[工学]特种加工技术.doc

特种加工技术本课程授课说明：特种加工技术涉及的面很宽，依据教学大纲，从授课课时和实际应用的角度出发，主要分八个部分讲授。分别是： 1、特种加工概论；2、电火花加工；3、电火花线切割加工；4、电化学加工；5、激光加工；6、电子束和离子束加工7、超声加工；8、其它特种加工。每一部分内容都讲授其加工原理、加工机理、加工过程及设备组成等内容，并配以录象或动画演示等。第一章 概论生产和科技水平发展到现在的水平，对于难加工的材料、难加工的复杂形状该怎么办呢? 特种加工是指除常规切削加工以外的新的加工方法，这种加工方法利用电、磁、声、光、化学等能量或其各种组合作用在工件的被加工部位上，实现对材料的去除、变形、改变性能和镀覆，从而达到对难加工的材料、难加工的复杂形状加工目的。第一节 特种加工概述一、特种加工的产生现代工业对机械制造部门提出了新的要求：1）解决各种难切削材料的加工问题如硬质合金、耐热钢、不锈钢等金属及非金属材料的加工。2）解决各种特殊复杂表面的加工问题如螺旋推进器叶片，它的结构、重量直接影响飞行器的飞行质量，形状复杂，难以常规方法加工。3）解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题。发展历史：1943年，前苏联拉扎林柯夫妇，在做开关触点研究时，遭受了火花放电腐蚀损坏，发现电火花瞬时高温可熔掉金属，开创和发明了电火花加工方法，这种加工方法是“以柔克刚”典型实例。随着生产的发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率和小型化等方向发展，它们所用的材料愈来愈难加工，零件形状要求愈来愈复杂，表面精度、粗糙度和某些特殊要求也愈来愈多。此时，仅靠传统的切削加工方法就很难实现，特种 加工就是在这种情况下产生和发展起来的。我国的特种加工技术起步较早，如上世纪50年代的电火花穿孔机床和电火花表面强化机，中科院电工所、航空工业部625所、哈工大、大连工学院，复旦大学等单位，如雨后春笋一般，为电火花、线切割加工技术在我国迅速发展做出了重要贡献。二、特种加工的特点：1）传统的机械加工：传统的机械加工方法是用机械能量和切削力来去除多余的金属，以达到加工要求。传统的机械加工方法的特点是：A.刀具材料比工件更硬；B.靠机械能把工件上多余的材料切除。 2）特种加工及其特点：特种加工在我国，是指那些不使用刀具或磨料，或者虽然使用刀具或磨料，但又同时需用热能、化学能、电化学能等去除或增加材料的新的加工方法。特种加工特点： A.不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（如光、电、热、声、化学等）去除金属材料或增加材料 B.工具硬度可以低于被加工材料的硬度 C.加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。三、本课程的主要内容及学习的目的内容：主要介绍各种特种加工方法的基本原理、基本设备、工艺规律和适用范围。基本原理加工原理示意图；基本设备设备及主要组成部分；工艺规律影响加工的一些因素，如何影响；（主要特点）（从精度、表面质量、生产率三方面考虑）工艺应用特点及应用。 目的：使机械工程技术人员、科研人员开阔工艺领域的眼界，开拓加工方法的思路，为选用新工艺以解决加工难题和改善工艺措施奠定基础。第二节 特种加工的分类特种加工的分类目前还没有明确的规定，一般按能量来源和作用原理可分为：电、热电火花加工（EDM）、电火花线切割加工（WEDM）、等离子体加工（PAL）； 电、机械离子束加工（IBM）； 电、化学电解加工（ECM），电铸加工（ECM），涂镀加工（EPM）； 电化学、机械电解磨削（ECG），电解珩磨（ECH）；声、机械超声加工（USM）； 光、热激光加工（LBM）； 化学化学加工（CHM）；液流、机械挤压珩磨（AFH），水射流切割（WJC）。近几年来正在出现把上述两种以至多种特种加工方法的工作原理结合在一起，以起到取长补短作 用的特种加工方法，称之为“复合加工”。例：在电火花成型加工中以电解液为工作液而使加工过程中同时产生电火花腐蚀作用和电解作用的“电解电火花加工”、还有“电解电火花磨削”、 “超声波电解加工”在特种加工范围内还有一些属于改善表面粗糙度或表面性能的工艺。 改善表面粗糙度电解抛光、化学抛光、离子束抛光等。 改善表面性能电火花表面强化、镀覆、刻字、电子束曝光等。第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响由于上述各种特种加工工艺的特点以及逐渐广泛地应用，引起了机械制造工艺技术领域内的许多变革。(1)提高了材料的可加工性以往认为金刚石、硬质合金、淬火钢、石英、玻璃、陶瓷等是很难加工的。现在已经广泛采用金刚石、聚晶(人造)金刚石制造的刀具、工具、拉 丝模具，可以用电火花、电解、激光等多种方法来加工它们。材料的可加工性不再与硬度、强度、韧性、脆性等成直接、正比关系，对电火花、线切割加工而言，淬火钢比未淬火钢更易加工。 红宝石轴承打孔0.12-0.18mm 不锈钢板打孔0.06最小至0.01mm。(2)改变了零件的典型工艺路线 改变了淬火前加工，淬火后磨削这一规则。电火花、线切割、电解加工等必须先淬火后加工。(3) 大大缩短新产品试制周期采用光电、数控电火花线切割，可以直接加工出各种标准和非标准直齿轮(包括非圆齿轮非渐开线 齿轮)、微电机定子、转子硅钢片，各种变 压器铁心、各种特殊、复杂的二次曲面体零件可以省去设计和制造相应的刀具、夹 具、量具、模具及二次工具，大大缩短了试制周期。(4)对产品零件的结构设计带来很大的影响 例如：花键孔、轴、枪炮膛线的齿根部分，从设计观点，为了减少应力集中，最好做成小圆角，但拉削加工时刀齿做成圆角对排屑不利，容易磨损，刀齿只能设计与制造成清棱清角的齿根。而 用电解加工时，由于存在尖角变圆现象，非采用小圆角的齿根不可。又如各种复杂冲模，如山形硅纲片冲模，过去由于不易制造，往往采用拼镶结构，采用电火花、线切割加工后，即使是硬质 合金的模具或刀具，也可做成整体结构。喷气发 动机涡轮也由于是电加工而可采用整体结构。孔的深径之比可达50：1。(5)重新评价传统的结构工艺性过去对方孔、小孔、弯孔、窄缝等被认为是工艺性很“坏”的典型，对工艺、设计人员是非常“忌讳”的，有的甚至是“禁区”。特种加工的采用改变了这种现象。对于电火花穿孔、电火花线切割工艺来说，加工方孔和加工圆孔的难易程度是一样的。喷油嘴小孔、喷丝头小异形孔、涡轮叶片大量的小冷却深孔、窄缝、静压轴承、静压导轨的内油囊型腔，采用电加工后由难变易了。过去淬火前忘了钻定位销孔、铣槽等工艺，淬火后这种工件只能报废，现在则大可不必，可用电火花打孔、切槽进行补救。相反有时为了避免淬火开裂、变形等影响，故意把钻孔，开槽等工艺安排在淬火之后。这在不了解特 种加工的审查人员看来，将认为是工艺、设计人员的“过错”，其实是他们不了解特种工艺的特点。特种加工的出现，工艺安排更加灵活了。试分析以下零件的加工工艺性第二章 电火花加工电火花加工:（利用电能和热能进行加工的加工方法）在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部瞬时产生的高温（电蚀效应）把金属蚀除下来，通常称之为电火花加工。日本、英、美等国称之为“放电加工”，苏联称之为“电蚀加工”。第一节 电火花加工的基本原理与分类一、电火花加工的原理和设备组成电火花加工的原理:是基于工具和工件(正、负电极)之间脉冲性火花放电 时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花加工原理示意图 11-脉冲电源2-工件3-自动进给调节装置 4-工具电极5-工作液6-过滤器7-工作液泵电火花加工，加工各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的导电材料，并且常用于模具的制造过程中。电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以 使任何金属材料局部熔化、气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。电火花加工的基本设备是电火花穿孔成型加工机床，它由床身、立柱、工作台、工作液槽、主轴头、工具电极夹具、工作液循环过滤系统等主要部件组成。上次课重点内容复习1、特种加工的特点：不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（如光、电、热、声、化学等）去除金属材料或增加材料。工具硬度可以低于被加工材料的硬度。加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。2、电火花加工的原理：是基于工具和工件(正、负电极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。 3、电火花加工设备组成：电火花加工原理示意图：1-脉冲电源2-工件3-自动进给调节装置 4-工具电极5-工作液6-过滤器7-工作液泵4、电火花加工的必要条件（三个）： 1.必须使工具电极和工件的被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定，通常约为几微米至几百微米。如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会产生电火花放电。如果间隙过小，很容易形成 短路接触，同样也不能产生火花放电。为此，在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调节装置。 2.火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间后，需停歇一段时间，放电延续时间一般为10-7 10-3 s。这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电点分别局限在很小的范围内；否则，象持续电弧放电那样，使表面烧伤而无法用作尺寸加工。为此，电火花 加工必须采用脉冲电源。图2-1为脉冲电源的电压波形，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。3.火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质（工作液）中进行，例如煤油、皂化液或去离子水等。液体介质又称工作液，它们必须具有较高的 绝缘强度(103107·cm)。工作液的三个作用:1) 有利于产生脉冲性的火花放电。同时，2)液体介质还能把电火花加工过程 中产生的金属小屑、碳黑等电蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去，并且3)对电极和工件表面有较 好的冷却作用。 电火花加工的三个必要条件： 工具电极与工件被加工表面之间保证一定的间隙（几微米几百微米）； 脉冲性放电（脉宽10-710-3s）； 一定绝缘性能的液体介质（103107 ·cm）。二、电火花加工的特点及其分类：1.特点：（1）优点：适合于难切削材料的加工;可以加工特殊及复杂形状的零件。缺点：只能加工金属等导电材料;加工速度低;电极损耗影响加工精度;最小角部半径受限制。 在模具制造业广泛应用常用电极材料有紫铜、石墨。2.分类：（根据工具电极和工件的相对运动方式和用途）电火花穿孔成型加工； 电火花线切割； 电火花磨削和镗磨； 电火花同步回转加工；（-为成型、尺寸加工） 电火花表面强化与刻字表面加工。（见下表）电火花加工工艺方法分类类别工艺方法特 点用 途备 注1穿孔成形加工工具为成形电极主要一个进给运动型腔加工、冲模挤压模、异形孔约占总数30%2电火花线切割加工工具为线状电极两个进给运动冲模、直纹面、窄缝、下料占总数60%3内孔、外圆成形磨相对旋转运动、径向轴向进给运动精密小孔、外圆小模数滚刀占总数3%4同步共轭回转加工均作旋转运动且纵横进给精密螺纹、异形齿轮、回转表面占总数1%5高速小孔加工细管电极旋转、穿孔速度极高深小孔、喷嘴、穿丝孔占总数2%6表面强化、刻字工具在工件上振动工具相对工件移动工具刃口强化、刻字占总数2%3%第二节 电火花加工的机理电火花腐蚀的微观过程分为以下几个连续的阶段：1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道；2、介质热分解、电极材料溶化、气化热膨胀；3、电极材料的抛出；4、间隙介质的消电离。一、极间介质的电离、击穿、形成放电通道脉冲电压施加于工具电极与工件之间形成电场，工件、工具的微观表面凹凸不平，极间距离最小处电场强度最大，此处的工作液绝缘性能往往较低而最先被击穿，即分解成负电子和正离子而被电离形成等离子通道。通道直径很小，电流密度可高达105106A/cm2，通道中心温度高达 10000以上，瞬时压力可达数十甚至上百个KPa。二、介质热分解、电极材料熔化、 气化热膨胀极间介质一旦被击穿，脉冲电流就通过放电 通道瞬时释放能量，把电能转换成动能、热能、磁能、光能、声能及电磁波辐射能等。其中大部 分转换成热能，使两极放电点和通道本身温度剧增（瞬时热源），放电点产生局部熔化或汽化，通道中的介质也汽化进一步热裂分解气化，放电通道周围被气泡包围，气泡内瞬时压力也相当高。这些气化后的工作液和金属蒸发，瞬时体积猛增，迅速热膨胀，具有爆炸的特性。三、电极材料的抛出（蚀除材料的抛出）由于加热过程非常短促（10-710-8s），因此金属熔化、气化及工作介质的汽化都具有突然膨胀即爆炸特性。被加热至熔化状态的材料被挤出 或溅出（抛出），进入附近的工作液中而冷却。此时，随着放电过程的结束，气泡（瞬时形成的气体分子团发展而成的气泡）内压力降低，甚至降至大气压以下，形成局部真空，这使在高压下熔融的过热材料瞬时汽化沸腾，被熔化的金属又一次抛出。抛离的金属向四处飞溅，绝大部分在工作中收缩成球状小颗粒，一小部分飞溅转移在两极表面上，还伴随有吸附、镀覆现象。四、极间介质消电离 一次放电结束后，极间介质应有消电离过程，即通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复介质的绝缘强度，以免总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，这样可以保证按两极相对最近或电阻率最小处形成下一击穿放电通道。在加工过程中产生的电蚀产物（如金属微粒、碳粒子、气泡等）如果来不及排除、扩散出去，就会改变间隙介质的成分和降低绝缘强度，脉冲火花放电时产生的热量 如不及时传出，带电粒子的自由能不易降低，将大大减少复合的几率，使消电离过程不充分，结果将使下一个脉冲放电通道不能顺利地转移到其它部位，而始终集中在某一部位，使该处介质局部过热而破坏消电离过程，脉冲火花放电将恶性循环转变为有害的稳定电弧放电，同时工作液局部高温分解后可能结炭，在该处聚成焦粒而在两极间搭桥，使加工无法进行下去，并烧伤电极对。由此可见，为了保证电火花加工过程正常地进行，在两次脉冲放电之间一般都应有足够的脉冲间隔时间，这一脉冲间隔时间的选择，不仅要考虑介质本身消电离所需的时间(与脉冲能量有关)，还要考虑电蚀产物排离出放电区域的难易程度(与脉冲爆炸力大小、放电间隙大小、抬刀及加工面积有关)。到目前为止，人们对于电火花加工微观过程的了解还是很不够的，诸如工作液成份作用、间 隙介质的击穿、放电间隙内的状况、正负电极间能量的转换与分配、材料的抛出、电火花加工过程中热场、流场、力场的变化，通道结构及其振荡等等，都还需要进一步研究。第三节 电火花加工中的一些基本规律一、影响材料放电腐蚀的主要因素：（电蚀量、蚀除量） 1.极性效应电火花加工过程中，正负极都会受到不同 程度的电蚀，即使是一对电极的材料相同，它们的电蚀量也是不同的。 极性效应由于正负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象称为极性效应。“正极性”加工工件接脉冲电源正极，工具接负极。“负极性”加工与“正极性”加 工相反。 从提高生产率和减少工具消耗的角度来看，极性 效应愈显著愈好。当用交变的脉冲电流加工时， 单个脉冲的极性效应便相互抵消，增加了工具电 极的损耗。因此，电火花加工一般都采用单向脉冲电源。极性效应与电源的脉宽、脉间、脉冲峰值、电极对材料、工作液等因素有关。2.电参数对电蚀量的影响（脉冲能量）无论是正极性还是负极性，单个脉冲的蚀除量q´与单个脉冲的能量Wm在一定范围内成正比。某一时间内的总蚀除量q约等于这段时间内各单个有效脉冲蚀除量q´的总和q=KWm ft W= 单个脉冲能量 K工艺参数 f 脉冲频率 有效脉冲利用率提高电蚀量（生产率）的途径：提高、增加Wm或平均放电电流ie和脉宽ti，提高K（Ka、Kc，与电极材料、脉冲参数、工作液有关） 但是(1)、脉冲频率f过高，脉冲间隔时间过短，产生电弧放电；(2)、Wm的增加，加工表面粗糙度增加。 紫铜电极加工钢时的单个脉冲能量Wm=（2025）ieti3.金属材料热学常数对电蚀量的影响热学常数指：熔点、沸点（气化点）、导热系数、比热容、熔化潜热、气化潜热等。实验表明：当脉冲放电能量相同时，金属的熔点、沸点、比热容、熔化潜热、气化潜热愈高，电蚀量愈少，愈难加工。导热系数愈大的金属，本身的蚀除量降低。蚀除量与材料的导热系数及其它热学常数密切相关。4.工作液对电蚀量的影响工作液的作用：形成火花击穿放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态；对放电通道产生压缩作用；帮助电蚀产物的抛出和排除；对工具、工件有冷却作用。选择原则：介电性能好（绝缘性高）、密度和粘度大的工作液有利于压缩放电通道截面，提高放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效应。目前电火花成型加工主要采用油类工作液。 选择种类：粗加工时，应采用脉冲能量大，加工间隙也较大，爆炸排屑抛出能力强的工作液，往往选用介电性能 高、粘度较大的机油。中、精加工时，放电间隙较小，排屑比较困难，故一般均选用粘度小流动性好、渗透性好的煤油作为工作液。油类工作液的缺点： 1、有味，高温下味大且有烟，工作环境恶劣。 2、易燃烧。水基工作液：绝缘性和黏度低，对通道的压缩性 差，易锈蚀机床。 目前常将水基工作液添加一些物质后使用。5.影响电蚀量的其它因素加工过程的稳定性，否则干扰正常放电；电蚀产物的排出； 电极材料：钢打钢，不稳定；铜打钢，稳定；电蚀产物的抛出速度。上次课内容复习1、电火花加工的必要条件： 工具电极与工件被加工表面之间保证一定的间隙（几微米几百微米）； 脉冲性放电（脉宽10-710-3 s）； 一定绝缘性能的液体介质（103 107 ·cm）。 2、工作液的种类及作用：煤油、皂化液或去离子水等。工作液三个作用:1) 有利于产生脉冲性的火花放电。2)液体介质还能把电火花加工过程中产生的金属小屑、碳黑等电蚀产物从放电间隙中悬 浮排除出去。3)对电极和工件表面有较好的冷却作用。 3、电火花加工特点：适合于难切削材料的加工；可以加工特殊及复杂形状的零件。只能加工金属等导电材料；加工速度低;电极损耗影响加工精度。 在模具制造业广泛应用 常用电极材料如紫铜、石墨。4、电火花腐蚀的微观过程：1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道；2、介质热分解、电极材料溶化、气化热膨胀；3、电极材料的抛出；4、间隙介质的消电离。5、极性效应：极性效应由于正负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象称为极性效应。6、有效蚀除:q=KWmft单个脉冲能量：Wm = 二、电火花加工的加工速度（生产率）和工具损耗速度单位时间内工件的电蚀量称之为加工速度即生产率；单位时间内工具的电蚀量称之为损耗速度。1.加工速度单位时间内工件的电蚀量称之为加工速度，即生产率。 Vw=Vt（mm 3min）（有效蚀除量q=KWmft）根据前面讨论：提高，增加Wm，提高，都能使Vw提高。（提高K的途径很多，例如合理选用电极材料、电参数和工作液，改善工作液的循环方式）粗加工（表面粗糙度Ra10-20um）：Vw达200-1000mm3min 半精加工（Ra2.5-10um）：Vw为20-100 mm3min 精加工（Ra0.32-2.5um）：Vw10 mm3min2.工具相对损耗=VE/Vw×100%VE 一单位时间内工具的电蚀量； Vw 一单位时间内工件的电蚀量降低工具电极的损耗具有重大意义，为此要很好地利用加工过程中的各种效应 （极性效应、吸附效应、传热效应） 正确选择极性短脉冲精加工时采用正极性加工长脉冲粗加工时采用负极性加工利用吸附效应黑膜只能在正极表面形成，因此要利用黑膜的补偿作用来实现电极的低损耗，必须采用负极性加工。利用传热效应电极表面温度低、导热性能好，能减少电极损耗。选用合适的电极材料钨、钼熔点高、沸点高、损耗小，但机加工性能差，价格贵。（多用于线切割） 铜熔点低、导热性好，损耗也较小，机加工性能好。（中小型腔加工普遍使用） 石墨热学性能好，长脉冲粗加工时能吸附游离的碳来补偿电极损耗，相对损耗 低。（广泛用作型腔粗加工）三、影响加工精度的主要因素工具电极本身的损耗，放电间隙的偏差都造成加工误差。影响加工精度的主要因素有电极损耗和放电间隙的变化。 采用高频窄脉宽加工，放电间隙小，圆角半径可以减小，可以获得R0.01的尖棱。目前，电火花穿孔加工的精度可达0.010.05mm,型腔 加工可达0.1左右.四、电火花加工的表面质量电火花加工的表面质量包括表面粗糙度、表面变质层和表面机械性能 1.表面粗糙度 电火花加工表面是由无数小坑和光滑的硬凸边所组成，特别有利于保存润滑油。 影响表面粗糙度的主要因素是单个脉冲的能量。Wm大、q大、放电凹坑大而深，Ra也就大。电火花加工的表面粗糙度和加工速度之间存在着很大的矛盾。例如Ra2.5提高到Ra1.25，加工速度下降十多倍。另外：工件材料熔点高，则Ra小，加工速度下降。工具电极的Ra大，则工件Ra也大。2.表面变质层 熔化凝固层：工件表面最上层，是一种晶 粒组织非常细小的树枝状淬火铸造组织，金属显微镜下呈白色。热影响层：介于熔化层与基体之间。显微裂纹：加工表面产生残余拉应力而有 裂纹3.表面机械性能 显微硬度和耐磨性：一般说来，电火花加工表面最外层的硬度较高，耐磨性好。但对于滚动磨擦，由于是交变载荷，尤其是干磨擦，则因熔化凝固层和基体的结合不牢固，容易剥落而磨损。 残余应力： 电火花加工表面存在着由于热作用而形成的 残余拉应力。 耐疲劳性能：耐疲劳性能比机械加工表面低许多倍。第四节 电火花加工用脉冲电源（了解）脉冲电源的功用把工频交流电转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给电极放电间隙所需要的能量来蚀除金属。脉冲电源对加工的影响：生产率、稳定性、加工精度、工件表面粗糙度、工具电极的损耗等技术经济指标。第五节 电火花加工自动进给调节系统 一、作用和要求 1.作用： 使工具电极和工件随着工件材料被不断蚀除而相对进给，以形成一定的形状和尺寸的工件。 不断地调节进给速度，甚至停止进给或回退，以保持给定的放电间隙。放电间隙S值与蚀除进度vW有密切的关系。当间隙太大时，极间介质不易击穿，使有效脉冲利用率降低，因而使蚀除速度降低。当间隙太小时，又会因电蚀产物难于及时排除，产生二次放电，短路率增加，蚀除速度也将明显下降，甚至还会引起短路和烧伤，使加工难以进行。因此，必有一最佳放电间隙SB，对应于最大蚀除速度B点，图中上凸的曲线即间隙蚀除特性曲线，图中横坐标为放电间隙S或间隙平均电压ue，纵坐标为加工速度。如果粗、精加工采用的规准不同，S和vW的对应值也不同，但趋势是大体相同的。2.基本要求： 有较宽的速度调节跟踪范围； 有足够的灵敏度和快速性； 有足够的稳定性。二、基本组成 1.测量环节 2.比较环节3.放大环节 4.执行环节三、电液自动进给调节系统喷咀挡板式电液自动进给调节器。原理：测量环节从放电间隙检测出电压信号，与给定值进行比较后输出一个控制信号，再经放大，传输给电机械转换器，它使液压放大器中的喷咀挡板有一个成比例的位移，因而改变喷咀的出油量，造成油缸上下油腔的压力差变化，从而使主轴相应运动，调节放电间隙的大小。 P0A0GP1A1 活塞杆带动工具上升 P0A0GP1A1 活塞杆带动工具下降 P0A0GP1A1 活塞杆带动工具静止 分析得知：主轴的移动是由电机械转换器中控制线圈电流的大小来实现的，控制线圈电流的大小则由加工间隙的电压或电流信号来控制，因而实现了进给的自动调节。：电压为0，间隙为0，开口最大，挡板上升；：平稳状态； ：电压最大，间隙最大，挡板下降。第六节 电火花加工机床 电火花成型加工机床这类机床简称电火花加工机床。它由主机、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液净化及循环系统几部分组成。分为分离式与整体式两类。一、机床总体部分主机主要包括：主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽。 主机即机床主体，用来安装工具电极和工件，并能使它们做精确的相对运动。电火花成型机床具有一个坐标工作台和一个立柱，一个能作伺服进给的主轴头安装在立柱上。工作台都带有坐标装置。常用的有靠刻度手轮来调整位置的丝杠螺母装置，光学坐标读数装置，磁尺数显装置。近年来，由于数控技术的发展，已有三坐标伺服控制的电火花机床,目前主轴和工作台回转运动并加三向伺服控制的五坐标数控电火花机床已很常见，有的机床还带有工具电极库，可以实现自动更换工具电极，机床的坐标位移精度达到2m。二、主轴头机床中的关键部件，是自动调节系统中的执行机构。组成：进给系统、导向防扭机构、电极装夹及调节环节。 由于步进电机和力矩电机的出现，电火花机床中已越来越多地采用电机械式主轴头。三、工具电极夹具工具电极的装夹及其调节装置的形式很多，其作用是调节工具电极和工作台的垂直度以及调节工具电极在水平面内微量的扭转角。常用的有十字铰链式和球面铰链式。 四、工作液循环、过滤系统组成工作液箱、电机、泵、过滤装置、工作液槽、油杯、管道、阀门以及测量仪等。通常采用强迫循环：以免间隙中电蚀物过多，引起已加工过的侧表面间“二次放电”，影响加工精度，此外还可以带走一部分热量。循环方式：a冲油式；b抽油式 过滤方式：自然沉淀、介质过滤、高压静电过滤、离心过滤第七节 电火花穿孔成型加工电火花穿孔成型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的工艺方法。其应用范围可归纳为： 电火花穿孔成型加工：穿孔加工 包括冲模、粉末冶金模、挤压模 （型孔）、型孔零件、小孔(0.01-3mm的圆孔和一形孔)等。型腔加工 包括型腔模（锻摸、压铸模、精铸模、塑料模、胶木模等）、型腔零件。电火花穿孔成型加工示例一、冲模的电火花加工冲模用电火花加工比机械加工有如下优点： a可以在工件淬火后进行加工，避免了热处理变形影响；b冲模的配合间隔均匀、刃口耐磨，提高了模具的质量；c不受加工材料硬度限制，可加工硬质合金材料的冲模，使材料的加工范围拓宽；d对复杂凹模，可用整体式，结构简单，强度高。 1.冲模的电火花加工工艺方法： 直接配合法：直接用加长的钢凸模作为电极加工凹模的方法。优点：配合间隙均匀，模具质量高，电极制造方便，钳工工作量少。缺点：凹模凸模都为磁性材料时，（如钢打钢）易形成二次放电，加工过程不稳定。 采用新的具有附加击穿电压的电源，可解决不稳定问题。2.工具电极电极材料的选择（指的是直接配合法加工冲模）凸模一般采用T8A、T10A、Cr12、GCr15、硬质合金等。 凸凹模不要选用同一种钢材型号，否则加工时不易稳定。电极设计由于凹模的精度主要决定于工具电极的精度，因而对它有较为严格的要求，要求工具电极的A、尺寸精度和表面粗糙度比凹模高一级（精度>IT7，Ra<1.25 , 平面度和平行度<0.001/100）。电极结构有整体式、镶拼式和组合式三种类型。B、考虑要去除损耗数，工具电极要有足够的长度。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 一个加工间隔。 C、设计电极时，要考虑工具电极与主轴连接后，其重心应位于主轴中心线上，这对于较重的电极尤为重要。电极制造以下三种方式：a先经机械加工，然后成型磨削。b机械加工，钳工精修（不易磨削加工的材料）。c电火花线切割加工（广泛应用）。若凸凹模配合间 隔不在电火花加工间隙范围内，则作为电极的部分在此基础上增大或缩小。常用的如化学浸蚀（酸洗）的办法作出一段台阶，均匀减小到尺寸要求（例如为提高生产率，先用化学浸蚀的办法作出一段台阶，粗加工，再用未浸蚀部分做精加工）或采 用镀铜、锌的办法扩大到要求的尺寸。 3.工件的准备电火花加工前，工件型孔部分要加工预孔（粗加工），并留适当的电火花加工余量（应考虑定位， 找正误差及机械加工误差），单边约为0.3 1.5mm。4.电规准的选择和转换： 电规准电火花加工过程中的一组电参数（电压、 电流、脉宽、脉间）冲模加工，常选择粗、中、精三种规准（每种又分为几档）。根据工件的要求、电极和工件的材料、加工工艺指标和经济效果因素来确定电规准。粗规准较大电流、较长脉冲宽度（ti20200s），vw50mm3/min,1%，Ra10m(采用铜电极时电极相对 损耗低于1%)。 中规准脉冲宽度为620s（目的：减少精加工时的加工余量，提高加工速度）。 精规准小的电流，高频率，短的脉冲宽度（一般ti =2 6s。目的：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）。以上三种规准的正确配合，可有效的解决质量和生产率之间的矛盾。上次课内容复习1、电火花加工特点：适合于难切削材料的加工;可以加工特殊及复杂形状的零件。只能加工金属等导电材料;加工速度低;电极损耗影响加工精度。 在模具制造业广泛应用 常用电极材料有紫铜、石墨等。 2、极性效应：极性效应由于正负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象称为极性效应。正极性加工、负极性加工。 3、加工速度：单位时间内工件的电蚀量，也称生产率。（mm3/min ）Vw=Vt（mm3/min） 4、电火花加工机床：它由主机、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液净化及循环系统几部分组成。二、型腔模的电火花加工型腔模包括锻模、压铸模、精铸模、注塑模、挤压模等。型腔模加工的特点:它们的加工比较困难，主要是因为均是盲孔，工作液循环困难，电蚀产物排除难，电极损耗无法补偿，蚀除量大。其次加工面积变化大且复杂，电极损耗不均匀，精度下降。因此，对型腔模的电火花加工，既要求蚀除量大，加工速度高，又要求电极损耗低，并保证精度和Ra。 1.工艺方法由于以上特点，型腔模的电火花加工就不单单是用一个与型腔形状相对应的整体成型电极沿着型腔的深度方向进给 所能达到要求的了。常采用的加工方法有：单电极平动法采用一个电极完成型腔的粗、中、精加工，首先采用低损耗（ 1%），高生产率的粗规准，在粗加工后用机床“平动头”使工具电极在 加工过程中相对工件作微小的平面运动，并通过调节平面运动的幅值实现对型腔模实现精加工。（图2-31） 此法的最大优点是只需一个电极、一次装夹定位，便可达到±0.05的加工精度，并方便了排除电蚀产物。它的缺点是难以加出清棱清角的型 腔。为弥补这一缺点，可采用精度较高的重复定位夹具，将粗加工后的 电极取下，经均匀修光后，再重复定位装夹，再用平动头完成型腔的终加工。目前的数控电火花加工,可利用工作台的移动,得到平动头无法实现的运动(形状)。 多电极更换法采用多个电极（形状相同、尺寸各异）依次加工同一个型腔，所需电极数量根据型腔的精度要求而定。（每个电极加工时必须把上一规准的放电痕迹去除）。用于盒式磁带、收录机、电视机壳的模具。分解电极法根据型腔的几何形状把工具电极分解成主型腔电极和副型腔电极，然后先用主电极加工出型腔的主要部分（主型腔），再用副电极加工出尖角、窄槽等部位（副型腔）。此法的优点是可以根据主、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，同时还可以简化电极制造，便于修整电极。缺点是更换电极时主型腔和副型腔电极之间要求有精确的定位。 目前已有像加工中心那样具有电极库的35坐标数控电火花机床，事先把复杂型腔分解为简单电极，编制好程序，加工过程中自动更换电极和转换规准，实现复杂型腔的加工。同时配合一套高精度辅助工具、夹具系统，可以大大提高电极的装夹定位精度，使采用分解电极法加工的模具精度大为提高。2.型腔模加工用工具电极常用材料紫铜：优点不容易产生电弧，在较困难的条件下也能稳定加工；精加工比石墨电极损耗小；采用精微加工能达到优于Ra1.25m的表面粗糙度；经锻造后还可做其它型腔加工用的电极，材料利用率高。 缺点：机械加工性能不如石墨。 石墨：优点机械加工成型容易，易修正；在宽脉冲大电流情况下具有更小的电极损耗，加工性能好。缺点：易产生电弧烧伤，精加工时电极损耗较大，表面粗糙度只能达到Ra2.5m。因此对石墨电极材料的要求是颗粒小，组织细密、强度高和导电性好。铜钨、银钨合金：抗损耗性能非常好，成本高，加工困难电极设计采用平动法加工时：a=A±Kb 式中：a电极水平方向尺寸A型腔名义尺寸K系数，单边为1，双边为2 b电极单边缩放量电极总高H=+L，有效高度 排气孔和冲油孔设计 型腔一般均为盲孔，排气和排屑均困难（影响加工速度、稳定性和表面质量），所以工具电极在不易排屑的拐角，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。4.电规准的选择、转换，平动量的分配粗规准：脉冲宽度ti 400s，ie=80A，最高电流密度为35A/ mm2 ，电极损耗1%（高生产率、低）中规准：ti20400s，ie=1025A 精规准：单边去除量0.10.2, Ra2.5m,ti220s, ie10A,1020% 当加工表面刚好达到本档规准应具有的表面粗糙度时，应及时转换规准。这样既达到不断修光的目的，又可使每档的金属蚀除量最小，从而得到尽可能高的加工速度和低电极损耗。 当采用单电极加工时，中规准加工的平动量为总平动量的7580%，而只留很小余量用精规准修光（粗加工时电极不平动）。5.电火花加工工艺参数曲线图表 不管是电火花穿孔或型腔加工，都可用电火花加工工艺参数 曲线图来正确选择各档的加工规准。为了能指导正确选择电火花加工规准，使之有章可循，人们事先根据电极工具、工件材料、加工极性、脉宽、峰值电流等主要参数对电极损耗率、表面粗糙度、蚀除速度和放电间隔等的影响，作成工艺曲线图表，并可按此图来选择电火花穿孔和型腔的加工规准。 选择原则: 、考虑主要矛盾。如电极损耗比要小，确定峰值电流和电脉冲的范围；加工速度为主。、精加工表面质量高时，按表面粗糙度选择峰植电流和电脉冲的范围。尺寸精度高，考虑放电间隙。三、小孔电火花加工小孔加工的特点、加工面积小，孔深，一般0.052,Ld20。、盲孔加工，排屑困难。 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、易矫直、加工稳定、损耗小的材料。如铜钨合金丝、钨丝、钼丝、铜丝，加工时还要有电极导向装置。加工工艺：为改善排屑，电磁振动头，使工具电极丝沿轴向振动。超声波振动头，使工具电极丝沿轴向高频振荡。 小孔直径较大时，允许用空心