第3章 特种加工技术.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,现代制造技术,2010,年,9,月,电 子 课 件,第三章 特种加工技术,3.1,概述,3.2,电火花加工,3.3,电解加工和电解磨削,3.4,激光加工技术,3.5,其他特种加工技术,3.1,概述,3.1.1,特种加工的产生和发展,1.,特种加工技术的产生背景,（,1,）解决各种,难切削材料,的加工问题；,（,2,）解决各种,特殊复杂型面的加工,问题；,（,3,）解决各种,超精密、光整零件,的加工问题；,（,4,）,特殊零件,的加工问题。,2.,特种加工技术的产生,20,世纪,40,年代,，前苏联科学家,拉扎连柯夫妇,发明了电火花加工技术。由于各种先进技术的不断应用，产生了多种有别于传统机械加工的新方法，从广义上定义为特种加工（,Non-Traditional Machining,，,NTM,）,。,3.,特种加工技术的发展,1,）,微细化,特种微细加工技术成为主流；,2,）特种加工的,应用领域正在拓宽,；,3,）广泛采用,自动化技术,。,3.1.1,特种加工的产生和发展,3.1.1,特种加工的分类,尽管特种加工优点突出，应用日益广泛，但是各种特种加工的,能量来源,、,作用形式,、,工艺特点,却不尽相同，其加工特点与应用范围自然也不一样，而且各自还都具有一定的,局限性,。为了更好地应用和发挥各种特种加工的最佳功能及效果，必须依据,工件材料,、,尺寸,、,形状,、,精度,、,生产率,、,经济性,等情况作具体分析，区别对待，合理选择特种加工方法。表,1-2,对几种常见的特种加工方法进行了综合比较。,3.1.1,特种加工的分类,表,3-2,几种常见特种加工方法的综合比较,3.1.1,特种加工的分类,表,3-2,几种常见特种加工方法的综合比较（续）,3.1.1,特种加工的分类,1.,特种加工的特点,（,1,）不是主要依靠机械能，而是主要用,其他的能量,（如电能、热能、光能、声能以及化学能等）去除工件材料。,（,2,）,工具的硬度,可以低于被加工工件材料的硬度，有些情况下，例如在激光加工、电子束加工、离子束加工等加工过程中，根本,不需要使用任何工具,。,（,3,）在加工过程中，工具和工件之间,不存在显著的机械切削力作用,，工件不承受机械力，特别适合于,精密加工低刚度零件。,（,4,）各种加工方法可以,任意复合,、扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于,扩大应用范围,。如目前的,电解电火花加工,（,ECDM,）、,电解电弧加工,（,ECAM,）就是两种特种加工复合而形成的新加工方法。,3.1.3,特种加工的工艺特点与应用,2.,特种加工的应用,可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的,金属,、,非金属材料或复合材料,，而且特别适合于加工,复杂、微细表面,和,低刚度,的零件。同时，有些方法还可以用于进行,超精密加工,、,镜面加工,、,光整加工,以及,纳米级,（原子级）的加工。,特种加工技术的广泛应用，已经引起了机械制造领域的许多变革。例如对材料的,可加工性,、,工艺路线,的安排、,新产品的试制,过程、产品,零件结构设计,、,零件结构工艺性,好坏的衡量标准等产生了一系列的影响。这些影响主要表现在以下几个方面。,3.1.3,特种加工的工艺特点与应用,1,）改善了材料的,可加工性,；,2,）改变了零件的,典型工艺路线,；,3,）大大缩短了,新产品试制周期,；,4,）对产品零件的,结构设计,带来了很大影响；,5,）对传统的,结构工艺性,好与坏的衡量标准产生重要影响；,6,）特种加工是,微细加工和纳米加工的主要技术手段,。,3.1.3,特种加工的工艺特点与应用,3.2,电火花加工,3.2.1,电火花加工的特点及应用,1.,电火花加工的基本原理,如图,3,1,所示。,图,3-1,电火花加工原理,3.2.1,电火花加工的特点及应用,3.2.1,电火花加工的特点及应用,实现电火花加工的,条件,：,（,1,）电极之间始终保持确定的,距离,（,0.02,0.1,mm,）；,（,2,）放电点的局部区域达到足够高的,电流密度,（一般为,10,5,10,6,A/cm,3,），以确保被加工材料能在,局部熔化,、,气化,；,（,3,）必须是,脉冲性的放电,（脉宽,0.1,1000s,，脉间不小于,l0s,），以确保放电所产生的热量来不及传导扩散到被加工材料的其他部分而,集中在局部,，使局部的材料产生,熔化、气化,而被,蚀除,；,（,4,）及时排除电极间的,电蚀产物,，以确保电极间,介电性能,的稳定。,3.2.1,电火花加工的特点及应用,整个加工表面将由无数个,小凹坑,组成（图,3-2,）。,3.2.1,电火花加工的特点及应用,2.,电火花加工的特点,1,）优点,（,1,）可以加工,硬、软、韧、脆、高熔点,的,导电材料,；,（,2,）适于加工,特殊及复杂形状,的零件；,（,3,）脉冲参数可以在一个较大的范围内调节，可以在同一台机床上连续进行,粗、半精及精加工,。,2,）缺点,（,1,）主要用于加工金属等,导电材料,，,加工半导体和非导体材料,需要具备,一定的条件,；,（,2,）一般,加工速度较慢,。；,（,3,）存在,电极损耗,；,（,4,）,最小角部半径,有限制。,3.2.1,电火花加工的特点及应用,3.,电火花加工的应用,广泛应用于,机械,（特别是模具制造）、,航天,、,航空,、,电子,、,电机电器,、,精密机械,、,仪器仪表,、,汽车拖拉机,、,轻工,等行业，用以解决,难加工材料,及,复杂形状零件,的加工问题。加工范围,小至几微米,的小轴、孔、缝，,大到几米,的超大型模具和零件。,3.2.2,电火花加工的常用术语和符号,1.,工具电极,电火花加工用的工具是电火花放电时的电极之一，故称为工具电极，有时,简称工具或电极,。,2.,放电间隙,电火花放电时工具电极和工件间的距离，它的大小一般在,0.01,0.5mm,之间，,粗加工时间隙较大，精加工时则较小。,3.,脉冲宽度,t,i,（,s,）,加到电极和工件上放电间隙两端的,电压脉冲的持续时间,（如图,3-3,所示）。,3.2.2,电火花加工的常用术语和符号,3.2.2,电火花加工的常用术语和符号,4.,脉冲间隔,to,（,s,）,是两个,电压脉冲,之间的,间隔时间,。间隔时间,过短,，放电间隙,来不及消电离和恢复绝缘,，容易产生,电弧放电,；脉间,过长,，将,降低加工生产率,。,5.,放电时间（电流脉宽）,te,（,s,）,是工作液介质击穿后放电间隙中,流过放电电流,的时间，即,电流脉宽,，它比电压脉宽稍小，二者相差一个,击穿延时,td,。,ti,和,te,对电火花加工的生产率、表面粗糙度和电极损耗有很大影响，但实际起作用的是,电流脉宽,te,。,6.,脉冲周期,tp,（,s,）,加到电极和工件上放电间隙两端的,电压脉冲的持续时间,。,3.2.2,电火花加工的常用术语和符号,7.,脉冲频率,fp,（,HZ,）,脉冲频率是指,单位时间,内电源发出的,脉冲个数,。显然，它与,脉冲周期,tp,互为倒数,.,8.,击穿延时,td(s),从间隙两端加上脉冲电压后，一般均要经过,一小段延续时间,td,，,工作液介质才能被击穿放电，这一小段时间,td,称为击穿延时。,9.,有效脉冲频率,fe,（,HZ,）,是,单位时间,内在放电间隙上发生,有效放电的次数,，又称,工作脉冲频率,。,10.,脉冲利用率,脉冲利用率,是,有效脉冲频率,fe,与,脉冲频率,fp,之比，又称,频率比,。,3.2.2,电火花加工的常用术语和符号,11.,脉宽系数,脉宽系数是,脉冲宽度,ti,与脉冲周期,tp,之比,。,12.,占空比,是,脉冲宽度,ti,与脉冲间隔,to,之比,，,=,ti,/,to,。,粗加工,时占空比一般,较大,，,精加工,时占空比应,较小,，否则放电间隙来不及消电离恢复绝缘，容易引起,电弧放电,。,13.,开路电压或峰值电压,u,（,V,）,是间隙开路和间隙击穿之前,td,时间内电极间的,最高电压。,14.,火花维持电压,每次火花击穿后，在放电间隙上火花放电时的维持电压，一般在,25 V,左右，但它实际是一个,高频振荡的电压。,3.2.2,电火花加工的常用术语和符号,15.,加工电压或间隙平均电压,U,（,V,）,指加工时电压表上指示的放电间隙两端的,平均电压,，它是,多个开路电压、火花放电维持电压、短路和脉冲间隔等电压的平均值,。正常加工时，在,30,50,V,。,16.,加工电流,I,（,A,）,加工时,电流表上指示,的流过放电间隙的,平均电流,。,17.,短路电流,Is,（,A,）,是放电间隙短路时,电流表上指示,的,平均电流,。,18.,峰值电流,i,（,A,）,间隙火花放电时脉冲电流的,最大值（瞬时）,。,19.,短路峰值电流（,A,）,间隙短路时脉冲电流的,最大值,，它比峰值电流要,大,20%,40%,。,3.2.3,电火花加工的类型,3.2.4,电火花加工的基本规律,1.,影响材料放电腐蚀的主要因素,1,）极性效应,由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。,我国通常把,工件接脉冲电源的正极,（工具电极接负极）时，,称“正极性”加工,；反之，则称,“负极性”,加工，又称,“反极性”加工,。,2,）电规准电参数,电参数主要是指,电压脉冲宽度,ti,、电流脉冲宽度,te,、脉冲间隔,to,、脉冲频率,f,、峰值电流,i,、峰值电压,u,和极性,等。,3,）金属材料的热学常数,金属的,熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热,越高，电蚀量将越少，越难加工。,3.2.4,电火花加工的基本规律,4,）工作液,其作用主要是：,（,1,）,压缩放电通道,，并限制其扩展，使,放电能量,高度集中在,极小的区域,内，既,加强了蚀除的效果,，又提高了放电,仿型的精确性,。,（,2,）,加速,电极间隙的,冷却和消电离,过程，有助于,防止,出现,破坏性电弧放电,。,（,3,）通过工作液的,流动,，加速了,蚀除金属的排出,，以保持放电工作稳定。,（,4,）加剧放电的,流体动力,过程，有助于,金属的抛出,。,（,5,）减少工具,电极损耗,，加强电极,覆盖效应,。,3.2.4,电火花加工的基本规律,5,）其他因素,主要是加工过程的,稳定性,。这些不稳定因素包括,加工深度、加工面积，加工型面复杂程度,等。,2.,加工速度和工具损耗速度,1,）加工速度,一般采用体积加工速度,vW,（,mm,3,/min,）,来表示。,粗加工,（加工表面粗糙度,Ra,为,10,20m,）时可达,200,1000,mm,3,/min,，,半精加工,（,Ra,为,2.5,10m,）时降低到,20,100,mm,3,/min,，,精加工,（,Ra,为,0.32,2.5m,）时一般都在,l0,mm,3,/min,以下。,3.2.4,电火花加工的基本规律,2,）工具相对损耗,相对损耗或称损耗比,：,降低工具相对损耗,的方式：,（,1,）利用,极性效应,正确选择,极性和脉宽,；,（,2,）利用,吸附效应,；,（,3,）利用,传热效应,；,（,4,）工具,电极材料,合理选择。,3,）影响加工精度的主要因素,放电间隙,的,大小及其一致性,和,工具电极,的,损耗及其稳定性,。,3.2.4,电火花加工的基本规律,4,）电火花加工的,表面质量,包括以下三部分内容：,（,1,）,表面粗糙度,；,（,2,）,表面变质层,：熔化凝固层；热影响层；显微裂纹。,3,）,表面力学性能,。包括三个方面：显微硬度及耐磨性；残余应力；耐疲劳性能。,3.2.5,电火花加工机床,1.,电火花穿孔成型机床,1,）机床型号、规格、分类,我国国标规定，,电火花成型机床,均用,D71,加上,机床工作台面宽度的,1/10,表示，例如,D7132,。其中，,D,表示电加工成型机床（若该机床为数控电加工机床，则在,D,后加,K,，即,DK,）；,71,表示电火花成型机床；,32,表示机床工作台的宽度为,320,mm,。,在中国大陆以外，电火花加工机床的型号,没有采用统一标准,，由各个,生产企业自行确定,。,3.2.5,电火花加工机床,8,轴数控叶片小孔高速电火花加工专用设备外形,3.2.5,电火花加工机床,2,）电火花加工机床结构,主要由,机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、数控系统等部分,组成，如图,3-4,所示。,3.2.5,电火花加工机床,（,1,）机床本体,由,床身、立柱、主轴头及附件、工作台,等部分组成，是用来实现,工件与工具电极的装夹固定,和,相对运动,的机械系统。,通用机床的结构形式有如下几种：,立柱式、龙门式、滑枕式、悬臂式、台式、便携式,等，如图,3-5,所示。,3.2.5,电火花加工机床,常有一些,附件,，如可调节工具电极角度的,夹头,、,平动头,、,油杯,等。,机械式平动头,(b),数控平动头,平动头照片,3.2.5,电火花加工机床,2,）脉冲电源,脉冲电源输入为,380,V,、,50,Hz,的交流电，其输出应满足以下要求：,要有一定的,脉冲放电能量,，否则不能使工件金属气化。,火花放电必须是短时间的,脉冲性放电,，这样才能使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。,脉冲波形,是,单向,的，以便充分利用,极性效应,，提高加工速度和降低工具电极损耗。,脉冲波形的,主要参数（峰值电流、脉冲宽度、脉冲间歇等）有较宽的调节范围,，以满足,粗、中、精加工,的要求。,有适当的,脉冲间隔时间,，使放电介质有足够时间,消电离,并冲去金属颗粒，以免,引起电弧而烧伤工件,。,3.2.5,电火花加工机床,电源一般有如下几种：,弛张式脉冲电源,：,常用的有,RC,电路脉冲电源,（图,3-6,）。,3.2.5,电火花加工机床,闸流管脉冲电源,闸流管是一种特殊的电子管，当对其,栅极,通入一,脉冲信号,时，便可控制管子的,导通或截止,，输出,脉冲电流,。由于这种电源的电参数与加工间隙无关，故又称为,独立式电源,。闸流管脉冲电源的,生产率较高,，,加工稳定,，但,脉冲宽度较窄,，,电极损耗较大,。,3.2.5,电火花加工机床,晶体管脉冲电源,：,图,3-7,所示为,自振式晶体管脉冲电源,原理图。,3.2.5,电火花加工机床,（,3,）,自动进给调节,系统图,3.2.5,电火花加工机床,（,4,）,工作液循环和过滤,系统,图,3-9,所示为工作液强迫循环的两种方式。,3.2.5,电火花加工机床,工作液强迫循环过滤是由,工作液循环过滤器,来完成的。图,3-10,是常用的工作液循环过滤系统的一种。,3.2.5,电火花加工机床,5,）数控系统,（,1,）数控电火花机床的类型,目前常见的数控机床有,三轴数控,电火花机床、,四轴三联动,数控电火花机床、,四轴联动,或,五轴联动,甚至,六轴联动,电火花加工机床。,（,2),数控电火花机床的数控系统工作原理,（,3,）数控电火花机床,常见功能,回原点,操作功能。数控电火花在加工前首先要回到机械坐标的零点，即,X,、,Y,、,Z,轴回到轴的正极限处。这样，机床的控制系统才能,复位,，后续机床运动不会出现紊乱。,置零功能,。将当前点的坐标设置为零。,接触感知,功能。让电极与工件接触，以便,定位,。,其他,常见功能。,3.2.5,电火花加工机床,2.,电火花线切割机床简介,1,）机床分类、型号,（,1,）分类,快速走丝线切割机床,和,慢速走丝线切割机床,两种。,快速走丝线切割机床的,走丝速度为,8,10m/s,；线电极材料常用直径为,0.10,0.30,mm,的钼丝,。,慢速走丝线切割机床走丝速度,低于,0.2m/s,。常用,黄铜丝,（有时也采用紫铜、钨、钼和各种合金的涂覆线）作为电极丝，铜丝直径通常为,0.10,0.35mm,。,（,2,）型号,如,DK7725,：,D,为机床的类别代号，表示是电加工机床；,K,为机床的特性代号，表示是数控机床；第一个,7,为组代号，表示是电火花加工机床，第二个,7,为系代号（快走丝线切割机床为,7,，慢走丝线切割机床为,6,，电火花成型机床为,1,）；,25,为基本参数代号，表示,工作台横向行程为,250,mm,。,3.2.5,电火花加工机床,3.2.5,电火花加工机床,2,）快走丝线切割机床简介,由,机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统,组成（图,3-11,）。,3.2.5,电火花加工机床,（,1,）机床本体,机床本体主要由,床身、坐标工作台、走丝机构和丝架、工作液箱、附件和夹具,等几部分组成。,3.2.5,电火花加工机床,（,2,）脉冲电源,线切割加工脉冲电源的,脉宽较窄,（,2,60,s,），单个脉冲能量、,平均电流,（,1,5,A,）一般较小，所以线切割总是采用,正极性,加工。脉冲电源的形式和品种很多，主要有,晶体矩形波脉冲电源,、,高频分组脉冲电源,、,阶梯波脉冲电源,和,并联电容型脉冲电源,等。,（,3,）数控系统,数控系统的主要作用包括：,轨迹控制作用,；,加工控制,。,（,4,）工作液循环系统,主要包括,工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管和过滤网罩,等；其作用是及时地从加工区域中排除电蚀产物，并连续充分供给清洁的工作液，以,保证脉冲放电过程稳定而顺利,地进行。,3.2.5,电火花加工机床,3,）慢走丝线切割机床简介,由,机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统,组成（图,3-13,）。,3.2.5,电火花加工机床,（,1,）主体结构,机头结构,机床和锥度切割装置（,U,，,V,轴部分）实现了一体化，并采用了,桁架铸造,结构，从而大幅度地强化了,刚度,。,主要部件,精密陶瓷材料,大量用于,工作臂,、,工作台固定板,、工件,固定架,、导丝装置等主要部件，实现了高刚度和不易变形的结构。,工作液循环系统,慢走丝线切割机床大多数采用,去离子水,作为工作液，所以有的机床（如北京阿奇）带有去离子水系统。在较精密加工时，慢走丝线切割机床采用绝缘性能较好的,煤油,作为工作液。,（,2,）,走丝系统,如图,3-14,所示,.,3.2.5,电火花加工机床,3.2.6,电火花成形加工,电火花穿孔成形加工是利用,火花放电腐蚀金属,的原理，用,工具电极对工件进行复制加工,的工艺方法，其应用范围可归纳为：,1.,电火花型腔加工,国内常采用的三种工艺方法是：,单电极平动加工、单电极加工电极修正平动加工和多电极加工,（同尺寸多电极与不同尺寸多电极）。三种工艺方法的比较见表,3-4,。,3.2.6,电火花成形加工,3.2.6,电火花成形加工,1,）,单电极平动加工,法（如图,3-15,所示）。,3.2.6,电火花成形加工,2,）,多电极更换,法（如图,3-16,所示）。,3.2.6,电火花成形加工,3,）,分解电极加工,法,(,如图,3-17,所示,),。,3.2.6,电火花成形加工,4,）,手动侧壁修光,法，如图,3-18,所示。,3.2.6,电火花成形加工,2.,型腔加工用电极,1,）,电极材料,的选择,常用的有,铜钨合金、银钨合金、纯铜以及石墨,等。较为广泛使用的是纯铜和石墨。,（,1,）,纯铜,有如下特点：,稳定性好，生产率高,。精加工比石墨,电极损耗小,。采用精密加工时能达到,优于,1.25,m,的表面粗糙度。因其韧性大，故,机械加工性能差,，磨削加工困难。适宜于做电火花成型加工的,精加工电极,材料。,（,2,）,石墨电极,的特点：,机加工成型容易，容易修正,。加工,稳定性能较好,，生产率高，在长脉宽、大电流加工时,电极损耗小,。机械强度差，,尖角处易崩裂,。适用于做电火花成型加工的,粗加工电极,材料。,3.2.6,电火花成形加工,2,）电极设计,（,1,）,电极的尺寸,：包括,垂直尺寸和水平尺寸,。它们的,公差,是型腔相应部分,公差的,1/2,2/3,。,垂直尺寸,。电极平行于机床主轴线方向上的尺寸称为电极的垂直尺寸。如图,3-19,所示的电火花成型加工电极，电极垂直尺寸包括加工一个,型腔的有效高度,L,、,加工一个型腔位于另一个型腔中需增加的高度,L,1,、,加工结束时电极夹具和夹具或压板不发生碰撞而应增加的高度,L,2,等。,3.2.6,电火花成形加工,3.2.6,电火花成形加工,水平尺寸,。电极的水平尺寸是指与机床主轴轴线相垂直的,横截面尺寸,（如图,3-20,所示）。,外部为工件，内部为工具电极。,3.2.6,电火花成形加工,电极的,水平尺寸,可用下式确定：,a,=,A,K,b,式中：,a,电极水平方向的尺寸；,A,型腔的水平方向的尺寸；,K,与型腔尺寸标注法有关的系数；,b,电极单边缩放量，粗加工时，,b=,1+2+,0,。（注：,1,、,2,、,0,的意义参见图,3-21),。,3.2.6,电火花成形加工,3.2.6,电火花成形加工,a,=,A,K,b,中的,号和,K,值的具体含义如下：,(1),凡图样上,型腔凸出,部分，其相对应的,电极凹入部分,的尺寸应,放大,，即,用“,+”,号,；反之，凡图样上,型腔凹入,部分，其相对应的,电极凸出,部分的尺寸应,缩小,，即,用“,-”,号,。,3.2.6,电火花成形加工,K,值的选择原则,：当图中型腔尺寸完全标注在,边界,上,(,即相当于直径方向尺寸或两边界都为定形边界,),时，,K,取,2,；一端以,中心线或非边界线为基准,(,即相当于半径方向尺寸或一端边界定形另一端边界定位,),时，,K,取,1,；对于图,中型腔中心线之间的位置尺寸,(,即两边界为定位尺寸,),以及,角度值和某些特殊尺寸,，电极上相对应的尺寸,不增不减,，,K,取,0,。对于,圆弧半径,，亦按,上述原则,确定。,根据以上叙述，在图,4-19,中，电极尺寸,a,与型腔尺寸,A,有如下关系：,a,1=,A,1,，,a,2=A2-2b,，,a3=A3-b,，,a,4=A4,，,a5=A5-b,，,a6=A6+b,当,精加工,且精加工的,平动量为,c,时，,b=0+c,3.2.6,电火花成形加工,（,3),电极的,排气孔,和,冲油孔,电火花成型加工时，型腔一般均为盲孔，排气、排屑条件较为困难，这直接影响加工效率与稳定性，精加工时还会影响加工表面粗糙度。为改善排气、排屑条件，大、中型腔加工电极都设计有排气、冲油孔。一般情况下，,开孔的位置应尽量保证冲液均匀和气体易于排出,。电极开孔示意图如下图所示。,3.2.6,电火花成形加工,3.2.6,电火花成形加工,3),电极的,制造,常用的电极制造方法有：,（,1,）,切削加工,；,（,2,）,线切割,加工；,（,3,）,电铸,加工；,4,）电极,装夹与校正,电极装夹的目的是将,电极安装在机床的主轴头,上，电极校正的目的是使,电极的轴线平行于主轴头的轴线,，即保证电极与工作台台面垂直，必要时还应保证电极的横截面基准与机床的,X,、,Y,轴平行。,3.2.6,电火花成形加工,3.,工作液强迫循环的应用,型腔加工往往需要采用,强迫冲油,，,冲油压力,一般为,20,kPa,左右，可随深度的增加而有所增加。冲油对电极损耗有影响，随着冲油压力的增加，电极损耗也增加。这是因为冲油压力增加后，对电极表面的冲刷力也增加，因而使电蚀产物不易反粘到电极表面以补偿其损耗。同时由于游离碳浓度随冲油而降低，因而影响了,碳黑膜,的生成，且流场不均，电极局部冲刷和反粘及碳黑膜厚度不均匀，严重影响了,加工精度,。,3.2.6,电火花成形加工,4.,电规准的选择、转换,粗加工,要求,高生产率,和,低电极损耗,，优先考虑采用,较宽,的,脉冲宽度,，然后选择合适的脉冲峰值电流，注意加工面积和加工电流的配合。,石墨电极加工钢,时，平均电流密度为,3,5,A/cm,2,时，,纯铜电极加工钢,时，平均电流密度大约,10,A/cm,2,。,中规准与粗规准,没有明显界限，按具体加工对象划分。一般选用,脉冲宽度,ti,为,20,400,s,、,峰值电流为,10,25,A,进行中加工。,3.2.6,电火花成形加工,精加工,时，,电极损耗率,较大，一般为,10%,20%,，单边,加工余量,不超过,0.1,0.2,mm,，表面粗糙度应优于,Ra,2.5,m,，一般都选用,窄脉宽,（,ti,为,2,20,s,）、,小,峰值电流,（,10,A,）进行加工。,加工规准转换的档数，应根据,加工型腔精度,、,形状复杂程度和尺寸大小,等具体条件确定。当加工表面刚好达到本档规准对应的表面粗糙度时，就应及时转换规准，这样既达到修光的目的，又可使各档的金属蚀除量最少，得到尽可能,高,的,加工速度和低电极损耗,。,3.2.6,电火花成形加工,5.,电火花穿孔加工,1,）冲模,凹模穿孔加工,3.2.6,电火花成形加工,2,）电火花穿孔加工工艺方法,凹模电火花穿孔方法有：,直接法、间接法、混合法、二次电极法。,3.2.6,电火花成形加工,（,2,）直接法。将,凸模长度适当增加,，作为,电极加工凹模,后，割去电极加工端后成为,凸模,。,3.2.6,电火花成形加工,（,3,）混合法（图,3-25,）。将,电极与凸模,连接在以,一起加工,，然后从凸模上取下,电极,进行,凹模电火花加工,；与直接法不同的是，电极可选用其他材料，仍,保证电极与凸模的尺寸相等,。,（,4,）二次电极法。利用电极（,一次电极,）制造,电极,（,二次电极,），并,加工出凸模及凹模,的工艺方法称为二次电极法。此方法适用于如下两种情况：当,一次电极为凹形,，用于,凸模制造有困难,时。当,一次电极为凸形,，用于,凹模制造有困难,时。,3,）各种加工方法的选用,见表,3,6,3.2.6,电火花成形加工,3,）工具电极,（,1,）电极材料的选用按表,3,7,3.2.6,电火花成形加工,3.2.6,电火花成形加工,（,2,）电极设计,。工具,电极的尺寸精度比凹模高一级,，一般精度,不低于,IT7,；,表面粗糙度比凹模低一级,，通常要,小于,Ra,1.25,m,，且直线度、平面度和平行度在,100,mm,长度上不大于,0.0l,mm,。,（,3,）电极制造。冲模电极的制造，一般先经,普通机械加工,，然后,成形磨削,。对那些不宜磨削加工的材料，可在机械加工后，由,钳工精修,。现在，还广泛应用,电火花线切割,方法加工冲模电极。,4,）工件准备,进行电火花加工前，,凹模型孔,部位要,加工预孔,，并留适当的,电火花加工余量,。余量大小至少应能补偿电火花加工的定位、找正误差及机械加工误差。一般情况下，,单边余量,为,0.3,1.5,mm,为宜，并力求,均匀,。对形状复杂的型孔，余量要适当加大。,3.2.6,电火花成形加工,5,）电规准的选择与更换,冲模加工中，常选择粗、中、精三种规准。每一种又可分几档。对,粗规准,的要求是：,生产率高（不低于,50,mm,3/,min,），工具电极的损耗小,。转换,中规准,之前的表面粗糙度应,小于,Ra,10,m,，否则将增加中、精加工的加工余量与加工时间。加工过程要稳定，粗规准主要采用较大的电流，较长的脉冲宽度，采用铜电极时,电极相对损耗应低于,1%,。,中规准,用于,过渡性加工,，以,减少精加工,时的,加工余量,，提高加工速度。,精规准,用来最终,保证,模具所要求的,配合间隙,、,表面粗糙度,、,刃口斜度,等质量指标，并在此前提下尽可能地提高其生产率。故应采用,小的电流，高的频率、窄的脉冲宽度,。,3.2.7,电火花线切割加工,目前线切割机床的加工功能及加工工艺指标均比以前有大幅度的扩展与提高。主要表现在以下几个方面。,（,1,）,加工对象,。除普通金属、高硬度合金材料外，也适用于人造金刚石、半导体材料、导电陶瓷、铁氧体材料等。,（,2,）,加工范围,。除一般精密加工外，已能加工大尺寸和大厚度工件（例如汽车零件的加工），并且开始涉及精密微细加工领域。,（,3,）,加工形状,。线切割加工不仅适用于二维轮廓的加工，而且能加工各种锥度、变锥度以及上、下面形状不同的三维直纹曲面。,（,4,）,自动化,。自适应控制、自动穿丝、自动换丝的研究与进展，已经使长时间的无人操作成为可能。功能较强的自动编程系统大大提高了编程效率，并能完成各种复杂形状工件的加工。,3.2.7,电火花线切割加工,1.,基本原理,电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原理一样，都是,利用电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理,，实现零部件的加工。,图,3-26,所示为电火花线切割加工示意图。,3.2.7,电火花线切割加工,2.,电火花线切割加工的特点,（,1,）,不需要,制造,复杂的成形电极,。,（,2,）能方便、快捷地加工,薄壁、窄槽、异形孔,等零件。,（,3,）一般采用,精规准一次加工成形,，在加工过程中大都不需要转换加工规准。,（,4,）采用移动的,长电极丝,进行加工，单位长度电极丝的,损耗较少,，对,加工精度,的影响比较小。,低速走丝线切割,加工时，,电极丝一次性,使用，其,损耗对加工精度的影响更小,。,（,5,）,工作液,多采用,水基乳化液,，很少使用煤油；不易引燃起火，容易实现,无人操作,运行。,（,6,）,没有,稳定的,拉弧放电,状态。,（,7,）脉冲电源的加工电流较小，脉冲宽度较窄，属于,中、精加工范畴,，采用,正极性加工,方式。,3.2.7,电火花线切割加工,3.,电火花线切割加工的应用,（,1,）适用于各种形式的,冲裁模及挤压模、粉末冶金模、塑压模等通常带锥度的模具,加工。,（,2,）,高硬度材料零件,的加工。,（,3,）,特殊形状零件,的加工。,（,4,）加工,电火花成形加工,用的,铜、铜钨、银钨合金,等材料,电极,。,4.,电火花线切割控制系统及其编程要点,1,）电火花线切割控制系统,（,1,）控制系统的主要作用。按加工要求,自动控制电极丝相对工件的运动轨迹,；自动控制,伺服进给速度,，保持恒定的放电间隙，防止,开路和短路,，实现对,工件形状和尺寸的加工,。,3.2.7,电火花线切割加工,（,2,）控制系统的主要功能,：,轨迹控制,。精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，以获得所需的形状和尺寸。,加工控制,。主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统以及其他相关操作控制。,此外，,断电记忆、故障报警、安全控制及自诊断功能,也是一个重要的方面。,数字程序控制,过程框图如图,3-27,所示。,3.2.7,电火花线切割加工,（,3,）,轨迹控制原理,。常见的工程图形都可分解为,直线和圆弧或其组合,。用数字控制技术来控制直线和圆弧轨迹的方法，有,逐点比较法、数字积分法、矢量判别法和最小偏差法,等等。,高速走丝,数控线切割大多采用简单、易行的,逐点比较法,。此法的线切割数控系统，在,X,、,Y,两个方向不能同时进给，只能按直线的斜率或圆弧的曲率来交替地一步一个微米地,分步“插补”进给,。采用逐点比较法时，,X,或,Y,方向每进给一步，插补过程都要进行,偏差判别、进给、偏差计算、终点判断四个节拍,。不断地重复上述循环过程，就能加工出所要求的轨迹和轮廓形状。,3.2.7,电火花线切割加工,（,4,）,加工控制功能,。加工控制功能主要有以下几种：,进给速度,控制；,短路回退,；,间隙补偿,；,图形的,缩放、旋转和平移,；,适应控制,；,自动,找中心,；,信息显示,。,此外，线切割加工控制系统还具有,故障安全,（断电记忆等）和,自诊断,等功能。,3.2.7,电火花线切割加工,2,）线切割编程要点,（,1,）,3B,程序指令格式,我国高速走丝线切割机床采用统一的五指令,3B,程序指令,格式见表,3-8,。,表中各符号的意义分别是：,B,为分隔符号,，它在程序单上起着把,X,、,Y,和,J,数值分隔开的作用。,X,、,Y,为直线的终点对其起点的坐标值或圆弧起点对其圆心的坐标值,，编程时均取绝对值，以,m,为单位,，最多为,6,位数,。,3.2.7,电火花线切割加工,J,为计数长度,，以,m,为单位，最多为,6,位数,；,G,为计数方向,，分,G,X,或,G,Y,，即可按,X,方向或,Y,方向计数，工作台在该方向每走,l,m,，即,计数累减,1,，当累减到计数长度,J,=0,时，这段程序即,加工完毕,。,Z,为加工指令,，分为,直线,L,与圆弧,R,两大类。直线又按走向和终点所在象限而分为,L1,、,L2,、,L3,、,L4,四种；,圆弧,又按第一步进入的象限及走向的顺圆、逆圆而分为,顺圆,SR1,、,SR2,、,SR3,、,SR4,及逆圆,NR1,、,NR2,、,NR3,、,NR4,共八种，如图,3-28,所示。,3.2.7,电火花线切割加工,（,2,）直线的编程方法。需要注意以下几点：,以,直线的起点为原点,，,建立,正常的,直角坐标系,，,x,、,y,表示,直线终点的坐标绝对值,，单位为,m,。最多为,6,位,。,在直线,3B,代码中，,x,、,y,值主要是确定该,直线的斜率,，所以可以将直线终点坐标的绝对值除以它们的最大公约数作为,x,、,y,的值，以,简化数值,。,3.2.7,电火花线切割加工,若,直线与,X,或,Y,轴重合,，为区别一般直线，,x,、,y,均可写作,0,，也可以不写。,计数方向,G,的选取原则，应取此程序最后一步的轴向为计数方向。不能预知时，,一般选取与终点处的走向较平行的轴向作为计数方向,，这样可,减小编程误差与加工误差,。对直线而言，取,X,、,Y,中较大的绝对值和轴向作为计数长度,J,和计数方向,G,。,J,的取值方法为：由计数方向,G,确定投影方向，若,G=G,x,，则,将直线向,X,轴投影得到长度的绝对值即为,J,的值,；若,G=G,y,，则,将直线向,Y,轴投影得到长度的绝对值即为,J,的值,。以,m,为单位，最多为,6,位数,。决定计数长度时，要和选计数方向一并考虑。,3.2.7,电火花线切割加工,加工指令,Z,：按照直线走向和终点所在的坐标象限不同可分为,L,1,、,L,2,、,L,3,、,L,4,，其中,与,X,轴重合,的直线算作,L,1,，与,X,轴重合,的直线算作,L,3,，与,Y,轴重合,的直线算作,L,2,，与,Y,轴重合,的直线算作,L,4,。,（,3,）圆弧的编程方法。需要注意以下几点：,以圆弧的,圆心为坐标原点,，建立正常的,直角坐标系,。,x,、,y,值的确定：用,x,，,y,表示圆弧起点坐标的绝对值,，单位为,m,，最多为,6,位,。,G,的确定,：计数方向（分,G,x,和,G,y,）同样也取与该圆弧终点时,走向较平行的轴向作为计数方向,，以减少编程和加工误差，即,取终点坐标绝对值小的轴向为计数方向,（与直线编程相反）。,3.2.7,电火花线切割加工,J,的确定,：按计数方向,G,（,G,x,或,G,y,）取,圆弧在,X,轴或,Y,轴上的投影值作为计数长度,，单位为,m,，最多为,6,位,。如果,圆弧,较长，,跨越两个以上象限,，则分别,取计数方向对由,X,轴（或,Y,轴）上各个象限投影值的绝对值相累加，作为该方向总的计数长度。,加工指令,Z,：按照第一步进入的象限可分为,R,1,、,R,2,、,R,3,、,R,4,；按切割的走向可分为,顺圆,S,和逆圆,N,，于是共有,8,种指令：,SR,1,，,SR,2,，,SR,3,，,SR,4,，,NR,1,，,NR,2,，,NR,3,，,NR,4,。,3.2.7,电火花线切割加工,5.,我国电火花线切割的应用现状及发展,（,1,）稳步发展高速走丝线切割机床的同时，,重视低速走丝电火花线切割机床的开发和发展,。,（,2,）进一步,完善机床结构设计,，并,改进走丝机构,。,（,3,）积极推广,多次切割工艺,，提高综合工艺水平。,（,4,）发展,PC,控制系统,，扩充线切割机床的控制功能。,