在电机模具制造行业中,为了提高模具的寿命和加工质量,往往采用硬事金材料制作冲头(即凸模)或凹模,但加工成形是关键,虽然电火花线切割能直接加工成形,但是事后加工仍要依靠手工研磨。由于缺乏高刚度的精密成形磨削加工装备,冲头的成形加工尚有很大困难,采用电火花成形磨削能很好地解决这一工艺难题。
(1)硬质合金材料的性能 硬质合金材料有很高的硬度及耐磨性,特别是材料淬火后,硬度可达68~80HRC,所以常规加工很困难,尤其对模具零部件的成形加工就更加困难。
(2)电火花成形磨削设备
1)机械设备 采用普通卧轴平面磨床相同的旋转方式,磨轮电动机选用直流伺服电动机驱动,无级调速装置,转速在0~500r/min范围内调节。磨轮是工具电极,采用高纯石墨制成,附有炭精电刷导电装置,磨轮直径为250~300mm。工作台快速移动采用三相导步电动机带动;慢速移动采用三相六拍BF70步进电劝机控制,脉冲当量为1μs。正常磨削时磨轮转速为2.7~3.3m/min。为了满足各种角度工件的成形磨削,还需配备正弦吸盘。
2)脉冲电源 采用晶体管脉冲电源,并配有微精加工电源,使加工表面粗糙度Ra值达到0.4μm。
3)工作液介质 选用5号锭子油作介质液,加工效果好,不易起燃,并能减小污染。
(3)电火花成形磨削工艺
1)硬质合金“冲头”开关尺寸 冲头形状尺寸如图所示。其硬质合金毛坯料尺寸为6.5mm×13.6mm×70mm(已热处理)。
2)基准面的磨削 也称定位面的加工,将毛坯四面磨平,构成定位基准面要求。因此,电源电压选择80V,脉冲宽度为10μs,脉冲间隔为20μs,一次加工成形,尺寸6.5mm×13.6mm×70mm。
3)粗加工成形
a.石墨磨轮通过刀具修出成形面,其加工件的尺寸精度取决于刀具的精度,刀具刃口必须很锐利,后角取12°~15°,刀上人刃口表面粗糙度Ra值为0.2~0.1μm,前角为0°,刀具磨损后只需刃磨前平面。
b.粗磨成形a面,磨削时需换成形面加工的夹具,校正平行度,使用磁力夹角紧、吸牢。因加工余量较大,脉冲宽度40μ,脉冲间隔50μs,加工电流<10A。每加工两个工件需修正磨轮一次,每次修整量在0.1mm左右,确保成形精度。
c.粗磨成形b面,见图所示。再次更换成形夹具,因此夹具同时用于精加工,要求平行度<0.005mm,加工规准同上。
4)精加工成形 通过粗磨a、b面之后,已基本成形。一般单边还有0.07~0.1mm的精加工余量,换上精加工刀具修整石墨磨轮,预留微精加工0.0.4mm的双边余量。加工规准选择电源电压60V,脉冲宽度4μ,脉冲间隔7μs,加工电流约1A左右。
5)微精加工 这是保证硬质合金“冲头”成形尺寸精度和表面粗糙的关键,每修整一次磨轮可完成一个工件两个面的微精加工。实际石墨轮修整量很小,在0.03mm左右。加工规准电源电压50V,电容200pF。
6)精磨槽嘴平面 换上平面夹具和平面磨轮,要求夹具在全行程内平行度<0.005mm。调整好抬刀量,加工规准与精加工成形一样。最后使其达到尺寸公差要求,加工表面粗糙度Ra值达到0.4μm。并要求“冲头”尺寸的一致性要好。