第五章模具制造與材料成型

1、第五章 模具制造與材料成型5.1電火花線切割加工5.1.1實訓目的1、了解電火花線切割加工的原理、特點和應用。2、了解編制電火花線切割加工程序的方法。3、了解電火花線切割加工機床的操作方法。5.1.2實訓內(nèi)容1、講解電火花線切割加工機床的組成、原理、特點及應用。2、演示電火花線切割加工機床的加工過程。3、學生上機操作了解電火花線切割加工機床加工零件的過程。5.1.3實訓設備電火花線切割加工機床兩臺，兩臺均為中走絲機床。5.1.4 線切割機床加工原理電火花切割時，在電極絲和工件之間進行脈沖放電。如圖11電極絲接脈沖電源的負極，工件接脈沖電源的正極。當來一脈沖電源時，在電源絲和工件之間產(chǎn)生一次火花

2、放電，在放電通道的中心瞬時溫度可高達10000以上，高溫使工件金屬融化，甚至有少量氣化，高溫也使電極絲和工件之間的工作液部分生產(chǎn)氣化，這些氣化后的工作液和金屬蒸汽瞬間迅速膨脹，并具有爆炸的特性。這種熱膨脹和局部微爆炸。拋出融化和氣化的金屬材料而現(xiàn)實對工件材料的進行電蝕切割加工。通常認為電極絲與工件的放電間隙電在0.01mm左右，若電脈沖電壓高，放電間隙會大一些。線切割編程時，一般取電=0.01mm。圖5-1線切割機床加工原理每來一個電脈沖時，要保證在電極絲和工件之間產(chǎn)生的是火花放電是而不是電弧放電，火花放電必要的條件，首先必須是兩個電脈沖之間有足夠的間隙時間使放電間隙中的介質(zhì)消電離，即使放電通

3、道中的帶粒子復合為中性粒子，恢復本次放電通道處間隙中介質(zhì)的絕緣強度，以免總在同一處發(fā)生放電而導致電弧放電。一般脈沖間隙應為脈沖寬度的4倍以上。為了保證火花放電時電極絲（一般用鉬絲）不被燒斷，必須向放電間隙注入大量工作液，以使電極絲得帶充分冷卻，同時電極絲必須作高速軸向運動，以避免火花放電總在電極絲的局部位置而被燒斷，電極絲速度約在710mm/s左右。高速運動的電極絲，有利于不斷往放電間隙中帶入新的工作液，同時也有利于把電蝕產(chǎn)物從間隙中帶出去。電花線切割加工時，為了獲得比較好的表面粗糙度和好的尺寸精度，并保證鉬絲不被斷，應選擇好相應的賣唱參數(shù)，使工件與鉬絲之間的放電火花放電，而不是電弧放電。5.

4、1.5 數(shù)控線切割機床結構數(shù)控線切割機床由工作臺、運絲機構、絲架、床身四部分組成。1）工作臺主要由拖板、導軌、絲桿運動副、齒輪傳動機構組成。如圖5-2所示： 圖5-2工作臺結構1-下拖板2-中拖板3-上拖板4-滾珠絲桿5-步進電機6-齒輪傳動機構2）運絲機構由儲絲筒組合件上、下拖板、齒輪副、絲桿副、換向裝置和絕緣件等組成，如圖5-3所示。 圖5-3儲絲筒組合件 1-儲絲筒2-電動機3-聯(lián)軸器4-絲桿5-支架6-支架7-拖板8-底座9-螺母3）絲架采用單柱支撐、雙臂懸梁結構，如圖5-4： 圖5-4絲架結構示意圖 圖5-5走絲示意圖5.1.6 線切割機機床操作練習1、線切割機床操作準備1）熟悉3B

5、格式編程方法。2）檢查脈沖電源、控制臺接線、各按鈕位置是否正常。3）檢查線切割機床的電極絲是否都落入導輪槽內(nèi)，饋電塊是否與電極絲有效接觸，鉬絲松緊是否適當。4）檢查行程撞塊是否在兩行程開關之間的區(qū)域內(nèi)，冷卻液管是否通暢。5）用油槍給工作臺導輪副、齒輪副、絲杠螺母及貯絲機構加油（HJ-30機械油），線架導輪加HJ-5高速機械油。6）開機前確定機，機床處于下列狀態(tài)：電柜門必須關嚴，絲筒行程撞塊不能壓住行程開關，急停按鈕處于復位的狀態(tài)。如未繞絲開機剛應該使斷機開關處于位。7）安裝工件，電極絲接脈沖電源輸出負極，工件接脈沖電源輸出正極。2、線切割機床的操作步驟（現(xiàn)場詳細講解）1）開啟機床主要按鍵：緊急

6、停止開關、主電源開關、控制柜開關、控制軟件打開2) 線切割控制系統(tǒng)加工操作（繪圖、生成程序）3) 加工參數(shù)設置4）切削加工中 注意觀察機床是否有異常的情況出現(xiàn)。5）切切割完畢后將工件臺停留在中位，按正確的順序關閉電源，將工件，夾件擦試后指定的位置。清除切宵，擦試機床，保證工作臺面和機身的清潔。3、線切割機床的工件裝夾線切割機床工件裝夾的一般要求：工件裝夾的形式對加工精度有直接的影響。電火花線切割機床的夾件比較簡單，一般地是在線線切割機床通用夾件上采用壓板螺釘固定工件。為了適應各種形狀的加工要求，還可以使用磁性夾件，旋轉(zhuǎn)夾件，或者專用夾件等。工件裝夾的一般要求：（1）工件在基準面應該清潔無毛刺，

7、經(jīng)熱處理的工件。在穿絲孔內(nèi)及擴孔的臺階處，要求清潔熱處理的多余的廢物和氧化皮。（2）夾具應該具有必要的精度，將其穩(wěn)定的固定要工作臺上，擰緊螺絲時用力要均勻。（3）工件裝夾時候的位置應該有種于工件的找正。并應該與機床行程相適應工件臺移動時候工件不得與線架有接觸。（4）對工件的夾緊力要均勻，不得使工件變形或者是移位。（5）大批零件加工時，最好采用專用的夾具，以提高生產(chǎn)的效率。（6）細小，精密，薄壁的工件應該固定在不易變形的輔助夾具上。4、工件的找正當拿到一張圖紙的時候，或者一個工件的時候，如何裝夾。找正切割才能既省事又能達到較好的效果呢？找正的方法有劃線按基準面和按孔找正的方法具體的分析方法如下：

8、1、按劃線找正：（1）：線切割加工的型腔的位置和其它的他已成型的型腔位置要求不嚴格時，可靠緊基面后。穿絲可按劃線定位。（2）：同一工件上型孔之間相互位置要求，但與外形要求不嚴，又都是只用線切割一道工序加工時，也可按基面靠緊，按劃線定位、穿絲，切割一個型孔后卸線，走一段規(guī)定的距離，再穿絲切第二個型孔，如此重復，直至加工完畢。2、按基本孔或已成型孔找正：（1）按已成型的孔找正。當線切割型孔位置與外型要求不嚴，但與工件他工藝已成型的型崆位置要求嚴時，可靠緊基面后按車工內(nèi)型型孔找正后走步距再加工。（2）按基準孔找正。線切割加工工件較大，但切割型孔總的行程未超過機床行程。又要求按外型找正時，可按外形尺寸

9、做出基準孔，線切割時按基面靠直后再按基準孔定位。3、按外形找正。當線切割型孔位置與外形較嚴時，可按外形尺寸來定位。此時最少要磨出側垂直基面，有的甚至要磨六面。圓形工件通常要求圓柱面和端面垂直。這樣?？繄A柱面即可定位。當切割型孔在中心且與外形同軸度要求不嚴。又無方向性時，可直接穿絲，然后用剛尺比一下外形，絲在中間即可。若與外形同軸度雖要求不嚴但有方向性時。當基準孔無法磨時（如很小）也可按線仔細找正。按外形找正有兩種，一是直接按外形找正，二是按工件外形配做一胎具，找正胎具外形，工件固定好后即可加工。5、工藝參數(shù)選擇合理選擇電參數(shù)(1) 要求切割速度時：當脈沖電源的空載電壓高、短路電流大、脈沖寬度大

10、時候，則切割速度高。但是切割速度和表面粗糙度的要求是互相矛盾的兩個切割速度好受到間隙消點離的限制，也就是說，脈沖間隔也要適宜。(2) 要求表面粗糙度好時：若切割的工件厚度在80mm也內(nèi)，則選用分組波的脈沖電源為好，它與同樣能量的距離形波脈沖電源相比，在相同的切割速度條件下、可以獲得較好的 表面粗糙度。(3) 要求電極撕損耗小時：多選用前階梯脈沖波形或脈沖前沿上升緩慢的波形，由于這種波形電流的上升率底，故可以見效絲損。(4) 要求切割厚工件時；選用矩形波、高電壓、大電流、大脈沖寬度和大的脈沖間隔可充分消電離，從而保證加工的穩(wěn)定性。若加工模具厚度為20-60mm，表面粗糙度值為1.6-3.2um，

11、脈沖電源的點參數(shù)可在如下范圍內(nèi)選取：脈沖寬度4-20us 脈沖幅值60-80v加工電流0.8-2A切割速度約為 1540mm2/min選擇上述的下限數(shù)，表面粗糙度為Ra=1.6um，隨著參數(shù)的增大，表面粗糙度增值Ra: 3.2um。加工鋪工件和試切樣板時，點參數(shù)應取小些，否則會使放電間隙的增大。加工厚工件如（ 模）時，電參數(shù)應適當?shù)娜〈笮駝t會使加工不穩(wěn)定，模具質(zhì)量下降。5.1.7 練習操作切割加工一個五角星(尺寸學生自定義)5.2注塑機加工5.2.1實訓目的1、了解注塑加工的原理及注塑機的結構。2、了解注塑機的使用和保養(yǎng)常識。3、了解注塑機的操作。5.2.2實訓內(nèi)容1、理解注塑加工的原理、

12、特點和應用。2、講解注塑機的結構、組成、使用和保養(yǎng)。3、現(xiàn)場操作注塑機，演示加工過程（手動、半自動和全自動）。5.2.3實訓設備海天注塑機SA2500、SA3800兩臺。5.2.4 注塑機加工原理注塑成型也稱為注射成型,它是目前塑料加工中最普遍的采用的方法之一,可用來生產(chǎn)空間幾何形狀非常復雜的塑料制件.注塑成型原理-將塑料顆粒定量加入到注塑機的料筒內(nèi),通過料筒的傳熱,以及螺桿轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的剪切摩擦作用使塑料逐步熔化呈粘流狀態(tài)熔體,然后在柱塞或螺桿的高壓推擠下,以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注入到溫度較低的閉合模具的型腔中.由于模具的冷卻作用,使模腔內(nèi)的熔融塑料逐漸凝固并定型,最后開啟模具便可以從

13、模腔中推出具有一定形狀和尺寸的注塑件.注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是實現(xiàn)和保證成型制品質(zhì)量的前提，而為滿足成型的要求，注射必須保證有足夠的壓力和速度。同時，由于注射壓力很高，相應地在模腔中產(chǎn)生很高的壓力（模腔內(nèi)的平均壓力一般在2045MPa之間），因此必須有足夠大的合模力。由此可見，注射裝置和合模裝置是注塑機的關鍵部件。5.2.5注塑機的分類注塑機根據(jù)塑化方式分為柱塞式注塑機和螺桿式注塑機，按機器的傳動方式又可分為液壓式、機械式和液壓機械（連桿）式，按操作方式分為自動、半自動、手動。5.2.6注塑機的結構組成圖5-6 海天注塑機結構圖海天注塑機是浙江寧波海天注塑機有限公司開發(fā)的一

14、種高效、精密曲肘式注塑成型機。主要包括：鎖模部分、射膠部分、機門、機架、液壓系統(tǒng)及電氣控制部分。各部分功能如下：鎖模部分：保證模具可靠閉緊和實現(xiàn)模具啟閉動作及頂出制品。射膠部分：固態(tài)塑料從落料斗進入料筒，經(jīng)過螺桿擠壓剪切使固態(tài)塑料熔融，并注射入模具。機 門：起保護操作者及設備的作用。機 架：所有各部分固定用。液壓系統(tǒng)：在電氣控制元件的控制下使鎖模及射膠部分完成各種動作。電氣系統(tǒng)：有數(shù)控及電腦控制之分，在操作者的指揮下控制各部分的動作。主要周期動作順序為：合模（射嘴前進）注射壓力保持與制品冷卻，同時塑化熔膠（射嘴后退）開模頂出制品合模。（括號內(nèi)動作可省略）海天注塑機射膠部分采用一線螺桿由低速高扭

15、矩馬達直接驅(qū)動塑化，雙缸平衡式注射，單缸射移動作，鎖模部分采用五點斜排式連桿機構，是目前較先進的裝置。（一）、射膠部分功能及特點射膠部分由：料管組、射移油缸、射膠油缸、射膠頭板、落料斗和液壓馬達組成。主要動作：進料、射移、注射、熔膠。料管組包括：螺桿、料筒、加熱圈、射嘴法蘭及射嘴。螺桿：是注塑機的重要部件。它的作用是對塑料進行輸送、壓實、熔化、攪拌和施壓。機筒的結構其實就是一根中間開了下料口的圓管。分流梭是裝在螺桿前端形狀象魚雷體的零件。止逆環(huán)(過膠圈) ：是防止塑料熔體在注射時往后泄漏的一個零件。射嘴是聯(lián)接料筒和模具的過渡部分。有直通式射嘴、自鎖式射嘴、杠桿針閥式射嘴。法蘭：是連接射嘴與機筒

16、的零件。加料斗是儲存塑料原料的部件。（二）、鎖模部分功能及特點鎖模部分總體結構如圖，由鎖模油缸、尾板、機鉸及十字頭、頂針油缸、二板、導柱、機械安全鎖和頭板組成。主要動作：快速鎖模、入閘、高壓鎖模、高壓開模、出閘、快速開模。優(yōu)點：1）合模迅速，2）模板的運動速度和鎖模力軌跡比較理想，速度是兩頭慢，中間快，鎖模力是兩頭大，中間小，3）剛性好，鎖模可靠，有較大的備用鎖模力。4）操作安全可靠。5）鎖模參數(shù)經(jīng)優(yōu)化設計，開鎖模動作更快捷平穩(wěn)。不足之處：不能成型深孔制品，數(shù)控調(diào)模復雜，合模力重復精度不高，對模具平行度要求高。（三）、液壓部分液壓系統(tǒng)是將機械能轉(zhuǎn)化為液壓壓力能，然后進行傳輸和控制，最后再轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

17、機械能。1、液壓系統(tǒng)一般由下列要素組成：動力元件：油泵。把機械能轉(zhuǎn)化為液壓能。控制元件：各類閥。按工作需要使工作液以一定的方向、壓力和流量送往各執(zhí)行機構。執(zhí)行元件：油缸或馬達。將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能。輔助元件：油管、油箱、濾清器、蓄能器。分別起輸油、貯油、過濾、貯存壓力能等作用。工作介質(zhì)：液壓油。通過它進行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和控制。2、液壓油的污染與防控：污染原因有：外部原因和內(nèi)部原因。外部原因指固體的雜質(zhì)、水分、其他油類及空氣進入系統(tǒng)。內(nèi)部原因是指除原有新油液帶來的污染外，使用過程中相對運動零件的磨損和液壓油物理化學性能的變化。（四）、注塑機操作過程的安全注意事項養(yǎng)成良好的注塑機操作習慣對提高機

18、器壽命和生產(chǎn)安全都大有好處。1、開機之前（1）檢查電器控制箱內(nèi)是否有水、油進入，若電器受潮，切勿開機。應由維修人員將電器零件吹干后再開機。（2）檢查供電電壓是否符合，一般不應超過±15%。（3）檢查急停開關，前后安全門開關是否正常。驗證電動機與油泵的轉(zhuǎn)動方向是否一致。（4）檢查各冷卻管道是否暢通，并對油冷卻器和機筒端部的冷卻水套通入冷卻水。（5）檢查各活動部位是否有潤滑油（脂），并加足潤滑油。（6）打開電熱，對機筒各段進行加溫。當各段溫度達到要求時，再保溫一段時間，以使機器溫度趨于穩(wěn)定。保溫時間根據(jù)不同設備和塑料原料的要求而有所不同。（7）在料斗內(nèi)加足足夠的塑料。根據(jù)注塑不同塑料的要

19、求，有些原料最好先經(jīng)過干燥。（8）要蓋好機筒上的隔熱罩，這樣可以節(jié)省電能，又可以延長電熱圈和電流接觸器的壽命。2、操作過程中（1）不要為貪圖方便，隨意取消安全門的作用。（2）注意觀察壓力油的溫度，油溫不要超出規(guī)定的范圍。液壓油的理想工作溫度應保持在4550之間，一般在3560范圍內(nèi)比較合適。（3）注意調(diào)整各行程限位開關，避免機器在動作時產(chǎn)生撞擊。3、工作結束時（1）停機前，應將機筒內(nèi)的塑料清理干凈，預防剩料氧化或長期受熱分解。（2）應將模具打開，使肘桿機構長時間處于閉鎖狀態(tài)。（3）車間必須備有起吊設備。裝拆模具等笨重部件時應十分小心，以確保生產(chǎn)安全。（五）、注塑成型條件控制注塑成型是一門工程技

20、術，它所涉及的內(nèi)容是將塑料轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏貌⒛鼙３衷行阅艿闹破?。注射成型的重要工藝條件是影響塑化流動和冷卻的溫度，壓力和相應的各個作用時間。A、溫度控制1、料筒溫度：注射模塑過程需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。前兩種溫度主要影響塑料的塑化和流動，而后一種溫度主要是影響塑料的流動和冷卻。每一種塑料都具有不同的流動溫度，同一種塑料，由于來源或牌號不同，其流動溫度及分解溫度是有差別的。2、噴嘴溫度：噴嘴溫度通常是略低于料筒最高溫度的，這是為了防止熔料在直通式噴嘴可能發(fā)生的"流涎現(xiàn)象"。噴嘴溫度也不能過低，否則將會造成熔料的早凝而將噴嘴堵死，或者由于早凝料注入模腔而影響

21、制品的性能。3、模具溫度：模具溫度對制品的內(nèi)在性能和表觀質(zhì)量影響很大。模具溫度的高低決定于塑料結晶性的有無、制品的尺寸與結構、性能要求，以及其它工藝條件（熔料溫度、注射速度及注射壓力、模塑周期等）。B、壓力控制：注塑過程中壓力包括塑化壓力和注射壓力兩種，并直接影響塑料的塑化和制品質(zhì)量。1、塑化壓力：（背壓）采用螺桿式注射機時，螺桿頂部熔料在螺桿轉(zhuǎn)動后退時所受到的壓力稱為塑化壓力，亦稱背壓。這種壓力的大小是可以通過液壓系統(tǒng)中的溢流閥來調(diào)整的。在注射中，塑化壓力的大小是隨螺桿的轉(zhuǎn)速都不變，則增加塑化壓力時即會提高熔體的溫度，但會減小塑化的速度。此外，增加塑化壓力常能使熔體的溫度均勻，色料的混合均勻

22、和排出熔體中的氣體。一般操作中，塑化壓力的決定應在保證制品質(zhì)量優(yōu)良的前提下越低越好，其具體數(shù)值是隨所用的塑料的品種而異的，但通常很少超過20公斤/平方厘米。2、注射壓力：在當前生產(chǎn)中，幾乎所有的注射機的注射壓力都是以柱塞或螺桿頂部對塑料所施的壓力（由油路壓力換算來的）為準的。注射壓力在注塑成型中所起的作用是，克服塑料從料筒流向型腔的流動阻力，給予熔料充模的速率以及對熔料進行壓實。C、成型周期完成一次注射模塑過程所需的時間稱成型周期，成型周期直接影響勞動生產(chǎn)率和設備利用率。成型周期由以下組成：開模時間、合模時間、注射時間和脫模時間等。5.2.7 ABS塑料注塑參數(shù)輸入練習 (1) ABS 塑料的干燥：ABS 原料要控制水分在013 %以下。注塑前的干燥條件是: 干冬季節(jié)在7580 以下, 干燥23h , 夏季雨水天在8090 下, 干燥48h , 如制件要達到特別優(yōu)良的光澤或制件本身復雜, 干燥時間更長, 達816h。(2) 注射溫度：ABS 塑料的溫度