条件下要尽可能地高。通过对电火花放电机理的研究,采用了混粉电火花加工的方法。通过在电火花加工液中加入一定量的粉末,可以明显提高零件的表面光洁度。在精加工的过程中停止冲液,使放电产生的微细颗粒悬浮在电极与工件之间,加工过程中改变电解液的导电性能导致二次放电的发生,达到混粉加工的效果。同时,在精加工过程中,调整并优化放电参数( 脉宽、脉冲时间) 以及主轴旋转速度等,以达到加工效果最优。加工完成后,发现残留在凹模表面的电腐蚀产物会影响到凹模型面的光洁度,根据多年电加工的经验,采取用手辅助打掉电腐蚀层,取得很好的效果,表面光洁度从Ra0. 4 提高到Ra0. 2

 

2 加工结果

      采用上述工艺加工出来的凹模的计量结果如表2所示。计量数据显示全部满足设计要求。

 

 

3 结论

 

      采用外形复制以及混粉加工的原理,通过选取合适的电参数,辅以手动光整,顺利地完成了高精度凹模的加工,取得了理想的加工效果。在下一步的工作中,调整加工策略,还可以进一步提高凹模的表面光洁度,以达到更好的效果。

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