弯曲凹模电火花成形电极穿孔加工工艺课程设计大学论文.docx
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弯曲凹模电火花成形电极穿孔加工工艺课程设计大学论文
存档资料成绩：
华东交通大学理工学院
课程设计
（实训）报告书
所属课程名称模具制造工艺学
题目弯曲凹模电火花成形电极穿孔加工工艺
分院
专业班级
学 号
学生姓名
指导教师
2014年12月12日
目录
第一章、引言········································4
第二章、零件的技术要求及分析························5
2.1结构分析·································5
2.2图纸技术要求分析·························5
第三章、毛坯的选择与设计····························5
3.1选择毛坯·································5
3.2毛胚结构尺寸及公差的确定·················6
3.3确定毛坯零件图···························6
第四章、拟定凹模板工艺路线··························7
4.1定位基准的选择···························7
4.2加工阶段的划分···························7
4.3工序的集中与分散·························7
4.4工序顺序的安排···························7
4.5确定工艺路线·····························8
第五章、加工余量及工序尺寸的确定····················9
5.1加工余量的确定···························9
第六章、电极的设计与电规准的选择····················9
6.1电火花成形电极穿孔加工方法的选择·········9
6.2电极材料好机构的形式·····················11
6.3电极的结构形式···························13
6.4电极长度·································13
6.5电极截面尺寸······························13
6.6电规准的选择与转换························16
6.7电极制造··································18
第七章、各工序切削用量的选择与计算···················18
第八章、机械加工工艺过程卡···························20
第九章心得体会······································23
参考文献·············································23
第一章、引言
本课程设计是在完成《模具制造工艺学》学习的基础上，为了达到理论和实践结合的目的而进行的，突出了模具设计基础的应用，以提供更准确，实用，方便的计算方法，正确掌握并运用冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状和尺寸的综合应用提高自我的模具设计和制造能力的综合应用。
对本人而言，我相信通过本次课程程设计对自己未来从事的工作能有一定的作用，从中锻炼自己处理问题、分析问题的能力，为今后很快的适应工作打下基础。
本课程设计包括以下几个方面的内容：
零件的技术要求分析及结构分析
主要包括功能结构、尺寸精度、表面粗糙度、形位公差、表面质量、硬度等机械性能要求、结构分析等。
工艺规程设计
毛坯的选择，根据零件的要求，进行毛坯尺寸和公差等零件锻件图的确定。
毛胚制造工艺设计。
电极的设计与电规准的选择
包括电极加工方法的选择，材料选择，尺寸设计，电规准等参数确定，及对零件的表面和凹模孔工，工序内容的确定。
工序卡
填写工艺过程综合卡片，根据前述各项内容以及加工简图，一并填入机械加工工艺过程卡片中
第二章、零件的技术要求及分析
2.1结构分析
该零件属于平板类，主要加工内容为平面及孔系和凹模。
平面的加工方法为刨、铣、磨，孔系和凹模用电火花加工。
2.2图纸技术要求分析
图2-1弯曲凹模电火花线切割加工工艺设计（材料：
T10A）
1.上、下平面：
平行度误差不能超过0.02um，达到IT5，表面粗糙度为1.6；
2.孔：
2个螺纹孔2-M10；
3中心电火花电极穿孔达到IT9,表面粗糙度为0.4。
第三章、毛坯的选择与设计
3.1选择毛坯
凹模板选用自由锻件（碳素工具钢T10淬火+低温回火：
HRC60~64）。
3.2毛胚结构尺寸及公差的确定
毛胚加工余量的确定经过查表（《模具机械加工工艺》-郭铁良，）可知，初步选取毛胚余量为5mm（双边余量）。
则毛坯结构尺寸为：
长：
118mm
宽：
50mm
高：
38mm。
3.3确定毛坯零件图如下
图3-1毛坯图
第四章、拟定凹模板工艺路线
4.1定位基准的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择的正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。
否则，加工工艺过程中会出现问题，更为严重的还会造成零件大批量的报废，使生产无法正常进行。
对于垫板作如下基准选择：
选择上下平面，相邻互相垂直的两侧面为定位基准面，即三基面体系定位，符合基准统一原则。
加工凹模时以加工好的孔的圆心为基准来定位，符合基准重合原则。
4.2加工阶段的划分
该凹模板零件质量要求不高，可将加工阶段划分成粗加工和精加工两个阶段。
4.3工序的集中与分散
选用工序集中原则安排定模板的加工工序。
运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。
4.4工序顺序的安排
1.机械加工工序
（1）遵循“先基准后其他原则”原则。
（2）遵循“先粗后精”原则。
先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3）遵循“先主后次”原则。
先加工主要表面——凹模板上、下平面，后加工次要表面——侧面。
（4）遵循“先面后孔”原则。
先加工平面，再加工各孔。
2.热处理工序
锻造毛坯后，先进行退火，退火硬度为≤197HBW。
粗加工后，再进行调质，调质硬度为183~207HBW。
3.辅助工序
精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。
4.5确定工艺路线
表4-2凹模工艺路线及设备、工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
备料
游标卡尺
2
退火
3
粗铣上下面、侧面
立式铣床
端铣刀，立铣刀
游标卡尺
4
精铣上下面、侧面
立式铣床
端铣刀，立铣刀
游标卡尺
5
电火花成形电极穿孔
D7125B
成形电极
游标卡尺
6
钻2-M10
立式钻床
麻花钻
卡尺、塞规
7
攻2-M10螺纹
攻丝机
攻丝
卡尺、塞规
8
铣R5和1*45的倒角
立式铣床
倒角刀
9
淬火+低温回火
10
表面清洁
钳工
11
终检
塞规、百分尺、卡尺等
第五章、加工余量及工序尺寸的确定
5.1加工余量的确定
上下面：
机械加工总余量10/2=5mm
精铣：
0.7~0.9，取0.9
粗铣：
5-0.9=4.1
侧面：
机械加工总余量10/2=5mm
精铣：
0.6~0.8，取0.6
粗铣：
5-0.6=4.4mm
2-M10：
钻：
Φ9.8
攻丝：
Φ10
第六章、电极的设计与电规准的选择
6.1电火花成形电极穿孔加工方法的选择
电火花加工模具的尺寸精度主要靠工具电极来保证，因此，对工具电极的精度和表面粗糙度都应有一定的要求。
如凹模孔口的尺寸为L2，工具电极相应的尺寸为L1（如图6-1所示），单边火花间隙值为δ，则
L2=L1+2δ
其中放电间隙δ主要取决于电参数与机床的精度。
只要加工规准选择恰当，加工稳定，火花间隙值δ的波动范围会很小。
因此，只要工具电极的尺寸精确，用它加工出的凹模的尺寸也是比较精确的。
图6-1凹模的电火花加工
保证配合间隙的电火花加工工艺方法主要有凸模修配法、直接配合法和混合法三种。
1.凸模修配法是把凸模好工具电极分别用机械加工方法制出，凸模留一定的修配余量，在电极“打”出凹模后，以凹模为基准件修配凸模，以保证凹、凸模的间隙，此法加工精度好，效率高。
2.直接配合法是用加长的钢凸模作电极加工凹模型孔，加工后将凸模上的损耗部分去除，凹、凸模的配合间隙靠控制脉冲放电间隙直接保证。
用这种方法可以获得均匀的配合间隙，模具质量好，钳工工作量少。
此法适用于加工形状复杂的凹模或多型腔凹模。
3.混合法是把不同材料的电极和凸模锡焊或黏接起来，然后一起加工成形，最后将电极与凸模分开的方法。
这样，既达到直接配合法的工艺效果，又提供了生产率。
在此我选择凸模修配法，因为可以自由选择电极材料，电加工性能好；又因为凸模是根据凹模另外进行配制，所以凸模和凹模的配合间隙与放电间隙无关。
6.2电极材料好机构的形式
1电极材料的选择
从理论上讲，任何导电材料都可以做电极。
但由第四章所述，不同的材料做电极对于电火花加工速度、加工质量、电极损耗、加工稳定性有重要的影响。
因此，在实际加工中，应综合考虑各个方面的因素，选择最合适的材料做电极。
目前常用的电极材料有紫铜（纯铜）、黄铜、钢、石墨、铸铁、银钨合金、铜钨合金等。
表6-2电火花加工常用电极材料的性能
电极材料
电加工性能
机加工性能
说明
稳定性
电极损耗
钢
较差
中等
好
在选择电规准时注意加工稳定性
铸铁
一般
中等
好
为加工冷冲模时常用的电极材料
黄铜
好
大
尚好
电极损耗太大
紫铜
好
较大
较差
磨削困难，难与凸模连接后同时加工
石墨
尚好
小
尚好
机械强度较差，易崩角
铜钨合金
好
小
尚好
价格贵，在深孔、直壁孔、硬质合金模具加工中使用
银钨合金
好
小
尚好
价格贵，一般少用
紫铜（纯铜）电极的特点：
（1）加工过程中稳定性好，生产率高。
（2）精加工时比石墨电极损耗小。
（3）易于加工成精密、微细的花纹，采用精密加工时能达到优于1.25μm的表面粗糙度。
（4）因其韧性大，故机械加工性能差，磨削加工困难。
（5）适宜于做电火花成型加工的精加工电极材料。
因此此次电极材料的选择为紫铜。
6.3电极的结构形式
整体式电极：
对于较大体积电极可在端面开孔或挖空，以减轻质量。
对于小体积、易变形的电极，可在有效长度上部将截面尺寸增大。
6.4电极长度
电极的长度取决于模具的结构形式、模版厚度、电极材料、型孔的复杂程度、装夹形式，使用次数以及电机制造工艺等一系列因素。
其估算公式如下：
L=KH+H1+H2+（0.4~0.8）（n-1）KH
式中：
L——电极长度（mm）；
H——凹模的有效厚度，即要求加工的厚度28（mm）；
H1——凹模版底部挖空时电极需要加长的部分（mm）；
H2——夹持部分长度，一般取10~20mm；
n——一个电极使用的次数；
K——与电极材料、加工方式、型孔复杂程度等有关的系数。
紫铜：
2~2.5。
从而得到此次电极长度取70mm。
6.5电极截面尺寸
实际上，电极轮廓线要比凹模型孔的轮廓线均匀缩小一个单面放电间隙δ。
根据凹模尺寸和放电间隙大小，便可计算出电极截面尺寸。
即有：
a=A±Kδ
式中：
a——电极的名义尺寸；
A——凹模的名义尺寸；
δ——单面放电间隙，即末档精归准加工时凹模下口工作部分的放电间隙；
±——电极轮廓凸起部分尺寸为“-”，凹部分为“+”；
K——单边（半径）为1，双边（直径）为2，无缩放的为0。
为了保证凹模的尺寸精度，电极尺寸公差通常取凹模型孔相应尺寸公差的1/2~1/3。
电极表面粗糙度一般为Ra0.8~1.6um。
如果按凸模尺寸和公差确定电极截面尺寸，则根据凹、凸模配合间隙不同可分为下述三种情况：
1）凹、凸模的配合间隙等于放电间隙时，电极截面尺寸和凸模截面尺寸完全相同。
2）凹、凸模的配合间隙大于放电间隙时，电极的轮廓应比凸模轮廓均匀放大一个数量，但形状相同。
3）凹、凸模的配合间隙小于放电间隙时，电极的轮廓应比凸模轮廓均匀缩小一个数量，但形状相同。
电极每边放大或缩小的量为
a1=½（Δ-2δ）
式中：
a1——单边放大或缩小量；
Δ——凹、凸模双面配合间隙；
δ——单面放电间隙。
我们知道，工具电极与工件之间都存在一定的放电间隙，如果加工过程中放电间隙能保持不变，则可以通过修正工具电极尺寸来进行补偿，也能获得较高的加工精度。
然而，放电间隙的大小实际上是变化的，并可用下述经验公式来表示：
δ=Kuμ+Kt·1/tⁿ+KrW0.4+Am
式中：
δ——单面放电间隙（mm）；
u——脉冲电压幅值（V）；
t——脉冲电压延续时间（s）；
W——单个脉冲放电能量（J）；
Ku——与工作液介电强度有关的常数（mm/V）；在煤油中约为5×10¼mm/V；
Kt——与液体介质有关的常数（mm·s）；
n——与液体介质有关的常数；对于矿物油n=4；
Kr——与加工材料有关的常数（mm/J），对于Fe为0.25mm/J，对于WC为0.14mm/J，对于Cu为0.23mm/J；
Am——机械因素引起的放电间隙扩大量（mm），约为0.003mm左右。
除了间隙能否保持一致外，实际上放电间隙大小也会直接影响加工精度，尤其是在加工复杂形状的工件时，间隙越大，棱角部位电场不均的影响也越明显。
为了提高加工精度，应采用小规准加工，以便缩小放电间隙。
这样，不但可以提高仿形精度，而且小间隙时可能产生的间隙变化量也小。
电参数对放电间隙的影响是很大的，精加工时的单面放电间隙一般只有0.01mm，而粗加工时的单面放电间隙可达0.5mm以上。
6.6电规准的选择与转换
在凹模电火花穿孔加工时，必须根据工件的要求以及电极与工件材料、加工工艺指标、经济效果等因素，合理选择加工电规准，并在加工过程中及时转换。
穿孔时的粗规准，主要用于蚀除加工余量大的部分。
其加工速度快，电极损耗小。
一般脉宽为20~60us，表面粗糙度为Ra6.3um，加工速度可达50~100mm³/min。
中规准介于上述二种规准之间，用于从粗加工转换为精加工时，中间过渡的加工片刻。
电规准的转换程序：
先用粗规准加工到刃口处，或者阶梯电极的台阶处进给到刃口部分，就转换成中规准过渡，加工1~2mm后再转换为精规准加工。
在转换规准时，其他工艺条件也要适合配合。
如精规准加工时，因间隙小，排屑困难，而要求增大冲油压力；电极快穿透工件时，冲油压力又应适当降低。
表6-3电规准转换与平动量分配电规准转换与平动量分配
序号
脉冲宽度（us）
脉冲电流幅值（A）
平均加工电流（A）
表面粗糙度Ra（um）
单边平动量（mm）
端面进给量（mm）
1
60
30
14
6.3
0
19.90
2
50
18
8
5
0.1
0.12
3
40
12
6
3
0.17
0.07
4
30
9
4
2
0.21
0.05
5
20
6
2
1.3
0.23
0.03
6
6
3
1.5
0.6
0.245
0.02
7
2
1
0.5
0.3
0.25
0
通过上述经验公式计算分析，这里的精加工是的单面放电间隙取0.01mm，粗加工时选取0.5mm。
则电极形状、尺寸确定，如图6-4所示：
最后通过清洁机进行表面清洁。
6.7电极制造
在进行电极制造时，尽可能将要加工的电极坯料装夹在即将进行电火花加工的装夹系统上，避免因装卸而产生定位误差。
常用的电极制造方法有：
切削加工、线切割加工和电铸加工。
然而由于此次电火花穿孔加工的电极形状一般，存在较小圆角，所以采用电铸加工方法制造电极。
电铸方法主要用来制作大尺寸电极，特别是在板材冲模领域。
使用电铸制作出来的电极的放电性能特别好。
用电铸法制造电极，复制精度高，可制作出用机械加工方法难以完成的细微形状的电极。
它特别适合于有复杂形状和图案的浅型腔的电火花加工。
电铸法制造电极的缺点是加工周期长，成本较高，电极质地比较疏松，使电加工时的电极损耗较大。
第7章、各工序切削用量的选择与计算
工序一、备料
按118×50×38mm将毛坯锻造成型。
由于凹模在工作压力状态中承受能力要求较高，而且结构形状简单所以选用锻件毛坯比较合理。
刀具选YT30硬质合金刀。
选用三向镦拔的方式锻成方形毛坯。
始锻温度1050-1100℃，终锻温度800-850℃,700℃以上风冷，加热时咬经常翻动，加热时间为1-1.5min，最后得到所要锻件。
工序二：
热处理
锻后退火：
加热温度为750~770℃，保温1~2h，炉冷至550℃一下出炉空冷，退火后硬度≤197HBW。
退火主要目的：
（1）降低硬度，提高塑性，改善切屑加工性能和压力工作性能。
（2）细化晶粒，调整组织，改善机械性能，为下步工序作准备。
工序三：
粗铣上下面、侧面
粗铣上下面留0.9mm余量，侧面留0.6mm余量
工序四：
精铣上下面、侧面
精铣上下面及侧面不留余量
工序五：
电火花成形电极穿孔
用如图6-4的成形电极进行一次成形穿孔，
工序六：
钻2-M10
选择Ф9mm的高速钢麻花钻，进给量0.18mm/r,切削速度13m/min，转速420r/min,切削液选择乳化液。
工序七：
攻2-M10螺纹
据直径选高速钢螺母丝W18Cr4V的材料，对个直径为10mm的螺纹查表的取其螺距P=1.5mm的，速度为15m/min，进给到一定深度。
攻完后在铣螺纹，使螺纹达到技术要求。
工序八：
铣R5和1*45的倒角
用铣圆角的倒角刀铣R5的倒角，铣斜角的倒角刀铣1*45的倒角。
工序九：
热处理
对于小型精密模具可采用等温淬火工艺。
等温淬火：
加热温度为780~800℃, 250~280℃等温5min后空冷，硬度为53.5~55HRC。
实践证明采用等温淬火后，模具的韧性改善，使用寿命高。
冷处理：
在淬火后1h内进行冷处理，温度-50℃，硬度增加1~2HRC，用于高精密工件尺寸稳定化。
回火：
选择采用100~200℃回火温度，保温2h。
工序十：
表面清洁
钳工师傅对制品进行表面清洁。
工序十一：
终检
按图纸检验是否符合要求。
第八章、机械加工工艺过程卡
工序号
工序名称
工序内容
设备
工序简图
1
备料
自由锻至118×50×38mm
普通锻床
2
热处理
退火后硬度≤197HBW
3
粗铣上下面、侧面
粗铣上下面留0.9mm余量，侧面留0.6mm余量
立式铣床
4
精铣上下面、侧面
精铣上下面及侧面不留余量
立式铣床
5
电火花成形电极穿孔
一次成形穿孔
D7125B
6
钻2-M10
钻Φ10至Φ9.8
立式钻床
7
攻2-M10螺纹
攻丝M10
攻丝机
8
铣R5和1*45的倒角
用铣圆角的倒角刀铣R5的倒角，铣斜角的倒角刀铣1*45的倒角。
立式铣床
9
热处理
淬火+低温回火
10
表面清洁
钳工
11
终检
第九章心得体会
通过这段时间的模具制造工艺学课程设计进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意思和竞争意识，熟悉掌握了机械设计的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力；通过设计工艺、绘图以及对运用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料的查阅，对自己进行了一个全面的机械加
工的基本技能的训练。
现在已经完成了为期三个星期的模具制造工艺学课程设计。
首先我要感谢老师在这次实训中给予的帮助，其次还要感谢我的同学在查
询资料，整理资料过程中给我的帮助和支持。
通过这次课程设计，我认识到，机械制造工艺的制定并不是我们想象中的那么简单，它需要专业人耐心而细致的计算和多次的查阅资料，最后制定出满意的设计参数。
此次课设锻炼了我们的耐心和信心，而且让我再次CAD制图，为以后的毕业设计夯实了基础，更为以后的工作做好技能上的准备。
参考文献
1.郭铁良主编.模具制造工艺学（第三版）高等教育出版社
2.王伯平主编.互换性与测量技术基础（第三版）机械工业出版社
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