第八章 数控电火花和线切割加工工艺,8.1电火花成型加工的概述,1电火花加工的基本原理 电火花成型加工的原理是将工件和工具电极分别接上正负脉冲电源，通过两极间的放电腐蚀，从而达到加工工件的一种加工方法。,1电火花加工的基本原理,要实现电火花成型加工必须具备以下条件： 使工具电极与工件被加工表面之间保持一定的放电间隙； 电火花加工必须采用脉冲电源； 火花放电要在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。,2数控电火花成型机床的组成,由主轴头、脉冲电源、数控系统、工作液循环过滤系统、伺服进给系统、基础部件等组成。 1)主轴头 主轴头是数控电火花成型加工机床的一个关键部件，用来安装电极并控制电极与工件之间的放电间隙。,2数控电火花成型机床的组成,2)脉冲电源 脉冲电源的作用是把工频交流电转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给火花放电间隙 所需要的能量来蚀除金属。 3)工作液循环过滤系统：放电结束后恢复放电间隙的绝缘状态(消电离)，以便下一个脉冲电压再次形成火花放电。为此，要求工作液有一定的绝缘强度。,2数控电火花成型机床的组成,3)工作液循环过滤系统：使电蚀产物较易从放电间隙中悬浮、排泄出去，以防止放电间隙严重污染，导致火花放电点不分散而形成有害的电弧放电。冷却工具电极和降低工件表面瞬时放电产生的局部高温，否则，表面会因局部过热而产生结炭、烧伤并形成电弧放电。 工作液还可压缩火花放电通道，增加通道中压缩气体、等离子体的膨胀及爆炸力，以抛出更多熔化和气化了的金属，增加蚀除量。,2数控电火花成型机床的组成,4)伺服进给：目的在于通过改变、调节进给速度，使进给速度接近并等于蚀除速度，以维持一定的“平均”放电间隙，保证电火花加工正常而稳定地进行，获得较好的加工效果。 5)工作台、床身和立柱： 床身和立柱是基础结构，由它确保电极与工作台、工件之间的相互位置。,3.数控电火花成型加工的特点及应用,在电火花成型加工过程中，工件和电极间存在着放电间隙，电极与工件不直接接触，因此，对电极的机械性能要求不高，电极制造比较容易。 在电火花加工中，工件的形状主要由成型电极实现，因此，可采用成型电极对各种型孔、立体曲面、复杂形状等工件进行仿形加工。 电火花成型加工是直接利用电、热能进行加工，控制方便，工件可以在同台机床一次装夹的情况下，连续进行粗加工、半精加工和精加工，实现加工过程的自动化。 一般只能用于加工金属等导电材料，只有在特定条件下才能加工半导体和非导电材料。,82 数控电火花成型加工工艺,821 数控电火花成型加工的主要工艺指标 (1)加工速度:一种是以单位时间内工件的体积蚀除量来表示的，称为体积加工速度，用Vv表示；另一种是以单位时间内工件质量的蚀除量来表示的，称为质量加工速度，用Vm表示。 (2)加工精度:电火花成型加工的精度一般可达001005 mm，微精加工时的精度可达到00020004mm。 (3)加工表面质量:电火花成型加工的表面粗糙度Ra一般可达到063032 m，微精加工表面粗糙度及Ra可达到032004 m。,822 影响工艺指标的主要因素与参数选择,(1)影响加工速度的主要因素 影响加工速度的主要因素包括电参数(脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电流)、工件材料、工作液三个方面。 1)电参数对加工速度的影响 2)工件材料对加工速度的影响 3)工作液对加工速度的影响,822 影响工艺指标的主要因素与参数选择,(2)影响加工精度的主要因素 1)放电间隙对加工精度的影响:电火花成型加工时，工件和电极之间存在定的放电间隙，放电间隙的大小及一致性直接影响电火花成型加工的精度。 2)电极损耗对加工精度的影响:损耗后的电极形成锥度，从而造成加工误差。,(2)影响加工精度的主要因素,3)加工稳定性对加工精度的影响 电参数的选择不当； 电极对工件的进给速度不能大于蚀除速度，否则加工不稳定； 冲、吸油压力必须合适，否则会使加工稳定性降低； 极性接线方法不当会影响加工的稳定性； 电极材料对加工稳定性也有影响； 加工形状越复杂，加工稳定性越差； 加工深度越深，加工稳定性越差；电极和工件安装松动，加工稳定性差。,(2)影响加工精度的主要因素,4)工件和电极的装夹定位对加工精度的影响 电火花成型加工中工件和电极安装的相互位置在确保加工精度中起着举足轻重的作用。工件基准与丝杠x、y轴走向的平行度要求，电极相对于工件在z轴向的垂直度要求以及相对于工件的位置度要求，再加上工件装夹是否牢固等，都将直接影响加工的精度。,(3)影响表面质量的因素,1)表面粗糙度:根据电火花成型加工的特性可知，电火花成型加工的表面由无数个放电后留下的小凹坑组成，俗称“橘皮组织”. 影响表面粗糙度主要是脉冲宽度和峰值电流乘积，即单个脉冲的能量的大小，单个脉冲的能量越大，放电腐蚀的小坑大而深，表面粗糙度变差。电火花成型加工时，被加工工件的侧面的表面粗糙度往往好于底面的表面粗糙度。,(3)影响表面质量的因素,2)表面变质层:电火花成型加工中，工件的表面由于火花放电产生瞬时的高温熔化、气化，后又因消电离再由工作液快速冷却，从而造成工件表面的材料结构发生了很大变化，工件表层材料结构发生变化的部分，称为表面变质层。,(3)影响表面质量的因素,3)表面机械性能 电火花成型加工后，金属表面受表面变质层的影响，硬度和耐磨性都有较大的提高。又由于电火花成型加工表层是经过迅速热胀又迅速冷却而成，其金属材料内部形成的拉应力和压应力不等，最终较大的残余拉应力留在了工件的表面，使工件材料抗疲劳强度下降，甚至会造成表面裂纹。,823 数控电火花成型加工工艺,1零件图的工艺分析 2选择工艺方法 电火花成型加工主要包括穿孔加工和型腔加工。 （1）穿孔加工的工艺方法 穿孔加工的工艺方法有直接配合法、间接配合法和阶梯电极加工法等。,2选择工艺方法,(2)型腔加工的工艺方法 型腔加工的工艺方法有：单电极平动法、多电极更换法、分解电极加工法等。,3电加工工艺参数的选定,(1)电极极性的选择。工具电极极性一般选择原则是：铜电极对钢：选“+极性；铜电极对铜：选“一”极性；铜电极对硬质合金：“+”、“一”极性都可以；石墨电极对铜：选“一”极性；石墨电极对硬质合金：选“一”极性；石墨电极对钢：加工Rmax为15m以下孔，为“一”极，加工Rmax为15m以上孔，为“+”极性；钢电极对钢：选“+”极性。,3电加工工艺参数的选定,(2)加工峰值电流和脉冲宽度的选择。加工峰值电流和脉冲宽度主要影响加工表面粗糙度、加工宽度。选择好这一对参数很重要，这要靠加工经验以及机床的电源特性。一般来说，机床制造厂家会提供一个电源指标范围，如最大加工峰值电流，最小加工峰值电流，最大加工脉冲宽度，最小脉冲宽度，这样就可以把这些加工峰值电流及脉冲宽度分为三个区域，即粗加工区，半精加工区，精加工区,3电加工工艺参数的选定,(3)脉冲间隙时间选择。脉冲间隙时间影响加工效率，但过短的间隙时间会引起放电异常，所以选择时重点考虑排屑情况，以保证正常加工。,4预加工,(1)工件预加工。在电火花加工中去除金属余量，直接影响加工效率，所以在电加工前必须使工件有恰当的加工余量。原则上电加工余量越少越好，只要能保证加工成形即可。 (2)蚀出物去除。电加工中产生的蚀出物的去除情况好坏，直接影响加工质量，所以在加工中要保证有良好的排屑环境。,排屑方法有以下三种： 冲液法。在工件或电极上开加工液孔，让工作液从中流过。 抽液法。和冲液法相反。 在工件或电极不能开加工液孔时，可用喷射法，,5加工方式选定,(1)放射运动。 (2)多边形运动。 (3)任意轨迹运动。 (4)圆弧运动。(5)自动扩大加工。 (6)螺旋式。,6加工实例纪念币模具加工,(1)零件的工艺分析 纪念币的纹路细，要求电极损耗小，另外要求光泽好。纪念币尺寸：40mm，型腔深12mm，,6加工实例纪念币模具加工,(2)选择设备 根据加工要求选择机床：三菱M25C6G15型。 (3)加工工艺安排 电极：选用电铸电极。电极极性：“+”。 工件预加工：模板上下面平磨，四边平面用作定位面。电极安装：以9mm铜柄作装夹柄并调整其垂直度，要求倾斜度小于0007mm。排屑方法：两边喷射，压力03MPa。电条件选择：分粗、半精、精、光整四次加工。 粗加工： 峰值电流 10A 脉冲宽度 90s 脉冲间隙 60s,6加工实例纪念币模具加工,加工深度 10mm 半精加工：峰值电流 5A 脉冲宽度 32s 脉冲间隙 32s 加工深度 11mm 精加工： 峰值电流 2A 脉冲宽度 16s 脉冲间隙 16s 加工深度 116mm 光整加工：峰值电流 lA 脉冲宽度 4s 脉冲间隙 4s 加工深度 12mm,8.3 数控线切割加工工艺,831 电火花线切割加工的原理,831 电火花线切割加工的原理,数控线切割机床按电极丝的运行速度分成线切割慢速走丝(简称慢走丝)和线切割快速走丝(简称快走丝)两种。,832 电火花线切割加工的特点,(1)它以003035 mm的金属丝为电极工具，不需要制造特定形状的电极。 (2)任何形状复杂的平面都可以加工，当然必须考虑金属丝直径决定的内侧最小直径及(金属丝半径+放电间隙)的限制。 (3)轮廓加工所需加工的余量少，能有效节约贵重的材料。 (4)加工精度高。尤其慢速走丝线切割采用单向连续供丝，在加工区总是保持新电极丝加工。 (5)依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能，加工模具的凹、凸模时，间隙可任意调节。 (6)由于采用了乳化液或去离子水的工作液，不会发生起火现象，因此可以实现昼夜无人的连续加工。 (7)凡是导体或半导体的材料都能实现加工，尤其适合淬硬钢等难加工材料的加工。 (8)加工程序编制灵活，因而很适合小批量零件和试制品的生产加工。 (9)若配合四轴联动，可加工上、下面异形体，形状扭曲的曲面体、变锥度和球形体等零件。,833 电火花线切割加工的应用,1试制新产品 2加工淬硬钢材料 3加工模具零件,84 数控线切割加工工艺指标及影响因素,841 线切割加工主要工艺指标 1线切割加工速度vx 2线切割加工精度 线切割快走丝的加工精度可达到001 mm，常规为015002 mm；线切割慢走丝的加工精度则为0001 mm左右。 3线切割加工表面粗糙度 线切割快走丝时，表面粗糙度Ra可达06325 m；慢走丝时，Ra一般为03 m左右。,842 影响电火花线切割加工速度的主要因素,1脉冲电源对切割速度的影响 1)峰值电流的影响 峰值电流的影响就是单个脉冲能量对切割速度的影响。切割速度是与峰值电流的14次方成正比的， 2)平均加工电流的影响 平均加工电流是指在放电时间内，放电电流的算术平均值。切割速度大致跟平均加工电流成正比例增加， 3)脉冲电流上升时间的影响 脉冲电流上升速度越快，即脉冲电流上升时间越小，切割速度越快。 4)脉冲电源空载电压对切割速度的影响 5)脉冲间隔对切割速度的影响 6)脉宽对切割速度的影响,2电极丝对切割速度的影响,1)电极丝材料对切割速度的影响 在低速走丝线切割工艺中，一般都使用铜、铁金属丝和各种合金丝或镀层的电极丝。线切割加工的电极丝，其切割速度主要取决于电极丝表面层的状态。 2)电极丝直径对切割速度的影响 电极丝直径越粗，切割速度越快，而且有利于厚度较大工件的加工 3)电极丝张力对切割速度的影响 电极丝张力越大，切割速度越快。 4)电极丝的走丝速度对切割速度的影响 电极丝通过加工间隙的走丝速度会影响电极丝在加工区的逗留时间，以及在这一逗留时间内的放电次数。 5)电极丝振动对切割速度的影响 当电极丝在加工中振幅很小时，可提高切割速度。,3工作液对切割速度的影响,1)不同的工作液对切割速度的影响 不同的工作液有不同的切割速