特種加工科大

特種加工科大第1頁/共277頁

本課程授課說明：

特種加工技術(shù)涉及的面很寬，依據(jù)教學大綱，從授課課時和實際應用的角度出發(fā)，主要分八個部分講授。分別是：

1、特種加工概論；2、電火花加工；3、電火花線切割加工；4、電化學加工；5、激光加工；6、電子束和離子束加工7、超聲加工；8、其它特種加工

每一部分內(nèi)容都講授其加工原理、加工機理、加工過程及設備組成等內(nèi)容，并配以錄象或動畫演示等。第2頁/共277頁

第一章概論第3頁/共277頁生產(chǎn)裝備的發(fā)展歷程回顧第4頁/共277頁

生產(chǎn)和科技水平發(fā)展到現(xiàn)在的水平，對于難加工的材料、難加工的復雜形狀該怎么辦呢?

特種加工是指除常規(guī)切削加工以外的新的加工方法，這種加工方法利用電、磁、聲、光、化學等能量或其各種組合作用在工件的被加工部位上，實現(xiàn)對材料的去除、變形、改變性能和鍍覆，從而達到對難加工的材料、難加工的復雜形狀加工目的。第5頁/共277頁

§1

特種加工概述1.特種加工的產(chǎn)生現(xiàn)代工業(yè)對機械制造部門提出了新的要求：1）解決各種難切削材料的加工問題如硬質(zhì)合金、耐熱鋼、不銹鋼等金屬及非金屬材料的加工2）解決各種特殊復雜表面的加工問題如螺旋推進器葉片，它的結(jié)構(gòu)、重量直接影響飛行器的飛行質(zhì)量，形狀復雜，難以常規(guī)方法加工3）解決各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問題

第6頁/共277頁發(fā)展歷史：

1943年，前蘇聯(lián)拉扎林柯夫婦，在做開關觸點研究時，遭受了火花放電腐蝕損壞，發(fā)現(xiàn)電火花瞬時高溫可熔掉金屬，開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法，這種加工方法是“以柔克剛”典型實例。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學實驗的需要，很多工業(yè)部門，尤其是國防工業(yè)部門要求尖端科學技術(shù)產(chǎn)品向高精度、高速度、高溫、高壓、大功率和小型化等方向發(fā)展，它們所用的材料愈來愈難加工，零件形狀要求愈來愈復雜，表面精度、粗糙度和某些特殊要求也愈來愈多。此時，僅靠傳統(tǒng)的切削加工方法就很難實現(xiàn)，特種加工就是在這種情況下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。我國的特種加工技術(shù)起步較早，如上世紀50年代的電火花穿孔機床和電火花表面強化機，中科院電工所、航空工業(yè)部625所、哈工大、大連工學院，復旦大學等單位，如雨后春筍一般，為電火花、線切割加工技術(shù)在我國迅速發(fā)展做出了重要貢獻。第7頁/共277頁2.特種加工的特點

1）傳統(tǒng)的機械加工：傳統(tǒng)的機械加工方法是用機械能量和切削力來去除多余的金屬，以達到加工要求。傳統(tǒng)的機械加工方法的特點是：A.刀具材料比工件更硬；B.靠機械能把工件上多余的材料切除。

2）特種加工及其特點：特種加工在我國，是指那些不使用刀具或磨料，或者雖然使用刀具或磨料，但又同時需用熱能、化學能、電化學能等去除或增加材料的新的加工方法。

?特種加工特點：

A.不是主要依靠機械能，而是主要用其他能量（如光、電、熱、聲、化學等）去除金屬材料或增加材料

B.工具硬度可以低于被加工材料的硬度

C.加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機械切削力第8頁/共277頁3、本課程的主要內(nèi)容及學習的目的

內(nèi)容：主要介紹各種特種加工方法的基本原理、基本設備、工藝規(guī)律和適用范圍?；驹怼庸ぴ硎疽鈭D；基本設備—設備及主要組成部分；工藝規(guī)律—影響加工的一些因素，如何影響；（主要特點）（從精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率三方面考慮）工藝應用—特點及應用。目的：使機械工程技術(shù)人員、科研人員開闊工藝領域的眼界，開拓加工方法的思路，為選用新工藝以解決加工難題和改善工藝措施奠定基礎。第9頁/共277頁§2特種加工的分類特種加工的分類目前還沒有明確的規(guī)定，一般按能量來源和作用原理可分為：電、熱—電火花加工（EDM）、電火花線切割加工（WEDM）、等離子體加工（PAL）；電、機械—離子束加工（IBM）；電、化學—電解加工（ECM），電鑄加工（ECM），涂鍍加工（EPM）；電化學、機械—電解磨削（ECG），電解珩磨（ECH）；聲、機械—超聲加工（USM）；光、熱—激光加工（LBM）；化學—化學加工（CHM）；液流、機械—擠壓珩磨（AFH），水射流切割（WJC）。第10頁/共277頁

近幾年來正在出現(xiàn)把上述兩種以至多種特種加工方法的工作原理結(jié)合在一起，以起到取長補短作用的特種加工方法，稱之為“復合加工”。例：在電火花成型加工中以電解液為工作液而使加工過程中同時產(chǎn)生電火花腐蝕作用和電解作用的“電解電火花加工”、還有“電解電火花磨削”、“超聲波電解加工”……。在特種加工范圍內(nèi)還有一些屬于改善表面粗糙度或表面性能的工藝。改善表面粗糙度—電解拋光、化學拋光、離子束拋光等。改善表面性能—電火花表面強化、鍍覆、刻字、電子束曝光等。（P3表1-1）第11頁/共277頁§3特種加工對材料可加工性和結(jié)構(gòu)工藝性等的影響

由于上述各種特種加工工藝的特點以及逐漸廣泛地應用，引起了機械制造工藝技術(shù)領域內(nèi)的許多變革

(1)提高了材料的可加工性以往認為金剛石、硬質(zhì)合金、淬火鋼、石英、玻璃、陶瓷等是很難加工的?，F(xiàn)在已經(jīng)廣泛采用金剛石、聚晶(人造)金剛石制造的刀具、工具、拉絲模具，可以用電火花、電解、激光等多種方法來加工它們。材料的可加工性不再與硬度、強度、韌性、脆性等成直接、正比關系，對電火花、線切割加工而言，淬火鋼比未淬火鋼更易加工。紅寶石軸承打孔φ0.12-0.18mm

不銹鋼板打孔φ0.06最小至φ0.01mm第12頁/共277頁(2)改變了零件的典型工藝路線

改變了淬火前加工，淬火后磨削這一規(guī)則。電火花、線切割、電解加工等必須先淬火后加工

第13頁/共277頁(3)大大縮短新產(chǎn)品試制周期采用光電、數(shù)控電火花線切割，可以直接加工出各種標準和非標準直齒輪(包括非圓齒輪非漸開線齒輪)、微電機定子、轉(zhuǎn)子硅鋼片，各種變壓器鐵心、各種特殊、復雜的二次曲面體零件可以省去設計和制造相應的刀具、夾具、量具、模具及二次工具，大大縮短了試制周期。第14頁/共277頁(4)對產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設計帶來很大的影響

例如：花鍵孔、軸、槍炮膛線的齒根部分，從設計觀點，為了減少應力集中，最好做成小圓角，但拉削加工時刀齒做成圓角對排屑不利，容易磨損，刀齒只能設計與制造成清棱清角的齒根。而用電解加工時，由于存在尖角變圓現(xiàn)象，非采用小圓角的齒根不可。又如各種復雜沖模，如山形硅綱片沖模，過去由于不易制造，往往采用拼鑲結(jié)構(gòu)，采用電火花、線切割加工后，即使是硬質(zhì)合金的模具或刀具，也可做成整體結(jié)構(gòu)。噴氣發(fā)動機渦輪也由于是電加工而可采用整體結(jié)構(gòu)。孔的深徑之比可達50：1

第15頁/共277頁

(5)重新評價傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性過去對方孔、小孔、彎孔、窄縫等被認為是工藝性很“壞”的典型，對工藝、設計人員是非?！凹芍M”的，有的甚至是“禁區(qū)”。特種加工的采用改變了這種現(xiàn)象。對于電火花穿孔、電火花線切割工藝來說，加工方孔和加工圓孔的難易程度是一樣的。噴油嘴小孔、噴絲頭小異形孔、渦輪葉片大量的小冷卻深孔、窄縫、靜壓軸承、靜壓導軌的內(nèi)油囊型腔，采用電加工后由難變易了。過去淬火前忘了鉆定位銷孔、銑槽等工藝，淬火后這種工件只能報廢，現(xiàn)在則大可不必，可用電火花打孔、切槽進行補救。相反有時為了避免淬火開裂、變形等影響，故意把鉆孔，開槽等工藝安排在淬火之后。這在不了解特種加工的審查人員看來，將認為是工藝、設計人員的“過錯”，其實是他們不了解特種工藝的特點。特種加工的出現(xiàn)，工藝安排更加靈活了。第16頁/共277頁試分析以下零件的加工工藝性第17頁/共277頁上次課重點內(nèi)容復習特種加工的特點：A.不是主要依靠機械能，而是主要用其他能量（如光、電、熱、聲、化學等）去除金屬材料或增加材料B.工具硬度可以低于被加工材料的硬度C.加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機械切削力第18頁/共277頁電火花加工:（利用電能和熱能進行加工的加工方法）在加工過程中，使工具和工件之間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電，靠放電時局部瞬時產(chǎn)生的高溫（電蝕效應）把金屬蝕除下來，通常稱之為電火花加工。日本、英、美等國稱之為“放電加工”，蘇聯(lián)稱之為“電蝕加工”?！?電火花加工的基本原理與分類一、電火花加工的原理和設備組成電火花加工的原理:是基于工具和工件(正、負電極)之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預定的加工要求。第二章電火花加工第19頁/共277頁

電火花加工原理示意圖

1-脈沖電源2-工件3-自動進給調(diào)節(jié)裝置4-工具電極5-工作液6-過濾器7-工作液泵

第20頁/共277頁電火花加工機床電火花加工

加工各種高硬度、高強度、高韌性、高脆性的導電材料，并且常用于模具的制造過程中。第21頁/共277頁第22頁/共277頁第23頁/共277頁電火花加工產(chǎn)品電火花加工樣品第24頁/共277頁電火花腐蝕的主要原因是：電火花放電時火花通道中瞬時產(chǎn)生大量的熱，達到很高的溫度，足以使任何金屬材料局部熔化、氣化而被蝕除掉，形成放電凹坑。

電火花加工的基本設備是電火花穿孔成型加工機床，它由床身、立柱、工作臺、工作液槽、主軸頭、工具電極夾具、工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)等主要部件組成。

第25頁/共277頁

電火花加工原理示意圖

1-脈沖電源2-工件3-自動進給調(diào)節(jié)裝置4-工具電極5-工作液6-過濾器7-工作液泵

第26頁/共277頁四、電火花加工的必要條件（三個）?

：1.必須使工具電極和工件的被加工表面之間經(jīng)常保持一定的放電間隙，這一間隙隨加工條件而定，通常約為幾微米至幾百微米。如果間隙過大，極間電壓不能擊穿極間介質(zhì)，因而不會產(chǎn)生電火花放電。如果間隙過小，很容易形成短路接觸，同樣也不能產(chǎn)生火花放電。為此，在電火花加工過程中必須具有工具電極的自動進給和調(diào)節(jié)裝置。2.火花放電必須是瞬時的脈沖性放電，放電延續(xù)一段時間后，需停歇一段時間，放電延續(xù)時間一般為10-7～10-3s。這樣才能使放電所產(chǎn)生的熱量來不及傳導擴散到其余部分，把每一次的放電點分別局限在很小的范圍內(nèi)；否則，象持續(xù)電弧放電那樣，使表面燒傷而無法用作尺寸加工。為此，電火花加工必須采用脈沖電源。圖2-1為脈沖電源的電壓波形，圖中ti為脈沖寬度，to為脈沖間隔，tp為脈沖周期，ui為脈沖峰值電壓或空載電壓。第27頁/共277頁

圖中ti為脈沖寬度，

to為脈沖間隔，

tp為脈沖周期，

ui為脈沖峰值電壓或空載電壓第28頁/共277頁3.火花放電必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)（工作液）中進行，例如煤油、皂化液或去離子水等。液體介質(zhì)又稱工作液，它們必須具有較高的絕緣強度(103～107Ω·cm)。

?工作液的三個作用:1)有利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電。同時，2)液體介質(zhì)還能把電火花加工過程中產(chǎn)生的金屬小屑、碳黑等電蝕產(chǎn)物從放電間隙中懸浮排除出去，并且3)對電極和工件表面有較好的冷卻作用。?電火花加工的三個必要條件：①工具電極與工件被加工表面之間保證一定的間隙（幾微米～幾百微米）；②脈沖性放電（脈寬10-7～10-3s

）；③一定絕緣性能的液體介質(zhì)（103～107Ω·cm

）。第29頁/共277頁二、電火花加工的特點及其分類：1.特點：優(yōu)點：適合于難切削材料的加工;可以加工特殊及復雜形狀的零件。缺點：只能加工金屬等導電材料;加工速度低;電極損耗影響加工精度;最小角部半徑受限制。

在模具制造業(yè)廣泛應用常用電極材料有紫銅、石墨。

第30頁/共277頁2.分類：（根據(jù)工具電極和工件的相對運動方式和用途）①電火花穿孔成型加工；②電火花線切割；③電火花磨削和鏜磨；④電火花同步回轉(zhuǎn)加工；（①--④為成型、尺寸加工）⑤電火花表面強化與刻字—表面加工。（見表2-1）第31頁/共277頁電火花加工工藝方法分類類別工藝方法特點用途備注1穿孔成形加工工具為成形電極主要一個進給運動型腔加工、沖模擠壓模、異形孔約占總數(shù)30%2電火花線切割加工工具為線狀電極兩個進給運動沖模、直紋面、窄縫、下料占總數(shù)60%3內(nèi)孔、外圓成形磨相對旋轉(zhuǎn)運動、徑向軸向進給運動精密小孔、外圓小模數(shù)滾刀占總數(shù)3%4同步共軛回轉(zhuǎn)加工均作旋轉(zhuǎn)運動且縱橫進給精密螺紋、異形齒輪、回轉(zhuǎn)表面占總數(shù)1%5高速小孔加工細管電極旋轉(zhuǎn)、穿孔速度極高深小孔、噴嘴、穿絲孔占總數(shù)2%6表面強化、刻字工具在工件上振動工具相對工件移動工具刃口強化、刻字占總數(shù)2%～3%第32頁/共277頁§2-2電火花加工的機理

電火花腐蝕的微觀過程分為以下幾個連續(xù)的階段：1、極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道；2、介質(zhì)熱分解、電極材料溶化、氣化熱膨脹；3、電極材料的拋出；4、間隙介質(zhì)的消電離。第33頁/共277頁一、極間介質(zhì)的電離、擊穿、形成放電通道

脈沖電壓施加于工具電極與工件之間形成電場，工件、工具的微觀表面凹凸不平，極間距離最小處電場強度最大，此處的工作液絕緣性能往往較低而最先被擊穿，即分解成負電子和正離子而被電離形成等離子通道。通道直徑很小，電流密度可高達105～106A/cm2，通道中心溫度高達10000℃以上，瞬時壓力可達數(shù)十甚至上百個KPa。第34頁/共277頁二、介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、

氣化熱膨脹

極間介質(zhì)一旦被擊穿，脈沖電流就通過放電通道瞬時釋放能量，把電能轉(zhuǎn)換成動能、熱能、磁能、光能、聲能及電磁波輻射能等。其中大部分轉(zhuǎn)換成熱能，使兩極放電點和通道本身溫度劇增（瞬時熱源），放電點產(chǎn)生局部熔化或汽化，通道中的介質(zhì)也汽化進一步熱裂分解氣化，放電通道周圍被氣泡包圍，氣泡內(nèi)瞬時壓力也相當高。這些氣化后的工作液和金屬蒸發(fā)，瞬時體積猛增，迅速熱膨脹，具有爆炸的特性。第35頁/共277頁三、電極材料的拋出（蝕除材料的拋出）

由于加熱過程非常短促（10-7～10-8s），因此金屬熔化、氣化及工作介質(zhì)的汽化都具有突然膨脹即爆炸特性。被加熱至熔化狀態(tài)的材料被擠出或濺出（拋出），進入附近的工作液中而冷卻。此時，隨著放電過程的結(jié)束，氣泡（瞬時形成的氣體分子團發(fā)展而成的氣泡）內(nèi)壓力降低，甚至降至大氣壓以下，形成局部真空，這使在高壓下熔融的過熱材料瞬時汽化沸騰，被熔化的金屬又一次拋出。拋離的金屬向四處飛濺，絕大部分在工作中收縮成球狀小顆粒，一小部分飛濺轉(zhuǎn)移在兩極表面上，還伴隨有吸附、鍍覆現(xiàn)象。第36頁/共277頁四、極間介質(zhì)消電離

一次放電結(jié)束后，極間介質(zhì)應有消電離過程，即通道中的帶電粒子復合為中性粒子，恢復介質(zhì)的絕緣強度，以免總是重復在同一處發(fā)生放電而導致電弧放電，這樣可以保證按兩極相對最近或電阻率最小處形成下一擊穿放電通道。在加工過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物（如金屬微粒、碳粒子、氣泡等）如果來不及排除、擴散出去，就會改變間隙介質(zhì)的成分和降低絕緣強度，脈沖火花放電時產(chǎn)生的熱量如不及時傳出，帶電粒子的自由能不易降低，將大大減少復合的幾率，使消電離過程不充分，結(jié)果將使下一個脈沖放電通道不能順利地轉(zhuǎn)移到其它部位，而始終集中在某一部位，使該處介質(zhì)局部過熱而破壞消電離過程，脈沖火花放電將惡性循環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)橛泻Φ姆€(wěn)定電弧放電，同時工作液局部高溫分解后可能結(jié)炭，在該處聚成焦粒而在兩極間搭橋，使加工無法進行下去，并燒傷電極對。第37頁/共277頁

由此可見，為了保證電火花加工過程正常地進行，在兩次脈沖放電之間一般都應有足夠的脈沖間隔時間，這一脈沖間隔時間的選擇，不僅要考慮介質(zhì)本身消電離所需的時間(與脈沖能量有關)，還要考慮電蝕產(chǎn)物排離出放電區(qū)域的難易程度(與脈沖爆炸力大小、放電間隙大小、抬刀及加工面積有關)。到目前為止，人們對于電火花加工微觀過程的了解還是很不夠的，諸如工作液成份作用、間隙介質(zhì)的擊穿、放電間隙內(nèi)的狀況、正負電極間能量的轉(zhuǎn)換與分配、材料的拋出、電火花加工過程中熱場、流場、力場的變化，通道結(jié)構(gòu)及其振蕩等等，都還需要進一步研究。第38頁/共277頁

上次課內(nèi)容復習一、電火花加工的必要條件：①工具電極與工件被加工表面之間保證一定的間隙（幾微米～幾百微米）；②脈沖性放電（脈寬10-7～10-3s）；③一定絕緣性能的液體介質(zhì)（103～107Ω·cm）。二、工作液的種類及作用：煤油、皂化液或去離子水等。工作液三個作用:1)有利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電。2)液體介質(zhì)還能把電火花加工過程中產(chǎn)生的金屬小屑、碳黑等電蝕產(chǎn)物從放電間隙中懸浮排除出去。3)對電極和工件表面有較好的冷卻作用。三、電火花加工特點：適合于難切削材料的加工;可以加工特殊及復雜形狀的零件。只能加工金屬等導電材料;加工速度低;電極損耗影響加工精度。在模具制造業(yè)廣泛應用常用電極材料如紫銅、石墨。四、電火花腐蝕的微觀過程：1、極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道；2、介質(zhì)熱分解、電極材料溶化、氣化熱膨脹；3、電極材料的拋出；4、間隙介質(zhì)的消電離。第39頁/共277頁§2-3電火花加工中的一些基本規(guī)律

一、影響材料放電腐蝕（電蝕量、蝕除量）的主要因素?

(極性效應、電參數(shù)、金屬材料熱學常數(shù)、工作液等）：1.極性效應電火花加工過程中，正負極都會受到不同程度的電蝕，即使是一對電極的材料相同，它們的電蝕量也是不同的。?極性效應—由于正負極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象稱為極性效應。

第40頁/共277頁“正極性”加工—工件接脈沖電源正極，工具接負極?！柏摌O性”加工—與“正極性”加工相反。

從提高生產(chǎn)率和減少工具消耗的角度來看，極性效應愈顯著愈好。當用交變的脈沖電流加工時，單個脈沖的極性效應便相互抵消，增加了工具電極的損耗。因此，電火花加工一般都采用單向脈沖電源。

極性效應與電源的脈寬、脈間、脈沖峰值、電極對材料、工作液等因素有關。

第41頁/共277頁2.電參數(shù)對電蝕量的影響（脈沖能量）

無論是正極性還是負極性，單個脈沖的蝕除量q′與單個脈沖的能量Wm在一定范圍內(nèi)成正比。某一時間內(nèi)的總蝕除量q約等于這段時間內(nèi)各單個有效脈沖蝕除量q′的總和

q=KWmfφt

Wm=—

單個脈沖能量

K—工藝參數(shù)

f—脈沖頻率

φ—有效脈沖利用率

提高電蝕量（生產(chǎn)率）的途徑：提高?、增加Wm或平均放電電流ie和脈寬ti，提高K（Ka、Kc，與電極材料、脈沖參數(shù)、工作液有關）但是A、脈沖頻率f過高，脈沖間隔時間過短，產(chǎn)生電弧放電；B、Wm的增加，加工表面粗糙度增加。紫銅電極加工鋼時的單個脈沖能量

Wm=（20～25）ieti第42頁/共277頁3.金屬材料熱學常數(shù)對電蝕量的影響

熱學常數(shù)指：熔點、沸點（氣化點）、導熱系數(shù)、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱等。實驗表明：當脈沖放電能量相同時，金屬的熔點、沸點、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱愈高，電蝕量愈少，愈難加工。導熱系數(shù)愈大的金屬，本身的蝕除量降低。

蝕除量與材料的導熱系數(shù)及其它熱學常數(shù)密切相關。第43頁/共277頁4.工作液對電蝕量的影響

工作液的作用：①形成火花擊穿放電通道，并在放電結(jié)束后迅速恢復間隙的絕緣狀態(tài)；②對放電通道產(chǎn)生壓縮作用；③幫助電蝕產(chǎn)物的拋出和排除；④對工具、工件有冷卻作用。選擇原則：介電性能好（絕緣性高）、密度和粘度大的工作液有利于壓縮放電通道截面，提高放電的能量密度，強化電蝕產(chǎn)物的拋出效應。目前電火花成型加工主要采用油類工作液。選擇種類：粗加工時，應采用脈沖能量大，加工間隙也較大，爆炸排屑拋出能力強的工作液，往往選用介電性能高、粘度較大的機油。中、精加工時，放電間隙較小，排屑比較困難，故一般均選用粘度小流動性好、滲透性好的煤油作為工作液。第44頁/共277頁?油類工作液的缺點：1、有味，高溫下味大且有煙，工作環(huán)境惡劣。2、易燃燒。水基工作液：絕緣性和黏度低，對通道的壓縮性差，易銹蝕機床。目前常將水基工作液添加一些物質(zhì)后使用。第45頁/共277頁5.影響電蝕量的其它因素

①加工過程的穩(wěn)定性，否則干擾正常放電；②電蝕產(chǎn)物的排出；③電極材料：鋼打鋼，不穩(wěn)定；銅打鋼，穩(wěn)定；④電蝕產(chǎn)物的拋出速度。第46頁/共277頁二、電火花加工的加工速度（生產(chǎn)率）和工具損耗速度

單位時間內(nèi)工件的電蝕量稱之為加工速度即生產(chǎn)率；單位時間內(nèi)工具的電蝕量稱之為損耗速度?。

1.加工速度單位時間內(nèi)工件的電蝕量稱之為加工速度，即生產(chǎn)率。

Vw=V／t（mm3／min）（有效蝕除量q=KWmfφt）

根據(jù)前面討論：提高?，增加Wm，提高Κ，都能使Vw提高。（提高K的途徑很多，例如合理選用電極材料、電參數(shù)和工作液，改善工作液的循環(huán)方式）粗加工（表面粗糙度Ra10-20um）：Vw達200-1000mm3／min半精加工（Ra2.5-10um）：Vw為20-100mm3／min精加工（Ra0.32-2.5um）：Vw≤10mm3／min第47頁/共277頁2.工具相對損耗

θ=VE/Vw×100%

VE一單位時間內(nèi)工具的電蝕量

Vw一單位時間內(nèi)工件的電蝕量

?

降低工具電極的損耗具有重大意義，為此要很好地利用加工過程中的各種效應（極性效應、吸附效應、傳熱效應）①正確選擇極性短脈沖精加工時采用正極性加工長脈沖粗加工時采用負極性加工（P18圖2-8）②利用吸附效應黑膜只能在正極表面形成，因此要利用黑膜的補償作用來實現(xiàn)電極的低損耗，必須采用負極性加工。③利用傳熱效應電極表面溫度低、導熱性能好，能減少電極損耗。④選用合適的電極材料鎢、鉬—熔點高、沸點高、損耗小，但機加工性能差，價格貴。（多用于線切割）銅—熔點低、導熱性好，損耗也較小，機加工性能好。（中小型腔加工普遍使用）石墨—熱學性能好，長脈沖粗加工時能吸附游離的碳來補償電極損耗，相對損耗低。（廣泛用作型腔粗加工）第48頁/共277頁三、影響加工精度的主要因素

工具電極本身的損耗，放電間隙的偏差都造成加工誤差。影響加工精度的主要因素有電極損耗和放電間隙的變化。采用高頻窄脈寬加工，放電間隙小，圓角半徑可以減小，可以獲得R＜0.01㎜的尖棱。目前，電火花穿孔加工的精度可達0.01～0.05mm,型腔加工可達0.1㎜左右第49頁/共277頁四、電火花加工的表面質(zhì)量

電火花加工的表面質(zhì)量包括表面粗糙度、表面變質(zhì)層和表面機械性能

1.表面粗糙度電火花加工表面是由無數(shù)小坑和光滑的硬凸邊所組成，特別有利于保存潤滑油。影響表面粗糙度的主要因素是單個脈沖的能量。

Wm大、q大、放電凹坑大而深，Ra也就大。電火花加工的表面粗糙度和加工速度之間存在著很大的矛盾。例如Ra2.5提高到Ra1.25，加工速度下降十多倍。另外：工件材料熔點高，則Ra小，加工速度下降。工具電極的Ra大，則工件Ra也大。第50頁/共277頁2.表面變質(zhì)層①熔化凝固層：工件表面最上層，是一種晶粒組織非常細小的樹枝狀淬火鑄造組織，金屬顯微鏡下呈白色。②熱影響層：介于熔化層與基體之間。③顯微裂紋：加工表面產(chǎn)生殘余拉應力而有裂紋第51頁/共277頁3.表面機械性能①顯微硬度和耐磨性：一般說來，電火花加工表面最外層的硬度較高，耐磨性好。但對于滾動磨擦，由于是交變載荷，尤其是干磨擦，則因熔化凝固層和基體的結(jié)合不牢固，容易剝落而磨損。②殘余應力：電火花加工表面存在著由于熱作用而形成的殘余拉應力。③耐疲勞性能：耐疲勞性能比機械加工表面低許多倍。第52頁/共277頁§2-4電火花加工用脈沖電源（了解）

脈沖電源的功用—把工頻交流電轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流，以供給電極放電間隙所需要的能量來蝕除金屬。脈沖電源對加工的影響：生產(chǎn)率、穩(wěn)定性、加工精度、工件表面粗糙度、工具電極的損耗等技術(shù)經(jīng)濟指標。第53頁/共277頁§2-5電火花加工自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)

一、作用和要求1.作用?

：①使工具電極和工件隨著工件材料被不斷蝕除而相對進給，以形成一定的形狀和尺寸的工件。②不斷地調(diào)節(jié)進給速度，甚至停止進給或回退，以保持給定的放電間隙。放電間隙S值與蝕除進度vW有密切的關系（見P29圖2-21）。當間隙太大時，極間介質(zhì)不易擊穿，使有效脈沖利用率降低，因而使蝕除速度降低。當間隙太小時，又會因電蝕產(chǎn)物難于及時排除，產(chǎn)生二次放電，短路率增加，蝕除速度也將明顯下降，甚至還會引起短路和燒傷，使加工難以進行。因此，必有一最佳放電間隙SB，對應于最大蝕除速度B點，圖2-21中上凸的曲線Ⅰ即間隙蝕除特性曲線，圖中橫坐標為放電間隙S或間隙平均電壓ue，縱坐標為加工速度。如果粗、精加工采用的規(guī)準不同，S和vW的對應值也不同，但趨勢是大體相同的。第54頁/共277頁2.基本要求：①有較寬的速度調(diào)節(jié)跟蹤范圍；②有足夠的靈敏度和快速性；③有足夠的穩(wěn)定性。

第55頁/共277頁二、基本組成1.測量環(huán)節(jié)2.比較環(huán)節(jié)3.放大環(huán)節(jié)4.執(zhí)行環(huán)節(jié)第56頁/共277頁三、電液自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)噴咀—擋板式電液自動進給調(diào)節(jié)器。P32圖2-26原理：測量環(huán)節(jié)從放電間隙檢測出電壓信號，與給定值進行比較后輸出一個控制信號，再經(jīng)放大，傳輸給電—機械轉(zhuǎn)換器，它使液壓放大器中的噴咀擋板有一個成比例的位移，因而改變噴咀的出油量，造成油缸上下油腔的壓力差變化，從而使主軸相應運動，調(diào)節(jié)放電間隙的大小。

P0A0﹥G＋P1A1活塞桿帶動工具上升

P0A0﹤G＋P1A1活塞桿帶動工具下降

P0A0＝G＋P1A1活塞桿帶動工具靜止分析得知：主軸的移動是由電—機械轉(zhuǎn)換器中控制線圈電流的大小來實現(xiàn)的，控制線圈電流的大小則由加工間隙的電壓或電流信號來控制，因而實現(xiàn)了進給的自動調(diào)節(jié)。Ⅰ：電壓為0，間隙為0，開口最大，擋板上升；Ⅱ：平穩(wěn)狀態(tài)；Ⅲ：電壓最大，間隙最大，擋板下降。第57頁/共277頁§2-6電火花加工機床

電火花成型加工機床這類機床簡稱電火花加工機床。它由主機、脈沖電源、自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工作液凈化及循環(huán)系統(tǒng)幾部分組成。分為分離式與整體式兩類第58頁/共277頁一、機床總體部分主機主要包括：主軸頭、床身、立柱、工作臺及工作液槽。主機即機床主體，用來安裝工具電極和工件，并能使它們做精確的相對運動。電火花成型機床具有一個坐標工作臺和一個立柱，一個能作伺服進給的主軸頭安裝在立柱上。工作臺都帶有坐標裝置。常用的有靠刻度手輪來調(diào)整位置的絲杠螺母裝置，光學坐標讀數(shù)裝置，磁尺數(shù)顯裝置。近年來，由于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，已有三坐標伺服控制的電火花機床,目前主軸和工作臺回轉(zhuǎn)運動并加三向伺服控制的五坐標數(shù)控電火花機床已很常見，有的機床還帶有工具電極庫，可以實現(xiàn)自動更換工具電極，機床的坐標位移精度達到2μm。第59頁/共277頁二、主軸頭：機床中的關鍵部件，是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)。組成：進給系統(tǒng)、導向防扭機構(gòu)、電極裝夾及調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。由于步進電機和力矩電機的出現(xiàn)，電火花機床中已越來越多地采用電—機械式主軸頭。第60頁/共277頁三、工具電極夾具工具電極的裝夾及其調(diào)節(jié)裝置的形式很多，其作用是調(diào)節(jié)工具電極和工作臺的垂直度以及調(diào)節(jié)工具電極在水平面內(nèi)微量的扭轉(zhuǎn)角。常用的有十字鉸鏈式和球面鉸鏈式。四、工作液循環(huán)、過濾系統(tǒng)組成：工作液箱、電機、泵、過濾裝置、工作液槽、油杯、管道、閥門以及測量儀等。通常采用強迫循環(huán)：以免間隙中電蝕物過多，引起已加工過的側(cè)表面間“二次放電”，影響加工精度，此外還可以帶走一部分熱量。循環(huán)方式：a沖油式；b抽油式過濾方式：自然沉淀、介質(zhì)過濾、高壓靜電過濾、離心過濾

第61頁/共277頁§2-7電火花穿孔成型加工

電火花穿孔成型加工是利用火花放電腐蝕金屬的原理，用工具電極對工件進行復制的工藝方法。其應用范圍可歸納為：電火花穿孔成型加工：①穿孔加工包括沖模、粉末冶金模、擠壓模（型孔）、型孔零件、小孔(Φ0.01-3mm的圓孔和一形孔)等②型腔加工包括型腔模（鍛摸、壓鑄模、精鑄模、塑料模、膠木模等）、型腔零件第62頁/共277頁電火花穿孔成型加工示例第63頁/共277頁一、沖模的電火花加工沖模用電火花加工比機械加工有如下優(yōu)點?

：a可以在工件淬火后進行加工，避免了熱處理變形影響；b沖模的配合間隔均勻、刃口耐磨，提高了模具的質(zhì)量；c不受加工材料硬度限制，可加工硬質(zhì)合金材料的沖模，使材料的加工范圍拓寬；d對復雜凹模，可用整體式，結(jié)構(gòu)簡單，強度高。1.沖模的電火花加工工藝方法：直接配合法：直接用加長的鋼凸模作為電極加工凹模的方法。優(yōu)點：配合間隙均勻，模具質(zhì)量高，電極制造方便，鉗工工作量少。缺點：凹模凸模都為磁性材料時，（如鋼打鋼）易形成二次放電，加工過程不穩(wěn)定。采用新的具有附加擊穿電壓的電源，可解決不穩(wěn)定問題。

第64頁/共277頁2.工具電極①電極材料的選擇（指的是直接配合法加工沖模）凸模一般采用T8A、T10A、Cr12、GCr15、硬質(zhì)合金等。凸凹模不要選用同一種鋼材型號，否則加工時不易穩(wěn)定。②電極設計由于凹模的精度主要決定于工具電極的精度，因而對它有較為嚴格的要求，要求工具電極的A、尺寸精度和表面粗糙度比凹模高一級（精度>IT7，Ra<1.25,平面度和平行度<0.001㎜/100㎜）電極結(jié)構(gòu)有整體式、鑲拼式和組合式三種類型。B、考慮要去除損耗數(shù)，工具電極要有足夠的長度。工具電極的截面輪廓尺寸要比預定加工的型孔尺寸均勻地縮小一個加工間隔。C、設計電極時，要考慮工具電極與主軸連接后，其重心應位于主軸中心線上，這對于較重的電極尤為重要。第65頁/共277頁③電極制造，以下三種方式a先經(jīng)機械加工，然后成型磨削b機械加工，鉗工精修（不易磨削加工的材料）c電火花線切割加工（廣泛應用）。若凸凹模配合間隔不在電火花加工間隙范圍內(nèi)，則作為電極的部分在此基礎上增大或縮小。常用的如化學浸蝕（酸洗）的辦法作出一段臺階，均勻減小到尺寸要求（例如為提高生產(chǎn)率，先用化學浸蝕的辦法作出一段臺階，粗加工，再用未浸蝕部分做精加工）或采用鍍銅、鋅的辦法擴大到要求的尺寸。浸蝕鋼電極的幾種酸配比如表2-4第66頁/共277頁3.工件的準備電火花加工前，工件型孔部分要加工預孔（粗加工），并留適當?shù)碾娀鸹庸び嗔浚☉紤]定位，找正誤差及機械加工誤差），單邊約為0.3～1.5mm。4.電規(guī)準的選擇和轉(zhuǎn)換：?電規(guī)準—電火花加工過程中的一組電參數(shù)（電壓、電流、脈寬、脈間）沖模加工，常選擇粗、中、精三種規(guī)準（每種又分為幾檔）。根據(jù)工件的要求、電極和工件的材料、加工工藝指標和經(jīng)濟效果因素來確定電規(guī)準。第67頁/共277頁粗規(guī)準—較大電流、較長脈沖寬度（ti＝20～200μs）vW＞50mm3/min,θ＜1%，Ra＜10μm(采用銅電極時電極相對損耗低于1%)中規(guī)準—脈沖寬度為6～20μs（目的：減少精加工時的加工余量，提高加工速度）。精規(guī)準—小的電流，高頻率，短的脈沖寬度（一般ti=2～6μs。目的：保證模具所要求的配合間隙、表面粗糙度、刃口斜度等質(zhì)量指標）以上三種規(guī)準的正確配合，可有效的解決質(zhì)量和生產(chǎn)率之間的矛盾。第68頁/共277頁二、型腔模的電火花加工

型腔模包括鍛模、壓鑄模、精鑄模、注塑模、擠壓模等。型腔模加工的特點:它們的加工比較困難，主要是因為均是盲孔，工作液循環(huán)困難，電蝕產(chǎn)物排除難，電極損耗無法補償，蝕除量大。其次加工面積變化大且復雜，電極損耗不均勻，精度下降。因此，對型腔模的電火花加工，既要求蝕除量大，加工速度高，又要求電極損耗低，并保證精度和Ra。

1.工藝方法由于以上特點，型腔模的電火花加工就不單單是用一個與型腔形狀相對應的整體成型電極沿著型腔的深度方向進給所能達到要求的了。常采用的加工方法有：第69頁/共277頁①單電極平動法采用一個電極完成型腔的粗、中、精加工，首先采用低損耗（θ

＜1%），高生產(chǎn)率的粗規(guī)準，在粗加工后用機床“平動頭”使工具電極在加工過程中相對工件作微小的平面運動，并通過調(diào)節(jié)平面運動的幅值實現(xiàn)對型腔模實現(xiàn)精加工。（圖2-31）此法的最大優(yōu)點是只需一個電極、一次裝夾定位，便可達到±0.05㎜的加工精度，并方便了排除電蝕產(chǎn)物。它的缺點是難以加出清棱清角的型腔。為彌補這一缺點，可采用精度較高的重復定位夾具，將粗加工后的電極取下，經(jīng)均勻修光后，再重復定位裝夾，再用平動頭完成型腔的終加工。目前的數(shù)控電火花加工,可利用工作臺的移動,得到平動頭無法實現(xiàn)的運動(形狀)。②多電極更換法采用多個電極（形狀相同、尺寸各異）依次加工同一個型腔，所需電極數(shù)量根據(jù)型腔的精度要求而定。（每個電極加工時必須把上一規(guī)準的放電痕跡去除）用于盒式磁帶、收錄機、電視機殼的模具第70頁/共277頁第71頁/共277頁③分解電極法根據(jù)型腔的幾何形狀把工具電極分解成主型腔電極和副型腔電極，然后先用主電極加工出型腔的主要部分（主型腔），再用副電極加工出尖角、窄槽等部位（副型腔）。此法的優(yōu)點是可以根據(jù)主、副型腔不同的加工條件，選擇不同的加工規(guī)準，有利于提高加工速度和改善加工表面質(zhì)量，同時還可以簡化電極制造，便于修整電極。缺點是更換電極時主型腔和副型腔電極之間要求有精確的定位。目前已有像加工中心那樣具有電極庫的3～5坐標數(shù)控電火花機床，事先把復雜型腔分解為簡單電極，編制好程序，加工過程中自動更換電極和轉(zhuǎn)換規(guī)準，實現(xiàn)復雜型腔的加工。同時配合一套高精度輔助工具、夾具系統(tǒng)，可以大大提高電極的裝夾定位精度，使采用分解電極法加工的模具精度大為提高。第72頁/共277頁2.型腔模加工用工具電極①?常用材料紫銅：優(yōu)點①不容易產(chǎn)生電弧，在較困難的條件下也能穩(wěn)定加工；②精加工比石墨電極損耗?。虎鄄捎镁⒓庸つ苓_到優(yōu)于Ra1.25μm的表面粗糙度；④經(jīng)鍛造后還可做其它型腔加工用的電極，材料利用率高。缺點：機械加工性能不如石墨。石墨：優(yōu)點①機械加工成型容易，易修正；②在寬脈沖大電流情況下具有更小的電極損耗，加工性能好。缺點：易產(chǎn)生電弧燒傷，精加工時電極損耗較大，表面粗糙度只能達到Ra2.5μm。因此對石墨電極材料的要求是顆粒小，組織細密、強度高和導電性好。銅鎢、銀鎢合金：抗損耗性能非常好，成本高，加工困難第73頁/共277頁②電極設計（圖2-36）采用平動法加工時：a=A±Kb

式中：a—電極水平方向尺寸型腔名義尺寸

K—系數(shù)，單邊為1，雙邊為2b—電極單邊縮放量電極總高度H=?+L?—有效高度③排氣孔和沖油孔設計型腔一般均為盲孔，排氣和排屑均困難（影響加工速度、穩(wěn)定性和表面質(zhì)量），所以工具電極在不易排屑的拐角，窄縫處應開有沖油孔，而在蝕除面積較大以及電極端部有凹入的部位開排氣孔。第74頁/共277頁4.電規(guī)準的選擇、轉(zhuǎn)換，平動量的分配粗規(guī)準：脈沖寬度ti﹥400μs，ie=80A，最高電流密度為3～5A/mm2，電極損耗θ﹤1%（高生產(chǎn)率、低θ）中規(guī)準：ti

＝20～400μs，ie=10～25A精規(guī)準：單邊去除量0.1～0.2㎜,Ra2.5μm,ti

﹦2～20μs,ie﹤10A,θ﹦10～20%當加工表面剛好達到本檔規(guī)準應具有的表面粗糙度時，應及時轉(zhuǎn)換規(guī)準。這樣既達到不斷修光的目的，又可使每檔的金屬蝕除量最小，從而得到盡可能高的加工速度和低電極損耗。當采用單電極加工時，中規(guī)準加工的平動量為總平動量的75～80%，而只留很小余量用精規(guī)準修光（粗加工時電極不平動）。第75頁/共277頁

5.電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表不管是電火花穿孔或型腔加工，都可用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖來正確選擇各檔的加工規(guī)準。為了能指導正確選擇電火花加工規(guī)準，使之有章可循，人們事先根據(jù)電極工具、工件材料、加工極性、脈寬、峰值電流等主要參數(shù)對電極損耗率、表面粗糙度、蝕除速度和放電間隔等的影響，作成P42圖2-35、36、37、38所示的工藝曲線圖表，并可按此圖來選擇電火花穿孔和型腔的加工規(guī)準。選擇原則:1、考慮主要矛盾如電極損耗比要小，應先按圖2-38，確定峰值電流和電脈沖的范圍；加工速度為主，按圖2-37等

2、精加工表面質(zhì)量高時，按表面粗糙度選擇峰植電流和電脈沖的范圍，按圖2-35；尺寸精度高，考慮放電間隙。按圖2-36

第76頁/共277頁三、小孔電火花加工小孔加工的特點：a加工面積小，孔深，一般￠0.05～2㎜,L／d≥20。b盲孔加工，排屑困難。小孔加工由于工具電極截面積小，容易變形，不易散熱，排屑又困難，因此電極損耗大。工具電極應選擇剛性好、易矯直、加工穩(wěn)定、損耗小的材料。如銅鎢合金絲、鎢絲、鉬絲、銅絲，加工時還要有電極導向裝置。加工工藝：為改善排屑，電磁振動頭，使工具電極絲沿軸向振動。超聲波振動頭，使工具電極絲沿軸向高頻振蕩。小孔直徑較大時，允許用空心電極（不銹鋼、黃銅），高壓強迫沖油。第77頁/共277頁

管狀電極回轉(zhuǎn)并沿軸向進給，1～5MPa高壓工作液（去離子水、乳化液等）排屑,加工速度達60mm/min左右，孔深徑比可超過100。國外一些公司樣品直徑為3mm,深度達330mm。第78頁/共277頁電火花加工一章重點內(nèi)容復習1、基本原理:是基于工具和工件(正、負電極)之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預定的加工要求。2、設備組成（1）脈沖電源（2）工件自動進給調(diào)節(jié)裝置（3）機床床身（4）工作液循環(huán)系統(tǒng)3、電火花加工的必要條件：①工具電極與工件被加工表面之間保證一定的間隙（幾微米～幾百微米）；②脈沖性放電（脈寬10-7～10-3s

）；③一定絕緣性能的液體介質(zhì)（103～107Ω·cm

）。4、工作液的種類及作用：煤油、皂化液或去離子水等。工作液三個作用:1)有利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電。2)液體介質(zhì)把電火花加工過程中產(chǎn)生的金屬碎屑、碳黑等電蝕產(chǎn)物從放電間隙中懸浮排除出去。3)對電極和工件表面有較好的冷卻作用。第79頁/共277頁5、電火花加工特點：適合于難切削材料的加工;可以加工特殊及復雜形狀的零件。只能加工金屬等導電材料;加工速度低;電極損耗影響加工精度。在模具制造業(yè)廣泛應用常用電極材料有紫銅、石墨等。6、極性效應：極性效應—由于正負極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象稱為極性效應。正極性加工、負極性加工。7、加工速度：單位時間內(nèi)工件的電蝕量，也稱生產(chǎn)率。mm3／min

有效蝕除量V=KWmfφt

Vw=V／t（mm3／min）（

工具的相對損耗：θ=VE/Vw×100%VE一單位時間內(nèi)工具的電蝕量

Vw一單位時間內(nèi)工件的電蝕量8、電火花穿孔加工和型腔加工的電規(guī)準的選擇原則。

第80頁/共277頁第三章電火花線切割加工定義:用線狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對工件進行切割，故稱電火花線切割簡稱線切割?！?-1線切割加工原理、特點及應用范圍一、加工原理?基本原理—利用移動的細金屬導線（φ0.08～φ0.2mm鉬絲或銅絲φ0.12～0.3mm）作電極，對工件進行脈沖火花放電，切割成型。電火花線切割加工：用連續(xù)移動的鉬絲（或銅絲）作工具陰極，工件為陽極。機床工作臺帶動工件在水平面內(nèi)作兩個方向移動，可切割出二維圖形。同時，絲架可作小角度擺動，可切割出斜面。第81頁/共277頁第82頁/共277頁2.分類：①按走絲速度?a高速走絲線切割機床：8～10m／s快走絲我國b低速走絲線切割機床：﹤0.2m／s慢走絲國外一般說來,高速走絲線切割設備構(gòu)成簡單,生產(chǎn)率高,加工精度低;低速走絲線切割設備要求高,生產(chǎn)率低,加工精度高。尤其電源要求高:脈寬十幾納秒,電流峰值1000A以上。目前日本、瑞士、臺灣產(chǎn)量大，象日本三菱、牧野等。②按控制方式靠模仿形控制、光電跟蹤控制、數(shù)字程序控制等。目前國內(nèi)外95%以上都用微機數(shù)控。③按加工尺寸范圍大、中、小型以及普通型、專用型。第83頁/共277頁二、線切割加工的特點與電火花加工（穿孔、成型）相比共同點：電源特點基本相似。加工機理、生產(chǎn)率、表面粗糙度等工藝規(guī)律基本相似?？杉庸び操|(zhì)合金等難加工的導電材料.不同點?

：1.采用水或水基工作液不會引燃起火，易實現(xiàn)安全無人運轉(zhuǎn)。但工作液電阻率低，有一定的電解作用，有明顯的電解電流(有利于改善表面粗糙度)。非高絕緣的工作液。2.一般沒有穩(wěn)定電弧放電現(xiàn)象。線切割加工的間隙狀態(tài)可認為有正常火花放電、開路狀態(tài)、短路狀態(tài)等復雜狀態(tài)組成。3.電極與工件之間存在著“疏松接觸”式輕壓放電現(xiàn)象。研究結(jié)果表明：電極絲輕壓工件并因走絲而產(chǎn)生摩擦時，產(chǎn)生電火花放電。電火花加工（穿孔、成型）電極與工件有合適的間隙。第84頁/共277頁4.省掉了成型的工具電極，降低設計制造成本，縮短了生產(chǎn)周期。5.電極線較細，可以加工微細異形孔、窄縫和形狀復雜的工件。套料加工時，材料利用率高。切口小,節(jié)省材料。6.單位長度電極絲的損耗較小，故對加工精度影響較小。尤其是慢走絲線切割。7.瞬時加工面積小，所需的機床功率較低。8.自動化程度高，操作方便。

第85頁/共277頁三、線切割加工的應用范圍

1.加工模具（型孔類）各種形狀的沖模（凸、凹模、卸料板……）擠壓模、粉末冶金模、彎曲模、塑料?！?.加工電火花成型加工用的電極3.加工零件多用于新產(chǎn)品的試制第86頁/共277頁§3-2電火花線切割加工設備第87頁/共277頁第88頁/共277頁設備組成?：機床本體、脈沖電源、控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)、機床附件。一、機床本體：由床身、坐標工作臺、走絲機構(gòu)、絲架、工作液箱、附件、夾具等幾部分組成。1.床身一般為鑄件，是各部分的安裝基礎。常采用箱式結(jié)構(gòu)，有足夠的強度和剛度，床身內(nèi)部安置工作液箱，也有把電源安置在床身內(nèi)部的。

第89頁/共277頁2.坐標工作臺由圖3-1可知，工件形狀的獲得是通過工件（工作臺）做X、Y方向的移動。為保證加工精度，對導軌的精度、剛度和耐磨性有較高的要求，常用“十字拖板”、滾動導軌、絲杠傳動副等將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動。3.走絲機構(gòu)?作用：使電極絲以一定的速度運動并保持一定的張力。要注意的三個問題：①走絲速度穩(wěn)定；②張力適宜，目前已研制出恒張力裝置；③電極絲的振動?。缍缺M可能小、工件上下采用藍寶石V形導向器或圓孔金剛石模導向器）第90頁/共277頁4.錐度切割裝置為了切割有落料角的沖模和某些有錐度的內(nèi)外表面，有些線切割機床具有錐度切割功能。書中介紹兩種：1)、偏移式絲架，最大錐度1.5°2)、雙坐標聯(lián)動裝置多用在慢走絲機床，錐度可達±5°最大30°第91頁/共277頁二、脈沖電源(了解)與電火花成型加工（10-7～10-3s）所用電源在原理上相同，不同的是脈沖較窄（2～60μs），單個脈沖能量、平均電流（1-5A）一般較小；線切割加工總是采用正極性加工（工件接正極）。第92頁/共277頁三、工作液循環(huán)系統(tǒng)工作液對加工工藝指標的影響很大，如對切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有影響。低速走絲—去離子水，特殊情況用煤油。高速走絲—專用乳化液，種類較多，通常應不同的加工要求。如：防銹、提高光潔度、提高切割速度。第93頁/共277頁工作液應具有下列性能?：具有一定的絕緣性能

與電火花成型加工相似。絕緣性太低，產(chǎn)生電解，不形成火花放電；絕緣性太高，不易擊穿放電，放電間隙小，速度慢。具有較好的洗滌性能洗滌性能—液體有較小的表面張力，對工件有較大的親和力、附著力，能滲透進入窄縫中去，此外還有一定的去除油污的能力。洗滌性能好，則排屑效果好、切割速度高、Ra好，無油污。具有較好的冷卻性能

快速冷卻電極絲和工件表面，防止燒壞。對環(huán)境無污染，對人體無危害，綠色環(huán)保

工作液應配制方便，使用壽命長，乳化充分。第94頁/共277頁§3-3線切割控制系統(tǒng)和編程技術(shù)一、線切割控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是進行電火花線切割加工的重要環(huán)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、控制精度及自動化程度都直接影響到加工工藝指標和工人的勞動強度?？刂葡到y(tǒng)的主要作用是在電火花線切割加工過程中，按加工要求自動控制電極絲相對工件的運動軌跡和進給速度，來實現(xiàn)對工件的形狀和尺寸加工。當控制系統(tǒng)使電極絲相對工件按一定軌跡運動時，同時還應該實現(xiàn)進給速度的自動控制，以維持正常的穩(wěn)定切割加工。它是根據(jù)放電間隙大小與放電狀態(tài)自動控制的，使進給速度與工件材料的蝕除速度相平衡。

第95頁/共277頁

電火花線切割機床控制系統(tǒng)的具體功能包括：

(1)軌跡控制即精確控制電極絲相對于工件的運動軌跡，以獲得所需的形狀和尺寸。

(2)加工控制

主要包括對伺服進給速度、電源裝置、走絲機構(gòu)、工作液系統(tǒng)以及其它的機床操作控制。此外，失效安全及自診斷功能也是一個重要的方面。電火化線切割機床的軌跡控制系統(tǒng)曾經(jīng)歷過靠模仿形控制、光電跟蹤仿形控制，現(xiàn)在已普遍采用數(shù)字程序控制，并已發(fā)展到微型計算機直接控制階段。早期的數(shù)字程序控制(NC控制)電火花線切割，其控制原理是把圖紙上工件的形狀和尺寸編制成程序信號，一般通過鍵盤或使用穿孔紙帶或磁帶，輸給電子計算機，計算機根據(jù)輸入指令控制驅(qū)動電機，由驅(qū)動電機帶動精密絲桿，使工件相對于電極絲作軌跡運動。第96頁/共277頁

目前是采用自動編程技術(shù)。為了簡化編程工作，利用電子計算機進行自動編程是必然趨勢。自動編程使用專用的數(shù)控語言及各種輸入手段，向計算機輸入必要的形狀和尺寸數(shù)據(jù)，利用專門的應用軟件即可求得各交、切點坐標及編寫數(shù)控加工程序所需的數(shù)據(jù)、編寫出數(shù)控加工程序，即使是數(shù)學知識不多的人也照樣能簡單地進行這項工作。一般說來，數(shù)控自動編程語言的處理程序主要分為兩部分：

(1)主處理程序包括編譯部分和計算部分、可把數(shù)控語言編寫的源程序轉(zhuǎn)化為由機器指令組成的目標程序，并根據(jù)圖形和加工路線進行必要的計算。

(2)后置處理程序?qū)⒂嬎憬Y(jié)果變換為數(shù)控機床的運動或者控制專門功能的部分。對于不同的數(shù)控裝置有其不同的程序段指令格式，因此這段程序應針對特定的數(shù)控機床。為了既滿足進出口機床的需要，又符合國內(nèi)多數(shù)線切割機的要求，近來已出現(xiàn)了可輸出三種格式(ISO、EIA和3B)的自動編程機。第97頁/共277頁自動編程機的主要功能1)處理直線、圓弧、非圓曲線和列表曲線所組成的圓形；2)能以相對坐標和絕對坐標編程；3)能進行圖形旋轉(zhuǎn)、平移、對稱（鏡像）、比例縮放、加線徑補償、加過渡圓和倒角等；4)操作方便，常采用提示的“菜單”加人機對話方式；屏幕編輯功能強，可顯示輸入的加工程序和進行增、刪、改；5)輸出方式多：CRT顯示、打印圖表、繪圖機作圖等。值得指出，在一些CNC線切割機床上，本身已具有多種自動編程機的功能，或做到控制機與編程機合二為一。第98頁/共277頁中國深圳東方數(shù)控線切割機床第99頁/共277頁技術(shù)指標：

幾何精度:按GB7926-87國標

數(shù)控精度:按GB7926-87定位精度:0.005mm

重復定位精度:0.003mm加工精度:切割直體精度≤±0.004mm,

切割圓精度≤±0.006mm，

最大加工速度≤150mm2/min,

表面光潔度Ra≤2.0μm,

最大加工電流：6A，

最大短路電流：>8A。

最小加工指令:0.001mm

最大加工指令:±9999.999mm

中國深圳東方數(shù)控線切割機床性能特點：

●高精度：微米級精度，精度保持性高，機床精度可維持十年不變。

●高性能：高效率低絲耗，可實現(xiàn)大電流快速無條紋切割，連續(xù)加工不斷絲，保證真圓度及直角位。

●高可靠性：性能穩(wěn)定，平均無故障率可達99％以上。第100頁/共277頁功能部件組成：

●滾動部件：采用國家定點廠生產(chǎn)的高精密滾珠絲桿、高剛性滾動導軌，采用進口SKF品牌的精密軸承，采用大力矩五相十拍步進電機驅(qū)動，儲絲筒經(jīng)過全息動平衡檢驗，線切割導輪組件整體結(jié)構(gòu)設計，從而保證了線切割機床的高速化、高精度化運行。

●數(shù)控系統(tǒng)：采用智能化PC數(shù)控系統(tǒng)：高質(zhì)量PC機，HL線切割系統(tǒng)控制，AUTOP軟件編程，CAXA線切割軟件傳輸；抗干擾能力強，自動化程度高，性能穩(wěn)定可靠。

●高頻電源：采用高性能全數(shù)字脈沖電源（主振電路高速數(shù)字振蕩，大功率VMOS場效應管），頻率可調(diào)，具有性能穩(wěn)定、輸出功率大、切割速度快、表面光潔度高、電極絲損耗小等特點?！耠姎饨M件：線切割機床及線切割系統(tǒng)的關鍵電氣元器件均采用優(yōu)質(zhì)進口件(如顯示器、集成塊、晶體管、功率管、整流橋、開關等），以確保質(zhì)量?！窬W(wǎng)絡接口：線切割數(shù)控系統(tǒng)配有CAD數(shù)據(jù)接口，可進行RS232或RS485串口傳輸，使機床具有網(wǎng)絡連接功能，可實現(xiàn)遠程傳輸。第101頁/共277頁機床功能：

●三維四軸聯(lián)動、編控一體化，DXF圖形文件直接讀入編程，加工圖形實時跟蹤，工作輪廓三維造型，多種加工狀態(tài)顯示?！窬哂猩舷庐愋巍⒌儒F、變錐切割，分時控制、停電記憶、短路回退、斷絲保護、靠邊定位、模擬校驗、自動停機、自動找中心、任意角度旋轉(zhuǎn)、快速回零檢查、特殊圖形自動編程等二十多種功能。第102頁/共277頁§3-4影響線切割工藝指標的因素?

一、主要工藝指標1.切割速度（在保持一定的表面粗糙度的切割過程中，單位時間內(nèi)電極絲中心線在工件上切過的面積總和）vWimax=40～80mm2/min快走絲切割效率：每安培電流的切割速度。一般切割效率20mm2／（min.A）快走絲（vWimax不計切割方向和表面粗糙度）2.表面粗糙度高速走絲Ra5～2.5μm，最佳可達1μm低速走絲Ra1.25μm以下，最佳可達0.2μm。第103頁/共277頁3.電極絲損耗量（高速走絲）用電極絲在切割10000mm2面積后電極絲直徑的減少量來表示。減小不大于0.01mm（鉬絲）4.加工精度（尺寸、形狀、位置精度的總稱）高速走絲0.01～0.02mm低速走絲0.002～0.005μm第104頁/共277頁二、電參數(shù)的影響1.脈沖寬度ti

ti

↑即vWi↑Ra變差一般ti

﹦2～60μs，光整加工時ti﹤0.5μs2.脈沖間隔toto↓則平均電流↑、vWi

↑，但to太小易發(fā)生電弧、斷絲。一般to

=（4～8）ti

。在剛切入或大厚度加工時to取大值。第105頁/共277頁3.開路電壓uiui

↑則加工間隙↑，排屑易，vWi

↑,加工穩(wěn)定，但易造成電極絲振動，絲損增加。4.放電峰值電流ieie

↑則vWi

↑,Ra變差，絲損增加甚至斷絲。一般取ie

﹤40A，平均電流﹤5A。低速走絲時因為ti小，電極絲徑又粗，故ie有時﹥50A。5.放電波形在相同的工藝條件下，高頻分組脈沖常常能獲得較好的加工效果。電流波形的前沿上升比較緩慢時，電極絲損耗較少。不過當脈寬很窄時，必須要有陡的前沿才能進行有效的加工。第106頁/共277頁三、非電參數(shù)的影響1.電極絲及其絲速對工藝指標的影響對于高速走絲常采用：①材料φ0.08～φ0.2㎜鉬絲耐損耗、抗拉強度高、絲質(zhì)好、不易斷絲。②張力減輕絲振，使加工精度↑，vWi

↑③絲速絲速↑，則vWi

↑，有利于電蝕產(chǎn)物排出，加工穩(wěn)定。過高時，絲振大，精度↓，vWi

↓，Ra變差，斷絲。高生產(chǎn)率時，可用φ0.3㎜鍍鋅黃銅絲，允許有較大的峰值電流和氣化爆炸力。精微加工用φ0.03㎜以下的鉬絲。由于電極絲張力均勻，振動小，所以加工穩(wěn)定性、表面粗糙度、精度指標等均較好。第107頁/共277頁（我國制造的線切割機床多數(shù)為10m／s左右，主要意圖是：有利于脈沖結(jié)束后放電通道的消電離；高速運動的電極絲，把工作液帶入厚度較大的工件放電間隙中，有利于電蝕物的排出，防止無規(guī)則的二次放電，提高加工穩(wěn)定性。但走絲快易振動、易斷絲。）第108頁/共277頁2.工件厚度及材料對工藝指標的影響①厚度：薄—工作液易進入并充滿放電間隙，有利于排屑及消電離，加工穩(wěn)定，但易振絲，對精度和Ra不利。厚—正好相反，但不能超過一定厚度。②工件材料不一樣，因其熔點、氣化點、導熱系數(shù)等都不同，所以加工效果也不一樣。

A、銅、鋁、淬火鋼，加工穩(wěn)定，切割速度可高

B、不銹鋼、磁鋼、未淬火高碳鋼，穩(wěn)定性差，切割速度低，加工質(zhì)量差

C、硬質(zhì)合金，加工比較穩(wěn)定，切割速度較低，加工質(zhì)量好第109頁/共277頁3.預置進給速度對工藝指標的影響

預置進給速度與蝕除速度的比較：快—頻繁短路vWi↓，Ra變差、斷絲；慢—偏于開路或時開時短。此外，機械部分精度(例如導軌、軸承、導輪等磨損、傳動誤差)和工作液(種類、濃度及其臟污程度)都會對加工效果產(chǎn)生相當?shù)挠绊?。當導輪、軸承偏擺，工作液上下沖水不均勻，會使加工表面產(chǎn)生上下凹凸相間的條紋，惡化工藝指標。第110頁/共277頁

上次課重點內(nèi)容1、線切割基本原理—利用移動的細金屬導線（φ0.08～φ0.2mm鉬絲或銅絲φ0.12～0.3mm）作電極對工件進行脈沖火花放電，切割成型。正極性加工：鉬絲（或銅絲）作工具陰極，工件為陽極。2、線切割機床分類：高速走絲線切割機床：8～10m／s（快走絲）低速走絲線切割機床：﹤0.2m／s（慢走絲）3、與電火花的區(qū)別：省掉了成型的工具電極機床功率低，加工機理更復雜。4、設備組成：機床本體、脈沖電源、控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)、機床附件。5、切割速度：單位時間內(nèi)電極絲中心線在工件上切過的面積總和mm2/min第111頁/共277頁§3-5線切割加工工藝及應用線切割加工用于加工各種難加工材料、復雜表面和有特殊要求的零件、刀具、模具（電火花成型電極、樣板、卡尺、板凸輪）。線切割加工的幾個工藝問題：1.工件材料內(nèi)部殘余應力對加工的影響對熱處理后的坯件進行電火花線切割加工時，由于大面積去除金屬和切斷加工，會使材料內(nèi)部殘余應力的相對平衡狀態(tài)受到破壞從而產(chǎn)生很大的變形，破壞了零件的加工精度，甚至在切割過程中，材料會突然開裂。為了減少這些情況，應

A、選擇鍛造性能好、淬透性好、熱處理變形小的材料。

B、正確選擇熱加工方法和嚴格執(zhí)行熱處理規(guī)范。另一方面，在電火花線切割加工工藝上也要作合理安排。

C、選擇合理的切割路線。盡量避免切斷加工。

D、孔類零件為了減小變形，采用二次切割法。第112頁/共277頁2.電極絲初始位置的確定在線切割加工中，需要確定電極絲相對工件的基準面、基準線或基準孔的坐標位置。對加工要求較低的工件，可直接目測來確定電極絲和工件的相互位置，也可借助于2～8倍的放大鏡進行觀測。也可采用火花法，即利用電極絲與工件在一定間隙下發(fā)生放電的火花，來確定電極絲的坐標位置。對加工要求較高的零件，可采用電阻法，利用電極絲與工件基面由絕緣到短路接觸的瞬間，兩者間電阻突變的特點來確定電極絲相對工件基準的坐標位置。微處理機控制的數(shù)控電火花線切割機床，一般具有電極絲自動找中心坐標位置的功能。第113頁/共277頁3.電規(guī)準的選擇?

由于線切割加工一般用晶體管高頻電源，用單脈沖能量小、脈寬窄、頻率高的電參數(shù)進行正極性加工。要求獲得較好的表面粗糙度時，則用電規(guī)準?。蝗粢@得較高的切割速度，脈沖參數(shù)要大些，但加工電流增加受到電極絲截面積的限制。過大的電流會引起斷絲。材料較厚時，為了改善排屑條件，則用較高的脈沖電壓，較大的脈寬和峰值電流，以增大放電間隙。在易斷絲的場合（切割初期加工面積小、工作液中電蝕產(chǎn)物濃度過高，或是調(diào)換新鉬絲時），則to↑，ie↓，否則將會導致電極絲的燒斷。第114頁/共277頁4.直紋面線切割加工

電火花線切割加工一般只用于切割二維曲面，即用于切割型孔，不能加工立體曲面(即三維曲面)。然而一些由直線組成的直紋面，如回轉(zhuǎn)端面曲線型面、螺紋面、雙曲面等，電火花線切割加工是可以實現(xiàn)的，但需增加一些附具，工件裝在用步進電機驅(qū)動的回轉(zhuǎn)工作臺上，采用極坐標方式編程，即可完成這一加工工藝。P74圖3-20、3-21所