儀表外殼塑料注塑模具設(shè)計(jì)【說(shuō)明書(shū)+CAD】
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由電火花加工引起的塑料模具鋼表面完整性的一項(xiàng)對(duì)比研究BULENT EKMEKCI, OKTAY ELKOCA, 和 ABDULKADIR ERDEN極端的電火花加工(EDM)過(guò)程導(dǎo)致了加工表面上一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的變化。在研究的過(guò)程中,我們對(duì)電極材料和液體介質(zhì)類(lèi)型對(duì)塑料模具鋼樣品表面完整性的影響均進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,無(wú)論工具電極和絕緣液體如何變化,白層上總可以形成機(jī)加工表面。這一層是由分布在保留的滲碳體和馬氏體基體層上形成的樹(shù)突結(jié)構(gòu)奧氏體,由于熔融金屬的快速凝固,在碳介質(zhì)液體中使用。高強(qiáng)度裂紋的長(zhǎng)度增加引起低脈沖的電流脈沖。此時(shí)已發(fā)現(xiàn)電火花加工表面產(chǎn)生裂紋,閉合環(huán)路凹陷與徑向裂紋交叉直立仍然繼續(xù),另一個(gè)放電反應(yīng)在附近發(fā)生。白層樣品中加工去離子水混合溶液液體介質(zhì),保留的殘余奧氏體相的數(shù)量有所減少,裂紋強(qiáng)度有所變化。小球體附屬物的數(shù)量在增加,表面碳工具電極材料或介電質(zhì)液體被用于加工中。1 引言電火花加工(EDM)提供一個(gè)有效地制造工藝,使生產(chǎn)的硬質(zhì)材料構(gòu)件具有復(fù)雜的幾何形態(tài),它很難用于常規(guī)加工航空航天、汽車(chē)、工具、模具等行業(yè)。電火花加工可以描述為利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用,蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法。因此,電能的形式以持續(xù)時(shí)間短脈沖指向電極。進(jìn)行電火花加工時(shí),工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極,并浸入工作液中,或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。當(dāng)兩極間的間隙達(dá)到一定距離時(shí),兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿,產(chǎn)生火花放電。眾所周知,在電極表面的腐蝕主要是由熱效應(yīng)的放電引起的,通過(guò)火花電極感應(yīng),發(fā)電機(jī)制造出強(qiáng)烈的電場(chǎng)。在這一領(lǐng)域,最強(qiáng)的電極發(fā)揮作用。在這兩個(gè)電極之間,液體介質(zhì)中的分子和離子極化。當(dāng)介電強(qiáng)度液的差距超過(guò)自然條件限制,則是一種低阻放電通道形成由于電子放射引起的陰極陽(yáng)極的變化。這種碰撞過(guò)程以熱的形式轉(zhuǎn)化動(dòng)能。熱產(chǎn)生的放電通道預(yù)計(jì)高達(dá)1017w/平方米左右。因此,甚至可以提高局部電極溫度到20000k。因此,被電離的電極材料發(fā)生溶解、汽化。不被人了解的是在相似的高溫下可以得到如此小的尺寸。等離子體放電通道擴(kuò)張導(dǎo)致壓力增加,邊界電流密度差距降低。大多情況下,壓力升高可以防止兩電極表面過(guò)熱。當(dāng)脈沖電壓消失時(shí),急劇下降的壓力會(huì)引發(fā)劇烈侵蝕過(guò)程。過(guò)熱的電解質(zhì)液體會(huì)使熔巖洞劇烈爆炸。最后,在表面冷卻的瞬間,在液體介質(zhì)中,形狀不規(guī)則的熔融材料或中空球形顆粒汽化。其最終結(jié)果就是在正負(fù)電極上都形成小坑,那里其余部分的熔融材料飛濺。應(yīng)用連續(xù)高頻率驅(qū)動(dòng)一個(gè)電極,逐漸侵蝕形成互補(bǔ)的工具電極形成電火花放電。明確表征電火花加工表面形貌和質(zhì)量的功能是必不可少的。圖(2)(3)試圖定義一個(gè)單一的放電隕石坑的形狀和放點(diǎn)條件之間的關(guān)系。它發(fā)現(xiàn),間隙距離引起放電隕石坑大小的多樣性。勞埃德和沃倫表明,陽(yáng)極隕石坑晶體取向是一個(gè)獨(dú)立的圓形凹陷的形式和凸起的環(huán)狀在液體分散時(shí)間金屬動(dòng)蕩造成的。此外,他們還發(fā)現(xiàn),這個(gè)隕石坑的直徑在一定的條件下是一個(gè)常數(shù)。另一方面,在陰極的隕石坑上并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)真正的循環(huán),但可以發(fā)現(xiàn)它們晶面的對(duì)稱(chēng)性。格林和阿爾瓦雷斯在不同的電極材料作用下、采用了輪廓成像技術(shù)準(zhǔn)確的測(cè)量了隕石坑電極的體積。他們的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明了徑向流線(xiàn)附近的邊緣上的隕石坑受高壓的影響。拉達(dá)克里西南發(fā)現(xiàn),利用定位技術(shù),不同的材料形成的隕石坑,除了其規(guī)模和深度的不同,外觀則幾乎相同。他們報(bào)告說(shuō),這是由于隕石坑口熔融材料的沉積。Wong等人用微細(xì)電火花加工,其中有一個(gè)單一的火花發(fā)生器工作,發(fā)現(xiàn)在較低的能量下,隕石坑的形狀更均勻。更好的界定以較低的能量(50PJ)與不規(guī)則的直徑的統(tǒng)一使其達(dá)到更高的水平。由于連續(xù)放電現(xiàn)象,隕石坑隨機(jī)疊加。在各種不同的操作類(lèi)型和實(shí)驗(yàn)條件下,各種不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)?zāi)P偷谋砻婀鉂嵍染话l(fā)表。(7-25)中已觀察到許多過(guò)程變量表面光潔度的影響,如峰值電流、電流脈沖的持續(xù)時(shí)間、電壓間隙、電極極性、雜物濃度、工具電極、工件、介質(zhì)液體的熱性能。一般來(lái)說(shuō),電源功能趨勢(shì)曲線(xiàn)表明了脈沖能量的增加引起表面粗糙度的增加。大的粗糙度值可以說(shuō)明大隕石坑具有高能量。經(jīng)過(guò)較大的努力,我們使用了超精密加工,已經(jīng)改善了電火花加工的精度和表面粗糙度。材料的去除是在靜電作用力作用下發(fā)生在發(fā)生在金屬表面,短脈沖持續(xù)時(shí)間較短。在這種情況下,可能得到小于0.2的表面粗糙度值(RA),還可以得到1鏡面表面。(26、27、28)在電鏡下,對(duì)各種加工面(2、5、10、11、14、22、23、29、30)的研究表明,表面觀察到的可溶性物質(zhì)是滯留氣體逃逸后形成的殘骸。很明顯,流量停止的瞬間表面是冷凍的。然而,根據(jù)凹痕一周的形狀,告訴了我們其突然破裂的同時(shí),壓力也大幅度降低。另一個(gè)特點(diǎn)是電火花加工表面上出現(xiàn)大量的裂紋。工件開(kāi)裂的出現(xiàn)和熱能的大小決定了加工表面。由于熱應(yīng)力導(dǎo)致電火花加工的表面形成裂紋。他們通常是先在材料的表面形成閉合回路,在冷卻的過(guò)程中,受應(yīng)力的影響,殘余內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致融化的材料比未受母材影響的材料更容易產(chǎn)生裂縫。(22、29、32)早期的對(duì)純鐵和鐵合金在放電加工表面的研究表明,對(duì)白層的影響遠(yuǎn)比對(duì)基材的影響大。在合金電極材料白層的表面上發(fā)現(xiàn)了無(wú)規(guī)律的飛濺物。(2、4、33、35),從這些可以觀察電極材料如何影響工件表現(xiàn)的質(zhì)量。因此,研究表明,該合金應(yīng)減少一個(gè)合適的合金元素來(lái)降低殘余應(yīng)力,從而提高表面質(zhì)量。(2、4、35)經(jīng)過(guò)淬火可以獲得更高的硬度值。這一層是在機(jī)加工的條件下,以水為介質(zhì)觀察的。(2、4、33、34)勞埃德和沃倫發(fā)現(xiàn),當(dāng)在石蠟介質(zhì)條件下用石墨電極加工時(shí)得到一種枝晶奧氏體和滲碳奧氏體共融的表面結(jié)構(gòu);當(dāng)在正常條件下用銅電極加工時(shí)得到一種滲碳奧氏體表面結(jié)構(gòu)。歐普 33報(bào)道在共晶再鑄層上加工熱鍛造鋼。馬斯瑞林和馬爾基奧尼36報(bào)道了在碳化物基體上的奧氏體的結(jié)構(gòu)相似,但其指出,不同的電極下白層形態(tài)有所改變;并且碳化物和奧氏體相的比例各不相同。然而,思茅等24曾報(bào)道在電火花加工時(shí),當(dāng)采用粉末冶金(PM)的生坯和燒結(jié)的碳化鈦 、碳化鎢、鈷時(shí),白層的硬度增加。他們用輝光放電發(fā)射光譜對(duì)改性火花紋輥面的變化進(jìn)行分析,并觀察發(fā)現(xiàn),當(dāng)鈦和鎢一起包含在電極電介質(zhì)中時(shí),觀察到粉末冶金電極中含有的鈦和鎢和電火花液分解出的碳一起轉(zhuǎn)移到其表面。同樣,蔡等人37報(bào)道了加工表面上以復(fù)合電極為基礎(chǔ)的銅和鉻的遷移。雷貝洛等14報(bào)道了其表面的碳強(qiáng)度增加了9倍,大于探針?lè)治龅纳⒀b物料的強(qiáng)度。加內(nèi)姆等23也發(fā)現(xiàn)碳和氫富集在外層。一些研究人員把表層和亞表層含碳量的增加歸因?yàn)殡娊赓|(zhì)的熱解,而另一些研究人員認(rèn)為是由于快速?gòu)氖姌O吸收了碳而非電解質(zhì)熱解出的碳.湯姆森總結(jié)出,碳是從介質(zhì)中吸收的,而不是從電極中吸收的29。近表面硬化現(xiàn)象在奧氏體結(jié)構(gòu)中比在鐵素體結(jié)構(gòu)中更為嚴(yán)重,由于在此結(jié)構(gòu)中碳溶解度更低23。雷貝洛眾議長(zhǎng)等人14表明,F(xiàn)e3C在滲碳馬氏體鋼的表面上形成,而Cabanillas等已發(fā)現(xiàn)形成碳化物的兩種不同的方式:第一種是E-碳化物,由奧氏體,馬氏體低于0.5焦耳的能量電火花加工形成39;第二種是滲碳體,由奧氏體,F(xiàn)e7C3,或Fe5C2純鐵中的烴類(lèi)介質(zhì)的更高的電火花加工形成。利姆等人可視化的管理是通過(guò)使用非傳統(tǒng)的金相試劑使鑄層顯示各種微觀結(jié)構(gòu)。因此,他們根據(jù)各種意見(jiàn),根據(jù)重鍍層厚度可分為三類(lèi)。第一類(lèi)被認(rèn)為是20微米至50微米左右,有結(jié)構(gòu)類(lèi)似的微觀層次重疊;第二類(lèi)被發(fā)現(xiàn)介于10微米和20微米之間,主要是柱狀性質(zhì)的樹(shù)突結(jié)構(gòu)。最后一類(lèi)被發(fā)現(xiàn)其厚度小于10微米,是最耐腐蝕的。因此,它不能被準(zhǔn)確的描述是毋庸置疑的。在大多數(shù)情況下,在鑄層可以發(fā)現(xiàn)受碳限定的熱影響層。(2、4、33、36、41、42)這層通常是鋼化的微觀結(jié)構(gòu)??梢园l(fā)現(xiàn)這一層的硬度值小于潛在的硬化材料。在大量的研究中可以觀察到一個(gè)中間隔層重鑄的鋼化層。(2、4、33、36)通過(guò)工具電極發(fā)現(xiàn)這層是存在碳梯度的材料。在嚴(yán)峻的加工條件下,這層包括部分熔融層和另外一個(gè)區(qū)域,且發(fā)生了固態(tài)擴(kuò)散。厚度的增加導(dǎo)致熱影響層電荷能量的增加。這層包含了一個(gè)高密度二相粒子,比其母材具有更大的尺寸和更全面的碳化物粒子。(11)這層的硬度也略高于鑄層。(40)已經(jīng)報(bào)道過(guò)塑料變形區(qū)的材料由于是單相材料,且其在電火花加工時(shí)不發(fā)生復(fù)雜階段的變化,因此這層會(huì)引起潛在的金屬變厚幾十到幾百微米,發(fā)生塑性變形。在機(jī)加工條件嚴(yán)峻時(shí),脆性材料會(huì)出現(xiàn)裂縫,大部分超出此地帶的材料將不會(huì)被加工。(4、11、33)科技進(jìn)步已經(jīng)促進(jìn)高強(qiáng)度、高硬度的材料在制造業(yè)中的逐步使用。由于電火花加工有處理復(fù)雜的機(jī)械加工硬質(zhì)材料的能力,因此,本工藝加工方法逐步被使用。研究斷裂、疲勞失效、快速加熱和冷卻、表面缺陷對(duì)材料強(qiáng)度的影響。這些特性最終決定了機(jī)加工件的操作特性。在這項(xiàng)研究中,我們對(duì)電極材料和介質(zhì)液體類(lèi)型對(duì)塑料模具鋼表面完整性的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程塑料模具鋼材(DIN1.2738)樣品在電火花加工時(shí)應(yīng)去除應(yīng)力,確保良好的條件。先將其加熱到600C緩慢冷卻一小時(shí)。其中一個(gè)表面用FURKAN*電火花加工。(FURKAN是土耳其的技術(shù)公司,伊斯坦布爾)。工作面積是1050毫米。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的平均電流在其脈沖為1、2、4、8、16和長(zhǎng)度為6、12、25、50、100、200、400、800、1600等。以商業(yè)煤油和去離子水作為電介質(zhì)液體。鋼和石墨被選為工具電極。材料的化學(xué)成分如樣品材料表中所示。表1,組成塑料模具鋼材(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))JEOL*進(jìn)行了地形考試。JEOL*日本電子光學(xué)有限公司、東京。JSM-5600掃描電子顯微鏡(SEM)。樣品用傳統(tǒng)金相技術(shù)提取,可以觀察到熱影響層通常在一個(gè)奧林匹斯金相微觀的范圍。此部分加入一種試劑,以便于觀察熱影響區(qū)。顯微硬度測(cè)量深度文件由FUTURE-TECH*FM-700公司制作。奧林匹斯是一個(gè)商標(biāo)*日本奧林匹斯有限公司、東京。FUTURE-TECH是一個(gè)商標(biāo)*日本FUTURE-TECH有限公司、東京。用維氏硬度indenter 10,或負(fù)載的時(shí)間縮進(jìn)15秒。通過(guò)帕特x射線(xiàn)衍射,利用島津萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)* XRD 6000,得出以下數(shù)據(jù)。*島津萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)是一個(gè)商標(biāo),日本島津萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)有限公司京都議定書(shū)3 結(jié)果A、表面形貌眾所周知,通過(guò)控制電源的設(shè)置功能,使釋放出的能量導(dǎo)致表面粗糙度的變化。峰值電流越高,脈沖持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),則表面的粗糙度越大。相反,峰值電流越低,脈沖持續(xù)時(shí)間越短,則表面粗糙度越小。因?yàn)殡姌O材料的能量和脈沖能量成正比。掃描電子顯微照片(圖1和2)表明,觀察電火花加工表面,重疊隕石坑,碎片球體,由逃逸的再沉積材料的煙囪狀滯留氣體形成可溶性物質(zhì)。介質(zhì)液體和工具電極表面形貌的影響在文獻(xiàn)中沒(méi)有明確規(guī)定。已報(bào)道過(guò)他只引起表面粗糙度產(chǎn)生微小的變化。類(lèi)似的操作條件下產(chǎn)生的表面,通過(guò)使用不同的液體介質(zhì)和電極材料的組合(圖1和2),顯示了圖形各種不同的特點(diǎn)。改變球狀或不規(guī)則形狀的附屬物的表面特征,被納入隕石坑外緣。銅作為工具電極,去離子水作為液體介質(zhì)(圖1(a)使用時(shí),沒(méi)有或很少有附屬物可被觀察到。因此可以改變工具電極材料,或增加石墨等附屬物的數(shù)量(圖1(b)。已發(fā)現(xiàn)表面密集時(shí),使用煤油作為電介質(zhì)液體。然而,在圖2(a)(b)的情況下,在表面地形不斷變化時(shí),工具電極材料的變化并非必不可少。這些結(jié)果準(zhǔn)確表明碳來(lái)自電介質(zhì)液體或工具電極。脈沖持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng),可以極大地提高表面損傷的數(shù)量。尤其是在高脈沖寬度和低電流設(shè)置且使用煤油作為電介質(zhì)液體時(shí),最有可能產(chǎn)生裂紋。在這種情況下,一個(gè)明確的裂紋網(wǎng)絡(luò)在800ps和平均電流為8 A增加兩倍的脈沖電流可以清晰顯示(圖3(a)。這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里,脈沖持續(xù)的時(shí)間變短(圖3(b)。用水做電解液時(shí),高脈沖寬度時(shí)加工狀態(tài)不穩(wěn)定,當(dāng)采用正常脈沖電流16A,脈沖寬度低于400ps時(shí),加工穩(wěn)定,當(dāng)采用8A脈沖電流時(shí),脈沖寬度要低于200ps,加工狀態(tài)才穩(wěn)定。在不穩(wěn)定的加工條件下,可視化的深腔(圖4(a)項(xiàng))以煤油作為液體介質(zhì)(圖3(a),此時(shí)在加工過(guò)程中產(chǎn)生電弧。在相似加工條件下?lián)Q做銅電極加工時(shí),會(huì)出現(xiàn)一個(gè)從穩(wěn)定到不穩(wěn)定加工的過(guò)渡型面,在此區(qū)域由不穩(wěn)定放電而產(chǎn)生的深坑會(huì)被穩(wěn)定加工時(shí)產(chǎn)生的熔融材料部分填平(圖4(b)。(左)圖1。1-SEM電火花加工塑料模具鋼材表面。Iav = 16、tp = 25 p;介質(zhì)液體:去離子水;電極(a)和(b):銅、石墨。(右)圖2。2-SEM電火花加工塑料模具鋼材表面。Iav = 16、tp = 25 ps;介質(zhì)液體:煤油;、電極(a)和(b):銅、石墨。 (左)圖3。3-SEM電火花加工塑料模具鋼材表面。電極:石墨; 800 ps;介質(zhì)液體:煤油;1,Iav = 8 ,;2,Iav = 16。(右)圖4。4-SEM電火花加工塑料模具鋼材。Iav = 8 時(shí),電極:(a)石墨、(b)銅;tp = 800 ps;液體介質(zhì):水。 (左)圖5。5-Cross電火花加工部分塑料模具鋼樣品。介質(zhì)液體:煤油;tp = 400、Iav = 16; 電極(a)和(b):石墨、銅。電極:銅;當(dāng)Iav = 8 時(shí),電極:石墨;當(dāng)Iav = 8 a,電極:銅。(右)圖6。6-Cross電火花加工部分塑料模具鋼樣品。介質(zhì)液體:去離子水;tp = 400 ps、(a)Iav = 16 ;電極:石墨。(b)Iav = 16,電極:銅。(c)Iav = 8 ,電極:石墨。(d)Iav = 8 a,電極:銅。B、熱影響層 在電火花加工的表面產(chǎn)生熱影響層。在所有情況下,研究發(fā)現(xiàn)脈沖持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng),白層厚度最高。重疊的隕石坑基地和輪輞在輪輞層較厚的地方形成白色層(圖5)。分析加工過(guò)程中的介質(zhì)液體和工具電極,從中發(fā)現(xiàn),白層堆積在隕石坑外緣。當(dāng)使用石墨作為工具電極和煤油作為電介質(zhì)液體時(shí),形成白色層是顯而易見(jiàn)的。銅作為工具電極使用時(shí),推斷出在此形成的白層數(shù)量略有下降。當(dāng)水被用來(lái)作為電介質(zhì)液體時(shí),白色層的減少是顯而易見(jiàn)的(圖6)。尤其是當(dāng)使用銅作為工具電極時(shí),白層的數(shù)量最少。但由于高的熱度梯度對(duì)熱影響區(qū)有所影響,在大多數(shù)情況下,一個(gè)黑暗的熱影響中間層是可見(jiàn)的。我們發(fā)現(xiàn)這層比白層薄得多。C、硬度深度百分比我們至少10次測(cè)量各個(gè)熱影響層。閱讀資料10-G,塑料模具鋼樣品的壓痕時(shí)間15秒,在一定的負(fù)載下,觀察顯微硬度讀數(shù)的變化(見(jiàn)表二)。在白色層的硬度值比其母材的硬度值更高。位于白層下的熱影響區(qū)域硬度急劇降低(由外至里)直至降低到未受影響的材料硬度值。我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的結(jié)果:工具電極和電介質(zhì)液體,會(huì)略微受到影響層內(nèi)的硬度變化的影響。D. x射線(xiàn)衍射模式塑料模具鋼樣品的X射線(xiàn)衍射圖樣顯示基本上是兩個(gè)不同的趨勢(shì)(圖7)。當(dāng)樣品以煤油為介質(zhì)加工時(shí),無(wú)論工具電極材料有什么變化,均會(huì)形成Fe3C。Fe3C不能在加工表面用去離子水檢測(cè)。因此,可以得出結(jié)論,在表面層中的含碳量的增加可以歸因于液體介質(zhì)的裂解產(chǎn)物,而不是工具電極。以去離子水作為液體介質(zhì)時(shí),殘余奧氏體也對(duì)所有樣品的檢測(cè)量有一定的影響。圖7。在衍射模式下電火花加工塑膠模鋼樣品。(a)Iav = 16、tp = 800 。(b)以銅為電極,以煤油為液體介質(zhì)。(c)以石墨為電極,以煤油為液體介質(zhì)。(d)以銅為電極,以去離子水為液體介質(zhì)。 (e)以石墨為電極,以去離子水為液體介質(zhì)。附表二 顯微鏡下測(cè)量硬度的結(jié)果4 討論結(jié)果在機(jī)加工條件下,我們發(fā)現(xiàn),最外層就是我們熟知的白層。白層表面的厚度是不均勻的。這是由于連續(xù)重疊層電火花作用的結(jié)果。因此,預(yù)計(jì)類(lèi)似的微結(jié)構(gòu)組成的多層結(jié)構(gòu)應(yīng)在白層上出現(xiàn)。利姆等人40在可視化的粗加工條件下,通過(guò)有效地試劑,發(fā)現(xiàn)了層狀結(jié)構(gòu)。白層厚度從幾微米開(kāi)始變化。由于熔化的金屬被驅(qū)逐到現(xiàn)有的白層,隨后凝固,因此白層就在這部分形成。減小脈沖寬度和電流也可以減少白層的厚度,但在較厚的部分可以看見(jiàn)多層結(jié)構(gòu)。對(duì)較薄的單層結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,該部分主要是柱狀或樹(shù)突狀組織。這可能是單層類(lèi)型,保留了熔融金屬的凝固組織(圖8(a)。熔融金屬顆粒形成球形附屬物,被驅(qū)逐在電火花加工的工件的表面固化。這種附屬物一般可分為兩組。第一組的球形物只會(huì)粘結(jié)在白層上。他們呈小球形,與基體在一個(gè)或兩個(gè)接觸點(diǎn)結(jié)合?;瘜W(xué)蝕刻可以輕松的去除這組球形物。仔細(xì)觀查發(fā)現(xiàn),在有些情況下,沒(méi)有明確的證據(jù)可以檢測(cè)這些小球準(zhǔn)確的脫落位置40。第二組的球形物牢牢地融合再鑄層,并且具有較大的接觸面積圖8(b)。在多層基板加工過(guò)程中,工具電極材料和絕緣液體周?chē)?,可以看到一個(gè)個(gè)球形附屬物。雖然沒(méi)有確鑿的證據(jù)表明石墨電極的白色層和熱影響層中有大量德?tīng)柼几患?,但球形附屬物?shù)量的增加是顯而易見(jiàn)的(圖1(b)。顯微圖像表明與電解質(zhì)和電極都有反應(yīng),如果沒(méi)有電解質(zhì)或者電極生成碳,工件表面的氣化過(guò)程會(huì)得到抑制。這表明碳在工具電極、電介質(zhì)液體沸騰的過(guò)程中被同化。塑料模具鋼樣品的X射線(xiàn)衍射圖樣顯示,在使用煤油作為電介質(zhì)液體時(shí)在加工表面上形成Fe3C。因此,白層由滲碳體和馬氏體組成,分布在保留的奧氏體基體中。使用去離子水為液體介質(zhì)時(shí),保留的殘余奧氏體相的數(shù)量減少、強(qiáng)度降低。改變電極材料結(jié)果仍然不會(huì)改變。據(jù)推測(cè),僅相的數(shù)量可能會(huì)有所不同。在放電過(guò)程中破獲的烴類(lèi)介質(zhì)的裂解產(chǎn)物形成滲碳體。顯微硬度測(cè)試表明,白層硬度在不同情況下是不同的,因?yàn)樗刹煌奈⑿驮M成。在所有情況下,電火花加工塑料模具鋼,熱影響層產(chǎn)生導(dǎo)致白層的變化。我們發(fā)現(xiàn),在最外層區(qū)域白層硬度值較高,然后逐步減少在內(nèi)部部分母材硬度。大多數(shù)研究人員報(bào)道說(shuō),在較高的脈沖寬度下,裂縫逐漸增多,能量逐漸增加 11,32。根據(jù)他們的說(shuō)法,在機(jī)加工時(shí)應(yīng)按比例增加脈沖能量,則更容易裂紋。然而,李和泰22聲明,在最小電流脈沖下,這個(gè)裂縫密度最大,持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。這些結(jié)果證實(shí)這一結(jié)論。在同一脈沖下,裂縫在高能級(jí)密度下持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。如果降低脈沖能量,在閉合環(huán)路裂縫處出現(xiàn)凹陷(圖3(a)。裂縫形成的隕石坑繼續(xù)蔓延時(shí),在附近繼續(xù)產(chǎn)生電火花放電??梢灾赋觯诖怪苯嵌鹊慕稽c(diǎn)處,常常形成裂紋(圖9)。通過(guò)區(qū)分附屬物和球狀體也可以區(qū)分樣品。有時(shí)在加工表面發(fā)現(xiàn)的小隕石坑大概是由于泡沫崩潰形成的。在這種情況下,可以清晰地看見(jiàn)馬氏體的痕跡(如圖9(b)。在相同的能量下,當(dāng)脈沖持續(xù)時(shí)間減少時(shí),裂縫的數(shù)量也相應(yīng)減少。尤其是在隕石坑外緣,產(chǎn)生一個(gè)更高的熱徑向應(yīng)力,徑向裂縫產(chǎn)生(如圖10)。改變工具電極不能改變表面裂紋的結(jié)構(gòu)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)金屬材料達(dá)到熱影響層時(shí),裂縫穿透白層繼續(xù)蔓延。當(dāng)石墨被用作工具電極和去離子水被用作電介質(zhì)液體時(shí),在高脈沖條件下,一場(chǎng)激烈的、非同尋常的的開(kāi)裂在熱影響層產(chǎn)生(圖11)。這種不穩(wěn)定的運(yùn)行情況常見(jiàn)于工業(yè)應(yīng)用中。在這種情況下,與其他情況相比,其隕石坑更深,且其形狀更不規(guī)則(圖4(a)。裂縫是隨機(jī)分布的,通常是在隕石坑口基體上,并擴(kuò)展到其母材上。當(dāng)用去離子水做電火花液時(shí)產(chǎn)生的這些缺陷與電解液被石墨電極加工時(shí)產(chǎn)生的廢物污染有關(guān),污染的增加降低了電火花液的性能并導(dǎo)致加工過(guò)程中產(chǎn)生電弧。 (左)圖9-劇烈電火花加工塑料模具鋼材。 (a)放大200倍,(b)放大550倍。介質(zhì):煤油,tp = 1600 ps;Iav = 8。(右)圖10-劇烈電火花加工塑料模具鋼材。(a)放大200倍,(b)放大550倍。工具電極:銅;介電材料:煤油,tp = 400 ps;Iav = 8。圖11-邊界裂解塑料模具鋼材。工具電極:石墨;介電材料:去離子水;tp = 1600 ps;Iav = 8。5 結(jié)論通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)可以得出以下結(jié)論。1、電火花加工時(shí),無(wú)論選用任何一種電介質(zhì)液體和工具電極材料,在加工表面上均可形成白層。2、在烴類(lèi)電火花液中加工的樣品白層中含有比母材多的碳,是由于放電過(guò)程中電火花液熱解的產(chǎn)物所致.因此白層含有滲碳體和馬氏體分布在殘留奧氏體中,由于熔融金屬的快速固化而形成枝晶狀結(jié)構(gòu).3、加工樣品的白層若以去離子水為液體介質(zhì)時(shí),殘余奧氏體相的數(shù)量會(huì)更少,裂紋強(qiáng)度會(huì)更低。在這種情況下,白層硬度與母材硬度的增加是馬氏體作用的結(jié)果。4。雖然目前還沒(méi)有確鑿的證據(jù)證明白層的碳富集,從石墨電極的研究來(lái)看,在機(jī)加工表面球形附屬物的數(shù)量增加了。這表明,不僅是工具電極的碳同化,而且電介質(zhì)液體沸騰的過(guò)程也導(dǎo)致碳同化。5。當(dāng)另一個(gè)放電反應(yīng)發(fā)生在附近時(shí),電火花加工表面上的裂縫按照閉環(huán)方式穿越徑向裂紋繼續(xù)傳播。在高脈沖寬度和低脈沖電流時(shí),開(kāi)裂強(qiáng)度增加。嗚謝這項(xiàng)研究受中東技術(shù)大學(xué)研究基金的支持。作者對(duì)材料研究實(shí)驗(yàn)室、埃雷利鋼鐵廠(chǎng)有限公司的設(shè)備支持表示感謝。作者同時(shí)感謝來(lái)自科尼亞,塞爾庫(kù)克大學(xué)(肯尼亞,土耳其)機(jī)電工程系的Halkaci先生在樣品制備過(guò)程中的幫助。 參考文獻(xiàn)1. 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Wallbank: Metallurgia, 1980, vol. 47, pp. 356-62.附件:(外文資料原文)16如圖1所示塑件為某儀表外殼,材料ABS,壁厚2mm,批量生產(chǎn)。分析塑件的工藝性能,設(shè)計(jì)其模具,編制模具零件的加工工藝。 圖1儀表外殼塑件圖一塑件的工藝分析1.塑件的原材料分析,如下表一所示:2.塑件的尺寸精度分析:此塑件有三個(gè)尺寸有精度要求,分別是66+0.34.46+0.26.18-0.18均為MT12級(jí)塑料件精度,屬于中級(jí)偏高級(jí)的精度等級(jí),在模具設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中要嚴(yán)格保證這三個(gè)尺寸精度的要求。其余尺寸無(wú)特殊要求,為自由尺寸,可按MT5塑料件精度查取公差值。3.塑料件質(zhì)量分析:該塑件是某儀器外殼,要求外表美觀、無(wú)斑點(diǎn)、無(wú)熔接痕,表面粗糙度可取Ra1.6,而塑件內(nèi)部沒(méi)有較高的粗糙度要求。4塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析:此塑件外型為方形殼類(lèi)零件,腔體為8mm深,臂厚均為2mm,總體尺寸不大不小,塑件成型性能良好;塑件的兩邊各有一個(gè)對(duì)稱(chēng)的類(lèi)三角凸起標(biāo)記,高0.2mm,同樣要求輪廓清晰,成型它的模具工作零件可用電火花成型加工,相應(yīng)的要設(shè)計(jì)出它的電極。二.成型設(shè)備的選擇與模塑工藝參數(shù)的編制.計(jì)算塑件的體積根據(jù)零件的的三維模型,利用三維軟件直接可查詢(xún)到塑件的體積為19563.66mm3澆注系統(tǒng)的體積:V2=1551.52mm3一次注塑所需的塑料總體積為:V1+V2=11115.18mm32.計(jì)算塑件的質(zhì)量:查手冊(cè)取密度p=1.05*10-6kg/mm3塑件的質(zhì)量:M1=V1*p=0.010(kg)=10(g)塑件與澆注系統(tǒng)的總質(zhì)量:M=V*p=0.0117(kg)=11.7(g)3.選用注射機(jī)根據(jù)塑件的形狀,取一模一件的模具結(jié)構(gòu),結(jié)合學(xué)?,F(xiàn)有的成型設(shè)備,初步選取螺桿式注射成型機(jī)HS120AV。4.塑件注塑成型工藝參數(shù)如表二所示,試模時(shí),可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整;模塑料成型工藝卡如表三所示。表三 儀表殼模塑工藝卡三模具結(jié)構(gòu)方案的確定1.分型面的選擇分型應(yīng)該選擇在塑件截面最大處,盡量取在料流末端,利于排氣,保證塑件表面質(zhì)量,該零件的分型面如圖2所示,取塑件的底,圖三為型芯和型腔的分割簡(jiǎn)圖。2.型腔數(shù)量的確定及型腔的排列該塑件采用一模一件成型,型腔布置在模具的中間,這樣有利于澆注系統(tǒng)的排列和模具的平衡。3.澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模具澆口套主流道球面半徑R與注射機(jī)噴嘴球面半徑Ro的關(guān)系為:R=Ro+(12)=6+2=8mm;模具澆口套主流道小端直徑d與噴嘴出口直徑do的關(guān)系為:d=do+0.5=3+0.5=3.5mm;流道呈圓錐形,其中錐度取3o;分流道取半圓形,其半徑R=3;澆口采用側(cè)澆口,從塑件的上端六邊形孔處進(jìn)料,如圖4所示。4型芯和型腔結(jié)構(gòu)的確定考慮到加工的工藝性,型芯采用整體、直通式外形結(jié)構(gòu),如圖5所示;型腔采用組合式,如圖6所示5推出方式的選擇此模具的型芯在動(dòng)模,開(kāi)模后,塑件包緊型腔留在動(dòng)模一側(cè),根據(jù)塑件是殼類(lèi)零件的特點(diǎn),采用推件板推出形式,這樣推出平穩(wěn),有效的保證了推出后塑件的質(zhì)量,模具結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。6.標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇標(biāo)準(zhǔn)模架一經(jīng)選定,就可以到市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)到,擬用現(xiàn)在比較流行的FUTABA標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)上述分析,此模具是含推件板、大水口類(lèi)型的,所以選用“UTABA-SB 15*15 30 20 50”,其中的參數(shù)含義是:15*15-模架的長(zhǎng)和寬分別是150mm*150mm30-定模板(A板)厚30mm20-動(dòng)模板(B板)厚20mm50-墊 塊(C板)厚50mm三維總裝配圖圖7為儀表殼模具的裝配圖。圖7 儀表殼模具裝配圖 四成型零件工作尺寸的計(jì)算塑件尺寸如圖8所示:圖8塑件尺寸及公差將其中的尺寸分為兩類(lèi):一類(lèi)是標(biāo)注有公差的尺寸,也就是塑件上精度相對(duì)比較高、有配合要求的尺寸,進(jìn)行這一類(lèi)尺寸計(jì)算時(shí),既要考慮它的收縮量,又要考慮到模具的磨損,按照平均值計(jì)算方法計(jì)算出這一類(lèi)成型零件的工作尺寸,這樣可以有效地保證在整個(gè)模具壽命周期內(nèi)產(chǎn)品的尺寸精度。這一類(lèi)尺寸的計(jì)算如表四所示:注:1.取塑件的公差,塑件上未變注公差可按MT5級(jí)精度取得。 2.模具制造公差z取(1/31/4),考慮到模具模具的經(jīng)濟(jì)加工精度,在此z取IT16或IT17級(jí)精度公差值。 3.當(dāng)z取經(jīng)濟(jì)加工精度、其公差值反而大于(1/31/4),z取(1/31/4)。另一類(lèi)尺寸是沒(méi)有標(biāo)注公差,它是塑件上次要的、要求比較低的尺寸,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,為了簡(jiǎn)化計(jì)算,這一類(lèi)尺寸在計(jì)算時(shí)往往只加上它的收縮量,公差則按模具的經(jīng)濟(jì)制造精度取得。這一類(lèi)尺寸的計(jì)算如表五所示: 表五塑件上無(wú)公差要求的成型零件工作尺寸計(jì)算五.注塑機(jī)的有關(guān)工藝參數(shù)的校核HS120AV注塑機(jī)的主要參數(shù)如下表所示:1.注塑量的校核如前所述,塑件與澆注系統(tǒng)的總體積為V=11115.18mm3=11.1cm3遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于注塑機(jī)的標(biāo)稱(chēng)注射量200cm32.模具閉合高度的校核由裝配圖可知模具的閉合高度:M閉=185mm,最小高度Hmin=152mm,最大裝模高度Hmax=380mm,能夠滿(mǎn)足HminH閉Hmax的安裝條件3.模具安裝部分的校核該模具的外形尺寸為:200*150,注射機(jī)模板最大安裝尺寸為390*410,故能滿(mǎn)足安裝要求;模具定位圈的直徑為100=注射機(jī)定位孔直徑100,符合安裝要求;澆口套的球面半徑R8噴嘴球頭半徑R6,符合要求;澆口套小端孔徑3.5噴嘴孔直徑3,符合要求。4.模具開(kāi)模行程的校核如圖所示,模具的開(kāi)模行程S模=塑件的高度+澆注系統(tǒng)的高度+(510)=12+45+8=65mm注塑機(jī)的最大開(kāi)模行程S=320S模=655.頂出部分的校核模具上頂桿孔的直徑為50注射機(jī)中心頂桿直徑25注射機(jī)最大頂出距離為130模具上所需要的最小頂出距離10mm 圖9模具總裝配圖結(jié)論:根據(jù)校核HS120AV注射機(jī)完全能夠滿(mǎn)足該模具的使用要求。六模具工程圖及模具零件的制造工藝參考文獻(xiàn):1.成型工藝與模具設(shè)計(jì) 屈華昌 高等教育出版社 2001.82、注射模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)用技術(shù) 王樹(shù)勛 華南理工大學(xué)出版社 1996.13、塑料模具設(shè)計(jì) 馬金駿 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社 1994.84、實(shí)用注射模設(shè)計(jì)手冊(cè) 賈潤(rùn)禮 程志遠(yuǎn) 中國(guó)輕工業(yè)出版社 2000.45、塑料注射模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) 宋玉恒 航空工業(yè)出版社 1998.56、模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè) 馮炳堯 上??萍汲霭嫔?1999.107、注射模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)與圖例 許鶴峰 陳言秋 化學(xué)工業(yè)出版社 1999.7課題名稱(chēng): 塑料模具設(shè)計(jì) 姓 名: 洪克永 系 別: 模具設(shè)計(jì)與制造 專(zhuān)業(yè)班級(jí): 模具062 指導(dǎo)教師: 朱永強(qiáng) 學(xué)年學(xué)期: 金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院目 錄一 塑件的工藝分析11.1塑件的原材料分析 11.2塑件的尺寸精度分析 11.3塑料件質(zhì)量分析 11.4塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析 2二.成型設(shè)備的選擇與模塑工藝參數(shù)的編制22.1計(jì)算塑件的體積 2 2.2計(jì)算塑件的質(zhì)量2 2.選用注射機(jī) 22.4 塑件注塑成型工藝參數(shù)2三模具結(jié)構(gòu)方案的確定4.1分型面的選擇4.2 型腔數(shù)量的確定及型腔的排列 43.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 43.4型芯和型腔結(jié)構(gòu)的確定53.5模具材料的選擇53.6標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇5 四.成型零件工作尺寸的計(jì)算 8 五.注塑機(jī)的有關(guān)工藝參數(shù)的校核 105.1注塑量的校核105.2模具閉合高度的校核105.3模具安裝部分的校核105.4模具開(kāi)模行程的校核105.5頂出部分的校核10 六.模具工程圖及模具零件的制造工藝12參考文獻(xiàn) 15
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