凸模模具數控線切割加工方法研究

駱志強

（衡陽市廣播電視大學 湖南衡陽 421000）

凸模模具數控線切割加工方法研究

駱志強

（衡陽市廣播電視大學 湖南衡陽 421000）

主要研究凸模模具數控線切割加工方法，分析了間隙補償量、穿絲孔位置直徑、切割起點和切割路線的確定策略，并介紹了預加工、鑲件與沖模加工、凹模凸模聯合加工等凸模模具的數控切割加工方法。

凸模 模具 數控線切割

凸模是一種常見的模具形式，凸模模具數控線切割加工是凸模模具加工最常見的工藝形式，凸模的設計形狀、尺寸和硬度直接影響其加工質量，在數控線切割加工中要采取必要的措施控制數控線切割加工變形，提高凸模的加工精度。［1］

一、加工參數的確定

凸模模具數控線切割加工關鍵性加工參數主要有間隙補償量、穿絲孔位置和直徑、切割起點和路線等，需要從這些方面對加工工藝進行適當調整，控制切割變形量，提高凸模加工成功率。［2］

1.確定間隙補償量

模具零件尺寸由工件尺寸決定，尤其是沖模零件凸模刃口尺寸取決于工件尺寸，因此這一類零件數控線切割要重點關注間隙補償量，電極絲自身是有直徑的，而且加工過程中和工件會形成一個放電間隙，尺寸一般在0.01mm左右，所以電極絲中心軌跡和工件輪廓之間是不重合的，加工凸模，電極絲中心軌跡應該比凸模輪廓大一圈。

間隙補償量和電極絲直徑、放電間隙尺寸以及凸/凹模之間單面配合有關，沖孔凸模刃口尺寸取決于沖孔件尺寸，凸模間隙補償量是電極絲直徑與單面放電間隙之和，其刃口尺寸是凹模吃口尺寸和合理單邊配合間隙之差。［3］

2.穿絲孔位置和直徑

封閉凹模輪廓在切割之前要首先加工穿絲孔，一般都設置在輪廓內部，盡量靠近起割點，方便軌跡坐標的計算。凸模無需設置穿絲孔，可直接從工件邊緣切入，然而切斷材料將會對材料內部應力分布產生影響，工件有可能因為加工產生較大的應變，甚至會導致切割無法繼續進行，而設置穿絲孔，則能夠提高工件坯料的完整性，控制應變量。凸模的穿絲孔應該布置在輪廓外，接近加工輪廓軌跡的拐角，放置穿絲孔對凸模表面產生較大的影響，孔徑也不能過大，1mm-8mm左右即可，在很多時候，穿絲孔往往用作加工基準，因此穿絲孔自身精度要求比凸模本身還高，需要選擇高精密加工中心進行鉆鉸或者鉆鏜。［4］

大型凸模結構加工可開幾個穿絲孔，預防斷絲的情況發生，一旦斷絲，可在就近穿絲孔中重新穿絲。當需要在一塊坯料上加工兩個零件時，兩個零件不可連續加工，為了保持精度，需要分別開穿絲孔分開加工，對于一些復雜形狀零件，單一穿絲孔難以獲得較好的加工精度，可對稱開四個穿絲孔，逐孔進行穿絲加工，將連接點設置在沖模費刃口端，最后手動分開各個連接點。［5］

3.切割起點和路線的選擇

控制工件變形是數控線切割加工十分關鍵的內容，直接關系到工件加工的成敗，為了控制變形，加工之前需要對切割起點和路線方案進行合理選擇，一般應該將切割起點設置在夾持端，從近夾持端向遠端走向加工，之后旋轉卡具方向，使切入始終從工件內側穿絲孔開始，要求加工路線和坯料端面之間距離至少要5mm，保證工件具有足夠的結構強度，提高加工精度，在孔槽類型的零件，或者進行精密沖模時，可首先進行粗加工和半精加工，最后進行精加工，獲得更高的尺寸精度。

二、不同凸模形式的加工方法

1.預加工

一般坯料在加工之前都經過了鍛造、淬火處理，內部產生了較大的殘余應力，在數控線切割加工過程中，大量材料被切除，剩余材料的殘余應力得到釋放，將會產生較大的形變，內部應力場重新分布，嚴重者會造成開裂。因此，在精加工之前，可先進行一次粗加工，在粗加工階段將零件的殘余應力充分釋放，減少精加工時出現的變形量，精加工之前可先進行一次預銑或者電火花成形加工，或者在零件上預加工槽，實現殘余應力的對稱釋放，避免精加工中出現較大的變形。

2.鑲件與沖模凸模加工

未經淬火處理的坯料上加工鑲件對加工精度要求不高，可不開穿絲孔，從坯料外端直接切入，切除鑲件外形輪廓，操作重點在于切割路線和方向的選擇，要將夾持位置設置在最后進行切割，暫停點設置在接近毛坯夾持端的位置。

淬火坯料上精加工凸模，淬火在坯料內部產生了較大的殘余應力，加工中要重點控制切割造成的變形，凸模外觀規則，可將剩余連接點設置在平面上，大部分輪廓精加工結束之后，剩余連接點一次性切割后由鉗工磨平即可。

3.硬質合金凸模加工

硬質合金有著很高硬度，加工困難，加工速度緩慢，不規則凸模加工中預留連接點的磨平工作十分困難，需要對加工工藝進行適當調整，特別是大厚度硬質合金加工速度很慢，會發生比較嚴重的扭轉變形，因此預留點都采用四次切割的加工方式，將第一次切割電極絲的偏移量增加到0.5-0.8mm左右，充分釋放坯料的參與殘余應力，同時預留足夠的余量進行后續三次精加工。

切割之前首先在毛坯上加工Φ1.0mm-1.4mm穿絲孔，穿絲孔個和凸模輪廓線間切割線長度不能超過10m，加工過程中，能夠一次切割就位的尺寸要求就不要由兩次切割完成，固定余量一般在4mm左右，最后一次加工時一次性切割掉，再進行拋光或修磨，為了避免過切，可預留10μm余量用于鉗工磨平。

4.凸/凹模聯合加工

一般電火花線切割機冷沖模加工可采用凹模凸模聯合加工的方法，節省材料，獲得更好的平均性。凹凸模聯合加工工藝的電極絲加工恒定槽寬是保證凸模凹模間隙精度的關鍵，傳統加工方案是準備凸模和凹模兩個模板，分別切割內外輪廓，在一塊模板上切割凸模、凹模的穿絲孔和螺釘孔，經熱處理之后一次性聯合加工出凹模和凸模。

結語：

凸模模具零件數控線切割加工過程中面臨著變形和開裂等質量問題，對模具的使用壽命和質量精度有著很大的影響，需要通過切割工藝方案優化、工藝參數的合理選擇和零件工藝結構調整和預加工等措施控制工件切割變形量，進一步提高模具的加工精度。

［1］王新榮，任福君，姜永成.復雜曲面零件電火花線切割加工系統研究［J］.中國機械工程，2012（08）.

［2］段宏偉精密小模數蝸輪模具型腔的數控加工［J］.哈爾濱理工大學學報，2013（06）.

［3］王孝文，劉浩，鞏玉偉.精沖技術在中國的發展和應用［J］.四川兵工學報，2014（12）.

［4］第十五屆中國國際模具技術和設備展覽會現代模具制造技術及設備評述［J］.模具工業，2015（01）.

［5］鄧明，杜麗偉，趙偉霖.現代模具制造技術的現狀及其發展［J］.模具制造，2014（05）.