模具制造中的九大特种加工工艺

国际金属加工网 2016年02月18日

【编者按】模具制造技术迅速发展,已成为现代制造技术的重要组成部分。现代模具制造技术正朝着加快信息驱动、提高制造柔性、敏捷化制造及系统化集成的方向发展。文章中介绍了模具制造中的九大特种加工工艺,一起来看看都有哪些吧?


1.电火花加工

(1)基本原理

电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法,又称放电加工或电蚀加工,英文为Electrical Discharge Machining,简称EDM。

(2)基本设备:电火花加工机床

(3)主要特点

能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件;加工时无切削力;不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷;工具电极材料无须比工件材料硬;直接使用电能加工,便于实现自动化;加工后表面产生变质层,在某些应用中须进一步去除;工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。

(4)使用范围

加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件;加工各种硬、脆材料如硬质合金和淬火钢等;加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等;加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。

2.电火花线切割加工

(1)基本原理

利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。英文为Wire cut Electrical Discharge Machining,简称WEDM,又称线切割。

(2)基本设备:电火花线切割加工机床。

(3)主要特点

电火花线切割加工,除具有电火花加工的基本特点外,还有一些其他特点:

①不需要制造形状复杂的工具电极,就能加工出以直线为母线的任何二维曲面;

②能切割0.05毫米左右的窄缝;

③加工中并不把全部多余材料加工成为废屑,提高了能量和材料的利用率;

④在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中,由于电极丝不断更新,有利于提高加工精度和减少表面粗糙度;

⑤电火花线切割能达到的切割效率一般为20-60毫米2/分,最高可达300毫米2/分;加工精度一般为±0.01至±0.02毫米,最高可达±0.004毫米;表面粗糙度一般为Ra2.5至1.25微米,最高可达Ra0.63微米;切割厚度一般为40-60毫米,最厚可达600毫米。

(4)使用范围

主要用于加工:各种形状复杂和精密细小的工件,例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等;成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极;各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等。具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点,已在生产中获得广泛的应用,目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60%以上。

3.电解加工(Electro Chemical Machining)

(1)基本原理

基于电解过程中的阳极溶解原理并借助于成型的阴极,将工件按一定形状和尺寸加工成型的一种工艺方法,称为电解加工。

(2)使用范围

电解加工对于难加工材料、形状复杂或薄壁零件的加工具有显著优势。电解加工已获得广泛应用,如炮管膛线、叶片、整体叶轮、模具、异型孔及异型零件、倒角和去毛刺等加工。并且在许多零件的加工中,电解加工工艺已占有重要甚至不可替代的地位。

(3)优点

加工范围广。电解加工几乎可以加工所有的导电材料,并且不受材料的强度、硬度、韧性等机械、物理性能的限制,加工后材料的金相组织基本上不发生变化。它常用于加工硬质合金、高温合金、淬火钢、不锈钢等难加工材料。

(4)局限性

加工精度和加工稳定性不高;加工成本较高,且批量越小,单件附加成本越高。

4.激光加工

(1)基本原理

激光加工,是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度,在极小时间内使材料熔化或气化而被蚀除下来,实现加工。

(2)主要特点

激光加工技术具有材料浪费少、在规模化生产中成本效应明显、对加工对象具有很强的适应性等优势特点。在欧洲,对高档汽车车壳与底座、飞机机翼以及航天器机身等特种材料的焊接,基本采用的是激光技术。

(3)使用范围

激光加工作为激光系统最常用的应用,主要技术包括:激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔、微加工及光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。

5.电子束加工

(1)基本原理

电子束加工是利用高能量的会聚电子束的热效应或电离效应对材料进行的加工。

(2)主要特点

能量密度高,穿透能力强,一次熔深范围广,焊缝宽比大,焊接速度快,热影响区小,工作变形小。

(3)使用范围

电子束加工的材料范围广,加工面积可以极小;加工精度可以达到纳米级,实现分子或原子加工;生产率高;加工所产生的污染小,但加工设备成本高;可以加工微孔、窄缝等,还可用来进行焊接和细微的光刻。真空电子束焊接桥壳技术是电子束加工在汽车制造业中的主要应用。

6.离子束加工(Ion Beam Machining)

(1)基本原理

离子束加工是在真空状态下,将离子源产生的离子流,经加速、聚焦达到工件表面上而实现加工。

(2)主要特点

由于离子流密度及离子能量可以精确控制,因而能精确控制加工效果,实现纳米级乃至分子、原子级的超精密加工。离子束加工时,所产生的污染小,加工应力变形极小,对被加工材料的适应性强,但加工成本高。

(3)使用范围

离子束加工依其目的可以分为蚀刻及镀膜两种。

1)蚀刻加工

离子蚀刻用于加工陀螺仪空气轴承和动压马达上的沟槽,分辨率高,精度、重复一致性好。离子束蚀刻应用的另一个方面是蚀刻高精度图形,如集成电路、光电器件和光集成器件等电子学构件。离子束蚀刻还应用于减薄材料,制作穿透式电子显微镜试片。

2)离子束镀膜加工

离子束镀膜加工有溅射沉积和离子镀两种形式。离子镀可镀材料范围广泛,不论金属、非金属表面上均可镀制金属或非金属薄膜,各种合金、化合物、或某些合成材料、半导体材料、高熔点材料亦均可镀覆。

离子束镀膜技术可用于镀制润滑膜、耐热膜、耐磨膜、装饰膜和电气膜等。

7.等离子弧加工

(1)基本原理

等离子弧加工,是利用等离子弧的热能对金属或非金属进行切割、焊接和喷涂等的特种加工方法。

(2)主要特点

1)微束等离子弧焊可以焊接箔材和薄板;

2)具有小孔效应,能较好实现单面焊双面自由成形;

3)等离子弧能量密度大,弧柱温度高,穿透能力强,10-12mm厚度钢材可不开坡口,能一次焊透双面成形,焊接速度快,生产率高,应力变形小;

4)设备比较复杂,气体耗量大,只宜于室内焊接。

(3)使用范围

广泛用于工业生产,特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接,如钛合金的导弹壳体、飞机上的一些薄壁容器等。

8.超声加工

(1)基本原理

超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具,并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用,使工件材料表面逐步破碎的特种加工,英文简称为USM。超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光等。

(2)主要特点

可以加工任何材料,特别适用于各种硬、脆的非导电材料的加工,对工件的加工精度高,表面质量好,但生产率低。

(3)使用范围

超声加工主要用于各种硬脆材料,如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔(包括圆孔、异形孔和弯曲孔等)、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。

9.化学加工

(1)基本原理

化学加工(Chemical Etching),是利用酸、碱或盐溶液对工件材料的腐蚀溶解作用,以获得所需形状、尺寸或表面状态的工件的特种加工。

(2)主要特点

1)能加工任意能切削金属材料,不受硬度、强度等性能的限制;

2)适合大面积加工,并可同时加工多件;

3)不产生应力、裂纹、毛刺,表面粗糙度达Ra1.25-2.5μm;

4)操作简便;

5)不适宜加工对窄狭槽、孔;

6)不宜消除表面不平、划痕等缺陷。

(3)使用范围

适于大面积厚度减薄加工;适于在薄壁件上加工复杂型孔。


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