CN101961807A

CN101961807A - 在工件上形成针点浇口的方法

Info

Publication number: CN101961807A
Application number: CN2010102333966A
Authority: CN
Inventors: 山田久典
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2030-07-19
Also published as: TWI492804B; CN101961807B; TW201103676A; JP2011025330A; JP5035925B2

Abstract

本发明涉及一种在工件(2)上形成针点浇口(44)的方法。该方法依序包括如下步骤：通过使用车床或者加工中心机的机械加工来制作细长的锥形工具电极；使用工具电极对与工件相比消耗率小的牺牲材料(3、4)进行放电加工来向工具电极导入拉伸应力(tensile stress)；及使用工具电极对工件进行放电加工。

Description

在工件上形成针点浇口的方法

技术领域

本发明涉及一种在工具电极与导电性的工件之间产生放电来对工件进行加工的放电加工方法。本发明尤其涉及一种使用工具电极来在工件上形成针点浇口(pin point gate)的方法。

背景技术

放电加工装置是对包含钢铁或者超硬合金的工件精密地进行加工的工作机械。超硬合金是将金属碳化物的粉末烧结而成的合金。工具电极通常安装在放电加工装置的主轴头。工具电极的材料为例如石墨(graphite)、铜、铜合金。工件配置在贮存着介电液(dielectric fluid)的加工槽中。介电液为例如灯油(lamp oil)或者比电阻(specific resistance)高的水。使工具电极移动到非常接近于工件的位置。形成在工具电极与工件之间的微小的空隙被称作“加工间隙”。

在放电加工中，放电加工装置对加工间隙施加电压脉冲(pulse)。其结果，介电液的绝缘受到破坏而在加工间隙产生放电。该放电也被称作火花放电，将工件中的微量的材料熔融除去。通过反复进行放电，而在工件上形成形状与工具电极一致的孔。放电加工装置为将加工间隙维持在固定大小，伴随工件材料的除去而使工具电极向工件前进。工具电极的前进方向通常为铅直向下。

注射成形(injection molding)装置是向模具的空腔(cavity)中注入树脂并进行成形的机械。空腔的入口被称作浇口(gate)或者注口(pouring gate)。向浇口导引树脂的通道被称作浇道(runner)或者注道。针点浇口是一种浇口，其具有φ为0.3mm～1.2mm的小开口。针点浇口也被称作针浇口(pin gate)。图1(I)中的参照编号44表示针点浇口的一例。针点浇口44伴随有浇道43。

日本公开专利公报11-058114中，揭示有加工出针点浇口的特殊的中心钻(center drill)。然而，一般而言，具有针点浇口的模具是通过放电加工装置来制作的。图3表示用以放电加工出针点浇口的工具电极的一例。由铜构成的工具电极10通过手柄(shank)8夹持在放电加工装置的主轴头(未图示)。工具电极10具有20°角的前端。除前端以外工具电极10的侧面倾斜2°。工具电极10具有较大的长宽比(aspect ratio)，因此其刚性较小。

工具电极在放电加工中会产生消耗。消耗率是工具电极的消耗重量(g)相对于工件的损耗量(g)的比率(％)。或者，消耗率是工具电极的长度的减少量(mm)相对于工件中所形成的孔的深度(mm)的比率(％)。对于具有较大的长宽比的工具电极10而言，采用后一消耗率。在大部分情况下，考虑到工具电极的消耗，为形成一个针点浇口而准备着多个工具电极。

日本公开专利公报2002-059316号中，揭示有一种用以使具有微细的直径的工具电极成形的放电加工装置。然而，此种放电加工装置难以笔直地制作细长的锥形(tapered)工具电极。因此，细长的锥形工具电极是通过机械加工来制作的。进行此种机械加工的工作机械为例如车床或者加工中心机(machining center)。

图4表示形成针点浇口的以往的方法。图中的箭头表示工具电极移动的方向。图4中的工具电极11、12的形状、大小及材质与图3中的工具电极10相同。如图4(A)中所示，第一个工具电极11移动到接近于工件2的位置。当对工具电极11与工件2之间施加电压脉冲时，会在加工间隙产生放电。如图4(B)中所示，通过反复进行放电而在工件2上形成孔。放电加工装置为将加工间隙的大小维持于固定，使工具电极11一点点地向下方前进。

当工具电极11到达某深度时，结束使用工具电极11所进行的加工。某深度是考虑到消耗率等来规定的。如图4(C)中所示，在工件2上形成形状与工具电极11一致的孔41。如图4(D)中所示，放电加工装置使第二个工具电极12向孔41中移动。较为理想的是，在放电加工中，多数放电是在整个加工间隙中均匀地产生。

然而，有时在加工间隙的一部分集中产生放电。特别是，在新的工具电极插入先前形成的孔41中的情况下，放电产生部位容易偏移。如此一来，使新的工具电极向放电集中部位移动。其结果，工具电极弯曲，工件上所形成的孔也弯曲。图4(E)夸张地表示弯曲的工具电极11。

特别是，推测通过机械加工来制作的工具电极因具有压缩应力(compressive stress)而容易弯曲。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用通过机械加工制作的工具电极来笔直地形成针点浇口的放电加工方法。

根据本发明的一方面，在工件2上形成针点浇口44的方法依序包括如下步骤：通过机械加工来制作工具电极；使用工具电极对与工件相比消耗率小的牺牲材料3、4进行放电加工来向工具电极导入拉伸应力(tensile stress)；及使用工具电极来对工件进行放电加工。

针点浇口只要是具有φ小于等于1.2mm的开口的浇口即可。工具电极包含铜，工件只要是包含钢铁或者超硬合金即可。牺牲材料只要是包含铝或者锌合金即可。优选在导入拉伸应力(tensile stress)的步骤中，形成在牺牲材料与工具电极之间的加工间隙被介电油充满。

根据本发明的另一方面，在工件2上形成针点浇口44的方法包括如下步骤：通过机械加工来制作第一及第二工具电极11、12；使用第一工具电极11对工件进行放电加工而在工件中形成孔41；使用第二工具电极12对与工件相比消耗率小的牺牲材料3、4进行放电加工来向第二工具电极导入拉伸应力；及使用导入有拉伸应力的第二工具电极来将所述孔向更深处加工。

发明的效果

根据本发明，由于将拉伸应力导入到工具电极，因此，工具电极在工件的放电加工中，不会向放电集中的部位移动。其他优点将于以下的说明中部分性地记述。

附图说明

图1(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)、(H)、(I)是表示形成针点浇口的本发明的方法的一例的图。

图2(A)、(B)是向工具电极导入拉伸应力的方法的另一例的图。

图3是表示工具电极的一例的图。

图4(A)、(B)、(C)、(D)、(E)是表示形成针点浇口的以往的方法的图。

符号的说明：

2工件

3、4牺牲材料

8手柄

10、11、12、13工具电极

41、42孔

43浇道

44针点浇口

51孔

具体实施方式

参照图1对在工件上加工针点浇口的工序(process)进行说明。3个细长的锥形工具电极11、12、13的形状、大小及材质与图3中的工具电极10相同。这些工具电极11、12、13是通过使用车床或者加工中心机的机械加工来制作的。

第一个工具电极11安装在放电加工装置的主轴头(未图示)。工件2固定在贮存着介电油的加工槽(未图示)中。如图1(A)中所示，使工具电极11移动到接近于工件2的位置。形成在工件2与工具电极11之间的加工间隙被介电油充满。工件2只要是包含适于注射成形用的模具的钢铁或者超硬合金即可。实施例中，工件2的材质是相当于日本工业标准的SKD11的钢铁。工件2的厚度为32mm。

放电加工装置对工具电极11与工件2之间施加电压脉冲。其结果，介电油的绝缘受到破坏而在加工间隙产生放电。流过加工间隙的电流脉冲的峰值(peak)设定为9A。放电加工装置为将加工间隙维持在固定的大小，伴随工件2的材料的除去而使工具电极11向下方移动。当工具电极11到达设定深度时，结束使用工具电极11所进行的粗加工。设定深度是考虑到所推测的消耗率来规定的。如图1(B)中所示，通过反复进行放电，而在工件2上形成形状与工具电极11一致的孔41。孔41的加工所需的时间为约2.8小时。测定的结果为孔41的真直度在容许范围内。

代替工具电极11，而将第二个工具电极12安装在放电加工装置的主轴头。牺牲材料3固定在加工槽中。如图1(C)中所示，使工具电极12移动到接近于牺牲材料3的位置。形成在牺牲材料3与工具电极12之间的加工间隙被介电油充满。牺牲材料3只要是包含与工件2相比消耗率小的材质即可。牺牲材料3的材质为例如铝或者锌合金，实施例中为铝。与工件2相同，牺牲材料3的厚度为32mm。

放电加工装置在工具电极12与牺牲材料3之间产生放电。对加工间隙供给电流脉冲的条件设定为与工件2的加工相同。如图1(D)中所示，通过反复进行放电，而在牺牲材料3上形成形状与工具电极12一致的孔51。孔51的加工所需的时间为约1小时。众所周知，在介电油中作用有放电的面上存在拉伸应力。孔51的放电加工是向工具电极12的侧面导入拉伸应力。

如图1(E)中所示，使导入有拉伸应力的工具电极12向孔41中移动。放电加工装置使用工具电极12再次对工件2进行粗加工。如图1(F)中所示，在工件2上形成比孔41更深的孔42。测定的结果为孔41的真直度在容许范围内。推测因拉伸应力而使得工具电极12不弯曲。

代替工具电极12，而将第三个工具电极13安装在放电加工装置的主轴头。为将拉伸应力导入工具电极13的侧面而使用形成着孔51的牺牲材料3。如图1(G)中所示，使工具电极13向孔51中移动。在放电加工中，放电加工装置不使工具电极13向下方移动，而是对工具电极13施加摇动(orbiting)。摇动是指工具电极在水平面内的规定的轨迹上移动。

图1(G)中的箭头表示摇动的轨迹为圆形。通过摇动而在工具电极13的侧面的周围产生放电。其结果，孔51的直径扩大。伴随着摇动的牺牲材料3的放电加工会向工具电极13导入拉伸应力。在工具电极13的整个侧面的周围产生放电所需的时间为约3.5分钟。由于加工时间短，因此工具电极13几乎不会产生消耗。可通过碳(carbon)的量来判断是否在工具电极13的整个侧面的周围产生放电。在放电加工中，碳是通过介电油的热分解而生成的，并附着在工具电极13上。

如图1(H)中所示，使导入有拉伸应力的工具电极13向孔42中移动。放电加工装置为形成贯穿孔而使用工具电极13来对工件2进行粗加工。贯穿孔的形成所需的时间为数分钟。测定的结果为贯穿孔的真直度在容许范围内。

放电加工装置进行使贯穿孔的尺寸精度及表面粗糙度提高的精加工。第三个工具电极13也用于精加工。在工具电极13的消耗所无法容许的情况下，也可使用第四个工具电极。放电加工装置对工具电极13的位置进行控制，以不使工具电极13的前端从工件2的底面突出超出0.39mm。在精加工中，将能量(energy)小的电流脉冲供给到加工间隙。精加工分为5个阶段，越靠后的阶段，将越小的能量的电流脉冲供给到加工间隙。

贯穿孔的表面粗糙度被精加工至5μmRz。以如此方式，如图1(I)中所示形成伴随着浇道43的针点浇口44。浇道43的入口与针点浇口44的轴心误差为0.01mm。

本发明并不限定于所揭示的形式。显而易见，本发明可进行多种改良及变形。例如，为以更高的精度形成针点浇口，也可使用牺牲材料来向第一个工具电极11导入拉伸应力。

牺牲材料的厚度也可不必与工件2相同。如图2(A)中所示，为向第二个工具电极12导入拉伸应力，也可使用厚度小于工件2的牺牲材料4。牺牲材料4的材质为铝，牺牲材料4的厚度为5mm。

放电加工装置在工具电极12与牺牲材料4之间产生放电而在牺牲材料4上形成贯穿孔。其后，如图2(B)中所示，放电加工装置一面对工具电极12施加摇动一面使工具电极12向下方移动。以如此方式在工具电极12的整个侧面的周围产生放电所需的时间为约10分钟。工具电极12在更短的时间被导入有拉伸应力，因此几乎不会产生消耗。

Claims

1.一种在工件(2)上形成针点浇口(44)的方法，其特征在于依序包括如下步骤：

通过机械加工来制作工具电极；

使用所述工具电极对与所述工件相比消耗率小的牺牲材料(3、4)进行放电加工来向所述工具电极导入拉伸应力；及

使用所述工具电极来对所述工件进行放电加工。

2.根据权利要求1所述的在工件(2)上形成针点浇口(44)的方法，其特征在于：

所述针点浇口具有φ小于等于1.2mm的开口。

3.根据权利要求1所述的在工件(2)上形成针点浇口(44)的方法，其特征在于：

所述工具电极包含铜，所述工件包含钢铁或者超硬合金。

4.根据权利要求1所述的在工件(2)上形成针点浇口(44)的方法，其特征在于：

所述工具电极为细长的锥形工具电极。

5.根据权利要求1所述的在工件(2)上形成针点浇口(44)的方法，其特征在于：

所述牺牲材料包含铝或者锌合金。

6.根据权利要求1所述的在工件(2)上形成针点浇口(44)的方法，其特征在于：

在导入拉伸应力的步骤中，形成在所述牺牲材料与所述工具电极之间的加工间隙被介电油充满。

7.一种在工件(2)上形成针点浇口(44)的方法，其特征在于包括如下步骤：

通过机械加工来制作第一及第二工具电极(11、12)；

使用所述第一工具电极对所述工件进行放电加工而在所述工件中形成孔(41)；

使用所述第二工具电极对与所述工件相比消耗率小的牺牲材料(3、4)进行放电加工来向所述第二工具电极导入拉伸应力；及

使用导入有拉伸应力的所述第二工具电极来将所述孔向更深处加工。