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精 密 加 工 与 特 种 加 工,第四章 特种加工技术,本章要点电火花加工的基本原理及其分类电火花加工的机理电火花加工用的脉冲电源电火花加工机床电火花加工的特点应用,第一节 电火花加工,加工原理,1.工具与工件之间保持适当间隙,自动进给调节系统,2.火花放电必须是脉冲性放电,采用脉冲电源,3.在有一定绝缘性能的介质中放电,液体绝缘介质,两极之间,火花放电,电腐蚀,去除材料,创造条件：,1工件 2脉冲电源 3自动进给调节系统 4工具 5工作液 6过滤器 7工作液泵,图4-1 电火花加工原理示意图,1.必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距离以形成放电间隙；2.放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行；3.脉冲波形基本是单向的；4.有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属熔化或气化。,加工条件,优 点,1.适于难切削材料的加工 硬质合金、淬火钢等2.加工复杂形状或特殊零件 应用领域日益扩大,局限性,1.主要加工金属等导电材料2.加工速度较慢3.有电极损耗，影响加工精度,电火花加工的特点及应用,电火花加工的适用范围,1.加工任何难加工的金属材料和导电材料；电极材料是紫铜或石墨2.加工形状复杂的表面；3.加工薄壁、弹性、低刚度、微细小孔、异形小孔、深小孔等有特殊要求的零件,电火花加工过程,1、放电通道的形成。极间介质的电离、击穿，形成放电通道；2、能量的转换和传递。介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀；3、电蚀屑的抛出。电极材料的抛出；4、间隙介质的消电离。极间介质的电离消除。,极性效应,工件正极正极性加工,工件负极负极性加工,精加工短脉冲ti 10 s,粗加工长脉冲ti 80 s,为充分利用极性效应，一般都采用单向脉冲电源,电火花加工设备,（一）脉冲电源（二）自动进给调节装置（三）工具电极（四）液体介质,驰张式、闸流管式、晶闸管式、晶体管式、集成元件等,维持所需的“平均”放电间隙 S,保证电火花加工正常进行。步进电机、伺服电机系统,常用石墨或铜作工 具材料，价格低廉 钨、钼或铜钨、银 钨等复合材料，性 能好价格贵。,（1）绝缘、击穿放电及消电离（2）压缩放电通道，能量集中（3）气化产生局部高压，利于 蚀物排除（4）对工具、工件的冷却作用 常用的工作液有煤油、机油等,电火花加工工艺方法分类,图 电火花加工时的加工斜度,二次放电,加工斜度,电极损耗,棱角变钝,图中 ti为脉冲宽度，to为脉冲间隔，tp为脉冲周期，ui为脉冲峰值电压或空载电压,电加工设备型号,名称：普通电火花成型机床 型号：D7132N、40N、50N、60N,工作台及工作液箱,工作液循环系统,主轴头,伺服进给系统,数控装置,操作面板,脉冲电源,名称：数控屏显成型机床 型号：DK7132D、40D、50D、63D,名称：机电一体电火 花成型机床 型号：D7125ND、32ND,影响金属蚀除率的主要因素,1.极性效应的影响,2.电参数对蚀除率的影响 脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电压、峰值电流等。3.金属材料热学常数对蚀除率的影响 4.其他因素(工作液种类、性能等),电火花加工的局限性,1、一般加工速度较慢 2、存在电极损耗和二次放电 3、最小角部半径有限制 一般电火花加工能得到的最小角部半径等于加工间隙（通常为0.02-0.3mm），若电极有损耗或采用平动、摇动加工则角部半径还要增大。,1.加工速度和工具损耗速度,加工速度：单位时间内工件的电蚀量，即生产率；损耗速度：单位时间内工具的电蚀量,电火花加工的基本工艺规律,（）加工速度,qp-正极的总蚀除量；kp-工艺系数（与电极材料、脉冲参数和工作液有关）；wM-单个脉冲能量；f-脉冲频率；t-加工时间；vp-正极蚀除速度。有效脉冲利用率，%；,提高加工速度途径,）提高脉冲频率）增加单个脉冲能量）提高工艺参数）正确选择工件的极性,（）工具的相对损耗,加工中衡量工具电极是否耐损耗，不仅要看工具损耗速度，还要看同时能达到的加工速度，所以采用相对损耗（损耗比）作为衡量工具电极耐损耗之指标。,100%,降低工具电极的相对损耗途径,1、极性效应 2、覆盖效应：黑膜只能在正极表面形成，因此须采用负极性加工 3、传热效应 4、沉积效应 5、选择合适的工具电极材料,工具电极材料,铜：制成各种精密复杂电极，可用于中小型腔加工钨、钼：熔点和沸点较高、损耗少，但其机械加工性能不好，价格较贵，一般仅用于线切割。石墨：用于型腔加工铜碳、铜钨和银钨合金等合金材料：导热性好，熔点高，电极损耗少，价格较贵、制造成型困难，通常只用于精密电火花加工。,2.影响加工精度的主要因素,（）放电间隙的大小和一致性（）工具电极的损耗及“二次放电”,二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电。二次放电主要是在加工深度方向的侧面产生斜度和使加工棱角边变钝。,图3-4 加工斜度的产生a)工具损耗产生加工斜度 b)轮廓对比图1-工具电极无损耗时的轮廓线2-工具电极有损耗但不考虑二次放电时的工件轮廓线1-工具电极有损耗时的轮廓线2-工具电极有损耗且产生二次放电时的工件轮廓线3-工件 4-工具电极,另外，工具的尖角或凹角很难精确地复制在工件的表面上。,图3-5 尖角变圆现象a)加工外表面 b)加工内表面1-工件电极 2-工具电极,影响表面质量的因素,表面粗糙度：单个脉冲能量、工具电极的表面粗糙度、加工速度。表面变质层：熔化凝固层、热影响层及显微裂纹。表面力学性能：表面最外层硬度与耐磨性、残余应力、耐疲劳性能。,1.穿孔加工,常指贯通的等截面或变截面的二维型孔（圆孔、方孔、多边孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔、微孔等加工的电火花加工。,a)圆孔 b)方槽 c)异形孔 d)弯孔,电火花加工的应用,穿孔加工的尺寸精度主要取决于工具电极的尺寸和放电间隙。工具电极的截面轮廓尺寸要比预定加工的型孔尺寸均匀地缩小一个加工间隙，其尺寸精度要比工件高一级，表面粗糙度应比工件的小。一般电火花加工后尺寸公差可达IT7级，表面粗糙度Ra值1.25。,电火花加工较大孔时，一般先预制孔，留合适余量（单边余量为0.51mm左右），余量太大，生产率低，电火花加工时不好定位。细微孔：直径小于0.2mm的孔。国外目前可加工出深径比为5，直径为0.015mm的细微孔。在我国一般可加工出深径比为10，直径为0.05mm的细微孔。但加工细微孔的效率较低，因为工具电极制造困难，排屑也困难，单个脉冲的放电能量须有特殊的脉冲电源控制，对伺服进给系统要求更严。,电火花主要应用在直径为0.33mm的高速小孔的加工，可避免小直径钻头（d1mm）易折断问题。还适用于斜面和曲面上加工小孔，并可达较高尺寸精度和形状精度。在加工时可采用管状电极，内通高压工作液，工具电极在回转的同时又作轴向进给运动，速度可达60mm/min。,.电火花型腔加工,一般指三维型腔和型面加工，如挤压模、压铸模、塑料模及胶木模等型腔的加工及整体式叶轮、叶片等曲面零件的加工。,型腔多为盲孔加工，且形状复杂，致使工作液难以循环，排出蚀除渣困难，因此比穿孔加工困难。为了改善加工条件，有时在工具电极中间开有冲油孔，以便冷却和排出加工产物,本章要点电火花线切割加工的基本原理电火花线切割加工机床电火花加工的特点应用,第二节 电火花线切割加工,电火花线切割加工(Wire Cut Electrical Discharge Machining，简称WCEDM)是在电火花加工基础上于50年代末在前苏联发展起来的一种新工艺，由于其加工过程是利用线状电极靠火花放电对工件进行切割，故称电火花线切割。目前，国内外的线切割机床已占电加工机床的60%以上。,42,一、线切割加工原理和特点 1、电火花线切割加工的基本原理与电火花成型加工一样，也是利用工具电极对工件进行脉冲放电时产生的电腐蚀现象来进行加工的。但是，电火花线切割加工不需要制作成型电极，而是用运动着的金属丝（钼丝或铜丝）作电极，利用电极丝和工件在水平面内的相对运动切割出各种形状的工件。若使电极丝相对工件进行有规律的倾斜运动，还可以切割出带锥度的工件。工件接在脉冲电源的正极，电极丝接负极。,43,线切割应用,微细结构和复杂形状,线切割应用,微细结构和复杂形状,线切割应用,微细结构和复杂形状,线切割应用,微细结构和复杂形状,线切割应用,微细结构和复杂形状,线切割应用,微细结构和复杂形状,脉冲电源的正接工件，负极接电极丝。电极丝以一定的速度往复运动，它不断地进入和离开放电区。在电极丝和工件之间注入一定量的液体介质。机床工作台带动工件在水平面内作两个方向移动，可切割出二维图形（图7-65）。同时，丝架可作小角度摆动，可切割出斜面。,线切割加工特点,与电火花成型相比不需要制作电极；(生产准备时间短)电极丝沿长度方向运动，加工中损耗少，加工精度高。(快走丝用的钼丝可重复使用。）能加工精密、形状复杂而细小的内、外形面，以及高熔点、高硬度难切削的材料。（只能加工导电材料）加工效率高，材料利用率高，成本低。自动化程度高，操作方便。不能加工母线不是直线的表面和盲孔。,二、数控电火花线切割加工机床 电火花线切割机床是电火花加工机床的一种，根据走丝速度和加工精度不同，分快走丝和慢走丝二种。,快走丝：0.080.22mm的钼丝作电极，往复循环使用，走丝速度为810m/s，加工精度为0.01mm 表面粗糙度Ra1.6 6.3m。工作液为乳化液，如：DX-1、TM-1、502型。慢走丝:走丝速度是312m/min，电极丝广泛使用铜丝，单向移动，电极丝只使用一次，不重复使用。能自动穿电极丝和生动卸除加工废料，实现无人操作。加工精度可达到0.001mm，表面粗糙度为Ra1.66.3m。价格比快走丝高。工作液为去离子水。,53,2）按控制方式分 由靠模仿形控制、光电跟踪控制、数字程序控制以及微机控制等，前两种方法现已很少采用。3）按脉冲电源形式分 有RC电源、晶体管电源、分组脉冲电源以及自适应控制电源等，RC电源现已基本不用。4）按加工特点分 有大、中、小型，以及普通直壁切割型与锥度切割型等。,电火花线切割机床,图7-66 电火花线切割加工,加工过程显示,快走丝线切割机床,加工精度可达到0.01mm，加工表面粗糙度 Ra1.6m。,加工精度可达到1.5m，加工表面粗糙度Ra0.10.2m。,慢走丝线切割机床,56,线切割机床由脉冲电源、机床本体、控制系统和工作液循环系统四大部分组成。(一)脉冲电源 线切割机床的脉冲电源采用小功率、窄脉冲、高频率、大峰值电流的高频脉冲电源。一般电源的电规准有几个档，以调整脉冲宽度和脉冲间隙时间，满足不同加工要求。(二)机床本体 机床本体包括：床身、坐标工作台、走丝机构组成。1、床身 床身一般为铸件，是坐标工作台、走丝机构的固定基础。床身内部安置脉冲电源和工作液箱。考虑电源会发热和工作液泵有振动，有些机床将脉冲电源和工作液箱移出床身另行安放。,2、坐标工作台 坐标工作台安置在床面上，包括上层工作台面、中层中拖板、下层底座，还有减速齿轮和丝杠螺母等构件。两个步进电动机经过齿轮减速，带动丝杠螺母，从而驱动工作台在XY平面上移动。控制器每发出一个进给脉冲信号，工作台就移动lm，则称该机床的脉冲当量为1m/脉冲。,工作台传动原理,我国：高速往复走丝方式，一般走丝速度为810m/s，国外：慢速单向走丝方式，通常走丝速度低于0.2m/s。,3、走丝机构 快走丝机构的作用是保证电极丝能进行往复循环的高速运行，由电动机传动储丝筒作高速正反向转动。通过齿轮副传动走丝机构拖板的丝杠螺母，使电极丝均匀地卷绕在储丝筒上。,慢走丝机构,走丝速度在312m/s左右，电极丝多采用成卷的黄铜丝或镀锌黄铜丝，工作时单向运行，经放电加工后不再使用，电极丝的张力可调节。,特点：电极丝只用一次，工作平稳、均匀、抖动小、加工质量好，但加工速度低，加工成本高。,对于能割斜度的走丝机构，通过电极丝上导轮在纵、横两个方向的偏移，使电极丝倾斜，可加工带锥度的工件。,上导轮和工作台分别由四个步进电机驱动，由计算机同时控制。,60,61,（四）工作液循环系统,快走丝用的工作液是乳化液，慢走丝用的工作液是去离子水。去离子水是通过离子交换树脂净化器将水中的离子去除，并通过电阻率控制装置，控制去离子水的电阻率。,工作液循环系统的作用：与电火花成形相同，主要是及时排除电蚀产物，对工件和电极丝进行冷却。,（三）控制系统,作用：按程序自动控制电极丝和工件之间的相对运动轨迹和进给速度，完成对工件的加工。同时，根据放电间隙大小和放电状态，使进给速度和工件的蚀除速度相平衡，维持正常的稳定加工。,三、电火花线切割加工工艺,1坯料的准备下料锻造退火刨平面磨平面划线铣漏料孔孔加工淬火磨平面线切割 穿丝孔应在淬火前加工好,2工艺参数的选择（1）脉冲参数的选择:加工电流I 厚的工件，选择较大加工电流。,脉宽ti选择 按粗糙度来选择。脉宽愈大，单个脉冲能量大，切割效率高，粗糙度大。,脉冲间隔t0/ti比选择 工件厚度大，切割加工排屑时间长，脉冲间隔时间长。,3工件的装夹与调整,（1）工件装夹,（2）工件的调整,百分表找正,划线找正,4、电极丝位置的调整,目测法,火花法,自动找正中心,目测法：用于要求低的工件。,火花法：最常用，根据放电间隙推算电极丝中心坐标。,自动找中心：根据短路信号自动找孔的中心。,小 结,电火花成形加工,电火花成形加工原理,电火花成形加工的条件、加工过程、特点及应用,电火花线切割加工原理及设备,电火花线切割加工的特点及应用,课后作业,什么是电火花成形加工？电火花成形加工必须具备的条件?电火花成形加工的特点？什么是电火花线切割加工？,