模具制造工艺6.pptx

《模具制造工艺6.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模具制造工艺6.pptx（55页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、会计学1模具制造工艺模具制造工艺65.1.1 电化学加工的基本原理电化学加工的基本原理1.1.电化学腐蚀电化学腐蚀n n铝锅盛放盐、醋、酱油等食品会被腐蚀穿孔，铝锅盛放盐、醋、酱油等食品会被腐蚀穿孔，钢铁等在潮湿的地方会生锈，钢铁等在潮湿的地方会生锈，这种现象，这种现象就是电化学腐蚀，而纯铝、铁并不发生这种明就是电化学腐蚀，而纯铝、铁并不发生这种明显显腐蚀腐蚀n n当当金属中含有其他合金元素或杂质，与能导电金属中含有其他合金元素或杂质，与能导电的电解液接触后形成了原电池（微电池），并的电解液接触后形成了原电池（微电池），并局部放电，产生了电化学腐蚀的结果。局部放电，产生了电化学腐蚀的结果。n

2、n电化学阳极溶解（图）电化学阳极溶解（图）第1页/共55页n n多年来，人们一直在努力防止或减少这种有害的电化学腐蚀现象。当人们掌握了其规律之后，可以因势利导，变有害为有利。n n第一类导体：金属，靠自由电子在外电场作用下按一定方向移动，称为电子导体；n n第二类导体：电解液，靠溶液中的正、负离子移动，离子导体。n n二者之间交换电子，就是电化学反应。第2页/共55页2.2.电解质溶液电解质溶液电解质溶液电解质溶液n n酸、碱、盐溶液 n n百分数表示浓度 克分子浓度 pH值n n温度，导电能力；浓度（不能过高），导电能力n n电解液的离解反应（均可逆）n nH2O =H+OH n nNaCl

3、=Na+Cl第3页/共55页3.电极电位n n金属和它的盐溶液之间的电位差称为金属的电极电位。n n活泼金属n n不活泼金属第4页/共55页4.4.电极反应电极反应电极反应电极反应n n通电后阳极的主要反应：通电后阳极的主要反应：n nFeFe2e2eFeFe+n nFeFe+2OH+2OHFe(OH)Fe(OH)2 2 （氢氧化亚铁，墨绿色（氢氧化亚铁，墨绿色絮状物）絮状物）n n4Fe(OH)4Fe(OH)2 2+2H+2H2 2O+OO+O2 24Fe(OH)4Fe(OH)3 3 （氢氧化铁，（氢氧化铁，黄褐色）黄褐色）n n阴极的主要反应：阴极的主要反应：n n2H2H+2e+2eHH

4、2 2 n n电解液中的水不断被消耗。电解液中的水不断被消耗。第5页/共55页5.5.极化与钝化极化与钝化极化与钝化极化与钝化1 1）电极的极化）电极的极化n n通电通电n n浓差极化：离子扩散、迁移步骤缓慢浓差极化：离子扩散、迁移步骤缓慢n n电化学极化：电化学反应缓慢电化学极化：电化学反应缓慢2 2）金属的钝化）金属的钝化n n氧化物、氢氧化物、盐氧化物、氢氧化物、盐n n成相理论成相理论 吸附理论吸附理论n n活化措施：加热、通反原性气体、活性离子，活化措施：加热、通反原性气体、活性离子，机械作用机械作用第6页/共55页5.1.2 电解加工电解加工5.1.2.1 电解加工的基本原理与特点

5、1.基本原理第7页/共55页2.电解加工的特点电解加工的特点优点n n加工范围广，与被加工材料的机械性能无关 可加工硬、强、韧材料n n可拷贝大而复杂的形状，能同时进行三维加工，类似于电火花加工，但无热作用，可加工易变形件、薄件、韧性大的工件n n生产效率高 为电火花加工的510倍（制造需要量较大的模具）n n粗糙度小（0.1250.2），无残余应力，无飞边、毛刺n n工具不损耗第8页/共55页局限性1）加工稳定性不易控制，受十余项因素影响，电极设计制造比较费事，需多次试验修正2）加工精度有限 一般为0.050.2，难于加工很细的窄槽、小孔、棱角3）设备投资大 设备刚性要求高，附属设备多，必须

6、重视防腐4）污染环境 加工产物难于处理，限制使用第9页/共55页n n（要求电极材料电阻小；导热性好；熔点高；一定刚性耐液压；耐腐蚀；可加工。常用铜、黄铜、不锈钢）可用于加工膛线、花键孔、内齿轮、链轮、叶片、异型零件，模具型孔、型腔、复杂型面、深小孔、套料（？），倒棱去毛刺、抛光、刻印等第10页/共55页电解加工与其它工业电化学过程比较有电解加工与其它工业电化学过程比较有电解加工与其它工业电化学过程比较有电解加工与其它工业电化学过程比较有3 3个个个个特点特点特点特点：1）电极反应速度高，电流密度可达？500800A/cm2，远远高于一般工业电化学过程，为其数十倍至数百倍；2）电极间距离甚小，

7、一般为0.11.0mm；需及时进给（0.41.5mm/min）3）电解液流速高（560m/s），流量大，以供给反应物，排除阳极溶解产物和大量的焦耳热。第11页/共55页5.1.2.2 电解加工设备电解加工设备1.机床1）刚性要求好2）进给稳定，3）防腐、绝缘4）安全措施 氢气有爆炸危险n n类型：立式（C型，框型），卧式（单面，双面），固定阳极式第12页/共55页第13页/共55页第14页/共55页2.2.直流电源直流电源n n要求：要求：n n大功率大功率 低电压（低电压（624624）V V，大电流（，大电流（10103 310104 4）A A，电流密度一般为，电流密度一般为4050A/

8、cm4050A/cm2 2，甚至，甚至100A/cm100A/cm2 2n n合适的容量范围，合适的容量范围，n n良好的稳压精度良好的稳压精度n n可靠的短路保护、火花保护、事故保护可靠的短路保护、火花保护、事故保护n n类型：硅整流电源；晶闸管整流电源；脉冲电类型：硅整流电源；晶闸管整流电源；脉冲电源（过去不用，现在用）源（过去不用，现在用）第15页/共55页3.电解液循环过滤系统n n构成：泵，槽，过滤器，管，阀等第16页/共55页5.1.2.3 电解加工的基本电解加工的基本规律规律1.1.生产率生产率n n1 1）金属的电化学当量）金属的电化学当量n n法拉第电解定律法拉第电解定律n

9、nmm0 0=kIt=kItn nv v0 0=It Itn n理论上不受电解液浓度、温度、压力、电极材理论上不受电解液浓度、温度、压力、电极材料及形状等因素的影响，实际上料及形状等因素的影响，实际上n nv=v=v v0 0=It Itn n 接近接近100%100%，有时大于，有时大于100%100%（晶间腐蚀）（晶间腐蚀）第17页/共55页2）电流密度i n n电流密度i不能过大，否则，将出现火花，析出Cl2、O2等，温度上升，短路n nI=i An n体积加工速度va=V/t=A I3）电极间隙n n间隙，蚀除速度n n间隙过小，将引起火花放电或电解产物（特别是H2）排泄不畅，降低蚀除

10、速度或易被脏物堵死而引起短路第18页/共55页（4 4）电解液）电解液n n电解液的作用：电解液的作用：a a）传递电流）传递电流b b）进行电化学反应（在电场作用下），使阳极溶解能顺利而有控制地）进行电化学反应（在电场作用下），使阳极溶解能顺利而有控制地进行进行c c）更新、冷却）更新、冷却 及时地把加工间隙内产生的电解产物及热量带走及时地把加工间隙内产生的电解产物及热量带走n n压力压力0.491.96MPa0.491.96MPa；速度？；速度？75m/s 560 m/s75m/s 560 m/sn n对电解液的基本要求：对电解液的基本要求：n n具有足够的蚀除速度具有足够的蚀除速度 高导

11、电率高导电率n n具有较高的加工精度和表面质量具有较高的加工精度和表面质量 分散能力低分散能力低n n阳极反应的最终产物应是不溶性物质阳极反应的最终产物应是不溶性物质 不含能在阴极上沉积的离子不含能在阴极上沉积的离子n n性能稳定性能稳定n n操作安全，无毒操作安全，无毒n n腐蚀性小腐蚀性小n n价廉价廉第19页/共55页n n常用电解液（此3种为中性，还有酸性或碱性电解液）：a）NaCl 1418%，2535b）NaNO3 散蚀能力小得多，腐蚀作用小，安全n n缺点：电流效率低，生产率低，有氨气析出，NaNO3会消耗，价格为NaCl的2倍c）NaClO3（氯酸钠）导电能力强，生产率与NaC

12、l相近，腐蚀作用小，n n缺点：价格为NaCl的5倍，要注意防火第20页/共55页表表表表5.1 5.1 常用电解液的特点比较常用电解液的特点比较常用电解液的特点比较常用电解液的特点比较NaClNaNO3NaClO3加工速度高低较高加工精度较低较高较高表面质量加工铁基合金和镍基锻造合金光洁度较高加工有色金属合金光洁度较高加工铁合金光洁度较高腐蚀性大较小/高浓度下较小/高浓度下成本低较低高安全性安全，无毒助燃（氧化剂）助燃/强氧化剂适用范围广。精度要求不很高的铁基合金、镍基合金等有色金属及精度要求较高的铁基合金、镍基合金铁基合金、黄铜，扩孔、去毛刺等损耗无有（析出氨气）第21页/共55页表表表表

13、5.2 5.2 常见金属材料电解加工使用的电解液常见金属材料电解加工使用的电解液常见金属材料电解加工使用的电解液常见金属材料电解加工使用的电解液钢与铁基合金NaCl 5%20%50/LNaNO3 20%30%100/LNaClO3 100/L镍与镍基合金NaCl 50/LNaNO3 100/LNaClO3 100/L钛和钛合金NaCl 50/LNaClO3 100/LNaCl（/L）+NaBr（/L）+NaF（/L）铝与铝合金NaNO3 10%20%100/L铜与铜合金NaNO3 20%30%NaNO3（20%35%）+NaCl（3%5%）钨与硬质合金NaOH 40/LNaOH（8%16%）+

14、NaCl（2%）+酒 石 酸（8%16%）+CrO3（0.2%0.5%）第22页/共55页n n添加剂n n电解加工的电压：1020Vn n进给速度：等截面穿孔加工 210mm/min，变截面的型面、型腔 0.55mm/minn n电解液的流动方式：平行流动（正、反、侧），径向流动（正、反）第23页/共55页2.加工精度n n平衡间隙 工件蚀除速度=阴极进给速度n n一般为0.120.8 mm，最好为0.250.3 mm第24页/共55页3.表面质量n n粗糙度，表面层物理化学性质n n表面缺陷有：流纹，烧伤，晶界腐蚀n n影响因素：n n工艺参数 电流密度i，电解液流速（快、慢），温度（高、

15、低）n n工件材料 合金成分，金相组织，热处理状态n n阴极的表面质量第25页/共55页第26页/共55页5.1.2.4 提高电解加工精度提高电解加工精度的途径的途径1.混气加工1）增加了电解液的电阻率，减少了杂散腐蚀2）改变电解液的流动特性2.小间隙电解加工3.脉冲电流电解加工n n电解产物将有足够的时间排除，使加工区的电解液迅速更新，从而改善流场，提高加工稳定性4.改进电解液第27页/共55页5.1.2.5 电解加工工艺及应用电解加工工艺及应用1.型腔加工n n增液孔2.拉丝模扩孔3.电化学抛光n n特别适合于复杂表面和内表面第28页/共55页第29页/共55页第30页/共55页第31页/

16、共55页5.1.3 电解磨削电解磨削5.1.3.1 基本原理（图）阳极溶解+机械磨削（扒去氧化膜）第32页/共55页5.1.3.2 电解磨削的特点电解磨削的特点1）与机械磨削比，加工范围广，生产效率高2）与电解加工比，加工精度高，表面质量好3）砂轮损耗小n n缺点：磨刃口不易锋利，需防锈第33页/共55页5.1.3.3 5.1.3.3 电解磨削在模具加工中的应用电解磨削在模具加工中的应用电解磨削在模具加工中的应用电解磨削在模具加工中的应用1）磨削难加工的材料2）减少粗加工3）提高加工效率4）抛光第34页/共55页电解抛光工场电解抛光工场第35页/共55页5.1.4 电铸成形电铸成形n n电铸加

17、工的特点可概括为电铸加工的特点可概括为“微、脆、慢微、脆、慢微、脆、慢微、脆、慢”1 1）能准确、精密地复制复杂型面和细微纹路。做皮纹）能准确、精密地复制复杂型面和细微纹路。做皮纹2 2）能获得尺寸精度高、表面粗糙度值）能获得尺寸精度高、表面粗糙度值RaRa小于小于0.10.1微米的复制微米的复制品，用同一原模生产多个电铸件时，形状、尺寸的一致品，用同一原模生产多个电铸件时，形状、尺寸的一致性好。性好。3 3）可把复杂零件的内表面复制为外表面，然后再电铸复制。）可把复杂零件的内表面复制为外表面，然后再电铸复制。反之亦然，适应性广。反之亦然，适应性广。4 4）金属制品纯度高。）金属制品纯度高。5

18、 5）加工速度慢（）加工速度慢（0.020.05mm/h0.020.05mm/h）、效率低。）、效率低。6 6）能获得的制件厚度不大（）能获得的制件厚度不大（48mm48mm），且不够均匀，存在），且不够均匀，存在较大内应力，强度不高，性能较脆。较大内应力，强度不高，性能较脆。第36页/共55页第37页/共55页电铸加工的应用电铸加工的应用n n唱片模、工艺美术品模、印刷版（纸币、证券、邮票等）；n n注塑模、电火花成形电极；n n复杂、高精度的空心薄壁件（如波导管）；n n表面粗糙度标准样块、反光镜、表盘、异型孔喷嘴等特殊零件第38页/共55页电铸工艺过程电铸工艺过程（1）第一种n n产品图

19、纸母模设计制造金属母模去油、镀脱模层电沉积（电铸）加固脱模机械加工成品n n或n n产品图纸母模设计制造非金属母模清洗、防水处理镀导电膜电沉积（电铸）加固脱模机械加工成品第39页/共55页（2）第二种 用于大量生产或电铸电极n n产品图纸母模设计制造标准母模反制阴模再反制母模电铸前处理电沉积（电铸）加固脱模机械加工成品n n母模设计要点：n n形状相反；需考虑收缩率；粗糙度愈小愈好；必要时应有脱模斜度；边缘适当加大（后去除）；凹、凸不能相差太大，尽量避免尖角n n母模材料：金属或非金属第40页/共55页5.2 化学加工化学加工n n利用酸、碱、盐等化学溶液与金属发生化学反应，使金属溶解，改变工

20、件尺寸和形状5.2.1 化学蚀刻化学蚀刻（化铣）n n（以门板模具制造为例）5.2.2 照相化学腐蚀加工照相化学腐蚀加工第41页/共55页蚀刻工序蚀刻工序n n利用相片和电脑技术制成利用相片和电脑技术制成图案底片图案底片(菲林菲林)；n n将底片粘贴到涂有光阻介将底片粘贴到涂有光阻介质涂层且干净的工件表面；质涂层且干净的工件表面；n n将工件置于紫外线灯照射将工件置于紫外线灯照射下，并在显影液中显影，下，并在显影液中显影，将曝光部位清除；将曝光部位清除；n n将工件浸入酸液将工件浸入酸液(硝酸或氯硝酸或氯化铁？化铁？)池中或将酸液喷雾池中或将酸液喷雾至工件表面，控制时间，至工件表面，控制时间，

21、清洗清洗第42页/共55页5.3 超声波加工超声波加工n n跨机械、电、光3个学科n n1950年代起步（日本），我国50年代末开始第43页/共55页5.3.1 超声波加工超声波加工基本原理基本原理与特点与特点n n次声波次声波 16Hz16Hz（次（次/s/s）n n声波声波 16210162104 4HzHzn n超声波超声波 2102104 410107 7HzHz蝙蝠、狗、鲸、海豚等可闻蝙蝠、狗、鲸、海豚等可闻n n特超声波（微波超声）特超声波（微波超声）0.5100.5109 9HzHzn n超声振动驱动磨粒撞击脆性工件，实现加工（穿孔、切割超声振动驱动磨粒撞击脆性工件，实现加工（穿

22、孔、切割等）等）n n特点：特点：1 1）加工脆性不导电材料）加工脆性不导电材料(陶瓷、玻璃、宝石等陶瓷、玻璃、宝石等)；2 2）工具简单，通用？设备结构简单）工具简单，通用？设备结构简单3 3）对工件作用力小）对工件作用力小第44页/共55页5.3.2 设备设备n n超声波发生器5.3.3 基本工艺规律基本工艺规律5.3.4 应用应用n n切削，磨削，光整加工，塑性加工，磨料冲击加工，焊接第45页/共55页5.4 激光加工激光加工n n1960年代开始发展起来5.4.1 原理与特点原理与特点能量高度集中，局部高温达104，功率密度达1081010w/cm2第46页/共55页n n特点：1）不

23、需要工具，不存在工具损耗，无接触加工（无力的作用），能量及其移动速度均可调，可实现多种加工目的2）几乎能加工任意材料，特别适用于高硬度、高脆性、高熔点的材料3）加工速度快，效率高，热影响区小，加工质量稳定4）适合加工小孔、窄缝，光斑可聚焦到微米级5）可穿越透明材料，如对真空管内部进行焊接第47页/共55页特点：6）与电子束加工等比较，装置简单，不要求抽真空系统7）需反复试验，寻找合理参数，为减少反射，工件应色化、打毛8）操作者应佩戴防护眼镜危害：损伤眼睛、皮肤组织；危害眼睛、皮肤。伴随危害：电气污染；大气污染；辐射；使用了低温致冷剂；噪声；爆炸；火灾等第48页/共55页5.4.2 设备设备n

24、n激光器 气体（CO2，占2/3），固体（YAG，占1/3），液体，半导体n n电源n n光学与机械系统/可数字控制5.4.3 工艺规律工艺规律n n影响加工的主要因素有：焦距，焦点位置，输出能量与照射时间，光斑内的能量分布，多次照射，工件材料等第49页/共55页5.4.4 应用应用n n打孔，最小可达10微米n n切割，金属名片n n焊接，快速制模n n雕刻（以雕刻印章为例）第50页/共55页ROFIN laser micro welding第51页/共55页特种加工还有特种加工还有特种加工还有特种加工还有：n n涂镀（电化学能，金属离子阴极沉积）涂镀（电化学能，金属离子阴极沉积）n n磨粒

25、流加工（磨粒流加工（挤压珩磨挤压珩磨挤压珩磨挤压珩磨）用于铝型材挤压模用于铝型材挤压模n n 高压水射流切割高压水射流切割 岩石，金属岩石，金属n n光化学加工光化学加工 光刻光刻n n 高能束加工：高能束加工：n n电子束加工（电能、热能，熔化、气化，切割、打孔、电子束加工（电能、热能，熔化、气化，切割、打孔、焊接）；焊接）；n n离子束加工（电能、动能，离子撞击，蚀刻、镀覆、注离子束加工（电能、动能，离子撞击，蚀刻、镀覆、注入）；入）；n n等离子弧加工（电能、热能，熔化等离子弧加工（电能、热能，熔化焊接、气化焊接、气化涂覆、切割涂覆、切割喷镀）喷镀）n n（激光加工）等（激光加工）等第52页/共55页第53页/共55页第54页/共55页