第六章 数控电火花加工工艺

*,*,*,*,*,第六章数控电火花加工工艺,电火花加工又称放电加工（,Electrical Discharge Machining,简称,EDM），,按加工方式不同电火花加工又分为电火花成形加工，电火花线切割加工、电火花高速小孔加工，电火花磨削、电火花同步共轭回转加工和电火花表面强化与刻字等六种。,这里我们只学习工厂应用较普遍的电火花成形加工、电火花线切割加工的加工原理、特点、应用和工艺。,1,电火花成形加工机床,电火花成形加工原理,电火花成形加工特点及应用,影响电火花成形加工因素,电火花线切割加工机床,电火花线切割加工原理,电火花线切割加工特点应用,电火花线切割加工工艺,电火花成形加工机床,2,电火花成形加工机床,机床主体,：,用于夹持工具电极及支承工件，保证它们的相对位置，并实现电极在加工过程中的稳定进给运动,脉冲电源：,把交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流,伺服系统：,使主轴作伺服进给运动,工作液循环系统：,提供清洁的、有一定压力的工作液,常见的电火花成形加工机床由机床主体、脉冲电源、伺服系统、工作液循环系统等几个部分组成。,电火花成型加工机床,3,电火花成形加工原理,必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距离以形成放电间隙,脉冲波形是单向的,放电必须在具在有一定绝缘性能的液体介质中进行,有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属被熔化或气化,电火花成形加工的基本原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求,电火花成形加工的条件,脉冲电流波形图,4,电火花成形加工原理,自动进给调节装置能使工件和工具电极保持给定的放电间隙。脉冲电源输出的电压加在液体介质中的工件和工具电极(以下简称电极)上，当电压升高到液体介质的击穿电压时，会使液体介质在绝缘强度最低处被击穿，产生火花放电。瞬间高温使工件和电极表面都被蚀除掉一小块材料，形成小的凹坑。,一次脉冲放电之后，两极间的电压急剧下降到接近于零，间隙中的电介质立即恢复到绝缘状态。此后，两极间的电压再次升高，又在另一处绝缘强度最小的地方重复上述放电过程。多次脉冲放电的结果，使整个被加工表面由无数小的放电凹坑构成。,电火花成形加工原理,5,电火花成形加工原理,电极,工件,工作液,电子,初始状态,介质电离、击穿，形成放电通道,火花放电产生熔化、气化、热膨胀,抛出蚀除物,间隙介质消电离（恢复绝缘状态）,6,电火花成形加工原理,极性效应,概念,产生,原因,火花放电时电极和工件都会被蚀除掉，但蚀除的速度是不同的，这种现象称为极性效应,由于电子的质量小、离子质量大，它们在电场力作用下轰击阳极和阴极的能量不同。,长脉冲加工时,，,正离子对负极的轰击,能量大，工件接正极（称正极性加工）。,短脉冲加工时正好相反,极性效应愈显著愈好！,7,适合于机械加工方法难于加工的材料的加工，如淬火钢、硬质合金、耐热合金等。,可加工特小孔、深孔、窄缝及复杂形状的零件，如各种型孔、立体曲面、复杂形状的工件，小孔、深孔、窄缝等,电火花成形加工特点及应用,优点,电火花成形加工的特点,缺点,只能加工导电工件,加工速度慢,由于存在电极损耗，加工精度受限制,8,电火花成形加工特点及应用,电火花成形加工的特点举例,1.,没有机械力施加在工件上,传统加工需要的较大的夹紧力,EDM,只须很小的夹紧力,2.,不受工件材料硬度等方面的限制,传统加工受工件材料硬度限制,EDM,不受工件材料硬度限制,传统加工不可能获得直角,EDM,很容易获得直角,9,电火花成形加工特点及应用,电火花成形加工主要用于电火花穿孔（用电火花成形加工方法加工通孔）和电火花型腔加工。,电火花穿孔加工：主要用于加工冲模和各种异形孔。,电火花型腔加工：主要用于加工各类型腔模和各类复杂的型腔零件。,型腔加工属于盲孔加工，金属蚀除量大，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差，电极损耗不能用增加电极长度和进给来补偿；加工面积大，加工过程中要求电规准的调节范围也较大；型腔复杂，电极损耗不均匀，影响加工精度。,电火花成形加工的应用,10,电火花成形加工特点及应用,电火花成型加工应用举例,花纹、文字加工,冷冲模穿孔加工,型腔加工,窄缝深槽加工,11,电火花成形加工特点及应用,电火花成型加工应用举例,这是大量生产的塑料勺子示意图,1.,首先进行产品设计,然后按照设计的图样制作铜电极,2.,铜电极安装到,EDM,机床上,作为塑料凹模的工件也安装到工作台上,12,电火花成形加工特点及应用,电火花成型加工应用举例,3.,利用火花放电原理加工,4.,完成凹模的加工,5.,凸凹模分别安装到注塑机上,及可生产出合格的塑料产品,13,影响电火花成形加工因素,影响加工速度的因素,影响加工精度的因素,影响表面质量的因素,矩形脉冲的峰值电流、脉冲宽度和脉间,；,工件材料、工作液,机床精度、工件的装夹精度、电极制造及装夹精度,放电间隙、电极损耗和加工斜度,脉冲宽度,峰值电流,14,影响电火花成形加工因素,工件表面粗糙度取决于火花的大小。如果放电能量大，则表面粗糙度大，另一方面，切割速度加快,如果火花放电能量小，工件表面粗糙度则细。但切割速度将变慢,电火花加工获得的不同表面粗糙度的表面,15,电火花成形加工工艺,电火花冷冲模穿孔加工工艺方法,将凸模加长作电极，加工后去掉加长部分,凸模的加长部分选用与凸模不同的材料，,如铸铁、铜等粘接或钎焊在凸模上，与凸模一,起加工，以粘接或钎焊部分作穿孔电极的工作,部分。当凸、凹模配合间隙很小不好直接保证,放电间隙时时，可将电极的工作部分用化学浸,蚀法蚀除一层金属，反之，可以用电镀法将电,极工作部位的断面尺寸均匀扩大以满足加工时,的间隙要求,直接法,混合法,穿孔加工图,16,电火花成形加工工艺,电火花型腔加工工艺方法,用多个电极，依次更换加工同一个,型腔，用于精密型腔加工,根据型腔的几何形状，把电极分解成,若干个，用主型腔电极加工型腔主要,部分，再用副型腔电极加工出尖角、,窄缝型腔等部位,图片,单电,极法,多电,极,法,分解电极,法,单电极加工形状简单、精度要求不,高的型腔,单电极摇动完成型腔的粗、中、精,加工,17,电火花成形加工工艺,电极材料,常用电极,材料种类,电极材料,的选用,应选择损耗小、加工过程稳,定、生产率高、机械加工性,能良好、来源丰富、价格低,廉的材料作电极材料,表,型腔加工常用电极材料主要是石墨和,电火花穿孔：紫铜、铸铁、钢等。,紫铜。紫铜组织致密，适用于形状复杂,轮廓清晰、精度要求较高模具。石墨电,极容易成形，密度小，宜作大、中,型电极,18,电火花成形加工工艺,电规准的选,择与转换,粗规准,中规准,精规准,电规准是电火花加工中所选用的一组电脉冲参数。,电规准应根据工件的加工要求、电极和工件材料、加工的工艺指标等因素来选择。,通常要用几个规准才能完成凹模型孔 或型腔模型腔加工的全过程,粗规准主要用于粗加工。一般采用较大的电流峰值，较长的脉冲宽度,中规准是粗、精加工间过渡性的电规准，中等大小的电流峰值和脉冲宽度,精规准 用来进行精加工，采用小的电流峰值、高频率和短的脉冲宽度,19,电火花成形加工工艺,电极的装夹和校正,常用的电极夹具,用直角尺、百分表测定电极垂直度,按电极固定板基准面校正电极,图,图,图,20,电火花成形加工工艺,课堂讨论,电机风叶塑料模,图2,1.分析零件图,2.,选择电极的材料,3.选择加工方式,4.加工中应注意的其它问题,图1,电火花加工如图,电机风叶塑料,模型腔，已知材料为,45,号钢，型腔表面粗糙度,Ra2.5m，,讨论以下问题：,21,电火花线切割加工机床,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，它是用线状电极（钼丝或铜丝）通过火花放电对工件进行切割。,电火花线切割加工机床,根据电极丝运行速度不同分为快走丝和慢走丝两种机床，其组成主要包括：,机床主体：,包括床身、坐标工作台、走丝机构等,脉冲电源：,把交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流,控制系统：,控制机床运动,工作液循环系统：,提供清洁的、有一定压力的工作液,22,电火花线切割加工原理,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，线电极一方面相对于工件不断地移动(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运动对工件进行切割加工。,23,适合于机械加工方法难于加工的材料的加工，如淬火钢、硬质合金、耐热合金等。,以金属线为工具电极，节约了电极设计和制造费用和时间，能方便地加工形状复杂的外形和通孔，能进行套料加工。,冲模加工的凸凹模间隙可以任意调节,电火花线切割加工特点应用,优点,电火花线切割加工的特点,缺点,被加工材料必须导电,不能加工盲孔,24,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,电火花线切割加工特点应用,电火花线切割加工的应用,25,电火花线切割加工特点应用,电火花线切割加工的应用实例,各种零件的加工,冷冲凸模的加工,棱锥体形件,多孔窄缝加工,26,电火花线切割加工工艺,电火花线切割加工工艺指标,切割,速度,切割,精度,表面粗,糙度,即单位时间内电极丝中心线在工件上切过的,面积总和，快走丝线为40,80,mm,2,min，,慢,走丝可达350,mm,2,min,快走丝线切割加工的,R,a,值一般为1.25,2.5,m,慢走丝线切割的,R,a,值可达0.3,m,快走丝线切割精度可达一般为0.015,0.02,mm；,慢走丝线切割精度可达0.001,mm,左右,27,电火花线切割加工工艺,影响工艺指标的主要因素,主要电,参数,线电极,工件,厚度,1,）峰值电流,2）脉冲宽度,3）脉冲间隔,工件太薄，电极丝易产生抖动，对加工精度和,表面粗糙度不利。工件太厚，工作液难于进入,和充满放电间隙，加工稳定性差,1）直径：,2)走丝速度,28,电火花线切割加工工艺,线,切割加工工艺过程,分析,l,零件图,指定工艺路线,选配工作液,模坯准备,确定切割路线,机械加工基准凹模型孔漏料部分、螺钉孔、销钉孔、穿丝孔等,计算偏移量,编 制 程 序,淬火回火,磨削基准面,退 磁,线 切 割,确定电极丝,选择电参数,29,电火花线切割加工工艺,零件工艺分析,线电极轨迹与加工面,距离,l=d2+,尖角和,凹角尺,寸分析,线电极轨迹：,零件凹角半径：,R,1,l=d2+,零件尖角半径：,R,2,=R,1,Z/2,精度和表面,粗糙度的分析,加工精度和表面粗糙度应符合要求,30,电火花线切割加工工艺,线电极的选择,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,31,电火花线切割加工工艺,穿丝孔的确定,直径一般310,mm,为使切割轨迹短和更于编程，穿丝孔应设,在边角处、在已知坐标尺寸的交点处或型,孔中心,为避免将坯件外形切断引起变形，,应在坯料内打穿丝孔,凹模、孔,类零件,凸模类,零件,穿丝孔,的尺寸,32,电火花线切割加工工艺,工件校正和装夹,夹具定位,用百分表找正,悬臂式,两端支,撑式,桥式支,撑式,工件的,校正,工件的装,夹方式,33,电火花线切割加工工艺,线电极位置的校正,目视法,火花法,自动法,利用机床自动找正功能找孔中心,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,直接利用目视或借助于放大,镜来确定线电极的坐标位置,34,电火花线切割加工工艺,课堂讨论,线切割加工如图凹模刃口尺寸，已知材料为,Cr12，,已知凸凹模双面间隙