凸模模具数控线切割加工方法研究

骆志强

（衡阳市广播电视大学 湖南衡阳 421000）

凸模模具数控线切割加工方法研究

骆志强

（衡阳市广播电视大学 湖南衡阳 421000）

主要研究凸模模具数控线切割加工方法，分析了间隙补偿量、穿丝孔位置直径、切割起点和切割路线的确定策略，并介绍了预加工、镶件与冲模加工、凹模凸模联合加工等凸模模具的数控切割加工方法。

凸模 模具 数控线切割

凸模是一种常见的模具形式，凸模模具数控线切割加工是凸模模具加工最常见的工艺形式，凸模的设计形状、尺寸和硬度直接影响其加工质量，在数控线切割加工中要采取必要的措施控制数控线切割加工变形，提高凸模的加工精度。［1］

一、加工参数的确定

凸模模具数控线切割加工关键性加工参数主要有间隙补偿量、穿丝孔位置和直径、切割起点和路线等，需要从这些方面对加工工艺进行适当调整，控制切割变形量，提高凸模加工成功率。［2］

1.确定间隙补偿量

模具零件尺寸由工件尺寸决定，尤其是冲模零件凸模刃口尺寸取决于工件尺寸，因此这一类零件数控线切割要重点关注间隙补偿量，电极丝自身是有直径的，而且加工过程中和工件会形成一个放电间隙，尺寸一般在0.01mm左右，所以电极丝中心轨迹和工件轮廓之间是不重合的，加工凸模，电极丝中心轨迹应该比凸模轮廓大一圈。

间隙补偿量和电极丝直径、放电间隙尺寸以及凸/凹模之间单面配合有关，冲孔凸模刃口尺寸取决于冲孔件尺寸，凸模间隙补偿量是电极丝直径与单面放电间隙之和，其刃口尺寸是凹模吃口尺寸和合理单边配合间隙之差。［3］

2.穿丝孔位置和直径

封闭凹模轮廓在切割之前要首先加工穿丝孔，一般都设置在轮廓内部，尽量靠近起割点，方便轨迹坐标的计算。凸模无需设置穿丝孔，可直接从工件边缘切入，然而切断材料将会对材料内部应力分布产生影响，工件有可能因为加工产生较大的应变，甚至会导致切割无法继续进行，而设置穿丝孔，则能够提高工件坯料的完整性，控制应变量。凸模的穿丝孔应该布置在轮廓外，接近加工轮廓轨迹的拐角，放置穿丝孔对凸模表面产生较大的影响，孔径也不能过大，1mm-8mm左右即可，在很多时候，穿丝孔往往用作加工基准，因此穿丝孔自身精度要求比凸模本身还高，需要选择高精密加工中心进行钻铰或者钻镗。［4］

大型凸模结构加工可开几个穿丝孔，预防断丝的情况发生，一旦断丝，可在就近穿丝孔中重新穿丝。当需要在一块坯料上加工两个零件时，两个零件不可连续加工，为了保持精度，需要分别开穿丝孔分开加工，对于一些复杂形状零件，单一穿丝孔难以获得较好的加工精度，可对称开四个穿丝孔，逐孔进行穿丝加工，将连接点设置在冲模费刃口端，最后手动分开各个连接点。［5］

3.切割起点和路线的选择

控制工件变形是数控线切割加工十分关键的内容，直接关系到工件加工的成败，为了控制变形，加工之前需要对切割起点和路线方案进行合理选择，一般应该将切割起点设置在夹持端，从近夹持端向远端走向加工，之后旋转卡具方向，使切入始终从工件内侧穿丝孔开始，要求加工路线和坯料端面之间距离至少要5mm，保证工件具有足够的结构强度，提高加工精度，在孔槽类型的零件，或者进行精密冲模时，可首先进行粗加工和半精加工，最后进行精加工，获得更高的尺寸精度。

二、不同凸模形式的加工方法

1.预加工

一般坯料在加工之前都经过了锻造、淬火处理，内部产生了较大的残余应力，在数控线切割加工过程中，大量材料被切除，剩余材料的残余应力得到释放，将会产生较大的形变，内部应力场重新分布，严重者会造成开裂。因此，在精加工之前，可先进行一次粗加工，在粗加工阶段将零件的残余应力充分释放，减少精加工时出现的变形量，精加工之前可先进行一次预铣或者电火花成形加工，或者在零件上预加工槽，实现残余应力的对称释放，避免精加工中出现较大的变形。

2.镶件与冲模凸模加工

未经淬火处理的坯料上加工镶件对加工精度要求不高，可不开穿丝孔，从坯料外端直接切入，切除镶件外形轮廓，操作重点在于切割路线和方向的选择，要将夹持位置设置在最后进行切割，暂停点设置在接近毛坯夹持端的位置。

淬火坯料上精加工凸模，淬火在坯料内部产生了较大的残余应力，加工中要重点控制切割造成的变形，凸模外观规则，可将剩余连接点设置在平面上，大部分轮廓精加工结束之后，剩余连接点一次性切割后由钳工磨平即可。

3.硬质合金凸模加工

硬质合金有着很高硬度，加工困难，加工速度缓慢，不规则凸模加工中预留连接点的磨平工作十分困难，需要对加工工艺进行适当调整，特别是大厚度硬质合金加工速度很慢，会发生比较严重的扭转变形，因此预留点都采用四次切割的加工方式，将第一次切割电极丝的偏移量增加到0.5-0.8mm左右，充分释放坯料的参与残余应力，同时预留足够的余量进行后续三次精加工。

切割之前首先在毛坯上加工Φ1.0mm-1.4mm穿丝孔，穿丝孔个和凸模轮廓线间切割线长度不能超过10m，加工过程中，能够一次切割就位的尺寸要求就不要由两次切割完成，固定余量一般在4mm左右，最后一次加工时一次性切割掉，再进行抛光或修磨，为了避免过切，可预留10μm余量用于钳工磨平。

4.凸/凹模联合加工

一般电火花线切割机冷冲模加工可采用凹模凸模联合加工的方法，节省材料，获得更好的平均性。凹凸模联合加工工艺的电极丝加工恒定槽宽是保证凸模凹模间隙精度的关键，传统加工方案是准备凸模和凹模两个模板，分别切割内外轮廓，在一块模板上切割凸模、凹模的穿丝孔和螺钉孔，经热处理之后一次性联合加工出凹模和凸模。

结语：

凸模模具零件数控线切割加工过程中面临着变形和开裂等质量问题，对模具的使用寿命和质量精度有着很大的影响，需要通过切割工艺方案优化、工艺参数的合理选择和零件工艺结构调整和预加工等措施控制工件切割变形量，进一步提高模具的加工精度。

［1］王新荣，任福君，姜永成.复杂曲面零件电火花线切割加工系统研究［J］.中国机械工程，2012（08）.

［2］段宏伟精密小模数蜗轮模具型腔的数控加工［J］.哈尔滨理工大学学报，2013（06）.

［3］王孝文，刘浩，巩玉伟.精冲技术在中国的发展和应用［J］.四川兵工学报，2014（12）.

［4］第十五届中国国际模具技术和设备展览会现代模具制造技术及设备评述［J］.模具工业，2015（01）.

［5］邓明，杜丽伟，赵伟霖.现代模具制造技术的现状及其发展［J］.模具制造，2014（05）.