零件的特种加工工艺设计

零件的特种加工工艺设计11.2.2 数控电火花线切割加工控电火花线切割加工是在电火花成形加工基础上发展起来的，因其由数控装置控制机床的运动，采用线状电极通过火花放电对工件进行切割，故称为数控电火花线切割加工。一、数控电火花线切割加工原理、特点及应用（一）加工原理数控线切割加工的基本原理与电火花成形加工相同，但加工方式不同，它是用细金属丝作电极。线切割加工时，线电极一方面相对工件不断地往上(下)移动(慢速走丝是单向移动，快速走丝是往返移动)，另一方面，装夹工件的十字工作台，由数控伺服电动机驱动，在x、y轴方向实现切割进给，使线电极沿加工图形的轨迹，对工件进行切割加工。图11-35是数控线切割加工大批量原理的示意图。 图11-35 数控线切割加工原理1工作台 2夹具 3工件 4脉冲电源 5电极丝 6导轮 7丝架 8工作液箱 9贮丝筒（二）加工的特点（1）它是以金属线为工具电极，大大降低了成形工具电极的设计和制造费用，缩短了生产准备时间，加工周期短。（2）能方便地加工出细小或异形孔，窄缝和复杂形状的零件。（3）无论被加工工件的硬度如何，只要是导电体或半导电体的材料都能进行加工。由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有像机械加工那样的切削力，因此，也适宜于加工低刚度工件及细小零件。（4）由于电极丝比较细，切缝很窄，能对工件材料进行“套料”加工，故材料的利用率很高，能有效地节约贵重材料。（5）由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较小，从而对加工精度的影响比较小，特别在低速走丝线切割加工时，电极丝一次使用，电极损耗对加工精度的影响更小。（6）依靠数控系统的线径偏移补偿功能，使冲模加工的凹凸模间隙可以任意调节。（7）采用四轴联动控制时，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。（三）数控线切割加工的应用线切割广泛用于加工硬质合金、淬火钢模具零件、样板、各种形状复杂的细小零件、窄缝等。如形状复杂、带有尖角窄缝的小型凹模的型孔可采用整体结构在淬火后加工，既能保证模具精度，也可简化模具设计和制造。此外，电火花线切割还可加工除盲孔以外的其它难加工的金属零件。二、影响数控线切割加工工艺指标的主要因素（一）主要工艺指标（1）切割速度Vwi 在保持一定表面粗糙度的切割加工过程中，单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积总和称为切割速度，单位为mm2min。切割速度是反映加工效率的一项重要指标，数值上等于电极丝中心线沿图形加工轨迹的进给速度乘工件厚度。通常快走丝线切割速度为4080mm2min，慢走丝线切割速度可达350mm2min。（2）切割精度 线切割加工后，工件的尺寸精度、形状精度(如直线度、平面度、圆度等)和位置精度(如平行度、垂直度、倾斜度等)称为切割精度。快走丝线切割精度可达0.0lmm，一般为0.0150.02mm；慢走丝线切割精度可达0.001mm左右。（3）表面粗糙度 线切割加工中的工件表面粗糙度通常用轮廓算术平均值偏差Ra值表示。快走丝线切割加工的Ra值一般为1.252.5m，最低可达0.631.25m；慢走丝线切割的Ra值可达0.3m。（二）影响工艺指标的主要因素（1）脉冲电源主要参数的影响1）峰值电流Ie是决定单脉冲能量的主要因素之一。Ie增大时，线切割加工速度提高，但表面粗糙度变差，电极丝损耗比加大甚至断丝。2）脉冲宽度ti主要影响加工速度和表面粗糙度。加大ti可提高加工速度但表面粗糙度变差。3）脉冲间隔t0直接影响平均电流。t0减小时平均电流增大，切割速度加快，但t0过小，会引起电弧和断丝。4）空载电压ui的影响 该值会引起放电峰值电流和电加工间隙的改变。ui提高，加工间隙增大，切缝宽，排屑变易，提高了切割速度和加工稳定性，但易造成电极丝振动，使加工面形状精度和粗糙度变差。通常ui的提高还会使线电极损耗量加大。5）放电波形的影响 在相同的工艺条件下，高频分组脉冲常常能获得较好的加工效果。电流波形的前沿上升比较缓慢时，电极丝损耗较少。不过当脉宽很窄时，必须要有陡的前沿才能进行有效的加工。（2）电极及其走丝速度的影响1）电极丝直径的影响 线切割加工中使用的线电极直径，一般为0.030.35mm，电极丝材料不同，其直径范围也不同，一般纯铜丝为0.150.30mm；黄铜丝为0.10.35 mm；钼丝为0.060.25mm；钨丝为0.030.25mm。切割速度与电极丝直径成正比，电极丝直径越粗，切割速度越快，而且还有利于厚工件的加工。但是电极丝直径的增加，要受到加工工艺要求的约束，另外增大加工电流，加工表面的粗糙度会变差，所以电极丝直径的大小，要根据工件厚度，材料和加工要求进行确定.2）电极丝走丝速度的影响 在一定范围内，随着走丝速度的提高，线切割速度也可以提高，提高走丝速度有利于电极丝把工作液带入较大厚度的工件放电间隙中，有利于电蚀产物的排除和放电加工的稳定。走丝速度也影响电极在加工区的逗留时间和放电次数，从而影响电极丝的损耗。但走丝速度过高，将使电极丝的振动加大、降低精度、切割速度并使表面粗糙度变差，且易造成断丝，所以，高速走丝线切割加工时的走丝速度一般以小于l0ms为宜。在慢速走丝线切割加工中，电极丝材料和直径有较大的选择范围，高生产率时可用直径0.3mm以下的镀锌黄铜丝，允许较大的峰值电流和气化爆炸力。精微加工时可用直径0.03mm以上的钼丝。由于电极丝张力均匀，振动较少，所以加工稳定性、表面粗糙度、精度指标等均较好。（3）工件厚度及材料的影响工件材料薄，工作液容易进入并充满放电间隙，对排屑和消电离有利，加工稳定性好。但工件太薄，金属丝易产生抖动，对加工精度和表面粗糙度不利。工件厚，工作液难于进入和充满放电间隙，加工稳定性差，但电极丝不易抖动，因此精度和表面粗糙度较好。切割速度Vwi随厚度的增加而增加，但达到某一最大值(一般为50l00mm2min)后开始下降，这是因为厚度过大时，排屑条件变差。工件材料不同，其熔点，气化点、热导率等都不一样，因而加工效果也不同。例如采用乳化液加工时：1) 加工铜、铝、淬火钢时，加工过程稳定，切割速度高；2) 加工不锈钢、磁钢、未淬火高碳钢时，稳定性较差，切割速度较低，表面质量不太好；3) 加工硬质合金时，比较稳定，切割速度较低，表面粗糙度好。此外，机械部分精度(例如导轨、轴承、导轮等磨损、传动误差)和工作液(种类、浓度及其脏污程度)都会影响加工效果。当导轮、轴承偏摆，工作液上下冲水不均匀，会使加工表面产生上下凹凸相间的条纹，工艺指标将变差。（4）诸因素对工艺指标的相互影响关系前面分析了各主要因素对线切割加工工艺指标的影响。实际上，各因素对工艺指标的影响往往是相互依赖又相互制约的。切割速度与脉冲电源的电参数有直接的关系，它将随单个脉冲能量的增加和脉冲频率的提高而提高。但有时也受到加工条件或其它因素的制约。因此，为了提高切割速度，除了合理选择脉冲电源的电参数外，还要注意其它因素的影响。如工作液种类、浓度、脏污程度的影响，线电极材料、直径、走丝速度和抖动的影响，工件材料和厚度的影响，切割加工进给速度、稳定性和机械传动精度的影响等。合理地选择搭配各因素指标，可使两极间维持最佳的放电条件，以提高切割速度。表面粗糙度也主要取决于单个脉冲放电能量的大小，但线电极的走丝速度和抖动状况等因素对表面粗糙度的影响也很大，而线电极的工作状况则与所选择的线电极材料、直径和张紧力大小有关。加工精度主要受机械传动精度的影响，但线电极的直径、放电间隙大小、工作液喷流量大小和喷流角度等也影响加工精度。因此，在线切割加工时，要综合考虑各因素对工艺指标的影响，善于取其利，去其弊以充分发挥设备性能，达到最佳的切割加工效果。三、数控线切割加工工艺的制定数控线切割加工，一般是作为工件的最后一道工序，使工件达到图样规定的精度和表面粗糙度。数控线切割加工工艺制定的内容主要有以下几个方面：零件图的工艺分析、工艺准备、加工参数的选择。（一）零件图的工艺分析 主要分析零件的凹角和尖角是否符合线切割加工的工艺条件零件的加工精度、表面粗糙度是否在线切割加工所能达到的经济精度范围内。（1）凹角和尖角的尺寸分析 因电极丝具有一定的直径d，加工时又有放电间隙，使电极丝中心的运动轨迹与加工面相距l，即l=d2+，如图11-36所示。因此，加工凸模类零件时，电极丝中心轨迹应放大；加工凹模类零件时，中心轨迹应缩小，如图11-37所示。图11-36电极丝与工件 图11-37 线电极中心轨迹的偏移 加工面的位置关系 a)加工凸模类零件 b)加工凹模类零件在线切割加工时，在工件的凹角处不能得到“清角”，而是圆角。对于形状复杂的精密冲模，在凸、凹模设计图样上应说明拐角处的过渡圆弧半径R。同一副模具的凹、凸模中，尺寸值要符合下列条件，才能保证加工的实现和模具的正确配合。 对凹角，R1l=d2+对尖角，R2= R1Z/2式中 R1凹角圆弧半径 R2尖角圆弧半径Z凹、凸模的配合间隙。 （2) 表面粗糙度及加工精度分析 电火花线切割加工表面和机械加工的表面不同，它是由无方向性的无数小坑和硬凸边所组成，特别有利于保存润滑油；而机械加工表面则存在切削或磨削刀痕，具有方向性。两者相比，在相同的表面粗糙度和有润滑油的情况下，其表面润滑性能和耐磨损性能均比机械加工表面好。所以，在确定加工面表面粗糙度Ra值时要考虑到此项因素。合理确定线切割加工表面粗糙度Ra值是很重要的。因为Ra值的大小对线切割速度Vwi影响很大，Ra值降低一个档次将使线切割速度Vwi大幅度下降。所以，要检查零件图样上是否有过高的表面粗糙度要求。此外，线切割的加工所能达到的表面粗糙度Ra值是有限的，譬如欲达到优于Ra0.32mm的要求还较困难，因此，若不是特殊需要，零件上标注的Ra值尽可能不要太小，否则，对生产率的影响很大。同样，也要分析零件图上的加工精度是否在数控线切割机床加工精度所能达到的范围内，根据加工精度要求的高低来合理确定线切割加工的有关工艺参数。（二）工艺准备工艺准备主要包括线电极准备、工件准备和工作液配制。（1）线电极准备1) 线电极材料的选择。目前线电极材料的种类很多，主要有纯铜丝、黄铜丝、专用黄铜丝、钼丝、钨丝、各种合金丝及渡层金属丝等。表11-4是常用线电极材料的特点，可供选择时参考。一般情况下，快速走丝机床常用钼丝作线电极，钨丝或其它昂贵金属丝因成本高而很少用，其它线材因抗拉强度低，在快速走丝机床上不能使用。慢速走丝机床上则可用各种铜丝、铁丝，专用合金丝以及镀层(如镀锌等)的电极丝。表11-4 各种线电极的特点2）线电极直径的选择。线电极直径d应根据工件加工的切缝宽窄、工件厚度及拐角尺寸大小等来选择。由图11-38可知，线电极直径d与拐角半径及的关系为d2(R)。所以，在拐角要求小的微细线切割加工中，需要选用线径细的电丝。表11-5列出线径与拐角和工件厚度的极限的关系。图11-38线电极直径与拐角的关系 表11-5线径与拐角和工件厚度的极限 单位：mm（2）工件准备1）工件材料的选定和处理。工件材料的选择是由图样设计时确定的。作为模具加工，在加工前毛坯需经锻打和热处理。另外，加工前还要进行消磁处理及去除表面氧化皮和锈斑等。例如，以线切割加工为主要工艺时，钢件的加工工艺路线一般为：下料锻造退火机械粗加工淬火与高温回火磨加工(退磁) 线切割加工钳工修整。2）工件加工基准的选择。为了便于线切割加工，根据工件外形和加工要求，应准备相应的校正和加工基准，并且此基准应尽量与图样的设计基准一致，常见的有以下两种形式：以外形为校正和加工基准。外形是矩形状的工件，一般需要有两个相互垂直的基准面，并垂直于工件的上、下平面(如图11-39所示)。图11-39 矩形工件的校正与加工基准以外形为校正基准，内孔为加工基准。无论是矩形、圆形还是其它异形的工件，都应准备一个与工件的上、下平面保持垂直的校正基准，此时其中一个内孔可作为加工基准，如图11-40所示。在大多数情况下，外形基面在线切割加工前的机械加工中就已准备好了。工件淬硬后，若基面变形很小，可稍加打光便可用线切割加工；若变形较大，则应当重新修磨基面。图11-40外形一侧为校正基准，内孔为加工基准3) 穿丝孔的确定切割凸模类零件，此时为避免将坯件外形切断引起变形，通常在坯件内部外形附近预制穿丝孔(见图11-41c)。切割凹模、孔类零件 此时可将穿丝孔位置选在待切割型腔(孔)内部。当穿丝孔位置选在待切割型腔(孔)的边角处时，切割过程中无用的轨迹最短；而穿丝孔位置选在已知坐标尺寸的交点处则有利于尺寸推算；切割孔类零件时，若将穿丝孔位置选在型孔中心可使编程操作容易。穿丝孔大小 穿丝孔大小要适宜。穿丝孔径太小，不但钻孔难度增加，而且也不便于穿丝；若穿丝孔径太大，则会增加钳工工艺上的难度。一般穿丝孔常用直径为310mm。如果预制孔可用车削等方法加工，则穿丝孔径也可大些。 图11-41 切割起始点和切割路线的安排4) 切割路线的确定。线切割加工工艺中，切割起始点和切割路线的确定合理与否，将影响工件变形的大小，从而影响加工精度。图11-41所示的由外向内顺序的切割路线，通常在加工凸模零件时采用。其中，图11-41a所示的切割路线是错误的，因为当切割完第一边，继续加工时，由于原来主要连接的部位被割离，余下材料与夹持部分的连接较少，工件的刚度降低，容易产生变形而影响加工精度。如按图11-41b所示的切割路线加工，可减少由于材料割离后残余应力重新分布而引起的变形。所以，一般情况下，最好将工件与其夹持部分分割的线段安排在切割路线的末端。对于精度要求较高的零件，最好打穿丝孔，如图11-41c所示。切割孔类零件时，为了减少变形，还可采用二次切割法，如图11-42所示。第一次粗加工型孔，各边留余量0.10.5mm，第二次切割为精加工。这样可以达到比较满意的效果。图11-42 二次切割孔类零件l一第次切割的理论图形 2第一次切割的实际图形 3第二次切割的图形5) 接合突尖的去除方法。由于线电极的直径和放电间隙的关系，在工件切割面的交接处，会出现一个高出加工表面的高线条，称之为突尖，如图11-43所示。这个突尖的大小决定于线径和放电间隙。在快速走丝的加工中，用细的线电极加工，突尖一般很小，在慢走丝加工中就比较大，必须将它去除。下面介绍几种去除突尖的方法。a. 利用拐角的方法。凸模在拐角位置的突尖比较小，选用图11-44所示的切割路线，可减少精加工量。切下前要将凸模固定在外框上，并用导电金属将其与外框连通，否则在加工中不会产生放电。图11-43 突尖 图11-44 利用拐角去除突尖 l凸模 2外框 3短路用金属 4固定夹具5粘接剂b. 切缝中插金属板的方法。将切割要掉下来的部分，用固定板固定起来，在切缝中插入金属板，金属板长度与工件厚度大致相同，金属板应尽量向切落侧靠近，如图11-45所示。切割时应往金属板方向多切入大约一个线电极直径的距离。c. 用多次切割的方法 工件切断后，对突尖进行多次切割精加工。如图11-46所示，切割次数的多少，主要看加工对象精度要求的高低和突尖的大小来确定。 (3) 工作液的准备 根据线切割机床的类型和加工对象，选择工作液的种类、浓度及导电率等。对快速走丝线切割加工，一般常用质量分数为10左右的乳化液，此时可达到较高的线切割速度。对于慢速走丝线切割加工，普遍使用去离子水。 图11-45 插入金属板去除突尖 图 11-46 二次切割去除突尖的路线1-固定夹具 2-电极丝 3-属板 4-用金属（三）加工参数的选择（1）电参数的选择1）空载电压。空载电压的高低，一般可按表11-6所列情况来进行选择。表11-6 空载电压的选择 2）放电电容。在使用纯铜线电极时，为了得到理想的表面粗糙度，减小拐角的塌角，放电电容要小；在使用黄铜丝电极时，进行高速切割，希望减小腰鼓量，要选用大的放电电容量。3）脉宽和间隔。可根据电容量的大小来选择脉冲宽度和间隔，如表11-7所示。要求理想的表面粗糙度时，脉冲宽度要小，间隔要大。表11-7 脉宽和间隔的选择4）峰值电流。峰值电流Ie主要根据表面粗糙度和电极丝直径选择。要求Ra值小于1.25m时，Ie取6.8A以下；要求Ra值为1.252.5m时，Ie取612A；Ra值大于2.5m时，Ie可取更高的值。电极丝直径越粗，Ie的取值可越大。表11-8所示是不同直径钼丝可承受的最大值峰值电流。表11-8 峰值电流与铜丝直径的关系（2）速度参数的选择1）进给速度。工作台进给速度太快，容易产生短路和断丝，工作台进给速度太慢，加工表面的腰鼓量就会增大，但表面粗糙度较小，正式加工时，一般将试切的进给速度下降1020，以防止短路和断丝。2）走丝速度。走丝速度应尽量快一些，对快走丝线切割来说，会有利于减少因线电极损耗对加工精度的影响，尤其是对厚工件的加工，由于线电极的损耗，会使加工面产生锥度。一般走丝速度是根据工件厚度和切割速度来确定的。（3）线径偏移量的确定 正式加工前，按照确定的加工条件，切一个与工件相同材料、相同厚度的正方形，测量尺寸，确定线径偏移量。在积累了足够的工艺数据或生产厂家提供了有关工艺参数时，可参照相关数据确定。进行多次切割时，要考虑工件的尺寸公差，估计尺寸变化，分配每次切割时的偏移量。偏移量的方向，按切割凸模或凹模以及切割路线的不同而定。四、工件的装夹和位置校正（一）对工件装夹的基本要求（1)工件的装夹基准面应清洁无毛刺，经过热处理的工件，在穿丝孔或凹模类工件扩孔的台阶处，要清理热处理液的渣物及氧化膜表面。（2）夹具精度要高，工件至少用两个侧面固定在夹具或工作台上，如图11-47所示。（3）装夹工件的位置要有利于工件的找正，并能满足加工行程的需要，工作台移动时，不得与丝架相碰。 （4）装夹工件的作用力要均匀，不得使工件变形或翘起。（5）批量零件加工时，最好采用专用夹具，以提高效率。图11-47 工件的固定（6）细小、精密、壁薄的工件应固定在辅助工作台或不易变形的辅助夹具上，如图11-48所示。图11-48 辅助工作台和夹具a)辅助工作台 b)夹具（二）工件的装夹（1）悬臂支撑方式 图11-49所示的悬臂支撑方式装夹方便、通用性强，。但工件平面与工作台面找平困难，工件受力时位置易变化。因此，只在工件加工要求低或悬臂部分小的情况下使用。 图11-49 悬臂支撑方式（2）两端支撑方式 两端支撑方式是将工件两端固定在夹具上，如图11-50所示。用这种方式装夹方便、稳定，。定位精度高。但不适于装夹较小的工件。(3)桥式支撑方式 是在两端支撑的夹具上两块支撑垫铁(见图11-51)。桥式支撑方式件方便，对大、中、小型工件都适用。图11-50 两端支撑方式 图11-51 桥式支撑方式（4）板式支撑方式 板式支撑方式是根据常规工件的形状，制成具有矩形或圆形孔的支撑板夹具(见图11-52)。此种方式装夹精度高，适用于常规与批量生产。同时，也可增加纵、横方向的定位基准。（5）复式支撑方式 在通用夹具上装夹专用夹具，便成为复式支撑方式(见图11-53)。此方式对于批量加工尤为方便，可缩短装夹和校正时间，提高效率。图11-52板式支撑方式图 图11-53复式支撑方式（三）工件位置的校正方法（1）拉表法 拉表法是利用磁力表架，将百分表固定在丝架或其它固定位置上，百分表头与工件基面接触，往复移动床鞍，按百分表指示数值调整工件。校正应在三个方向上进行(见图11- 54)。（2）划线法 工件待切割图形与定位基准相互位置要求不高时，可采用划线法(见图11-55)。固定在丝架上的一个带有顶丝的零件将划针固定，划针尖指向工件图形的基准线或基准面，移动纵(或横)向床鞍，据目测调整工件进行找正。该法也可以在粗糙度较差的基面校正时使用。（3）固定基面靠定法 利用通用或专用夹具纵、横方向的基准面，经过一次校正后，保证基准面与相应坐标方向一致。于是具有相同加工基准面的工件可以直接靠定，就保证了工件的正确加工位置(见图11-56)。图11-54 拉表法校正 图11-55 划线法校正 图11-56 固定基面靠定法（四）线电极的位置校正在线切割前，应确定线电极相对于工件基准面或基准孔的坐标位置。（1）目视法 对加工要求较低的工件，在确定线电极与工件有关基准线或基准面相互位置时，可直接利用目视或借助于28倍的放大镜来进行观察。图11-57所示为观察基准面来确定线电极位置。当线电极与工件基准面初始接触时，记下相应床鞍的坐标值。线电极中心与基准面重合的坐标值，则是记录值减去线电极半径值。图11-58所示为观测基准线来确定线电极位置。利用穿丝孔处划出的十字基准线，观测线电极与十字基准线的相对位置，移动床鞍，使线电极中心分别与纵、横方向基准线重合，此时的坐标值就是线电极的中心位置。（2）火花法 火花法是利用线电极与工件在一定间隙时发生火花放电来确定线电极的坐标位置(见图11-59)。移动拖板，使线电极逼近工件的基准面，待开始出现火花时，记下拖板的相应坐标值来推算线电极中心坐标值。此法简便、易行。但线电极运转抖动会导致误差，放电也会使工件的基准面受到损伤。此外，线电极逐渐逼近基准面时，开始产生脉冲放电的距离，往往并非正常加工条件下线电极与工件间的放电距离。图11-57 观测基准面校正线电极位置图11-58 观测基准线校正线电极位置图11-59 火花法校正线电极位置（3）自动法 自动找中心是为了让线电极在工件的孔中心定位。具体方法为：移动横向床鞍，使电极丝与孔壁相接触，记下坐标值x1，反向移动床鞍至另一导通点，记下相应坐标值x2，将拖板移至两者绝对值之和的一半处，即(|x1|+| x2|)2的坐标位置。同理也可得到y1和y2，则基准孔中心与线电极中心相重合的坐标值为(|x1|+| x2|)2，(|y1|+| y2|)2，如图11-60所示。图11-60自动法11.2.3超声加工超声加工（Ultrasonic Machining简称USM）是随着机械制造和仪器制造中各种脆性材料和难加工材料的不断出现而得到应用和发展的。它较好弥补了在加工脆性材料方面的某些不足，井显示出其独特的优越性。一、超声加工的原理和特点（一）超声加工的原理超声加工也叫超声波加工，是利用产生超声振动的工具，带动工件和工具间的磨料悬浮液，冲击和抛磨工件的被加工部位，使局部材料破坏而成粉末，以进行穿孔、切割和研磨等，如图11-61所示。加工时工具以一定的静压力压在工件上，在工具和工件之间送入磨料悬浮液(磨料和水或煤油的混合物)，超声换能器产生16kHz以上的超声频轴向振动，借助于变幅杆把振幅放大到0.020.08mm左右，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度不断地撞击、抛磨被加工面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从工件上去除下来。工作液受工具端面超声频振动作用而产生的高频、交变的液压冲击，使磨料悬浮液在加工间隙中强迫循环，将钝化了的磨料及时更新，并带走从工件上去除下来的微粒。随着工具的轴向进给，工具端部形状被复制在工件上。由于超声波加工是基于高速撞击原理，因此愈是硬脆材料，受冲击破坏作用也愈大，而韧性材料则由于它的缓冲作用而难以加工。 图11-61 超声加工原理示意图l一工件 2一工具 3一变幅杆 4一换能器 5一超声发生器 6一磨料悬浮液（二）超声加工特点（1）适于加工硬脆材料(特别是不导电的硬脆材料)，如玻璃、石英、陶瓷、宝石、金刚石、各种半导体材料、淬火钢、硬质合金等。（2）由于是靠磨料悬浮液的冲击和抛磨去除加工余量，所以可采用较工件软的材料作工具。加工时不需要便工具和工件作比较复杂的相对运动。因此，超声加工机床的结构比较简单、操作维修也比较方便。（3）由于去除加工余量是靠磨料的瞬时撞击，工具对表面的宏观作用力小，热影响小，不会引起变形及烧伤，因此适合于加工薄壁零件及工件的窄槽、小孔。超声加工的精度，一般可达0.010.02mm，表面粗糙度可达Ra0.63m左右，在模具加工中用于加工某些冲模、拉丝模以及抛光模具工作零件的成形表面。超声加工方法常用于模具型孔和型腔的加工，另外也用于其它零件的加工、脆硬材料的切割和超声清洗等。二、影响加工速度和质量的因素（一）加工速度及其影响因素超声加工的加工速度(或生产率)是指单位时间内被加工材料的去除量，其单位用mm3min或gmin表示。相对其它特种加工而言，超声加工生产率较低，一般为150mm3min。加工玻璃的最大速度可达4002000mm3min。影响加工速度的主要因素有；（1）工具的振幅和频率 提高振幅和频率，可以提高加工速度。但过大的振幅和过高的频率会使工具和变幅杆产生大的内应力，通常振幅范围在0.010.1mm，频率在1625kHz之间。（2）进给压力 加工时工具对工件所施加的压力的大小，对生产率影响很大，压力过小则磨料在冲击过程中损耗于路程上的能量过多，致使加工速度降低；而压力过大，则使工具难以振动，并会使加工间隙减小，磨料和工作液不能顺利循环更新，也会使加工速度降低。因此存在一个最佳的压力值。该值一般由实验决定。（3）磨料悬浮液 磨料的种类、硬度、粒度、磨料和液体的比例及悬浮液本身的粘度等对超声加工都有影响。磨料硬，磨粒粗则生产率高，但在选用时还应考虑经济性与表面质量要求。一般用碳化硼、碳化硅加工硬质合金，用金刚石磨料加工金刚石和宝石材料。至于般的玻璃、石英、半导体材料等则采用刚玉(A12O3)作磨料。最常用的工作液是水，磨料与水的较佳配比(重量比)为0.8l。为了提高表面质量，有时也用煤油或机油。（4）被加工材料 超声加工适于加工脆性材料，材料愈脆，承受冲击载荷的能力愈差，愈容易被冲击碎，即加工速度愈快。如以玻璃的可加工性作标准，为100。则石英为50；硬质合金为23；淬火钢为l；而锗、硅半导体单晶为200250。除此之外，工件加工面积、加工深度、工具面积、磨料悬浮液的供给及循环方式对加工速度也都有一定影响。（二）加工精度及其影响因素超声加工的精度除受机床、夹具精度影响外磨料粒度、加工深度、被加工材料性质等有关。主要与工具制造及安装精度、工具的磨损、超声加工精度较高，可达0.0l0.02mm，一般加工孔的尺寸精度可达土(0.020.05)mm。磨料愈细，加工精度愈高。工具安装时，要求工具质量中心在整个超声振动系统的轴心线上，否则在其纵向振动时会出现横向振动，破坏成形精度。工具的磨损直接影响圆孔及型腔的形状精度。为了减少工具磨损对加工精度的影响，可将粗、精加工分开，并相应地更换磨料粒度。还应合理选择工具材料。对于圆孔，采用工具或工件旋转的方法，可以减少圆度误差。（三）表面质量及其影响因素超声加工具有较好的表面质量，表面层无残余应力，不会产生表面烧伤与表面变质层。表面粗糙度可达Ra0.630.08m。加工表面质量主要与磨料粒度、被加工材料性质，工具振动的振幅、磨料悬浮液的性能及其循环状况有关。当磨粒较细，工件硬度较高，工具振动的振幅较小时，被加工表面的粗糙度将得到改善，但加工速度也随之下降。工作液的性能对表面粗糙度的影响比较复杂，用煤油或机油作工作液可使表面粗糙度有所改善。11.3任务实施11.3.1凸模线切割加工工艺编制数控线切割加工应用最广的是冷冲模加工，冲模一般主要由凸模、凹模、凸模固定板、卸料板、侧刃、侧导板等零件组成。在线切割加工时，安排加工顺序的原则是先切割卸料板、凸模固定板等非主要件，然后再切割凸模、凹模等主要件。这样，在切割主要件之前，通过对非主要件的切割，可检验操作人员在编程过程中是否存在错误，同时也能检验机床和控制系统的工作情况，若有问题可及时得到纠正。图11-63所示为一冷冲模凸模工件。其加工工艺路线安排为：下料锻造退火刨上下平面钳工钻穿丝孔淬火与回火磨上下平面线切割加工成形钳工修整。对于一定批量或常规生产的小型模件可以在一块坯件上分别依次加工成形。 图11-63 凸模对于图11-1所示的数字冲裁模凸凹模的加工，凸凹模与相应凹模和凸模的双面间隙为0.010.02mm。材料为CrWMn。因凸模形状较复杂，为满足其技术要求，采用以下主要措施：(1) 淬火前工件坯料上预制穿丝孔，如图11-1中孔D。(2) 将所有非光滑过渡的交点用半径为0.1mm的过渡圆弧连接。(3) 先切割两个2.3mm小孔，再由辅助穿丝孔位开始，进行凸凹模的成形加工。(4) 选择合理的电参数，以保证切割表面粗糙度和加工精度的要求。加工时的电参数为：空载电压峰值80V；脉冲宽度8s；脉冲间隔30s；平均电流1.5A。采用快速走丝方式，走丝速度9ms；线电极为0.12mm 的钼丝；工作液为乳化液。加工结果如下：切割速度2030mm2min；表面粗糙度Ra1.6m。通过与相应的凸模、凹模试配，可直接使用。11.3.1凹模线切割加工工艺编制如图11-64的凹模，其加工工艺路线为：下料锻造退火刨六面磨上下平面和基面钳工钻穿丝孔淬火和回火磨上下平面和基面线切割加工成型钳工修配。图11-64凹模针对图11-2所示的卡箍落料模凹模，属于大、中型冷冲模为。工件材料为Crl2MoV，凹模工作面厚度10mm。该凹模待加工图形行程长，重量大，厚度高，去除金属量大。为保证工件的加工质量，采取如下工艺措施： (1)为保证型孔位置的硬度及减少热处理过程中产生的残余应力，除热处理工序应采取必要的措施外，在淬硬前，应增加一次粗加工（铣削或线切割），使凹模型孔各面均留24mm的余量。(2) 加工时采用双支撑的装夹方式，即利用凹模本身架在两夹具体定位平面上。(3) 因去除金属重量大，在切割过半，特别是快完成加工时，废料易发生偏斜和位移，而影响加工精度或卡断线电极。为此，在工件和废料块的上平面上，添加一平面经过磨削的永久磁钢，以利于废料块在切割的全过程中位置固定。加工时选择的电参数为：空载电压峰值95V；脉冲宽度25s；脉冲间隔78s；电流1.8A。采用快速走丝方式，走丝速度为9m/s；线电极为0.3mm的黄铜丝：乳化液。加工结果；切割速度4050mm2min；表面粗糙度和加工精度均符合要求。企业专家点评：东方电机股份有限公司罗大兵高级工程师：数控电火花线切割加工的主要工艺要求要解决一下几个关键方面的技术，一是线电极准备，二是工件准备，三是工作液的准备；要合理确定工艺参数；正确确定穿丝孔位置和走丝路径等。17