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(3)工具针与磨料
工具针的材料可选用40冷拔钢或45冷拔钢,工具针的固定方式有两种。对于直径在Φ6mm以上的工具针,可利用丝扣、螺母将其直接拧紧固定在变幅杆上;另一种方法是通过一根变截面针杆,过渡连接Φ6mm以下的工具针,变截面针杆的形状常做成容易加工的阶梯形或锥形。针杆与变幅杆的连接也是利用丝扣螺母直接拧紧的方式。Φ6mm以下的工具针利用焊接的方法固定在针杆的小端面,如图6-5所示。在实际加工中,可利用砂轮机将工具针端部磨成加工所需要的角度以备使用。
磨料选用人造金刚石微粉或天然钻石破碎制造的微粉,磨料粒度常用的型号有M22/36,M10/20,M5/10, M2.5/5、M1/2.5、M0/1、M0/0.5等。加工时将磨料用水或稀油和成浆液,形成磨料悬浮工作液,注入加工区进行超声加工。在一定范围内,加工速度随磨料粒度的增大而提高,但粒度太大时,加工速度反而降低,因此,加工金刚石模具时,磨料粒度不能超过M40/60。磨料粒度的大小也决定着加工精度的等级及表面粗糙度的高低。在加工过程中,通过逐步更换细粒度磨料的方法,不断提高加工精度和降低表面粗糙度,最终达到加工要求。
(4)磨料冲击超声加工在金刚石拉丝模加工工艺中的重要作用
加工金刚石拉丝模的工艺流程如图6-6所示。
从图6-6可以看出,金刚石拉丝模加工工艺流程中的几个主要工序均是应用磨料冲击超声加工技术来完成的,每道工序都具有不同的特点和作用,在加工过程中每个工序间都设有严格的检验,待合格后再进入下道工序进行加工,最终使金刚石模达到要求。
①磨料冲击超声整形加工。整形加工的作用是:第一,将模具预孔存在的偏差进行修整使其靠近标准孔形;第二,将上道工序(电火花或激光加工)遗留的烧蚀痕迹去除;第三、给下道工序预留适当的加工余量。由于整形加工以去量为主,故选用较粗的磨料进行加工,一般选用M22/36粒度的磨料。
金刚石拉丝模的磨料冲击超声加工是以仿形的方式分区进行加工的,必须将工具针准确地磨出标准孔形的角度进行加工,方可达到较好的加工质量。
② 磨料冲击超声过渡加工。过渡加工是使模具被加工面的表面粗糙度逐渐降低,同时适当去除所留余量逐步靠近成品尺寸的过程。
在磨料冲击超声加工中,磨料粒度的大小不仅在很大程度上影响着加工效率,更重要的是对加工精度及表面粗糙度的影响更加显著。表6-4为加工聚晶金刚石拉丝模时表面粗糙度和磨料粒度的关系。
在超声过渡加工中,掌握由粗到细每种粒度磨料的加工程度很重要。按照一般规律,粒度较大的磨料加工时间短,随着不断更换较细的磨料加工时间逐渐延长。但具体加工时间还要根据具体情况而定,因为影响加工质量的因素错综复杂,如模具孔径的大小,坯料质地的粗细、超声加工状况的好坏以及磨料本身质量的优劣、磨料悬浮液浓度的大小等都会影响到加工效果,所以在加工过程中要及时对加工区进行测量、检验、观察,为抛光工序打好基础,留出合适的抛光量并达到尽可能低的表面粗糙度。
② 磨料冲击超声抛光加工。抛光加工的加工原理与上两道工序是一样的,仍属于磨料冲击超声加工,只不过磨粒度更细了,粒度一般为M0/1〜M0/0.5。抛光加工的目的只有一个,就是在保证模具孔形精度的前提下,最大限度地降低加工区表面粗糙度。为了便于抛光加工,减少操作难度,特在加工设备中加入了工作台摆动(摆动量为±3°)装置,实践证明这一举措可以收到非常好的抛光效果。在磨料冲击超声抛光加工过程中,超声振动的位移振幅越小,模具被加工面的粗糙度越低。故在抛光加工时,注意加大工具针与工件之间的工作压力,同时通过减小超声功率来降低超声振动的位移振幅,促使模具被加工表面的粗糙度快速有效地降低。
磨料冲击超声加工技术在超硬材料加工领域起着举足轻重的作用,对于金刚石拉丝模具的加工更是如此,如果没有磨料冲击超声加工技术,其加工将变得十分艰难,尤其加工大孔径金刚石模具,加工时间会增加数十倍之多,并且很难达到与磨料冲击超声加工相同的质量。下面介绍一个大孔径聚晶金刚石拉丝模具加工实例。
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