浅析模具加工中线切割的应用

　　【编者按】科学技术的发展，促进了工业的发展，对模具特别是复杂模具的加工起到巨大的推动作用，尤其是电火花切割(以下简称线切割)加工方法因其能够加工复杂的直通式和小锥度式型腔，切削精度高和加工质量好，不受加工工件硬度的限制，能够加工硬度较高的材料，在模具加工中得到了广泛的应用。 

　　进行合理的工艺分析，对模具结构进行合理的设计，对加工工艺进行合理的分析，关系到模具的加工精度。通过穿丝孔的确定与切割路线的优化，改善切割工艺，这对于提高切割质量和生产效率，是一条行之有效的重要途径

　　一、线切割加工的加工原理：

　　线切割加工的原理是利用贮丝筒、上、下架使钼丝高速地往复运用，其中上下丝架中有轴承与导轮控制着钼丝的垂直精和线性度，工件作用于上下丝架间通过两个垫板支撑，脉冲电源将钼丝与工件分别带上正、负极电，通过放电产生高温对金属进行熔化、汽化，从而使工件多余部分按预定的轨迹被切除，得到我们需要的模具结构的一种加工方法，线切割加工分快走丝、慢走丝，快走丝加工精度低，成本低，快走丝成本高，加工精度高。

　　二、基本特性：

　　(1)由于线切割加工的技术的日趋完善，已形成一个从图形输入到加工过程的CAD／CAM系统，实现了电火花线切割加工的自动化。在生产过程中，复杂形状平面几何轮廓都能够切割出来。

　　(2)由于正负极放电可使加工点产生高达10 000℃ 以上的温度，在这一温度范围内，可使各种金属物体熔化。因此，它可以加工各种高硬度的金属，如淬火的工具钢、硬质合金、聚晶金刚石等。

　　(3)在许多复杂的模具型腔中经常出现的尖角与清角，在机加工中很难实现，如果是通孔和带有小锥度的通孔，利用线切割工艺可轻而易举地解决这个问题。

　　三．走丝路线的优化

　　线切割加工模具中，优化电极丝的走丝路线有利于提高切割质量和缩短加工时间。因此在走丝路线编程中，应该根据工件的尺寸、形状、精度要求，电极丝放电间隙的大小及凹凸模的间隙的大小等多方面因素，并结合以下点综合地分析：①一般情况下，尽量将走丝路线安排于零件的切割过程与装夹零件的支持架保持在同一坐标系内，保证定位的准确性；②走丝路线的起始点应安排在沿着离开零件夹具的方向进行切割，最后转向夹具方向切割，并将分离切割安排在走丝线路的末端；③切割加工中，有些模具的拐角(或尖角)处易发生塌角(或倒圆)现象，应根据具体情况适当修整走丝路线及工艺参数；④ 对于一些精度要求高的模具，为减小变形，改善模具加工表面的变质层，提高模具使用寿命。⑤因电极丝直径和放电间隙等原因，在模具切割表面交接处，有时会出现一个凸出于切割表面的高线条。在切割时，要根据模具的结构，合理的选取切入路线，尽量避免在加工过程出现凸起的现象。

　　四．放电间隙的确定

　　实际生产过程中，影响线切割加工放电间隙的因素比较多，主要包括：模具的材料的机械性能、模具的结构形状、模具技术要求、电极丝走丝速度快慢、张紧力大小、导轮运行状态、工作液种类、浓度及脏污程度，以及脉冲电源的电规准参数等。

　　在实际操作过程中，为了准确地确定放电间隙，可在每次编程前，按设定的加工条件，取与模具材料相同的试件，试切割一个正方形。然后，实测其放电间隙，再计算出合理的偏移量，作为电极丝中心线(实际走丝轨迹)的调整依据。此外，模具材料不同，放电间隙大小也会有所差异。一般情况下，熔点低的材料比熔点高的材料放电间隙大些，淬火钢比未淬火钢放电间隙大些，热容量小、导热性差的材料放电间隙相应较大。

　　五．模具配合间隙的选择

　　冲裁模的凸、凹模配合间隙的合理确定，直接关系到冲裁件精度与冲裁件的断面质量，影响模具的使用寿命。根据要加工零件的机械性能的厚度，来选取模具的间隙。随着冲裁件材料由软至硬，凸、凹模的间隙逐渐增大。间隙一般可按材料厚度的10％～12％选取。通常，对于软质材料(如软铝、纯铜等)，按冲裁件厚度的10％～ 12％选取间隙；对于半硬质材料(如硬铝、黄铜等)，按冲裁件厚度的12％一15％选取；对于硬质材料(如薄钢板，硅钢片等)，按冲裁件厚度的15％～20％选取。此外，还应根据冲裁件的形状特征、精度要求及技术条件，以及模具的结构与精度等因素作适当的微量调整。由于线切割加工的特点，线切割加工的模具，其凸凹模的间隙的选取应比常规数据略微小些，以延长模具的使用寿命，可以得到较高的零件质量。

　　六．冲裁模刃口实际尺寸的确定

　　刃口磨损对冲裁件尺寸的确定，对于凸模、凹模的刃口尺寸直接关系到冲裁件的尺寸精度，其刃口磨损后冲裁件的尺寸变大。对于落料模，零件的尺寸接近于凹模的尺寸，线切割时要求凹模刃口的实际加工尺寸应接近或等于冲裁件的最小极限尺寸；冲孔模，零件的尺寸接近于凸模的尺寸，线切割时要求凸模刃口的实际加工尺寸应接近或等于冲孔的最极限尺寸。这样，在确保冲裁件尺寸精度的前提下，有利于延长模具的使用寿命，提高经济效益。

　　在生产过程中，要根据模具的加工情况，采取合理的加工方法，满足模具的加工要求，模具的加工精度要根据零件的精度进行选取，在满足零件精度要求的前提下，尽量降低模具的制造精度，以降低成本，根据模具的加工情况，凸模的制造精度应比凹模的制造精度高一级。

　　七、线切割加工在模具中的运用

　　在生产中，模具使用一段时间会出现一些质量问题，要根据实际情况采取一些措施加以解决。如果模具的主要件(凸凹模)刃口部分出现裂纹，按常规要重新下料，重新加工模具，但是现在利用线切割加工工艺，完全可采用“切割镶块法”来修补模具。

　　为适应数控线切割技术加工模具。对模具结构设计的改进。

　　传统凸模通常设计成三个台阶，最小的台阶是工作刃口，中间的台是固定定位台阶，最大的台阶是防止凸模被拉出固定板的轴向定位台阶，这三个台阶缺一不可，各有其功用数控线切割加工凸模是在淬火后加工，且只能加工成上下一致的直台型凸模。根据这一特点，如果把凸模设计成直台型，凸模与固定板如何固定?传统方法有粘接和铆接，实践证明粘接不可靠。在工作中很容易脱落，铆接虽然牢固可靠，但是在淬火时凸模后部不能淬火。我们知道高碳合金钢，在空气中都能淬上一定的硬度，凸模工作部分要有高硬度，后部却不能有硬度，这给凸模热处理带来了很大的难度，显然这两种方法不是简便、经济、可靠的方法。通过大量的试验我总结出了一套完全适应数控线切割加工工艺的凸模结构。如果是较短、较窄的凸模，可以按凸模工作部分，设计成直台型，凸模的定位固定也使用同一台阶。轴向固定使用侧圆柱孔装入销子固定，这个圆柱是在凸模切割完成后，再在线切割上由外向里切割出圆柱孔，所以凸模后部有一条0．1 mm左、右的切割缝，这个缝隙在销子装入轴向固定销子压人固定板后对凸模强度没有影响。从图1中可以看出在凸模上割出圆柱孔，固定板相应的铣出半圆槽，装入销子就可以，把凸模完全定位固定。如果是较窄、较长的凸模可以再增加几个圆柱孔，具体圆柱孔直径和个数由卸料力决定。从图2中可以看出在凸模后端面设计出螺纹孔，相应把垫板加厚，装人螺栓，凸模就可定位固定。如果凸模横截面积足够大，可以在凸模后端面设计螺纹孔，用螺栓紧固，防止凸模脱落。通过这一系例的改进凸模已完全适应了数控线切割加工工艺，且结构简单，便于数控线切割加工。

　　在生产过程中，模具使长时间的使用，会出现一些质量问题，要根据模具的实际结构，对模具进行维修，。在设计模具结构时，应根据模具加工的情况，模具的结构，模具材料的性能，采取一些合理的结构进行设计和加工，使模具的加工变的容易，降低成本，缩短制造周期，满足生产加工的需要。

　　八、数控线切割加工技术的发展趋势

　　未来数控线切割加工技术的发展空间是十分广阔的。由于线切割加工过程本身的复杂性，迄今对线切割加工的机理尚不成熟，大多研究成果是建立在大量系统的工艺实验基础上的，所以对线切割加工原理的深入研究，并以此直接指导和应用于实践加工是数控线切割加工技术发展的根本。慢走丝线切割存在成本较高的现象，快走丝线切割存在加工精度相对低的问题。在现有技术水平的基础上，不断开发新工艺将是数控线切割加工技术发展方向。数控线切割机床在结构设计、脉冲电源的开发方面将朝更合理、更具优势化的方向全面发展；数控线切割加工在控制技术上将朝自动化、智能化方面的更高层次发展；数控线切割加工的网络管理技术在高档机床上已有初步应用，将逐步被推广及应用，获取更好的系统管理效果。总之，数控线切割加工技术以提高加工质量、提高加工效率、扩大加工范围及降低加工成本等为目标，在模具工业中不断发展。

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