電火花線切割零件方位一致性的探討與實(shí)現(xiàn)

徐永禮，龐祖高，王玉文, 楊志高

(1.廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，南寧 530023；2.廣西大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，南寧 530004)

電火花線切割零件方位一致性的探討與實(shí)現(xiàn)

徐永禮1，龐祖高2，王玉文2, 楊志高2

(1.廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，南寧 530023；2.廣西大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，南寧 530004)

在綜合實(shí)驗(yàn)過程中，針對(duì)凸模與推件板存在方位差不能裝合的問題，讓學(xué)生自行分析，找出電火花線切割時(shí)，凸模對(duì)稱中心線偏轉(zhuǎn)螺孔連線、基準(zhǔn)不一致和裝夾誤差的問題所在，提出了解決對(duì)策。依據(jù)對(duì)策所加工的模具零件消除了裝配上的干涉現(xiàn)象，零件間運(yùn)動(dòng)自如，注塑件壁厚均勻，較好地完成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。

綜合實(shí)驗(yàn)；電火花線切割；方位差；對(duì)策

獨(dú)立設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課是近年來深受工科院校學(xué)生歡迎的課程[1-4]。廣西大學(xué)更新實(shí)驗(yàn)理念，獨(dú)立設(shè)置的塑料模具系統(tǒng)過程綜合實(shí)驗(yàn)課程，集零件的創(chuàng)意構(gòu)思、設(shè)計(jì)、加工、注塑與產(chǎn)品質(zhì)量分析為一體，全程由學(xué)生自己動(dòng)手、自己完成。該課程的目的：在探索中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維能力，在體驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，在操作中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，做到發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，理論知識(shí)和實(shí)踐技能同步升華，為企業(yè)培養(yǎng)模具設(shè)計(jì)與制造的高素質(zhì)綜合技術(shù)人才。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)方案

圖1是課程中學(xué)生自行擬定的制品之一，圖2是該制品的模具結(jié)構(gòu)圖。由圖2可見，模具型腔系統(tǒng)和推出系統(tǒng)等各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較合理。實(shí)驗(yàn)室根據(jù)模具結(jié)構(gòu)擬定了A、B兩種方案：A方案要求加工全部模具零件并完成模具裝配；B方案只要求加工部分零件，同時(shí)，將外協(xié)制造好的模架提供給學(xué)生。B方案中所謂的部分零件包括：上下端面和兩個(gè)螺釘孔已加工好的凸模、各平面和四個(gè)螺釘孔已加工完成且安裝好四個(gè)導(dǎo)套的推件板、凹模板，學(xué)生的任務(wù)是電火花線切割加工各零件的工作輪廓形狀。兩方案比較，A方案工作量大，時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)影響其他課程的教學(xué)；B方案表面看似簡(jiǎn)單易行，但由于螺釘孔和導(dǎo)套已經(jīng)存在，加工的隨意性小，需要考慮的問題可能更多，實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的更明確。最終，確定B方案為綜合實(shí)驗(yàn)的加工環(huán)節(jié)內(nèi)容。

圖1 制品圖

1.定模座板；2、3、10.導(dǎo)套；4.導(dǎo)柱；5.墊板；6.推桿固定板；7.推板；8.動(dòng)模座板；9、12、17、20、21.螺釘；11.限位釘；13.支承板；14.推桿螺釘；15.支承桿；16.凸模固定板；18.推件板；19.凹模板；22.主流道襯套；23.定位圈；24.凸模圖2 注塑模裝配圖

1.2 問題的出現(xiàn)

按照B方案，凸模、推件板和凹模的工作輪廓均在電火花線切割機(jī)上完成。

學(xué)生編制工藝方案后，劃加工基準(zhǔn)線、編程、裝夾、對(duì)絲、調(diào)整電加工參數(shù)，先后順利完成了凸模、推件板和凹模三個(gè)零件工作輪廓形狀的加工。在工作臺(tái)上試著把凸模套入推件板，兩者運(yùn)動(dòng)自如，凸模也可以在凹模中自如運(yùn)動(dòng)。然而，凸模擰上螺釘固緊到模架上后，推件板導(dǎo)入導(dǎo)柱后卻無法套入凸模。隨后，調(diào)整裝配順序，先安裝推件板，但凸模套入推板的型孔后，螺釘又無法旋入，凹模裝配也出現(xiàn)同樣的問題。

1.3 原因分析

凸模、推件板和凹模處于自由狀態(tài)時(shí)，互相間運(yùn)動(dòng)自如而無干涉現(xiàn)象，一旦處于導(dǎo)向或緊固狀態(tài)，互相間為什么無法裝合？分析發(fā)現(xiàn)，可能的原因如下：

1)凸模對(duì)稱中心線偏轉(zhuǎn)螺孔連線

凸模對(duì)稱中心線一旦偏轉(zhuǎn)螺孔連線，凸模加工后外形輪廓實(shí)際上就偏轉(zhuǎn)了螺孔連線，如圖3(a)所示。而導(dǎo)柱導(dǎo)套的限位作用使得推件板不能隨凸模偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)凸模外形輪廓與推件板孔形狀輪廓方位不一致，推件板自然與凸模無法裝合，如圖3(b)所示。

(a) 凸模外形輪廓偏轉(zhuǎn)螺孔連線 (b) 凸模與推件板外形輪廓方位不一致圖3 凸模對(duì)稱中心線偏轉(zhuǎn)

2)基準(zhǔn)不一致

凸模固定板上的螺釘孔和凸模上已有的螺紋孔決定著凸模的位置，而凸模固定板上的導(dǎo)柱又決定了推件板的位置，如果凸模和推件板的幾何中心不一致，就會(huì)出現(xiàn)兩者無法裝合的情況。本模具推件板與凸模固定板上的導(dǎo)柱導(dǎo)套孔是配合加工的，但導(dǎo)柱導(dǎo)套幾何中心與各板件外形的幾何中心不重合，存在約占0.5 mm的位置偏差。若依據(jù)其中心線加工，必定導(dǎo)致凸模與推件板所處的位置不重合，最終引起推件板與凸模無法裝合，如圖4所示。

3)裝夾誤差

由于凸模上的兩個(gè)螺釘孔事先已加工好，也就確定了凸模在凸模固定板上的唯一位置。一旦電火花加工前毛坯裝夾存在誤差，則凸模和推件板的中心線形同虛設(shè)，就無法保證凸模在凸模固定板上的唯一位置。加工的結(jié)果會(huì)造成凸模與推件板的位置不對(duì)中，可能出現(xiàn)左右、上下的偏移，裝配時(shí)推件板與凸模也就無法裝合，如圖5所示。

圖4 凸模固定板和推件板的位置偏差

圖5 凸模與推件板的位置不重合

1.4 解決對(duì)策

上述三種原因均可能造成凸模與推件板無法裝合，以及凸模與凹模間隙不一致，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)后，提出了下述三種解決對(duì)策。

1)凸模偏轉(zhuǎn)無法與推件板裝合的對(duì)策：印花記號(hào)法

印花記號(hào)法的過程如下：首先，把加工好的凸模安裝到凸模固定板上，擰緊螺釘；然后，在凸模端面涂上顏料，通過導(dǎo)套的導(dǎo)向作用把推件板導(dǎo)入凸模固定板，將凸模端面的輪廓形狀印到推件板表面，并做出對(duì)稱中心線的位置記號(hào)；最后，按此方位劃對(duì)稱中心線走絲線切割加工，保證凸模與推件板的配合，如圖6所示。以同樣的方法完成凹模的加工。此方案的特點(diǎn)是，不管凸模如何偏轉(zhuǎn)，推件板孔(凹模腔)的方向都能保持一致。

圖6 印花記號(hào)方式

2)基準(zhǔn)找正對(duì)策：基準(zhǔn)統(tǒng)一法

基準(zhǔn)統(tǒng)一法的操作過程：將推件板(凹模板)壓入凸模固定板的導(dǎo)柱內(nèi)，以凸模固定板原有的中心線為基準(zhǔn)，在推件板(凹模板)再次劃中心線。卸下推件板(凹模板)，穿過凸模固定板上的螺釘孔擰上螺釘固緊凸模；用同樣的方法，以凸模固定板的中心線為基準(zhǔn)在凸模上劃中心線，再按照這些中心線的位置分別走線加工，能有效保證凸模與推件板的正確裝合。

3)裝夾加工誤差對(duì)策：劃針空走絲法

劃針空走絲法的操作過程：首先，用磁鐵把劃針固定在絲架上，讓已安裝工件的工作臺(tái)在X、Y方向上來回移動(dòng)，目測(cè)劃針與基準(zhǔn)線的偏離情況，反復(fù)調(diào)整工件，直至劃針的針尖完全與事先所劃的工件中心線重合；然后，固定工件編程加工。此方案的特點(diǎn)是，能保證凸模與推件板的對(duì)稱中心線交點(diǎn)重合。

2 效果

2.1 工作零件

按照上述方案重新制定加工工藝，凸模和推件板采用相同的基準(zhǔn)與走絲路線加工，并引入適當(dāng)?shù)拈g隙量。加工結(jié)果發(fā)現(xiàn)，凸模和推件板沒有裝配上的干涉現(xiàn)象，配合間隙一致，運(yùn)動(dòng)自如。

2.2 注塑產(chǎn)品

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，所注塑的產(chǎn)品壁厚一致、飛邊小、脫件容易，達(dá)到了較好的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。

2.3 示范作用

參照上述的工藝操作方法進(jìn)行加工，其他實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)過程順利，加工的零件問題減少，推件板、凸模、凹模間的干涉現(xiàn)象消除，注塑產(chǎn)品好，也取得了較理想的結(jié)果。

3 結(jié)束語

本綜合實(shí)驗(yàn)給學(xué)生創(chuàng)建了一個(gè)分析問題和解決問題的平臺(tái)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)到了模具設(shè)計(jì)、線切割加工、注塑等許多課本上無法學(xué)到的知識(shí)，分析問題、解決問題的能力得到了較大的提高，創(chuàng)新個(gè)性得到了充分發(fā)揮，為學(xué)好專業(yè)課奠定了良好的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)的最終成果為其他實(shí)驗(yàn)的開發(fā)起到了示范作用，被評(píng)為校級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。

[1]沈?yàn)槊?，黃杰，徐賁，等.獨(dú)立設(shè)課的專業(yè)實(shí)驗(yàn)組織教學(xué)研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2012，15(2)：144-147.

[2]陸際春，蘇廣才，張修海，等.實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課彌補(bǔ)專業(yè)課時(shí)的不足[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011(3)：146-147.

[3]梁欣泉，陸登俊，杭方學(xué). 制糖工程實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2012，15(6)：65-66.

[4]盧春花，陸堅(jiān)，姜偉，等.《生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)》獨(dú)立設(shè)計(jì)教學(xué)改革實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2014，17(1)：66-68.

Study and Realization of the Consistency of the Part Orientation in WEDM Process

XU Yongli1, PANG Zugao2,WANG Yuwen2,YANG Zhigao2

(1. Department of Mechanical Engineering, Guangxi College of Water Resources and Electric Power Mechanical Engineering，Nanning 530023, China; 2. School of Material Science and Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)

In the comprehensive experiment, there was a problem that the punch and the push board could not be installed for the difference in orientation. Students can analyze and identify the causes by themselves. There were the punch symmetrical centerline deflecting holes connection, benchmarks inconsistencies and clamping error in the WEDM process. They proposed some countermeasures. Based on the measures, they smoothly completed the experimental teaching tasks. They eliminated the interference between mold parts during the assembly process. The parts moved freely and the wall thickness of injection molded parts was uniform.

comprehensive experiment; wire cut electrical discharge machining; difference in orientation; countermeasure

2014-09-21；修改日期: 2014-10-29

徐永禮(1956-)，男，副教授，研究方向：現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。

龐祖高(1957-)，男，教授，研究方向：現(xiàn)代模具與制造技術(shù)。

TG661；G

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.005