摘 要:本文针对一典型零件中心四个凹模的加工,从凹凸模零件加工主要考虑因素、加工程序编制、工件装夹与调整、加工及检验四个方面进行工艺分析,从而使零件在电火花线切割机床上加工时能保证零件中心四个凹模的加工精度。这一经验总结也有助于今后加工类似零件时能达到加工要求。
关键词:凹模 电火花线切割 慢走丝 电极丝
现加工一凸凹模零件(如图1所示),材料为Cr12,热处理54~58HRC。
图1 凹凸模零件图
该零件加工工艺流程为:下料→锻造毛坯→退火→车外圆及端面(留磨削余量)→钳工划线定螺纹孔、销钉孔及穿丝孔位置→钻螺纹底孔、销钉孔,攻螺纹,铰销钉孔→铣床钻穿丝孔,铣漏料孔→淬火,低温回火,保证54~58HRC→磨外圆及端面至尺寸→线切割四个凹模(留研磨抛光量)→研磨抛光→检验。
分析该凹凸模零件,除对其中心的四个凹模有较高的尺寸精度、表面粗糙度要求外,还对2个六边形中心和2个半圆R5mm圆弧圆心分布圆轴心线与工件外圆柱面轴心线有同轴度的要求。若采用精铣和钳工研配的方法加工则难度较大,且成本高,因此采用电火花线切割来加工。
一、凹凸模零件加工的主要考虑因素
1.电火花线切割机床的选择
分析该零件中心的四个凹模,其表面粗糙度。Ra=0.85μm一般快走丝线切割机床加工工件表面粗糙度;Ra=1.25~2.5μm慢走丝线切割机床加工工件最佳表面粗糙度,Ra<0.5μm且加工圆度误差、直线度误差和尺寸误差都较快走丝线切割机床好很多。因此,选用现有的北京阿奇夏米尔CF20慢走丝线切割机床完成零件的四个凹模加工。
2.切割路线及切割次数确定
该零件中心的四个凹模切割顺序不同,将使得切割过程中产生的应力重新分布,从而引起工件变形不一致。按凹模1→3→2→4的顺序切割,较按凹模1→2→3→4的顺序切割产生的应力重新分布引起的工件变形小;且按凹模1→2→3→4的顺序切割零件只有单向误差,这样可降低零件累积误差。所以,采取凹模1→3→2→4的切割路线加工(如图2所示)。
图2 工件装夹与调整
多次切割是提高慢走丝线切割加工精度及表面质量的根本手段。对如图1所示零件凹模采用二次切割的方法加工,即先对四个凹模进行主切割加工,之后改变电极丝偏移量和加工参数再进行一次修整切割。这样不但可去除主切割时在料芯切落处留下的凸尖和拐角处的塌角量,提高表面质量,减少人工研磨抛光量,且能修整主切割过程中材料内部应力重新分布引起的变形,提高凹模的加工精度。
3.电极丝偏移量计算
现选择φ0.02mm的黄铜丝为电极丝,它能加工的拐角极限Rmin=0.15~2.2mm,第一次主切割后留0.02~0.03mm的修整切割余量。计算出电极丝中心偏移量 f1=δ+ d/2 + Δ + s = 2.2mm。(δ为单边放电间隙,δ≈0.005~0.007mm;d为电极丝直径;Δ为修整切割的加工余量,现取0.03mm;s为研磨抛光余量,约为0.01mm。)修整切割时取δ=0.007mm,f2=δ+ d/2 + s = 0.117mm。
4.确定穿丝孔位置
由于四个凹模分布圆轴心线与工件外圆柱面轴心线有同轴度要求,加工时应以外圆为基准找出工件的轴心,以工件轴心为基准进行各个凹模加工。因此将切割起始点设置在六边形中心和半圆圆心处。热处理前在六边形中心和半圆圆心位置钻φ4mm的穿丝孔。
5.工作液及加工参数选择
CF20慢走丝线切割机床采用去离子水作为工作液,加工时应合理设置导电率,以保持较高的切割速度。
选择加工参数的主要依据是切割部分的表面轮廓度。 根据工件材料切割厚度,计算出凹模表面轮廓度Tkm =(Tmax-Tmin)/2 =±(20-0)/2=±10μm。因表面粗糙度Ra=0.8μm,考虑到最后的研磨抛光,对照《XENON线切割机床工艺参数手册》推荐值,选定的加工参数如表1所示。
二、加工程序编制
四个凹模采取主切割、取废料、修整切割的方式加工,主切割和修整切割的切割顺序、切割路线可以完全相同,只是电极丝偏移量和加工参数不同而已,因此手工编制加工程序。选取工件中心为原点建立坐标系,如图2所示。将凹模1和凹模2的加工程序分别依据规定的切割路线编制为子程序,主程序应完整表达切割顺序、各凹模切割起始点位置、穿丝及取丝时的暂停、加工凹模4调用子程序时Y轴镜像等要求,主切割完成后使电极丝中心定位于凹模1切割起始点。改变电极丝偏移量和加工参数,删除子程序中切断前暂停点,再次运行加工程序,就完成了凹模的修整切割加工。
三、工件装夹与调整
1.工件的装夹与找正
由于编程坐标系X轴和两个销钉孔中心连线重合,工件装夹时需划出两个销钉孔中心连线,把划针装在上丝架上,移动工作台找正,使两个销钉孔中心连线平行于工作台X向。工件采用单点夹压方式装夹,以防止两点夹压对切割过程中工件变形时自由伸张的干涉,压紧后工件上平面应平行于工作台面。
2.电极丝起割点的确定
凹模1切割起始点位置直接关系到六边形中心和半圆R5mm圆弧圆心分布圆轴心线与工件外圆柱面轴心线的同轴度,可采用下述方法确定该切割起始点。
工件装夹前精确测量外圆尺寸,所测尺寸计为d外圆,在X、Y轴与外圆相交位置1、2的圆柱面上划线,如图2所示。把校正垂直的铜丝靠近X向最高点位置1、3处,使铜丝靠近位置1处划线,控制工作台在X、Y向各移动L=(d外圆+d)/2(d为铜丝直径)至位置2;调整工作台使铜丝接近划线,之后控制工作台在X、Y向各移动L至位置1;再次调整工作台使铜丝更接近位置1处划线。用同样的方法反复操作,直至铜丝在位置2与划线正对并接触,再次沿X、Y向移动距离L至位置1时也与划线正对并接触,则铜丝所处的位置1便是工件X向上的最高点。控制工作台沿-X向移动L′=(d外圆+d)/2-25(mm),铜丝就准确定位在切割起始位置上。
四、加工注意事项
为了保证凹模尺寸精度和位置精度,加工时应注意:工件夹压可靠,防止加工过程中松动移位;加工前校正铜丝,使其垂直于工作台面;保持铜丝张力恒定,避免过松或过紧;确定切割起始点时,应仔细耐心调整,使误差最小。
通过研究,得出以下结论:对尺寸精度和表面粗糙度要求较高的凹模,可使用慢走丝线切割机床采用二次切割法加工,并采用以外圆为基准找正工件中心。然后,以中心为基准进行多个凹模加工的调整方法,有较好的可操作性和实用性,能够提高凹模位置精度并保证与工件外圆柱面轴心线的同轴度要求。经过生产实习应用和检验,证实上述凹凸模电火花线切割加工工艺是切实可行的,对同类零件加工有较高参考价值。
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