第一章模具機(jī)械加工基礎(chǔ)

1、 第一章機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定一，模具加工工藝規(guī)程制定機(jī)械加工工藝過程：用機(jī)械加工的方法直接改變毛坯形狀、尺寸和機(jī)械性能等，使之變?yōu)楹细窳慵倪^程，稱為機(jī)械加工工藝過程。生產(chǎn)過程：將原材料或半成品轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程稱為生產(chǎn)過程。主要包括：（1）產(chǎn)品投產(chǎn)前的生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備過程（2）毛坯的制造過程（3）零件的加工過程（4）產(chǎn)品的裝配過程（5）各種生產(chǎn)服務(wù)活動工藝規(guī)程的作用體現(xiàn)在以下方面： （1）工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)的重要技術(shù)文件。 （2）工藝規(guī)程是生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理的依據(jù)。 （3）工藝規(guī)程是新建或擴(kuò)建工廠或車間主要技術(shù)資料。制定模具工藝規(guī)程的基本原則（1）必須可靠保證加工出符合圖樣及所有技術(shù)要求的產(chǎn)品

2、或零件。 （2）保證最低的生產(chǎn)成本和最高的生產(chǎn)效率。 （3）保證良好的安全工作條件。 （4）保證工藝技術(shù)的先進(jìn)性。制定工藝規(guī)程所需的原始資料主要有：產(chǎn)品裝配圖、零件圖；產(chǎn)品驗收質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領(lǐng)；毛坯材料與毛坯生產(chǎn)條件；工廠的生產(chǎn)條件；工藝規(guī)程設(shè)計、工藝裝備設(shè)計所用設(shè)計手冊和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；國內(nèi)外先進(jìn)制造技術(shù)資料等。制定工藝規(guī)程的步驟（1）研究產(chǎn)品的裝配圖和零件圖，進(jìn)行工藝分析。（2）由零件生產(chǎn)綱領(lǐng)確定零件生產(chǎn)類型。（3）確定毛坯的種類、技術(shù)要求和制造方法。（4）擬訂零件加工工藝路線。（5）確定各工序的加工余量，計算工序尺寸及其公差。（6）確定各工序的技術(shù)要求及檢驗方法。（7）選擇各工序使用

3、的機(jī)床設(shè)備及刀具、夾具、量具和輔助工具等工藝裝備。（8）確定各工序的切削用量及時間定額。（9）填寫工藝文件。二模具零件的工藝分析零件結(jié)構(gòu)的工藝性：是指所設(shè)計的零件在滿足使用性能要求的前提下制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)某個零件的結(jié)構(gòu)形狀在現(xiàn)有的工藝條件下，既能方便地制造，又有較低的制造成本，這種零件結(jié)構(gòu)的工藝性就好。零件的技術(shù)要求包括：尺寸精度、幾何形狀精度、各表面的相互位置精度、表面質(zhì)量、零件材料、熱處理及其它要求。分析時應(yīng)注意以下兩點：（1）零件的技術(shù)要求既要滿足設(shè)計要求，又要便于加工。（2）在滿足產(chǎn)品使用性能的條件下，零件圖上標(biāo)注的尺寸精度等級和表面粗糙度要求應(yīng)取最經(jīng)濟(jì)值。零件機(jī)構(gòu)工藝性要求有

4、六點：.零件的整體結(jié)構(gòu)、組成各要素的幾何形狀盡量統(tǒng)一。.盡量減少切削用量，材料及切削刀具的消耗量.盡量采用普通刀具、量具加工要便于裝夾，裝夾次數(shù)少.加工部位要有足夠的剛性.盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、借用件和相似件。三毛坯的選擇 1毛坯的種類模具零件所用的毛坯種類主要有：型材、鑄件、鍛件和半成品件四種。 選擇毛坯的原則： （1）零件材料對加工工藝性能和力學(xué)性能的要求。 （2）零件的形狀結(jié)構(gòu)和尺寸。 （3）生產(chǎn)類型。 （4）生產(chǎn)條件。.選擇毛坯要總和考慮以下因素的影響：. 零件材料及力學(xué)性能. 零件材料的工藝性. 零件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸. 生產(chǎn)類型. 工廠生產(chǎn)條件四定位基準(zhǔn)的選擇基準(zhǔn)：用來確定生產(chǎn)對象

5、上的幾何要素所依據(jù)的那些點、線、面。基準(zhǔn)按其功用不同可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。（1）設(shè)計基準(zhǔn) 在零件圖上用來確定其它點、線、面位置的基準(zhǔn)，稱為設(shè)計基準(zhǔn)。（2）工藝基準(zhǔn) 在加工、測量和裝配過程中使用的基準(zhǔn)，稱為工藝基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)按用途不同可分為工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)：在加工時，為了使零件相對于機(jī)床和刀具占據(jù)的正確位置（即將零件定位），所使用的基準(zhǔn)稱為定位基準(zhǔn)。 測量基準(zhǔn)：測量時所采用的基準(zhǔn)。裝配基準(zhǔn)：它是裝配時用來確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對位置。工序基準(zhǔn)：在工序圖上用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸，形狀，位置的基準(zhǔn)。（）粗基準(zhǔn)的選擇原則. 應(yīng)選不加工表面作粗基準(zhǔn)。

6、. 需要保證某重要加工表面的加工余量均勻，應(yīng)選該表面作粗基準(zhǔn)。 . 應(yīng)選擇毛坯余量小的表面作粗基準(zhǔn). 選作粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)盡可能平整，不能有飛邊、澆口、冒口或其它缺陷，以確保零件定位準(zhǔn)確、夾緊可靠。 .一般情況下粗基準(zhǔn)不重復(fù)使用。 （2）精基準(zhǔn)的選擇 1）基準(zhǔn)重合原則。 2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。 3）自為基準(zhǔn)原則。 4）互為基準(zhǔn)原則。 5）保證零件安裝準(zhǔn)確、可靠，操作方便的原則。五零件工藝路線的擬定（1）選擇定位基準(zhǔn)（2）表面加工方法的選擇（3）加工階段的劃分（4）工序的集中與分散（5）加工順序的安排選擇零件表面加工的方法和依據(jù)：1) 零件材料性質(zhì)及熱處理要求。2) 零件表面加工的尺寸公差

7、等級和表面粗糙度。3) 零件表面加工的位置精度要求。4) 零件的形狀和尺寸。5) 生產(chǎn)類型。6) 具體條件。加工順序的安排.機(jī)械加工工序的安排原則：p57概括為十六字訣：基準(zhǔn)先行，先主后次，先粗后精，先面后孔。.熱處理工序的安排p571) 預(yù)備熱處理：目的是改善加工性能，為最終熱處理作好準(zhǔn)備和消除殘余應(yīng)力，如：正火、退火、時效處理。工序安排：粗加工前、后和需要消除應(yīng)力處。2) 最終熱處理：提高力學(xué)性能，如調(diào)質(zhì)、淬火、滲碳淬火、滲氮等。工序安排：安排在半精加工之后，精加工之前。.加工階段的劃分一般分為：粗加工、半精加工、精加工和光整加工四個階段。a) 粗加工階段：切除加工表面上的大部分余量，使毛

8、坯接近成品。b) 半精加工階段：為主要表面的精加工做好必要的精度和余量準(zhǔn)備，并完成一些次要表面的加工。c) 精加工階段：使精度要求高的表面達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量要求。d) 光整加工階段：提高表面的尺寸精度和減少表面粗糙度。加工余量的確定為了保證零件的質(zhì)量，在加工過程中，需要從加工表面上切除的金屬層厚度，稱為加工余量加工余量一般有兩種分類方法： （1）總加工余量和工序余量。 （2）基本加工余量、最大加工余量、最小加工余量。 2影響加工余量的因素 （1）上道工序后的表面粗糙度和 表面缺陷層深度。 （2）上道工序的尺寸公差Ta。 （3）上道工序各表面之間相互位置的空間誤差a。 （4）本工序加工時的

9、安裝誤差b3確定加工余量的方法（1）分析計算法 以一定的實驗數(shù)據(jù)資料和計算公式為依據(jù)。（2）經(jīng)驗估計法 依靠經(jīng)驗采用類比法估算確定加工余量的大小。（3）查表修正法 以有關(guān)工藝手冊和資料所推薦的加工余量為基礎(chǔ)。第二章 模具的特種加工方法3.1 模具電火花成形加工電火花加工：是在一定介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極之間脈沖火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象，對工件進(jìn)行加工，從而達(dá)到圖紙規(guī)定的形狀、尺寸和表面粗糙度要求的一種工藝方法。 電火花加工的原理圖如圖31所示工具電極4與工件1分別與脈沖電源2的兩個輸出端連接，并且都浸在工作液里，自動進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置3使工具電極與工件之間保持一定的放電間隙（一般約為0.010.

10、2mm）。脈沖電源不斷發(fā)出脈沖電壓加在工具電極與工件之間，當(dāng)脈沖電壓增大到間隙中工作液的擊穿電壓時，將會發(fā)生火花放電，放電區(qū)的高溫把該處的電極和工件材料熔化，甚至汽化，在電極和工件表面都被蝕除一小塊材料，形成小的凹坑3.1.2 電火花加工必須具備的條件（1）必須使工件電極和工具電極之間經(jīng)常保持一定的間隙，一般為0.010.2mm。 （2）電火花放電必須是脈沖性和間歇性的，放電延續(xù)時間一般為10-710-4s。 （3）電火花放電必須在具有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行。液體介質(zhì)沒有一定絕緣性能，就不能擊穿放電，形成火花通道。3.1.3 電火花加工的特點（1）可以加工用一般機(jī)械加工方法難以加工或無法

11、加工的材料。（2）工具電極和工件在加工過程中不接觸，不存在明顯的機(jī)械作用力，工件不會受力變形，便于加工小孔、深孔、薄壁、窄縫以及各種型面和型腔零件。（3）直接利用電能進(jìn)行加工，便于實現(xiàn)加工過程的自動控制。（4）脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)方便，在同一臺機(jī)床上可以連續(xù)進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。（5）電極材料不必比工件材料硬，可以以柔克剛。（6）只能對導(dǎo)電材料進(jìn)行加工，且加工過程中有電極損耗，對加工精度有影響。 3.1.4 電火花成型加工機(jī)床（1）主機(jī) 主機(jī)包括：主軸頭、床身、立柱、工作臺、工作液槽等。 （2）脈沖電源。 （3）自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 （4）工作液凈化及循環(huán)系統(tǒng)。電火花機(jī)床的組成：電火花成型加工機(jī)

12、床本體的主要組成部分：脈沖電源、間隙自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工作液及循環(huán)過濾系統(tǒng)、主機(jī)等四部分組成。脈沖電源：工頻交流電轉(zhuǎn)化為一定頻率的單向脈沖電源，提供電火花加工所需能量。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)：測量環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)和執(zhí)行環(huán)節(jié)等四部分組成。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用：為了使加工過程連續(xù)進(jìn)行，電極必須不斷、及時地調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，以維持所需的放電間隙。工作液及循環(huán)過濾系統(tǒng)的作用：采取強(qiáng)迫循環(huán)的辦法把清潔工作液由液壓泵加壓，強(qiáng)迫沖入工具電極與工件之間的放電間隙，排出間隙產(chǎn)物，穩(wěn)定加工。可分為：沖油式和抽油式。循環(huán)過濾系統(tǒng)的組成：電動機(jī)、液壓泵、過濾器、工作液槽、管道、閥門及測量儀等。機(jī)床主體部分：主軸頭、床身、立柱

13、、工作臺及工作液槽。.影響加工質(zhì)量的主要因素：電火花加工后的表面質(zhì)量包括：表面粗糙度、表面變化層、顯微裂紋及表面層的力學(xué)性能。1) 表面粗糙度2) 表面變化層（凝固層和熱影響層）3) 顯微裂紋4) 表面變化層的力學(xué)性能.影響加工精度的主要因素：放電間隙的大小、工具電極的損耗及其穩(wěn)定性。.影響電火花加工速度的因素：電參數(shù)、極性效應(yīng)、工件材料的熱物理常數(shù)、工作液等。熱物理常數(shù)：比熱容、熔化潛熱、汽化潛熱、熔點、沸點、熱導(dǎo)率。極性效應(yīng)：電火花加工時，無論是正極還是負(fù)極都會受到不同程度的腐蝕，即使兩個電極材料相同，也往往會出現(xiàn)正、負(fù)極的腐蝕速度不一樣，這種現(xiàn)象為極性效應(yīng)。正極性效應(yīng)：把工件接脈沖電源正

14、極時的加工。負(fù)極性效應(yīng)：把工件接脈沖電源負(fù)極時的加工。.工作液的作用是：1) 具有介電性：擊穿時能形成火花放電通道，結(jié)束后迅速恢復(fù)間隙絕緣狀態(tài)。2) 絕緣性強(qiáng)度比較高3) 壓縮火花放電通道，使放電通道的截面積很小，電流密度很高，提高生產(chǎn)率。4) 急劇氣化，產(chǎn)生局部高壓有利于電蝕產(chǎn)物的排出5) 冷卻工具電極，防止熱變形電火花穿孔加工的特點：1) 能加工出各種高硬度、高強(qiáng)度、高韌性的金屬材料2) 能有效加工一般機(jī)械加工難以加工的形孔3) 加工表面粗糙度為0.8-3.2,單面放電間隙為0.01-0.154) 沖模的配合間隙均勻，刃口耐磨，提高了模具質(zhì)量；對于復(fù)雜的凹?？梢圆挥描偲词綑C(jī)構(gòu)，提高了模具強(qiáng)

15、度電火花穿孔加工的方法為：直接配合法，混合加工法，凸模修配法和二次電極。3.1.5 電火花加工在模具制造中的應(yīng)用1凹模型孔加工對于型孔形狀復(fù)雜的凹模，采用電火花加工可以不用鑲拼結(jié)構(gòu)，而采用整體結(jié)構(gòu)。這樣既簡化了模具的結(jié)構(gòu)，又提高了模具的壽命。 （1）保證凸、凹模配合間隙的方法 1）直接配合法 2）混合法 3）修配凸模法 4）二次電極法（2）電極設(shè)計 1）電極材料 常用電極材料包括：鋼 、鑄鐵、石墨 、黃銅 、紫銅 、銅鎢合金。 2）電極結(jié)構(gòu) a. 整體式電極 b. 組合式電極 c. 鑲拼式電極3）電極尺寸 電極尺寸包括長度尺寸和橫截面尺寸。 a. 電極的長度尺寸 LKH + H1 + H2 +

16、（0.40.8）（n1）KH b. 電極的橫截面尺寸 當(dāng)按照凹模型孔尺寸和公差確定電極的橫截面尺寸時，則電極的輪廓應(yīng)比型孔均勻地縮小一個放電間隙值。 2型腔加工（1）型腔加工的工藝方法 1）單電極加工法 單電極加工法指用一個電極加工出所需型腔的方法。 2）多電極加工法 3）分解電極法（2）電極和工件的定位 型腔模電極和工件裝夾校正后，必須相互定位，以保證型腔在模具上的位置精度。常用的定位方法如下： a. 量塊角尺定位法 b. 十字線定位法c. 定位板定位法 型腔模的有：鍛模、壓鑄模、膠木模、塑料模、玻璃模、橡膠模。型腔模加工的特點：. 不僅側(cè)面形狀和尺寸精度較高，而且形狀和尺寸精度要求也較高。

17、. 屬于三維曲面加工，蝕除量較大，要求粗精加工速度快。. 電極損耗小. 粗加工后的側(cè)面修光較難型腔電火花加工工藝方法：單電極平動加工法，多點極更換加工法及分解電極更換法。電火花線切割加工電火花線切割加工的工作原理與電火花加工基本相同，都是利用電火花放電使金屬熔化或氣化。但是電火花線切割加工與電火花加工相比有一些突出的優(yōu)點，在應(yīng)用范圍上也有所不同。 電火花線切割加工的工作原理、特點和應(yīng)用原理：電火花線切割加工利用細(xì)鉬絲或細(xì)銅絲5作工具電極，穿過工件3上預(yù)先鉆好的小孔（穿絲孔），由導(dǎo)向輪6由貯絲筒9帶動，相對工件作上下往復(fù)運(yùn)動。加工能源由脈沖電源4供給，工件接脈沖電源的正極，電極絲接負(fù)極。脈沖電壓

18、將電極絲和工件之間的間隙（放電間隙）擊穿，產(chǎn)生瞬時火花放電，將工件放電區(qū)局部熔化或氣化，從而實現(xiàn)切割加工。 2電火花線切割加工的特點1) 不需要制作成型的工具電極，可節(jié)約電極設(shè)計、制造費(fèi)用，縮短生產(chǎn)周期。2) 由于電極絲比較細(xì)，可以加工微細(xì)異形孔、窄縫和形狀復(fù)雜的工件。3) 加工過程中，電極損耗極小，有利于加工精度的提高。4) 對工件輪廓進(jìn)行加工，余料仍可利用。5) 加工電流小，屬于中、精加工范圍，采用正極性加工。6) 自動化程度高，操作方便，加工周期短，成本低。7) 不能加工盲孔類或階梯類成形表面3電火花線切割加工的應(yīng)用（1）加工模具零件 適用于加工淬火鋼、硬質(zhì)合金模具零件、各種形狀的細(xì)小零

19、件、窄縫等。（2）加工電火花成型加工用的電極 適用于加工一般電火花加工型孔時用的電極，以及加工帶錐度型腔時用的電極。（3）加工零件 適用于加工品種多、數(shù)量少的零件，特殊難加工材料的零件等。1快速走絲線切割機(jī)床快速走絲線切割機(jī)床是我國生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。它采用鉬絲（0.080.2mm）或銅絲（0.3mm左右）作電極。電極絲在貯絲筒的帶動下通過加工縫隙作往復(fù)循環(huán)運(yùn)動，一直使用到斷線為止。走絲速度約為810m/s，加工精度較低，目前能達(dá)到的加工精度為±0.01mm，表面粗糙度為Ra2.50.63m。2慢速走絲線切割機(jī)床慢速走絲線切割機(jī)床是國外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。它采用紫銅、黃銅、鎢、鉬

20、等作為電極絲，直徑約為0.030.35mm。一般走絲速度低于0.2m/s。電極絲單方向通過加工縫隙，不重復(fù)使用，可避免電極絲損耗對工件加工精度的影響。慢速走絲電火花線切割機(jī)床的加工精度可達(dá)到±0.001mm，表面粗糙度可達(dá)到Ra0.32m。 電火花線切割加工：機(jī)床主體、脈沖電源、數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床主體：床身、坐標(biāo)工作臺、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)以及工作液循環(huán)系統(tǒng)。脈沖電源：晶體管脈沖電源。數(shù)控系統(tǒng)的主要作用：按加工要求自動控制電極絲相對工件的運(yùn)動軌跡和進(jìn)給要求，實現(xiàn)工件尺寸的加工。電火花線切割加工的工藝路線：1) 電極絲的準(zhǔn)備2) 工作液的選配3) 工件的準(zhǔn)備4) 工件的裝夾5) 電規(guī)準(zhǔn)的選擇2毛坯準(zhǔn)備

21、電火花線切割加工所用的毛坯一般是經(jīng)過下料鍛造退火機(jī)械粗加工淬火與回火磨削加工等工序后獲得。應(yīng)合理確定切割起點和加工路線，否則會大大降低加工精度。同時毛坯也應(yīng)盡量選擇鍛造性能好、淬透性好、熱處理變形小的材料制作，如CrWMn、Cr12MoV、G Cr15等，并制定嚴(yán)格的熱處理規(guī)范。 3工藝準(zhǔn)備（1）檢查機(jī)床走絲架的導(dǎo)輪、保持器和拖板絲桿副的間隙，不符合要求的應(yīng)及時調(diào)整更換，以免影響加工精度。（2）選擇脈沖參數(shù) （3）選配工作液（4）選擇電極絲 （5）開機(jī)試運(yùn)行，觀察走絲是否正常。 4零件裝夾和調(diào)整（1）零件的裝夾 電火花線切割機(jī)床一般在工作臺上配備安裝夾具，常用的裝夾方式有以下幾種： 1）懸臂式

22、裝夾 2）簡支式裝夾 3）橋式支撐方式裝夾 4）板式支撐方式裝夾 （2）零件的調(diào)整 1）用百分表找正 2）劃線法找正（3）調(diào)整電極絲起始位置 1）目測法 2）火花法 3）電阻法 .3 電化學(xué)及化學(xué)加工電化學(xué)加工（Electrochemical Machining 簡稱ECM）包括從工件上去除金屬的電解加工和向工件上沉積金屬的電鍍、涂覆加工兩大類。幾個基本概念：電極電位：金屬浸于電解質(zhì)溶液中，顯示出電的效應(yīng)，即金屬的表面與溶液間產(chǎn)生電位差，這種電位差稱為金屬在此溶液中的電位或電極電位。電極的極化：當(dāng)有外電場作用時，相對平衡的電極電位數(shù)值將發(fā)生變化。通常把在定電流密度作用下的電極電位與相對平衡的電

23、極電位的差值，稱為電極極化。常見的有電化學(xué)極化、濃差極化等。鈍化：鈍化是使金屬表面轉(zhuǎn)化為不易被氧化的狀態(tài)，而延緩金屬的腐蝕速度的方法。電化學(xué)反應(yīng)：在陽極陰極表面產(chǎn)生得、失電子的化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)加工：通過電化學(xué)反應(yīng)從工件上去除或鍍覆金屬材料的特種加工方法。電解加工：利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的原理去除工件材料的加工方法。電解加工的生產(chǎn)率：單位時間內(nèi)電解蝕除的金屬量。電解加工的原理與特點：1.1 電化學(xué)加工的原理與特點 1. 電化學(xué)加工的原理： 圖1-1所示為電化學(xué)加工的原理。兩片金屬銅(Cu)板浸在導(dǎo)電溶液，例如氯化銅(CuCl2)的水溶液中，此時水(H2O)離解為氫氧根負(fù)離子OH和氫正離子

24、H+，CuCl2離解為兩個氯負(fù)離子2Cl和二價銅正離子Cu+2。當(dāng)兩個銅片接上直流電形成導(dǎo)電通路時，導(dǎo)線和溶液中均有電流流過，在金屬片(電極)和溶液的界面上就會有交換電子的反應(yīng)，即電化學(xué)反應(yīng)。溶液中的離子將作定向移動，Cu+2正離子移向陰極，在陰極上得到電子而進(jìn)行還原反應(yīng)，沉積出銅。在陽極表面Cu原子失掉電子而成為Cu+2正離子進(jìn)入溶液。溶液中正、負(fù)離子的定向移動稱為電荷遷移。在陽、陰電極表面發(fā)生得失電子的化學(xué)反應(yīng)稱為電化學(xué)反應(yīng)。這種利用電化學(xué)反應(yīng)原理對金屬進(jìn)行加工(圖1-1中陽極上為電解蝕除，陰極上為電鍍沉積，常用以提煉純銅)的方法即電化學(xué)加工。電化學(xué)加工分類：3. 電化學(xué)加工的適用范圍電化

25、學(xué)加工的適用范圍，因電解和電鍍兩大類工藝的不同而不同。電解加工可以加工復(fù)雜成型模具和零件，例如汽車、拖拉機(jī)連桿等各種型腔鍛模，航空、航天發(fā)動機(jī)的扭曲葉片，汽輪機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的扭曲葉片，齒輪、液壓件內(nèi)孔的電解去毛刺及擴(kuò)孔、拋光等。電鍍、電鑄可以復(fù)制復(fù)雜、精細(xì)的表面。1電解加工的原理及特點1) 基本原理：電解加工是利用金屬在電解液中的“電化學(xué)陽極溶解”來將工件成型的。如圖2-1所示，在工件(陽極)與工具(陰極)之間接上直流電源，使工具陰極與工件陽極間保持較小的加工間隙(0.10.8 mm)，間隙中通過高速流動的電解液。這時，工件陽極開始溶解。開始時，兩極之間的間隙大小不等，間隙小處電流密度大，陽極金

26、屬去除速度快；而間隙大處電流密度小，去除速度慢。隨著工件表面金屬材料的不斷溶解，工具陰極不斷地向工件進(jìn)給，溶解的電解產(chǎn)物不斷地被電解液沖走，工件表面也就逐漸被加工成接近于工具電極的形狀，如此下去直至將工具的形狀復(fù)制到工件上。 2) 電解加工與其他加工方法相比較，它具有下列特點:(1) 能加工各種硬度和強(qiáng)度的材料。只要是金屬，不管其硬度和強(qiáng)度多大，都可加工(2) 生產(chǎn)率高，約為電火花加工的510倍，在某些情況下，比切削加工的生產(chǎn)率還高，且加工生產(chǎn)率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。(3) 表面質(zhì)量好，電解加工不產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變質(zhì)層，又沒有飛邊、刀痕和毛刺。在正常情況下，表面粗糙度Ra可達(dá)0.2

27、1.25 m，平均加工精度±0.05mm左右。(4) 陰極工具在理論上不損耗，基本上可長期使用。電解加工當(dāng)前存在的主要問題是加工精度難以嚴(yán)格控制，尺寸精度一般只能達(dá)到0.150.30 mm。此外，電解液對設(shè)備有腐蝕作用，電解液的處理也較困難。2. 電解加工設(shè)備電解加工的基本設(shè)備包括直流電源、機(jī)床及電解液系統(tǒng)三大部分。1) 直流電源電解加工常用的直流電源為硅整流電源和晶閘管整流電源，其主要特點及應(yīng)用見表2。2) 機(jī)床電解加工機(jī)床的任務(wù)是安裝夾具、工件和陰極工具，并實現(xiàn)其相對運(yùn)動，傳送電和電解液。它與一般金屬切削機(jī)床相比，有其特殊要求： （1）有足夠的剛性 （2）穩(wěn)定的進(jìn)給速度 （3）防

28、腐絕緣與好的安全措施3) 電解液系統(tǒng)電解液可分為中性鹽溶液、酸性鹽溶液和堿性鹽溶液三大類。其中中性鹽溶液的腐蝕性較小，使用時較為安全，故應(yīng)用最廣。常用的電解液有NaCl、NaNO3、NaClO3 三種。電解液的作用：1) 作為到點介質(zhì)、傳遞電流。2) 在電場作用下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，使陽極溶解能順利而有效的控制的進(jìn)行。3) 排出電解產(chǎn)物，帶走熱量。電解加工的基本工藝規(guī)律172電解加工的精度主要取決于：陰極的型面精度，復(fù)制精度及重復(fù)精度。陰極的型面精度：設(shè)計精度和制造精度。復(fù)制精度：加工出的形狀和尺寸與陰極尺寸和形狀相符合的程度。重復(fù)精度：指同一個工具電極加工一批工件的形狀和尺寸的一致性。提高電解加

29、工精度的途徑：（一）脈沖電流電解加工（二）小間隙電解加工（三）改進(jìn)電解液（四）混氣電解加工3.3 模具電解磨削加工1電解磨削原理 電解磨削又稱電化學(xué)磨削，是將金屬的電化學(xué)陽極溶解作用和機(jī)械磨削作用相結(jié)合的一種復(fù)合磨削工藝。電解磨削加工的原理圖如圖346所示。與一般磨削加工相比，電解磨削具有如下特點。 加工范圍廣，加工效率高。 磨削后的表面質(zhì)量好。 砂輪損耗小。 與普通磨削相比，電解磨削也存在不足2電解磨削機(jī)床 電解磨削機(jī)床由機(jī)床主體、電解電源和電解液循環(huán)過濾系統(tǒng)等組成。4電解磨削的應(yīng)用 （1）電解平面磨削。（2）電解內(nèi)、外圓磨削。 （3）電解成形磨削。3.4 模具電鑄成形加工 3.4.1 電鑄

30、成形原理和特點 電鑄成型原理如圖3-52所示。在直流電源3的作用下，陽極上的表面金屬發(fā)生陽極溶解反應(yīng)而變?yōu)檎x子進(jìn)入電鑄液，而電鑄液中的金屬離子在陰極沉積覆蓋在母模上。 2電鑄成形特點 復(fù)制精度高。 電鑄件有良好的使用性能。 電鑄設(shè)備簡單，容易操作。 電鑄效率低。 電鑄層結(jié)構(gòu)性差。 3.4.2 電鑄設(shè)備 電鑄槽。電鑄槽有內(nèi)熱式和外熱式。 直流電源。電鑄采用低電壓、大電流的直流電源，常用硅整流或晶閘管直流電源。 攪拌系統(tǒng)。攪拌的方法有循環(huán)過濾法、超聲振動法和機(jī)械攪拌法等。 恒溫控制裝置。加熱時可用電爐、加熱管，冷卻時可用冷水管或冷動機(jī)，加熱和冷卻一般通過溫度傳感器來控制。3.4.3 電鑄成形工藝

31、過程 1. 母模設(shè)計2電鑄前的預(yù)處理 3電沉積 4脫模與加固 超聲加工7.1 超聲波及其特性7.2 超聲波加工的原理及特點7.3 超聲波加工設(shè)備7.4 超聲波加工的工藝規(guī)律7.5 超聲波加工的應(yīng)用7.1 超聲波及其特性q 振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動, 簡稱波。波動的物理實質(zhì)是能量的傳遞過程。p 可聞聲波：頻率在16160000 Hz之間的聲波。p 次聲波：頻率低于16 Hz的聲波。p 超聲波：頻率高于16000 Hz的聲波。p 特超聲波：頻率高于1010 Hz的聲波。2、超聲波的基本特性（1）超聲波與聲波一樣，在氣體、液體和固體等不同彈性介質(zhì)中傳播時，其傳播速度不同。 （2）超聲波能傳遞很

32、強(qiáng)的能量，它對其傳播方向上的障礙物施加壓力（聲壓）。超聲波是一種縱波，其振動能量的強(qiáng)弱可用能量密度來衡量, 其能量密度可達(dá)100W/cm2 以上。（3）超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化作用，強(qiáng)化加工過程的進(jìn)行。 （4）超聲波會產(chǎn)生反射、干涉和共振現(xiàn)象，出現(xiàn)波的疊加作用，從而獲得更大的加工能量。 7.2 超聲波加工的原理與特點 1、超聲波加工的基本原理 超聲波加工是利用超聲波作動力，推動磨料以極高的速度沖擊工件表面，工件材料在磨料打擊下被破壞、脫落。 p 超聲發(fā)生器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槌曤娬袷帲籶 換能器將電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動；p 變幅桿將振幅放大至0.050.1mm，驅(qū)動工

33、具作超聲振動。p 工具推動磨料高速撞擊、拋磨工件，擊碎工件表面材料，并使之去除；p 工作液產(chǎn)生的液壓沖擊波和空化作用加快了表面材料的裂紋擴(kuò)展和破壞。p 超聲波加工是機(jī)械撞擊、拋磨、空化作用的綜合結(jié)果。其中撞擊起主要作用。2、超聲波加工的特點（1）適合加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料，例如玻璃、陶瓷、石英、寶石、金剛石等。（2）工具可用較軟的材料做較復(fù)雜的形狀。（3）工具與工件相對運(yùn)動簡單，使機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單。（4）切削力小、切削熱少，不會引起變形及燒傷，加工精度與表面質(zhì)量也較好。（5）超聲波加工的面積較小，工具頭磨損較大，因此，生產(chǎn)率低。超聲波加工裝置一般都由超聲發(fā)生器、超聲振動系統(tǒng)（聲

34、學(xué)部件）、機(jī)床本體和磨料工作液循環(huán)系統(tǒng)等部分組成。 7.4 超聲波加工的工藝規(guī)律一、加速度及其影響因素p 定義：加工速度指單位時間內(nèi)去除材料的多少，以mm3/min或g/min為單位來表示。 p 影響加工速度的因素：主要有工具的振幅和頻率、進(jìn)給壓力、磨料的種類和粒度、被加工材料、磨料懸浮液的濃度。p 過大的振幅和過高的頻率會使工具和變幅桿承受很大的內(nèi)應(yīng)力，振幅一般在0.010.1mm之間，頻率在1600025000Hz之間。p 在實際加工中需根據(jù)不同工具調(diào)至共振頻率，以獲得最大振幅，從而達(dá)到較高的加工速度2、進(jìn)給壓力的影響p 加工時工具對工件應(yīng)有一個適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給壓力。p 壓力過小時，工具端面與工

35、件加工表面間的間隙增大，從而減少了磨料對工件的錘擊力；p 壓力增大，間隙減少，當(dāng)間隙減少到一定程度則會降低磨料與工作液的循環(huán)更新速度，從而降低生產(chǎn)率。3、磨料種類和粒度的影響p 加工時針對不同強(qiáng)度的工件材料可選擇不同的磨料。p 磨料強(qiáng)度愈高，加工速度愈快，但要考慮價格成本。p 加工寶石、金剛石等超硬材料，必須選用金剛石；加工淬火鋼、硬質(zhì)合金，應(yīng)選用碳化硼；加工玻璃、石英和硅、鍺等半導(dǎo)體材料，選用氧化鋁磨料.磨料懸浮液濃度的影響p 磨料懸浮液濃度低，加工間隙內(nèi)的磨粒少，特別是在加工面積大、深度較大時可能造成加工區(qū)局部沒有磨料，使加工速度大大降低。p 磨料濃度的增加，加工速度也增加，但濃度太高，磨

36、粒在加工區(qū)域內(nèi)的循環(huán)運(yùn)動和對工件的撞擊運(yùn)動受到影響，又會導(dǎo)致加工速度降低。5、被加工材料的影響p 被加工材料愈硬脆，則承受沖擊載荷的能力愈低，愈易被去除加工，反之，韌性愈好，愈不易加工。二、加工精度的影響因素超聲波的加工精度，除了機(jī)床、夾具精度影響外，主要與以下因素有關(guān)： （1）磨料粒度； （2）工具精度及其磨損情況； （3）工具橫向振動大?。?（4） 加工深度； （5）被加工材料性質(zhì)等。 超聲波加工的孔徑范圍0.190mm，孔深為孔徑的1020被以上?？椎木瓤蛇_(dá)±0.02mm或更高。 三、表面質(zhì)量的影響p 超聲波加工具有良好的表面質(zhì)量，不會產(chǎn)生表面變質(zhì)層和燒傷；p 超聲波加工的表

37、面粗糙度主要與磨粒尺寸、工件材料性質(zhì)、超聲波振幅以及磨料懸浮液的成分等有關(guān)。Ø 磨粒尺寸愈小，超聲振幅愈小，工件材料越硬，生產(chǎn)率愈低，表面粗糙度愈會得到明顯改善；Ø 用煤油或者潤滑油代替水可使表面粗糙度值減小，提高表面質(zhì)量。模具成型零件的其他加工方法185頁第三章典型零件的機(jī)械加工軸類零件的加工（79頁）軸類零件功能及結(jié)構(gòu)特點：軸類零件是機(jī)器中的常見零件，也是重要零件，其主要功用是用于支承傳動零部件（如齒輪、帶輪等），并傳遞扭矩。軸的基本結(jié)構(gòu)是由回轉(zhuǎn)體組成，其主要加工表面有內(nèi)、外圓柱面、圓錐面，螺紋，花鍵，橫向孔，溝槽等。軸類零件的技術(shù)要求主要有以下幾個方面：（l）直徑精度

38、和幾何形狀精度 軸上支承軸頸和配合軸頸是軸的重要表面，其直徑精度通常為IT5IT9級，形狀精度（圓度、圓柱度）控制在直徑公差之內(nèi)，形狀精度要求較高時，應(yīng)在零件圖樣上另行規(guī)定其允許的公差。（2）相互位置精度 軸類零件中的配合軸頸（裝配傳動件的軸頸）對于支承軸頸的同軸度是其相互位置精度的普遍要求。普通精度的軸，配合軸頸對支承軸頸的徑向圓跳動一般為0.010.03mm，高精度軸為0.0010 . 005mm。此外，相互位置精度還有內(nèi)外圓柱面間的同軸度，軸向定位端面與軸心線的垂直度要求等。（3）表面粗糙度 根據(jù)機(jī)器精密程度的高低，運(yùn)轉(zhuǎn)速度的大小，軸類零件表面粗糙度要求也不相同。支承軸頸的表面粗糙度Ra

39、值一般為0.160. 63m，配合軸頸Ra值為0.632.5m。主軸的材料、毛坯和熱處理1主軸材料和熱處理的選擇。一般軸類零件常用材料為45鋼，并根據(jù)需要進(jìn)行正火、退火、調(diào)質(zhì)、淬火等熱處理以獲得一定的強(qiáng)度、硬度、韌性和耐磨性。對于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，可選用40Cr等牌號的合金結(jié)構(gòu)鋼，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火處理，使其淬火層硬度均勻且具有較高的綜合力學(xué)性能。精度較高的軸還可使用軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn，它們經(jīng)調(diào)質(zhì)和局部淬火后，具有更高的耐磨性和耐疲勞性。在高速重載條件下工作的軸，可以選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等滲碳鋼，經(jīng)滲碳淬火后，表面具有很高的硬度，而心部強(qiáng)度

40、和沖擊韌性好。在實際應(yīng)用中可以根據(jù)軸的用途選用其材料。如車床主軸屬一般軸類零件，材料選用45鋼，預(yù)備熱處理采用正火和調(diào)質(zhì)，最后熱處理采用局部高頻淬火。2主軸的毛坯。軸類毛坯一般使用鍛件和圓鋼，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸件（如曲軸）可使用鑄件。光軸和直徑相差不大的階梯軸一般以圓鋼為主。外圓直徑相差較大的階梯軸或重要的軸宜選用鍛件毛坯，此時采用鍛件毛坯可減少切削加工量，又可以改善材料的力學(xué)性能。主軸屬于重要的且直徑相差大的零件，所以通常采用鍛件毛坯。主軸加工的工藝過程一般軸類零件加工簡要的典型工藝路線是：毛坯及其熱處理軸件預(yù)加工車削外圓銑鍵槽等最終熱處理磨削。4.2.4 主軸加工工藝過程分析1定位基準(zhǔn)的選擇在一

41、般軸類零件加工中，最常用的定位基準(zhǔn)是兩端中心孔。因為軸上各表面的設(shè)計基準(zhǔn)一般都是軸的中心線，所以用中心孔定位符合基準(zhǔn)重合原則。同時以中心孔定位可以加工多處外圓和端面，便于在不同的工序中都使用中心孔定位，這也符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。2劃分加工階段主軸的加工工藝過程可劃分為三個階段：調(diào)質(zhì)前的工序為粗加工階段；調(diào)質(zhì)后至表面淬火前的工序為半精加工階段；表面淬火后的工序為精加工階段。表面淬火后首先磨錐孔，重新配裝錐堵，以消除淬火變形對精基準(zhǔn)的影響，通過精修基準(zhǔn)，為精加工做好定位基準(zhǔn)的準(zhǔn)備。3熱處理工序的安排45鋼經(jīng)鍛造后需要正火處理，以消除鍛造產(chǎn)生的應(yīng)力，改善切削性能。粗加工階段完成后安排調(diào)質(zhì)處理，一是可以提

42、高材料的力學(xué)性能，二是作為表面淬火的預(yù)備熱處理，為表面淬火準(zhǔn)備了良好的金相組織，確保表面淬火的質(zhì)量。對于主軸上的支承軸頸、莫氏錐孔、前短圓錐和端面，這些重要且在工作中經(jīng)常摩擦的表面，為提高其耐磨性均需表面淬火處理，表面淬火安排在精加工前進(jìn)行，以通過精加工去除淬火過程中產(chǎn)生的氧化皮，修正淬火變形。.加工順序的安排外圓表面的加工順序先加工大直徑外圓，然后加工小直徑外圓，以免開始降低了工件的剛度。深孔加工順序的安排鉆深孔在調(diào)質(zhì)之后進(jìn)行，若先鉆孔而后調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)后孔的彎曲得不到糾正。次要表面加工的安排主軸上的花鍵、鍵槽、螺紋、橫向小孔等次要表面的加工，通常安排在外圓精車、粗磨后進(jìn)行。導(dǎo)柱、導(dǎo)套的加工（89頁）（1）導(dǎo)柱、導(dǎo)套的技術(shù)要求 1）為了保證良好