第七章特种加工工艺Word文件下载.docx

1、特殊要求主要适用范围最低平均平均最高电火花加工电热能任何导电的金属材，如硬质合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢等15030300010各种冲、压、锻模及三维成型曲面的加工电火花线切割极小（可补偿）5205各种冲模及二维曲面的成型截割电化学加工电、化学能无10010000机床、夹具、工件需采取防锈防蚀措施锻模及各种二维、三维成型表面加工电化学机械电、化、机械能11000.02硬质合金等难加工材料的磨削超声加工声、机械能任何脆硬的金属及非金属材料100. 63石英、玻璃、锗、硅、硬质合金等脆硬材料的加工、研磨快速成形光、热、化学树脂、塑料、陶瓷、金属、纸张、ABS增材制造制造各种模型激光加工光、热能任何

2、材料不损耗瞬时去除率很高，受功率限制，平均去除率不高加工精密小孔、小缝及薄板材成型切割、刻蚀电子束加工电、热能需在真空中加工离于束加工很低表面超精、超微量加工、抛光、刻蚀、材料改性、镀覆第二节 电火花加工电火花加工又称放电加工、电蚀加工（E1ectro Discharge Machining，简称EDM），是一种利用脉冲放电产生的热能进行加工的方式。其加工进程为：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、瞬时产生的高温把金属熔解、气化而蚀除材料。放电进程可见到火花，故称之为电火花加工，日本、英、美称之为放电加工，其发明国家原苏联称电蚀加工。一、电火花加工大体原理、装置及特点1电火

3、花加工的大体原理与装置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侵蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量的加工要求。图7-1所示是电火花加工系统图。工件1与工具4别离与脉冲电源2的两输出端相联接。自动进给调剂装置3（此处为液压缸及活塞）使工具和工件间常常维持一很小的放电间隙。当脉冲电压加到两极之间，便在那时条件下某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，产生火花放电，瞬时高温使工具和工件表面都蚀除掉一小部份金属，形成一个小凹坑，如图7-2所示。其中图a表示单个脉冲放电后的电蚀坑，图b表示多次脉冲放电后的电极表面。脉冲放电终止后，通过一段距离时刻（即

4、脉冲距离t0），工作液恢复绝缘，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在那时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。如此持续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可将工具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件。整个加工表面是由无数个小凹坑所组成。（沿用吴拓主编机械制造工程（第2版）机械工业出版社2005年9月图5-43）图7-1 电火花加工原理与设备组成1.工件 2.脉冲电源 .进给调节装置 4.工具 5.工作液 6.过滤器 7.工作液泵（沿用吴拓主编机械制造工程（第2版）机械工业出版社2005年9月图5-44）图72 电火花加工表面局部a） 单个脉冲放电 b） 多个脉冲

5、放电要达到上述加工目的，设备装置必需以下三个条件： 1）工具电极和工件被加工表面之间常常维持必然的放电间隙（通常约为几微米至几百微米）。间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因此可不能产生火花放电。间隙过小，会形成短路，不能产生火花放电，而且会烧伤电极。2）火花放电必需是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时刻后，需停歇一段时刻，放电延续时刻一样为10-710-3s。如此才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部份，把每一次的放电点别离局限在很小的范围内；不然，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，电火花加工必需采纳脉冲电源。图7-3为脉冲电源的电压波形，图中ti为脉冲宽度，t0为

6、脉冲距离，tp为脉冲周期，ui为脉冲峰值电压或空载电压。（沿用吴拓主编机械制造工程（第2版）机械工业出版社2005年9月图5-45）图73 脉冲电源电压波形3）火花放电必需在有必然绝缘性能的液体介质中进行，例如煤油、皂化液或去离子水等。液体介质又称工作液，它们必需具有较高的绝缘强度（103107cm）以有利于产生脉冲性的火花放电，同时，液体介质还能把电火花加工进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，而且对电极和工件表面有较好的冷却作用。2电火花加工的特点电火花加工的优势： 1）适合于难切削材料的加工 能够冲破传统切削加工对刀具的限制，实现用软的工具加工硬韧的工件，乃至能够

7、加工象聚晶金刚石、立方氮化硼一类超硬材料。目前电极材料多采纳紫铜或石墨，因此工具电极较容易加工。 2）能够加工特殊及复杂形状的零件 由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细加工。由于能够简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此专门适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工等。数控技术电火花加工能够简单形状的电极加工复杂形状零件。3）要紧用于加工金属等导电材料，必然条件下也能够加工半导体和非导体材料。4）加工表面微观形貌圆滑，工件的棱边、尖角处无毛刺、塌边；5）工艺灵活性大，本身有“正极性加工”（工件接电源正极）和“负极性加工”（工件接电源负极

8、）加工之分；还可与其他工艺结合，形成复合加工，如与电解加工复合； 电火花加工的局限性1）一样加工速度较慢 安排工艺时可采纳机械加工去除大部份余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率。最近新的研究功效说明，采纳特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率乃至高于切削加工。2）存在电极损耗和二次放电 电极损耗多集中在尖角或底面，最近的机床产品已能将电极相对损耗比降至，乃至更小；电蚀产物在排除进程中与工具电极距离过小时会引发二次放电，形成加工斜度，阻碍成型精度，图7-4。二次放电乃至会使得加工无法继续。图74 电火花加工的加工斜度和圆角现象3）最小角部半径有限制 一样电火花加工能取得的最小角部半径等

9、于加工间隙（一样为），假设电极有损耗或采纳平动、摇动加工那么角部半径还要增大。二、阻碍电火花加工精度和表面质量的要紧因素与传统的机械加工一样，机床本身的各类误差，工件和工具电极的定位、安装误差都会阻碍到电火花加工的精度。另外，与电火花加工工艺有关的要紧因素是放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳固等。电火花加工时工具电极与工件之间放电间隙大小事实上是转变的，电参数对放电间隙的阻碍超级显着，精加工放电间隙一样只有（单面），而粗加工时那么可达以上。目前，电火花加工的精度为。阻碍表面粗糙度的因素要紧有：脉冲能量越大，加工速度越高，Ra值越大；工件材料越硬、熔点越高，Ra值越小；工具电极的表面

10、粗糙度越大，工件的Ra值越大；三、电火花加工的工艺方式分类及其应用按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，电火花加工大致可分为电火花穿孔成型加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类，它们的特点及用途如表7-2所示。四、电火花线切割加工电火花线切割加工（Wire Cut EDM，简称WEDM）是在电火花加工基础上，50年代末在原苏联进展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。它已取得普遍的应用，目前国内外线切割机床已占电加工机床的60以上。表7-2 电火

11、花加工工艺方式分类（沿用吴拓主编机械制造工程（第2版）机械工业出版社2005年9月表5-10）类别工艺特 点用 途示意图I电火花穿孔成型加工1.工具和工件问主要只有一个相对的伺服进给运动2.工具为成型电极，与被加工表面有相同的截面或形状1.型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件2.穿孔加工：加工各种冲模，挤压模、粉末冶金模、各种异形孔及微孔等。约占电火花机床总数的30，典型机床有D7125，D7140等电火花穿孔成型机床II电火花线切割加工1.工具电极为顺电极丝轴线移动着的线状电极2.工具与工件在两个水平方向同时有相对伺服进给运动1.切割各种冲模和具有直纹面的零件2.下料、截割和窄缝加工

12、。约占电火花机床总数的60，典型机床有DK7725DK7732数控电火花线切割机床见下小节III电火花内孔外圆和成形磨削1.工具与工件有相对的旋转运动2.工具与工件间有径向和轴向的进给运动1.加工高精度、良好表面粗糙度的小孔如拉丝模、挤压模、微型轴承内环、钻套等2.加工外圆、小模数滚刀等。约占电火花机床总数的3，典型机床有D6310电火花小孔内圆磨床等IV电火花同步共轭回转加工1.成型工具与工件均作旋转运动，但二者角速度相等或成整倍数，相对应接近的放电点可有切向相对运动速度2.工具相对工件可作纵、横进给运动以同步回转，展成回转、倍角速度回转等不同方式，加工各种复杂型面的零件，如高精度的异形齿轮

13、，精密螺纹环规、高精度、高对称度、良好表面粗糙度的内、外回转体表面，约占电火花机床总数的1，典型机床有JN2，JN8内外螺纹加工机床等V电火花高速小孔加工1.采用细管（电极，管内冲入高压水基工作液2.细管电极旋转3.穿孔速度极高（60mmmin）1.钱切割预穿丝孔2.深径比很大的小孔，如喷咀等。约占电火花机床1，典型机床有D7003A电火花高速小孔加工机床VI电火花表面强化、刻字1.工具在工件表面上振动2.工具相对工件移动1.模具、刀、量具刃口表面强化和镀覆2.电火花刻字、打印记。约占电火花机床总数的23，典型机床有D9105电火花强化机等1线切割加工的工作原理与装置图7-5a、b为高速走丝电

14、火花线切割工艺及装置的示用意。利用细钼丝或铜丝4作工具电极进行切割，贮丝简7使钼丝作正反向交替移动，加工能源由脉冲电源3供给。在电极丝和工件之间浇注工作液介质，工作台在水平面两个坐标方向各自按预定的操纵程序，依照火花间隙状态作伺服进给移动，从而合成各类曲线轨迹，把工件切割成型。（沿用吴拓主编机械制造工程（第2版）机械工业出版社2005年9月图5-46）图75电火花线切割原理及设备构成a）电火花切割工艺 b）电火花切割装置1.绝缘底板 2.工件 3.脉冲电源 4.钼丝 5.导向轮 6.支架 7.贮丝筒依照电极丝的运行速度，电火花线切割机床通常分为两大类：一类是高速走丝电火花线切割机床（WEDMH

15、S），这种机床的电极丝作高速往复运动，一样走丝速度为810ms，这是我国生产和利用的要紧机种，也是我国特有的电火花线切割加工模式；另一类是低速走丝电火花线切割机床（WEDMLS），如图7-6所示。这种机床的电极丝作低速单向运动，走丝速度低于s，这是国外生产和利用的要紧机种。另外，电火花线切割机床还可按操纵方式分为：靠仿照型操纵、光电跟踪操纵、数字进程操纵等；按加工尺寸范围分：大、中、小型和一般型与专用型等。目前国内外95以上的线切割机床都已采纳不同水平的微机数控系统，从单片机、单板机到微型运算机系统，有的还具有自动编程功能。目前的线切割加工机多数都具有锥度切割、自动穿丝和找正功能。（沿用吴拓主

16、编机械制造工程（第2版）机械工业出版社2005年9月图5-47）图76 低速走丝线切割加工设备组成1脉冲电源 2工件 3工作液箱 4纯水 5奔 6新丝放丝筒7工作台 8x轴电动机9数控装置 10Y轴电动机 11废丝卷筒2线切割加工的特点电火花线切割加工进程的工艺和机理与电火花穿孔成型加工有很多一起的地址，又有它独特的地址，其特点表此刻： 1）采纳水或水基工作液可不能引燃起火，容易实现平安无人运转； 2）电极丝与工件始终有相对运动，尤其是快速走丝电火花线切割加工，间隙状态能够以为是由正常火花放电、开路和短路这三种状态组成，不可能产生稳固的电弧放电； 3）电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电

17、现象。在电极丝和工件之间存在着某种电化学产生的绝缘薄膜介质，当电极丝被顶弯所造成的压力和电极丝相对工件的移动摩擦使这种介质减薄到可被击穿的程度，才发生火花放电。因此电极短路已不成为大问题； 4）省掉了成型的工具电极，大大降低了成型工具电极的设计和制造费用，缩短了生产预备时刻。这对新产品的试制是很成心义的； 5）由于电极丝比较细，能够加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。由于切缝很窄，且只对工件材料进行“套料”加工，实际金属去除量很少，材料的利用率和能量利用率都很高。这尤其是对加工珍贵金属有重要意义；6）由于采纳移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗少，对加工精度的阻碍小，专门在低速走丝线

18、切割加工时，电极丝一次利用，电极损耗对加工精度的阻碍更小。7）在实体部份开始切割时，需加工穿丝用的预孔； 正因为有许多突出的优势，电火花线切割加工在国内外进展专门快，取得普遍的应用。3线切割加工的应用范围线切割加工为新产品试制、周密零件及模县制造开辟了一条新的工艺途径，要紧应用于以下几个方面。1）加工模具 适用于各类形状的冲模，调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就能够够切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等，模具配合间隙、加工精度通常都能达到要求。另外，还可加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等通常带锥度的模具；2）加工电火花成型加工用的电极 一样用铜钨、银钨合金类材料作穿孔加工的电极、带锥度

19、型腔加工的电极用线切割加工专门经济，同时也适用于加工微细复杂形状的电极；3）加工零件 在试制新产品时，用线切割在板料上直接割出零件，例如切割特殊微电机硅钢片定转子铁心，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期、降低本钱。加工薄件时还可多片叠在一路加工。在零件制造方面，可用于加工品种多，数量少的零件，特殊难加工材料的零件，材料实验样件，各类型孔、凸轮、样板、成型刀具。同时还可进行微细加工，异形槽的加工等。4电火花线切割编程技术数字进程操纵电火花线切割加工进程是数控加工的一种，那个地址对数控编程作简单介绍。五指令3B程序格式 目前高速走丝线切割机床一样采纳3B（个别扩充为4B或5B）格式，而低速走

20、丝线切割机床通常采纳国际上通用的ISO或EIA（美国电子工业协会）格式。我国生产的线切割操纵系统也将慢慢采纳ISO代码。常见的平面图形很多都是由直线或圆弧线段组成的。任何复杂的图形都要分解为直线段和圆弧段依次编程。编程时需用的参数有五个：起点或终点坐标值X、Y；计数长度J（切割长度在X轴或Y轴上的投影长度）；计数方向G；轨迹的类型（被称为加工指令）Z。我国数控线切割机床统一采纳五指令3B程序格式，即BxByBjGZ式中 B分隔符，用以区分、隔离x、y和j等数码，B后的数字为0时，0能够不写； x、y直线的终点或圆弧起点的坐标值，编程时均取绝对值，以m为单位； j计数长度（m）； G计数方向，分

21、Gx或Gy，即可按X或Y方向计数，工作台在该方向每走1即计数累减1，当累减到计数长度J0时，这段程序即加工完毕。 Z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、逆圆而分为 SR1、SR2、SR3、S4、及NR1、NR2、NR3、NR4八种，如图7-7所示。图77 直线和圆弧的加工指令直线的编程方式1）把直线的起点作为坐标的原点；2）把直线的终点坐标值作为x、x，可用公约数将x、y缩小整倍数；3）计数长度j 按计数方向Gx或Gy 取X值或Y值，计数长度要和计数方向一并考虑；4）计数方向的选取 应取此程序最后

22、一步的轴向方向；不能预知时，一样选取与终点处的走向较平行的轴向作为计数方向，如此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；5）加工指令 按直线走向和终点所在象限不同而分为L1、L2、L3、L4，其中与+X轴重合的直线算作L1，与+Y轴重合的算作L2，与-X轴重合的算作L3，与-Y轴重合的算作L4。与X、Y轴重合的直线编程时X、Y都可作0，且在B后可不写。圆弧的编程方式1）把圆弧的圆心作为坐标原点；2）把圆弧的起点坐标值作为x、y，均取绝对值，单位为m；3）计数长度j按计数方向取X或Y轴上的投影值。若是圆弧较长，跨越两个以上象限，那么别离取计数方

23、向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，也要和选计数方向一并考虑；4）计数方向一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。对圆弧来讲，取终点坐标中绝对值较小的轴向作为计数方向（与直线相反）。最好也取最后一步的轴向为计数方向。工件编程举例：图7-8所示的轨迹由三条直线和一条圆弧组成，故分四条程序编制（不考虑切人线路）。图7-8 编程图形1）直线AB 坐标原点取在A点，X、Y均作0计，AB与X轴正向重合，程序为：BBB40000GxL12）斜线BC 坐标原点取在B点，终点C的坐标值是X10000，y90000，程序为：B1B9B9000

24、0GyL13）圆弧CD 坐标原点取在圆心O，起点C的坐标为X30000，Y40000，故程序为：B30000B40000B60000GxNR14）斜线DA 坐标原点取在D点，终点A的坐标为X10000，Y90000，程序为：B1B9B90000 GyL4以上程序列表如表7-3。顺序BXYJG12345300009400009000060000GxGyL1NR1L4D表7-3 程序表目前的线切割机床多数实现了自动编程的功能，关于复杂的图案、书法文字或手写签名，一样采纳数字化仪扫描图形输入运算机，实现加工。第三节 电化学加工一、电化学加工概述电化学加工（E1ectrochemical Machin

25、ing，简称ECM）分四类：工件（作为阳极）溶解去除金属材料的电解加工工件材料减少，包括电解加工和电解抛光；工件（作为阴极）表层沉积金属的电镀、涂覆工件材料增加，包括电镀、局部涂镀、电铸和复合电镀；工件作为阳极溶解去除大量材料，具有磨、研等机械作用的阴极对阳极的进一步去除材料使阳极活化而形成的电化学机械复合工艺，有电解磨削、电解珩磨、电解研磨；其他复合工艺，如电解电火花复合工艺、电解电火花机械复合工艺。尽管有关的大体理论在19世纪末已经成立，但真正在工业上取得大规模应用仍是20世纪3050年代以后的事。电化学加工进程的电化学反映如图7-9所示。当两金属片接上电源并插入任何导电的溶液中（例如水中

26、加入少量NaCl），即形成通路，导线和溶液中均有电流流过。但是金属导线和溶液是两类性质不同的导体。金属导电体是靠自由电子在外电场作用下按必然方向移动而导电的，是电子导体，或称第一类导体。导电溶液是靠溶液中的正负离子移动而导电的，是离子导体，或称第二类导体。例如，上述的NaCl溶液即为离子导体，溶液中含有正离子Na+和负离子C1-，还有少量的H+和（OH）-。两类导体组成通路时，在金属片（电极）和溶液的界面上，必然有互换电子的电化学反映。若是所接的是直流电源，那么溶液中的离子将作定向移动，正离子移向阴极，在阴极上取得电子而进行还原反映。负离子移向阳极，在阳极表面失掉电子而进行氧化反映（也可能是阳

27、极金属原子失掉电子而成为正离子进入溶液）。溶液中正、负离子的定向移动称为电荷迁移，在阳、阴电极表面发生得失电子的化学反映称之为电化学反映，利用这种电化学作用为基础对金属进行加工（包括电解和镀覆）的方式即电化学加工。那个地址咱们要紧讲述电解加工。（沿用吴拓主编机械制造工程（第2版）机械工业出版社2005年9月图5-49）图7-9 电解加工中的电化学反应二、阳极溶解电解加工1电解加工原理及其特点图7-10为电解加工实施原理图。加工时，工件接直流电源的极，工具接电源的负极。工具向工件缓慢进给，使两极之间维持较小的间隙（1mm），具有必然压力（2Mpa）的电解液从间隙中高速（550ms）流过，这时阳极工件的金属被慢慢电解侵蚀，电解产物被电解液带走。在加工刚开始时，阴极与阳极距离较近的地址通过的电流密度较大，电解液的