《先进制造技术》 第三讲：特种加工系列,电火花加工(二).ppt

第三讲：特种加工系列,电火花加工（二）,E-mail:,jhzhang,先进制造技术,目录,5.,电,火花加工用的脉冲电源,6.,电,火花加工的自动进给调节系统,8.,电,火花加工应用,9.,电,火花加工的发展趋势,7.,工作液循环、过滤系统,电,火花加工原理示意图,对脉冲电源性能的要求：,(1),脉冲电压波形的前后沿应该很陡，使脉冲电流及脉冲能量的变化较小，减小因电极间隙的变化或金属屑等引起工艺过程的波动。最理想的是陡度为,90,。的矩形波脉冲,.,(2),脉冲是单向的，即没有负半波或负半波很小，以最大限度地利用极性效应，实现高效低耗的加工。,(3),脉冲的主要参数如电流幅值、脉冲宽度、脉冲间隔等应能在很宽的范围内调节，以满足粗、中、精加工的不同要求。,(4),工作稳定可靠，操作维修方便。,5.,电,火花加工用的脉冲电源,电火花加工用脉冲电源（按回路中元件）分类,(1)RC,线路弛张式,(2),晶体管式,(3),大功率集成器件式,5.,电,火花加工用的脉冲电源,5.,电,火花加工用的脉冲电源,RC,线路脉冲电源,动画,电火花加工用的脉冲电源,RC,线路脉冲电源的优点：,1,）结构简单，工作可靠，成本低,2,）在小功率时，可获得很窄的脉宽和很小的单个脉冲能量，可用作光整加工和精微加工。,5.,电,火花加工用的脉冲电源,RC,线路脉冲电源的缺点：,1,）电能利用效率很低，计算证明最大不超过,36%,，大部分电能转化为热能损失掉。,2,）生产效率低，电容的充电时间比放电时间长,50,倍以上，脉冲间隙系统。,3),直流电源与放电间隙之间没有开关元件隔离，影响稳定性。,5.,电,火花加工用的脉冲电源,自振式晶体管脉冲电源框图,电火花加工用的脉冲电源,自振式晶体管脉冲电源的优点：,脉冲频率高,脉冲参数易调节,脉冲波形好,自动化程度高等优点。,5.,电,火花加工用的脉冲电源,各种派生脉冲电源,高低压复合脉冲电源（,高压引燃回路，加工回路,）,5.,电,火花加工用的脉冲电源,优点：提高了脉冲的击穿率和利用率；放电间隙增大；,排屑好；加工稳定,动画,各种派生脉冲电源,多回路脉冲电源（同时供给多个回路放电加工,）,5.,电,火花加工用的脉冲电源,优点：在保证表面粗糙度的前提下，提高生产率,缺点：？,电火花加工时，工件与工具之间要保持,定的放电间隙，若间隙过大会使放电过程停止，间隙过小又会引起电弧放电或短路。,6.,电,火花加工的自动进给调节系统,放电间隙、蚀除速度和进给速度示意,1.,由于火花放电间隔很小，且与加工规准、加工面积、工件蚀除速度等有关，因此很难靠人工进给。,2.,自动进给调节系统其任务在于维持一定的平均放电间隙，保证电火花加工正常而稳定地进行。,3.,工具电极的进给速度等于工件的蚀除速度。,6.,电,火花加工的自动进给调节系统,自动进给调节系统的一般要求,6电,火花加工的自动进给调节系统,（,1,）有较广的速度调节跟踪范围,（,2,）有足够的灵敏度和快速性,（,3,）有必要的稳定性,自动进给调节系统的基本组成部分,6.,电,火花加工的自动进给调节系统,自动进给调节系统分类,6.,电,火花加工的自动进给调节系统,电,-,液自动进给调节系统,6.,电,火花加工的自动进给调节系统,动画,工作液系统,6.,工作液循环、过滤系统,工作液常采用煤油，但因煤油中含碳，在加工过程中会产生碳黑，同时加工一段时间以后，工作液内还会有电蚀产物，他们对后面的加工将会产生影响。因此工作液需要过滤。,工作液系统组成,工作液系统一般包括工作液箱、电动机、泵、过滤器、管道、阀、仪表等。,放电间隙中产生的电蚀产物的排除方法,6.,工作液循环、过滤系统,自然扩散,定期抬刀,工具电极附近附加振动,强迫工作液循环,工作液循环类型系统,6.,工作液循环、过滤系统,工作液循环类型系统,6.,工作液循环、过滤系统,工作液过滤方法,自然沉淀法,介质过滤法,黄沙、木屑、棉纱头、过滤纸、硅藻土、活性炭等介质,6.,工作液循环、过滤系统,7,.,电,火花加工应用,电火花穿孔成型加工,穿孔加工,型腔加工,冲模（包括凸凹模及卸料板、固定板）,粉末冶金模,挤压模（型孔）,型孔零件,小孔,深孔,型腔模（锻模、压铸模、塑料模、胶木模）,型腔零件,7,.,电,火花加工应用,冲模的电火花加工,7,电,火花加工应用,冲模加工主要是冲头和凹模加工，冲头可用机械加工，而凹模往往只能则电火花加工，否则不仅加工很困难，工作量很大，质量也不易保证。在有些情况下用机械加工方法加工凹模其至是不可能的。,凹模的质量指标主要是：尺寸精度、配合间隙等。,凹模的尺寸精度,7,.,电,火花加工应用,冲模配合间隙保证方法,7,.,电,火花加工应用,(1),配合法,直接用冲头作工具电极，或将制作冲头的毛坯与制作工具电极的毛坯粘接或焊接在,起，按冲头的加工要求同时进行加工，从前得到与冲头形状尺小完全相同的工具电极。这样，电极加工凹模，并通过调节电参数来控制放电间隙与要求的配合间隙一致，这样，加工后的凹模可不经修正而与冲头直接配合。,冲模的电火花加工,7,.,电,火花加工应用,(2),修配冲头法,先用工具电极加工好凹模，再用凹模作基准，修配冲头以获得所需的配合间隙。,这种方法的优点是电极材料的选择不受电极制造方法的限制，但内于很难获得均勾的配合间隙，模具质量差，再加上研配工作量大、生产率低因而只适于加工形状较简单或配合间隙较大的冲模。,冲模的电火花加工,7,.,电,火花加工应用,(3),修配电极法,先按冲头尺寸制造工具电极，再选定加工规准，然后根据配合间隙的要求，对照所选定加工规准的放电间隙来修配工具电极的尺寸，使加工后的凹模与冲头之间的配合符合要求。,冲模的电火花加工工具电极,7,.,电,火花加工应用1),电极材料的选择,优质高碳钢,T8A,、,T10A,或铬钢,Cr12,、,GCr15,，硬质合金材料。,(2),电极的设计,工具电极的尺寸精度和表面粗糙度都应比凹模高一级。,(3),电极的制造,传统的机械加工，成型磨削，钳工精修。,目前，可选用电火花线切割方法进行加工冲模电极。,型孔冲模,秒针精密冲模,7,.,电,火花加工应用,小孔加工的特点：,1,）加工面积小，深度大，直径一般为,0.05,2mm,，深径比达,20,以上；,2,）小孔加工均为盲孔加工，排屑困难。,小孔加工工具电极：,小孔加工由于工具电极截面积小，容易变形；不易散热，排屑又困难，因此电极损耗大。工具电极应选择刚性好、容易矫直、加工稳定性好和损耗小的材料，如铜钨合金丝、钨丝、钼丝、铜丝等。加工时为了避免电极弯曲变形，还需设置工具电极的导向装置。,为了改善小孔加工时的排屑条件，常采用电磁振动头，使工具电极丝沿轴向振动，或采用超声波振动头，使工具电极端面有轴向高频振动，进行电火花超声波复合加工，可大大提高生产率。,小孔电火花加工,叶片上加工冷却小孔,多孔精密小圆孔,多孔精密小方孔,7,.,电,火花加工应用,电火花高速小孔加工,工作原理：,采用管状电极，加工时电极作回转和轴向进给运动，管电极中通入,1,5MPa,的高压工作液。由于高压工作液能迅速将电极产物排除，且能强化火花放电的蚀除作用，此加工方法的最大特点是加工速度高，一般小孔加工速度可达,60mm/min,左右，比普通钻孔速度还要快。最适合加工,0.3,3mm,左右的小孔且深径比可超过,100,。,动画,动画,2,7,.,电,火花加工应用,异型小孔加工,异形电极的制造：,1.,冷拔整体电极法,2.,电火花线切割加工整体电极法,3.,电火花反拷加工整体电极法,加工凹异形槽,7,.,电,火花加工应用,型腔模电火花加工,型腔模包括锻模、压铸模、胶木模、塑料模、挤压模等。,加工特点：,1.,不通孔加工,工作液循环和电蚀产物排除条件差；金属蚀除量大。,2.,加工面积变化大,型腔复杂，电极损耗不均匀。,7,.,电,火花加工应用,型腔模电火花加工,型腔模电火花加工主要有单极平动法、多电极更换法和分解电极加工法等。,（,1,）单电极平动法,采用一个电极完成型腔的粗、中、精加工的。首先采用低损耗、高生产率的粗规准进行加工，然后用,平动头,作平面小圆运动，按照粗、中、精的顺序逐级改变电规准。与此同时，依次加大电极的平动量，以补偿前后两个加工规准之间型腔侧面放电间隙差和表面微观不平度差，实现型腔侧面仿型修光，完成整个型腔模的加工。,动画,7,.,电,火花加工应用,型腔模电火花加工,（,2,）多电极更换法,采用多个电极依次更换加工同一个型腔，每个电极加工时必须把上一规准的放电痕迹去掉。,一般用两个电极进行粗、精加工就可满足要求；当型腔模的精度和表面质量要求很高时，才采用三个或更多电极进行加工，但要求多个电极的一致性好、制造精度高；另外，更换电极时要求定位装夹精度高，因此一般只用于精密型腔的加工，例如盒式磁带、收录机、电视机等机壳的模具，都是用多个电极加工出来的。,7,.,电,火花加工应用,型腔模电火花加工,（,3,）分解电极法,是单极平动法和多电极更换加工法的综合应用。,根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔和副型腔电极分别制造。,先加工出主型腔，后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。可根据主、副型腔不同的加工条件，选择不同的加工规准，有利于提高加工速度和改善加工表面质量、同时可以简化电极制造，便于修整电极。,7,.,电,火花加工应用,型腔模加工用工具电极,（,1,）电极材料的选择,为了提高型腔模的加工精度，在电极方面，首先是寻找耐蚀性高的电极材料，如纯铜、铜钨合金、银钨合金以及石墨电极等。,（,2,）排气孔和冲油孔设计,一般情况下，在不易排屑的拐角、窄缝处应开有冲油孔；而在蚀除面积较大以及电极端部有凹入的部位开排气孔。冲油孔和排气孔的直径一般为,1,2mm,。若孔过大，则加工后残留的凸起太大，不易清除。孔的数目应以不产生蚀除物堆积为宜。孔距在,20,40mm,左右，孔要适当错开。,7,.,电,火花加工应用,（,3,）循环液系统,型腔加工往往需要采用,强迫冲油,。冲油压力一般为,20kpa,左右，可随深度的增加而增加。,冲油对电极损耗有影响。随着冲油压力的增加，,电极损耗,也增加了。电极的损耗又将影响到型腔模的加工精度，故对要求很高的锻模往往不采用冲油而,采用定时抬刀,的方法来排除电蚀产物，以保证加工精度。,电火花加工型腔,硬质合金刀头断屑槽,7,.,电,火花加工应用,共轭回转加工,加工凸筋和凹筋,加工斜面上的凸台,平面图案展出柱面,齿条铲磨加工,D1_2_6TB.avi,D1_2_6ZC.avi,加工长方块,其他应用,外螺纹,内螺纹,8,.,电,火花成型加工工艺的发展趋势,（,1,）加工过程的高效化,（,2,）加工过程的精密化,（,3,）加工过程的微细化,（,4,）应用范围的扩大,（,5,）建立开放式的数控体系以及加工过程控制的智能化,7,.,电,火花加工应用,平动头,电火花粗加工时的火花间隙比中加工的要大，而中加工的火花间隙比精加工的又要大一些。当用一个电极进行粗加工，将工件的大部分余量蚀除掉后，其底面和侧壁四周的表面粗糙度很差，为了将其修光，就得改变规准逐档进行修整。由于后档规准的放电间隙比前档小，对工件底面可通过主轴进给进行修光，而四周侧壁就无法修光了。平动头就是为解决修光侧壁和提高其尺寸精度而设计的。,平动头的动作原理是,:,利用偏心机构将伺服电动机的旋转运动通过平动轨迹保持机构，转化成电极上每一个质点都能围绕其原始位置在水平面内作平面小圆周运动，许多小圆的外包络线就形成加工表面。其运动半径即平动量,通过调节可由零逐步扩大，以补偿粗、中、精加工的火花放电间隙之差，从而达到修光型腔的目的。其中每个质点运动轨迹的半径就称为平动量。,返回,谢谢,