特種加工論文

1、目錄摘要.21 引言. .22 電火花加工原理.33 電火花加工條件.34 電火花加工的特點(diǎn).45 電火花加工工藝流程.55.1  模具電火花加工的工藝確定.55.2  對工件輪廓進(jìn)行預(yù)加工.65.3  電極的設(shè)計(jì)與制造.65.4  工件、電極的裝夾與校正.65.5加工的定位.75.6  電參數(shù)的配置.75.7 加工過程的監(jiān)控.86 電火花加工的基本規(guī)律.86.1影響材料放電腐蝕的主要因素.86.1.1極性效應(yīng)對電蝕量的影響.86.1.2覆蓋效應(yīng)對電蝕量的影響.8 6.1.3電參數(shù)對電蝕量的影響.96.1.4金屬材料對電蝕量的影響.96.1.5

2、工作液對電蝕量的影響.96.2影響電火花加工精度的主要因素.96.2.1表面粗糙度.96.2.2加工間隙(側(cè)面間隙)的影響.96.2.3加工斜度的影響.96.2.4楞角倒圓的原因及規(guī)律.10參考文獻(xiàn).11特種加工之電火花加工【摘 要】電火花加工又稱為放電加工（Electrical Discharge Machining，簡稱為EDM），是一種直接利用電能和熱能進(jìn)行加工的新工藝。電火花加工技術(shù)作為特種加工領(lǐng)域的一門重要技術(shù)，本文從電火花加工的發(fā)展歷程、基本原理、特點(diǎn)、加工規(guī)律、新技術(shù)進(jìn)展等五方面入手加以論述。 【關(guān)鍵詞】電火花加工的發(fā)展歷程、基本原理、特點(diǎn)、規(guī)律、技術(shù)進(jìn)展。1 引言電火花加工是利

3、用兩極見脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象，對材料進(jìn)行加工的方法。早在十九世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)了電器開關(guān)的觸點(diǎn)開閉時(shí)，以為放電，使接觸部位燒蝕，造成接觸面的損壞。這種放電引起的電極燒蝕現(xiàn)象叫做電腐蝕。為減少和避免這種有害的電腐蝕，人們一直在研究電腐蝕產(chǎn)生的原因和防止的辦法。當(dāng)人們掌握了它的規(guī)律之后，便創(chuàng)造條件，轉(zhuǎn)害為益，把電腐蝕用于生產(chǎn)中。研究結(jié)果表明，當(dāng)兩極產(chǎn)生放電的過程中，放電通道瞬時(shí)產(chǎn)生大量的熱，足以使電極材料表面局部熔化或汽化，并在一定條件下，熔化或汽化的部分能拋離電極表面，形成放電腐蝕的坑穴。二十世紀(jì)四十年代初，人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，在液體介質(zhì)中進(jìn)行重復(fù)性脈沖放電時(shí)，能夠?qū)?dǎo)電材料進(jìn)行尺寸加工，因此

4、，創(chuàng)立了“電火花加工法”。電火花加工技術(shù)作為特種加工領(lǐng)域的重要技術(shù)之一，最早應(yīng)用于二戰(zhàn)時(shí)期折斷絲錐取出時(shí)的加工。隨著人類進(jìn)入信息化時(shí)代，電加工技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，可控性更高，數(shù)字化程度更好。從技術(shù)發(fā)展過程來看，電火花加工技術(shù)經(jīng)歷了手動(dòng)電火花加工、液壓伺服、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)等一系列過程?？刂葡到y(tǒng)也越來越復(fù)雜，從單軸數(shù)控到3軸數(shù)控、再到多軸聯(lián)動(dòng)。20世紀(jì)90年代初期，3軸電火花機(jī)在國內(nèi)還是空白，主要是從日本和瑞士引進(jìn)。直到90年代中期，北京市電加工研究所才和日本沙迪克公司合作開始制造3軸電火花加工機(jī)，也可以說開始步入國內(nèi)電火花加工機(jī)的真正快速發(fā)展軌道，后來在此基礎(chǔ)上又生產(chǎn)研發(fā)

5、了4軸4聯(lián)動(dòng)電火花加工機(jī)。2 電火花加工原理電火花加工時(shí)，脈沖電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質(zhì)（常用煤油或礦物油或去離子水）中。工具電極由自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時(shí)維持一很小的放電間隙（0.010.05mm）。當(dāng)脈沖電壓加到兩極之間，便將當(dāng)時(shí)條件下極間最近點(diǎn)的液體介質(zhì)擊穿，形成放電通道。由于通道的截面積很小，放電時(shí)間極短，致使能量高度集中（10107Wmm），放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫足以使材料熔化甚至蒸發(fā)，以致形成一個(gè)小凹坑。第一次脈沖放電結(jié)束之后，經(jīng)過很短的間隔時(shí)間，第二個(gè)脈沖又在另一極間最近點(diǎn)擊穿放電。如此周而復(fù)始高頻率地循環(huán)

6、下去，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，它的形狀最終就復(fù)制在工件上，形成所需要的加工表面。與此同時(shí)，總能量的一小部分也釋放到工具電極上，從而造成工具損耗。3 電火花加工條件（1）工具電極和工件電極之間必須維持合理的距離在該距離范圍內(nèi)，既可以滿足脈沖電壓不斷擊穿介質(zhì)，產(chǎn)生火花放電，又可以適應(yīng)在火花通道熄滅后介質(zhì)消電離以及排出蝕除產(chǎn)物的要求。（2）兩電極之間必須充入介質(zhì)在進(jìn)行材料電火花尺寸加工時(shí)，兩極間為液體介質(zhì)(專用工作液或工業(yè)煤油);在進(jìn)行材料電火花表面強(qiáng)化時(shí)，兩極間為氣體介質(zhì)。（3）輸送到兩電極間的脈沖能量密度應(yīng)足夠大在火花通道形成后，脈沖電壓變化不大，因此，通道的電流密度可以表征通道的能量密度。通

7、道一般必須有105-106A1em電流密度。放電通道必須具有足夠大的峰值電流，通道才可以在脈沖期間得到維持。一般情況下，維持通道的峰值電流不小于2A。（4）放電必須是短時(shí)間的脈沖放電脈沖。放電持續(xù)時(shí)間一般為10-1-10-3s。由于放電時(shí)間短，使放電時(shí)產(chǎn)生的熱能來不及在被加工材料內(nèi)部擴(kuò)散，從而把能量作用局限在很小范圍內(nèi)，保持火花放電的冷極特性。（5）脈沖放電需重復(fù)多次進(jìn)行，并且多次脈沖放電在時(shí)間上和空間上是分散的這里包含兩個(gè)方面的意義:其一時(shí)間上相鄰的兩個(gè)脈沖不在同一點(diǎn)上形成通道;其二，若在一定時(shí)間范圍內(nèi)脈沖放電集中發(fā)生在某一區(qū)域，則在另一段時(shí)間內(nèi)，脈沖放電應(yīng)轉(zhuǎn)移到另一區(qū)域。只有如此，才能避免

8、積碳現(xiàn)象，進(jìn)而避免發(fā)生電弧和局部燒傷。（6）脈沖放電后的電蝕產(chǎn)物能及時(shí)排放至放電間隙之外，使重復(fù)性放電順利進(jìn)行在電火花加工的生產(chǎn)實(shí)際中，上述過程通過兩個(gè)途徑完成。一方面，火花放電以及電腐蝕過程本身具備將蝕除產(chǎn)物排離的固有特性;蝕除物以外的其余放電產(chǎn)物如介質(zhì)的氣化物)亦可以促進(jìn)上述過程;另一方面，還必須利用一些人為的輔助工藝措施，例如工作液的循環(huán)過濾，加工中采用的沖、抽油措施等等。 4 電火花加工的特點(diǎn)電火花加工是與傳統(tǒng)機(jī)械加工完全不同的一種新工藝。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高脆性，高粘性和高純度等性能的新材料不斷出現(xiàn)。具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要求的工件越

9、來越多，這就使得傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法不能加工或難于加工。因此，人們除了進(jìn)一步發(fā)展和完善機(jī)械加工法之外，還努力尋求新的加工方法。電火花加工法能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應(yīng)用中顯示出很多優(yōu)異性能，因此，得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用。電火花加工的特點(diǎn)如下（1）脈沖放電的能量密度高，便于加工用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。（2）脈沖放電持續(xù)時(shí)間極短，放電時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小，材料受熱影響范圍校 （3）加工時(shí)，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作用力極校工具電極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。 （4）可以改革

10、工件結(jié)構(gòu)，簡化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，電火花加工的主要用途有以下幾項(xiàng)1)制造沖模、塑料模、鍛模和壓鑄模。2)加工小孔、畸形孔以及在硬質(zhì)合金上加工螺紋螺孔。3)在金屬板材上切割出零件。4)加工窄縫。5)磨削平面和圓面。6)其它（如強(qiáng)化金屬表面，取出折斷的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面復(fù)雜的零件等）。 5 電火花加工工藝流程5.1  模具電火花加工的工藝確定模具零件在制造前，根據(jù)本身的特點(diǎn)、加工要求來確定合理的加工工藝。一般來說，為了減少成本，提高效率，應(yīng)盡量選用銑削加工、線切割加工等工藝來加工零件。當(dāng)在銑削加工、線切割加工等加工不到或工件有特殊要

11、求的情況下才進(jìn)行電火花加工，如刀具難以夠到的復(fù)雜表面，需要深度切削的地方，長徑比特別大的地方，精密小型腔、窄縫、溝槽、拐角，不便于切削加工裝夾，材料硬度很高，規(guī)定了要提供火花紋表面等的加工場合。電火花加工前要對零件圖進(jìn)行分析，了解工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料，明確加工要求。根據(jù)加工對象、精度及表面粗糙度等要求和機(jī)床功能選擇采用合適的電火花成形工藝方法。5.2  對工件輪廓進(jìn)行預(yù)加工一般在電火花加工前，需要對工件輪廓進(jìn)行預(yù)加工，預(yù)加工一般使用機(jī)械加工的方法，如加工中心、普通銑床等。預(yù)加工的目的是為了減少電火花加工中的材料去除量，可以大幅度提高電火花加工速度，電極的損耗減少，使得電極的數(shù)目減少。

12、粗加工電流可以較小，從而使加工表面受影響小。 5.3  電極的設(shè)計(jì)與制造電火花加工首先要進(jìn)行電極的設(shè)計(jì)、制造。當(dāng)前CAD/CAM技術(shù)已廣泛應(yīng)用于模具制造行業(yè)。像UG、Pro/E、CimatronE、MasterCAM等都提供了強(qiáng)大的電極設(shè)計(jì)、編程功能。   根據(jù)工藝水平，精度要求、加工成本等工藝要點(diǎn)來安排制造工藝。目前已廣泛使用加工中心來制造各種型面復(fù)雜的電極。加工中心比傳統(tǒng)銑削加工速度快，全自動(dòng)，重復(fù)生產(chǎn)的精度很高，可得到較復(fù)雜的形狀。線切割加工也是常用的一種電極加工方法，適合2D電極的制造，可用來單獨(dú)完成整個(gè)電極的制造，或者用于銑削制造電極

13、的清角加工。另外，薄片類電極使用線切割加工可以獲得很高的加工效率和加工精度；使用慢走絲線切割機(jī)床，可以加工有斜度、上下異形的復(fù)雜電極，獲得很高的加工精度、表面質(zhì)量。   一般使用的電極材料有石墨和純銅。一般精密、小電極選用純銅材料，而大的電極選用石墨材料。5.4  工件、電極的裝夾與校正通常用永磁吸盤來裝夾工件，為了適應(yīng)各種不同工件加工的需求，還可以使用其他工具來進(jìn)行裝夾，如平口鉗、導(dǎo)磁塊、正弦磁臺(tái)、角度導(dǎo)磁塊等。工件裝夾后要對其進(jìn)行校正，以保證工件的坐標(biāo)系方向與機(jī)床的坐標(biāo)系方向一致。在實(shí)際加工中常用校表來校正工件。電極安裝在機(jī)床主軸上，應(yīng)使電極軸線與主

14、軸軸線方向一致，保證電極與工件在垂直的情況下進(jìn)行加工。電極的裝夾方式有自動(dòng)裝夾和手動(dòng)裝夾兩種。自動(dòng)裝夾電極是先進(jìn)數(shù)控電火花加工機(jī)床的一項(xiàng)自動(dòng)功能。手動(dòng)裝夾電極是指使用通用的電極夾具，通過可調(diào)節(jié)電極角度的夾頭來校正電極，由人工完成電極裝夾、校正操作。5.5加工的定位模具制造電火花加工最常用的定位方式是利用電極基準(zhǔn)中心與工件基準(zhǔn)中心之間的距離來確定加工位置，稱之為“四面分中”。利用電極基準(zhǔn)中心與工件單側(cè)之間的距離確定加工位置的定位方式也比較常用，稱之為“單側(cè)分中”。另外，還有一些其他的定位方式。    各種定位方式通常運(yùn)用電火花加工機(jī)床的接觸感知功能來獲得正確的加工位

15、置，它可以直接利用電極的基準(zhǔn)面與工件的基準(zhǔn)面進(jìn)行接觸感知實(shí)現(xiàn)定位；精密模具電火花加工采用基準(zhǔn)球進(jìn)行接觸感知定位，點(diǎn)接觸減少了誤差，可實(shí)現(xiàn)較高精度的定位；另外，還有千分表比較、放電定位等定位方法。使用快速裝夾定位系統(tǒng)，可省去重復(fù)的定位操作，當(dāng)配備ATC裝置時(shí)，則完全可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人操作的自動(dòng)化加工，可有效地提升企業(yè)的競爭力。 目前的數(shù)控電火花加工機(jī)床都具有自動(dòng)找內(nèi)中心、找外中心、找角、找單側(cè)等功能，這些功能只要輸入相關(guān)的測量數(shù)值，即可方便地實(shí)現(xiàn)加工的定位，比手動(dòng)定位要方便。5.6  電參數(shù)的配置電參數(shù)選擇的好壞，直接影響加工的各項(xiàng)工藝指標(biāo)。選用電參數(shù)最終目的是為了達(dá)到預(yù)定的

16、加工尺寸和表面粗糙度要求。選用電參數(shù)時(shí)，基本上要考慮：電極數(shù)目、電極損耗、工作液處理、加工表面粗糙度要求、電極縮放量、加工面積、加工深度等因素。粗加工參數(shù)選擇的主要依據(jù)是電極縮放尺寸的大小。粗加工電極的縮放尺寸一般都比較大，可以選用其安全間隙接近電極縮放尺寸的電參數(shù)。精加工參數(shù)選擇的主要依據(jù)是最終的表面粗糙度要求，選用多組電參數(shù)，放電能量從大到小進(jìn)行平動(dòng)加工，達(dá)到表面粗糙度和加工尺寸的要求。數(shù)控電火花加工機(jī)床有許多配置好的最佳成套電參數(shù)，自動(dòng)選擇電參數(shù)時(shí)；只要把所需要輸入的條件準(zhǔn)確輸入，即可自動(dòng)配置好電參數(shù)。機(jī)床配置的電參數(shù)一般能滿足加工要求，操作簡單，避免了加工過程中人為的干預(yù)。而傳統(tǒng)電火花

17、加工機(jī)床要求操作者具有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)加工要求靈活配置電參數(shù)。5.7 加工過程的監(jiān)控 電火花加工一切準(zhǔn)備就緒時(shí)，起動(dòng)機(jī)床開始進(jìn)行加工。在加工過程中，要隨時(shí)監(jiān)控加工狀態(tài)，對加工中不正常的放電狀態(tài)及時(shí)采取相應(yīng)的處理方法，保證加工的順利進(jìn)行。主要是防止發(fā)生拉弧現(xiàn)象，一般可通過修改抬刀參數(shù)、清理電極和工件、調(diào)整電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)等措施來改善放電狀況。 目前的數(shù)控電火花加工機(jī)床的加工性能已經(jīng)有了全面的提高，一些先進(jìn)數(shù)控電火花加工機(jī)床的智能化控制技術(shù)幾乎可以代替人工監(jiān)控。加工中由計(jì)算機(jī)監(jiān)測、判斷電火花加工間隙的狀態(tài)，在保持穩(wěn)定電弧的范圍內(nèi)自動(dòng)選擇使加工效率達(dá)到最高的加工條件；但機(jī)床的智

18、能控制技術(shù)不是萬能的，還是不能忽視人工監(jiān)控的作用，尤其像在深孔加工、大錐度加工、大面積加工等一些比較特殊的加工場合，人工監(jiān)控就有它的意義了。6 電火花加工的基本規(guī)律6.1影響材料放電腐蝕的主要因素6.1.1極性效應(yīng)對電蝕量的影響 在電火花加工時(shí)，相同材料(如用鋼電極加工鋼)兩電極的被腐蝕量是不同的。其中一個(gè)電極比另一個(gè)電極的蝕除量大，這種現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。如果兩電極材料不同，則極性效應(yīng)更加明顯。分正極性加工和負(fù)極性加工。在實(shí)際加工中，極性效應(yīng)受到電極及電極材料、加工介質(zhì)、電源種類、單個(gè)脈沖能量等多種因素的影響，其中主要原因是脈沖寬度。在窄脈寬度加工時(shí)，應(yīng)采用正極性加工。在寬脈沖寬度加工時(shí)，采用

19、負(fù)極性加工。6.1.2覆蓋效應(yīng)對電蝕量的影響 在材料放電腐蝕過程中，一個(gè)電極的電蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極表面上，形成一定厚度的覆蓋層，這種現(xiàn)象叫做覆蓋效應(yīng)。在電火花加工中，覆蓋層不斷形成，又不斷被破壞。為了實(shí)現(xiàn)電極低損耗，達(dá)到提高加工精度的目的，最好使覆蓋層形成與破壞的程度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在實(shí)際加工中，要充分利用極性效應(yīng)，正確選擇極性，最大限度地提高工件的蝕除量，降低工具電極的損耗。6.1.3電參數(shù)對電蝕量的影響 電火花加工過程中腐蝕金屬的量(即電蝕量)與單個(gè)脈沖能量、脈沖效率等電參數(shù)密切相關(guān)。要提高電蝕量，應(yīng)增加平均放電電流、脈沖寬度及提高脈沖頻率。6.1.4金屬材料對電蝕量的影響 當(dāng)脈沖放電能

20、量相同時(shí)，金屬工件的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、氣化熱等愈高，電蝕量將愈少，愈難加工；導(dǎo)熱系數(shù)愈大的金屬能降低了本身的蝕除量。因此，電極的蝕除量與電極材料的導(dǎo)熱系數(shù)及其它熱學(xué)常數(shù)等有密切的關(guān)系。6.1.5工作液對電蝕量的影響 在粗加工時(shí)，要求速度快，放電能量大，放電間隙大，故常選用機(jī)油等粘度大的工作液；在中、精加工時(shí)，放電間隙小，往往采用煤油等粘度小的工作液。電火花加工一般在液體介質(zhì)中進(jìn)行。液體介質(zhì)通常叫做工作液，其作用主要是：(1) 壓縮放電通道，并限制其擴(kuò)展。(2) 加速電極間隙的冷卻和消電離過程。(3) 加速電蝕產(chǎn)物的排除。(4) 加劇放電的流體動(dòng)力過程。6.2影響電火花加工精度的主要因

21、素6.2.1表面粗糙度 電火花加工表面的粗糙度取決于放電蝕坑的深度及其分布的均勻程度，只有在加工表面產(chǎn)生淺而分布均勻的放電蝕坑，才能保證加工表面有較小的粗糙度值。為了控制放電凹坑的均勻性，需要采用等能量放電脈沖控制技術(shù)，即檢測間隙電壓擊穿下降沿，控制放電脈沖電流寬度相等，用相同的脈沖能量進(jìn)行加工，從而使加工表面粗糙度微觀上均勻一致。6.2.2加工間隙(側(cè)面間隙)的影響 加工間隙的大小及其一致性直接影響電火花成形加工的加工精度。只有掌握每個(gè)規(guī)準(zhǔn)的加工間隙和表面粗糙度的數(shù)值，才能正確設(shè)計(jì)電極的尺寸，決定收縮量，確定加工過程中的規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。6.2.3加工斜度的影響 在加工中，不論型孔還是型腔，側(cè)壁都有

22、斜度，形成斜度的原因，除電極側(cè)壁本身在技術(shù)要求或制造中原有的斜度外，一般都是由電極的損耗不均勻，以及“二次放電”等因素造成的。（1）電極損耗的影響。電極由于損耗而形成錐度，這種錐度反映到工件上，就形成了加工斜度。（2）工作液臟污程度的影響。工作液越臟，“二次放電”的機(jī)會(huì)就越多，同時(shí)由于間隙狀態(tài)惡劣，電極回升的次數(shù)必然增多。這兩種情況都將使加工斜度增大。（3）沖油或抽油的影響。采用沖油或抽油對加工斜度的影響是不同的。用沖油加工時(shí)，電蝕產(chǎn)物由已加工面流出，增加了“二次放電”的機(jī)會(huì)，使加工斜度增大。而用抽油加工時(shí)，電蝕產(chǎn)物是由抽吸管排出去，干凈的工作液從電極周邊進(jìn)入，所以在已加工面出現(xiàn)“二次放電”的機(jī)會(huì)較少，加工斜度也就小。（4）加工深度的影響。隨著加工深度的