劉良瑞，郭 勝

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 黃岡 438002)

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線切割一次割出凸模和凹模的工藝研究

劉良瑞，郭 勝

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 黃岡 438002)

介紹了用線切割在同一塊模板上一次切割出凸模和凹模的工藝方法及其注意事項(xiàng).該工藝的實(shí)施可節(jié)約模具材料，提高模具裝配質(zhì)量，縮短模具制造周期，降低制造成本，在模具制造中值得推廣應(yīng)用.

線切割；一次切割工藝；凸模；凹模

我國沖壓產(chǎn)品的模具費(fèi)占產(chǎn)品成本的10%～30%[1]10，沖壓模具有60%～70%的制造工作量是由數(shù)控電火花線切割機(jī)床承擔(dān)，如何降低模具成本一直是工程技術(shù)人員面臨的重要問題.凸模和凹模是沖壓模具的主要工作零件，若采用傳統(tǒng)的線切割加工工藝來制造，要用兩塊模板，且加工凹模中間型孔時(shí)被切割下來的部分又被當(dāng)作廢料，制造的周期長、成本高.為此，筆者對在同一塊模板上一次切割出沖裁模的凸模和凹模的線切割工藝進(jìn)行了探索和研究.

1 一次切割出凸模和凹模的工藝方法

采用電火花線一次切割出沖裁模的凸模和凹模工藝(以下簡稱“一次切割工藝”)時(shí)，要考慮如何保證凸模和凹模配合間隙[2]116.因受切割縫隙寬度的限制(“切割縫隙寬度”以下簡稱“切縫寬度”，用“F”表示，切縫寬度F等于電極絲直徑加上雙邊放電間隙)，要根據(jù)凸模和凹模間的單邊配合間隙(凸模和凹模間的單邊配合間隙用“c”表示)的大小采取不同的方法.

1.1 垂直切割法

當(dāng)凸模和凹模間的單邊配合間隙c等于切縫寬度F時(shí)，采用垂直切割法一次割出凸模和凹模，如圖1所示.

1—凹模 2—穿絲孔 3—切割后的縫隙 4—凸模圖1 垂直切割法示意圖

運(yùn)用垂直切割法時(shí)，鉬絲從穿絲孔穿入，先切割到間隙位置，然后按要求的軌跡進(jìn)行輪廓加工，一次割出凸模和凹模，加工過程中鉬絲始終垂直于工作臺(tái).穿絲孔打在將要成為凸模的那部分模板上，位置一般取在靠近直線與圓弧或直線與直線相交的地方，距刃口邊緣的距離為3～8 mm，穿絲孔的孔徑一般取φ1.5～φ3 mm.目前，線切割機(jī)床上常用鉬絲的直徑為0.08～0.2 mm，雙邊放電間隙為0.02 mm，切縫寬度F在0.1～0.22 mm之間，如果加工的凸模和凹模的單邊配合間隙c在0.1～0.22 mm之間，運(yùn)用此方法一次割出凸模和凹模只需要選用不同直徑的鉬絲即可.

這種方法加工出來的凸模上有一條寬度與單邊配合間隙c相等的切縫，沖出來的零件在切縫處的毛刺高度與其他部位沖出來的毛刺高度大致相同、斷面上有一條比切縫略寬而很淺的痕跡，但是，這不影響一般沖裁件的尺寸精度和斷面粗糙度.

1.2 凸模修配法

當(dāng)凸模和凹模間的單邊配合間隙c大于切縫寬度F時(shí)，一次割出的凸模和凹模的單邊配合間隙不符合設(shè)計(jì)要求，需要通過修配凸模來保證配合間隙，這種方法稱為“凸模修配法”，如圖2所示.

1—凹模 2—穿絲孔 3—切割后的縫隙 4—凸模 5—凸模磨削后的輪廓圖2 凸模修配法示意圖

如果凸模和凹模的單邊配合間隙c>0.22 mm時(shí)，則運(yùn)用凸模修配法切割凸模和凹模.切割前，先采用激光打孔技術(shù)在模板的凸模和凹模間隙位置上打穿絲孔，然后穿入鉬絲，切割時(shí)首先保證凹模刃口尺寸的設(shè)計(jì)要求，再按要求的軌跡進(jìn)行輪廓加工，將凹模和凸模一起切割出來.最后，根據(jù)凹模刃口的實(shí)測尺寸，對凸模進(jìn)行磨削加工，以保證凸模和凹模間的配合間隙符合設(shè)計(jì)要求.該方法的穿絲孔孔徑取值很關(guān)鍵，孔徑既要小于凸模和凹模的單邊配合間隙c，又要保證凸模進(jìn)行磨削加工后能去掉打穿絲孔時(shí)在其表面留下的痕跡.

1.3 錐度切割法

當(dāng)凸模和凹模間的單邊配合間隙c小于切縫寬度F時(shí)，利用線切割機(jī)床上的錐度切割裝置將凸模、凹模同時(shí)割成一定的錐度，凸模的大端與凹模的小端相配就可以得到相應(yīng)的配合間隙，這種方法稱為“錐度切割法”，如圖3所示.

圖3 錐度切割法示意圖

采用此方法時(shí)，預(yù)先在模板上的起始加工位置打一個(gè)傾斜角度為β的穿絲孔(孔徑小于φ1為宜)，然后從孔中穿過鉬絲，使其從傾斜狀態(tài)開始加工，同時(shí)通過錐度切割裝置將鉬絲由預(yù)斜角β逐漸變換為切割模具零件所需要的傾斜角α狀態(tài)，當(dāng)鉬絲到達(dá)模具零件輪廓位置后，按α沿要求的軌跡進(jìn)行輪廓加工，將凸模、凹模一次切割出來.當(dāng)要加工不同單邊配合間隙c的凸模和凹模時(shí)，只需改變角度α即可，如圖4所示.

圖4 錐度切割法切割出的凸模和凹模

1.3.1 預(yù)斜角β的確定

加工前需將機(jī)床錐度絲架傾斜至與穿絲孔一致的角度β，穿好鉬絲.β角要根據(jù)機(jī)床的“最大切割錐度”這一技術(shù)參數(shù)進(jìn)行選取，β角的大小既要保證凸模、凹模間合理的配合間隙，又要保證凸模、凹模刃口部分沒有切縫，一般取β=5°[3]70-71，也可按下面的方法進(jìn)行計(jì)算.

設(shè)鉬絲由預(yù)斜角β狀態(tài)變換為切割模具零件所需要的傾斜角α狀態(tài)的交匯點(diǎn)A處于模板厚度一半的位置，穿絲孔位到起割點(diǎn)的距離(即切入線長度)為S，如圖5所示.

圖5 預(yù)斜角β計(jì)算圖

在△ABC中，AB=H/(2 cosα)，BC=S，∠BAC=β-α，∠BCA=90°-β

由正弦定理可得，AB/Sin∠BCA=BC/Sin∠BAC，即：

H/[2 cosαSin(90°-β)]=S/Sin(β-α)

則β=arctan[(2S+Htanα)/ H]

式中：S——切入線長度；

H——模板厚度；

α——切割模具零件所需要的傾斜角.

1.3.2 傾斜角α的計(jì)算

加工時(shí)是按α角沿要求的軌跡將凸模、凹模一次切割出來的，α主要與模板厚度、鉬絲直徑、放電間隙及模具配合間隙有關(guān)，其大小需要進(jìn)行計(jì)算.

由圖3可知：tanα=(F/cosα-c)/H

而F=d+2δ，由于α一般為0.25°～0.5°[4]87，cosα≈1，所以，可將式(1)簡化為：

tanα≈(d+2δ-c)/H

則α≈arctan[(d+2δ-c)/H]

式中：F——切縫寬度；

c——凸、凹模間的單邊配合間隙；

H——模板厚度；

d——鉬絲直徑；

δ——單邊放電間隙，為0.01mm.

該方法加工的凸模和凹模刃口都有一定的錐度，沖裁時(shí)凹模漏料通暢、強(qiáng)度好，刃口修磨后刃口徑向尺寸略有變化，不影響一般沖裁件的尺寸精度.

2 一次切割工藝實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)及其注意事項(xiàng)

2.1 優(yōu)點(diǎn)

1)在凸模和凹模的加工中, 實(shí)施一次切割工藝,可節(jié)約大量的工時(shí)和昂貴的模具材料, 縮短了模具制造周期、降低了模具制造成本.

2)一次切割出來的凸模和凹模的配合間隙是均勻一致的，不受機(jī)床累積誤差的影響，也不受電極絲電腐蝕損耗的影響, 極大地提高了模具的配合精度，對于形狀復(fù)雜的零件效果尤其顯著.

2.2 注意事項(xiàng)

1)因凸模和凹模是在一塊模板上切割, 模板材料不宜選用低淬透性冷作模具鋼，如T10A、T12A、Cr2等，要選用淬透性好的冷作模具鋼，如9Mn2V、CrWMn、Cr12、Cr12MoV等.

2)一次切割出來的凸模和凹模是等高的，為了增加凸模的高度，要適當(dāng)增加凹模的厚度，厚度一般取28～35 mm，也可在凸模上加凸模固定板來增大凸模高度.在同一幅模具中,當(dāng)小凸模較多時(shí),按最薄的凹模厚度設(shè)計(jì),利用線切割卸料板中的殘料作小墊板墊高大凸模,另外用厚的板料線切割小凸模[5]42-43.

3 結(jié)語

在模具制造中，實(shí)施一次切割工藝加工出來的凸模和凹模，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)，完全能滿足生產(chǎn)上的要求.該工藝充分發(fā)揮了數(shù)控線切割技術(shù)加工模具的優(yōu)勢，提高了模具裝配質(zhì)量，縮短了模具制造周期，降低了模具制造成本，在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上均具有一定的實(shí)用價(jià)值，值得推廣應(yīng)用.

[1] 程培源.模具壽命與材料[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[2] 劉良瑞.模具制造工藝學(xué)[M].長沙:國防科技大學(xué)出版社，2013.

[3] 譚海林.高速走絲電火花線切割加工模具操作技巧[J].電加工與模具，2006(Z1).

[4] 周松兵.沖壓工藝及模具結(jié)構(gòu)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[5] 黃覺民.線切割加工與凹凸模設(shè)計(jì)[J].鍛壓技術(shù)，1994(01).

[責(zé)任編輯 梧桐雨]

2016-05-03

黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“線切割一次割出凸模和凹模的工藝研究”(項(xiàng)目編號：2015C2022115)

劉良瑞(1968- )，男，湖北麻城人，黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，主要從事模具設(shè)計(jì)和制造研究。

1671-8127(2016)05-0071-04

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