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1、*,*,*,*,*,第六章數(shù)控電火花加工工藝,電火花加工又稱放電加工（,Electrical Discharge Machining,簡(jiǎn)稱,EDM），,按加工方式不同電火花加工又分為電火花成形加工，電火花線切割加工、電火花高速小孔加工，電火花磨削、電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工和電火花表面強(qiáng)化與刻字等六種。,這里我們只學(xué)習(xí)工廠應(yīng)用較普遍的電火花成形加工、電火花線切割加工的加工原理、特點(diǎn)、應(yīng)用和工藝。,1,電火花成形加工機(jī)床,電火花成形加工原理,電火花成形加工特點(diǎn)及應(yīng)用,影響電火花成形加工因素,電火花線切割加工機(jī)床,電火花線切割加工原理,電火花線切割加工特點(diǎn)應(yīng)用,電火花線切割加工工藝,電火花成形加工機(jī)床

2、,2,電火花成形加工機(jī)床,機(jī)床主體,：,用于夾持工具電極及支承工件，保證它們的相對(duì)位置，并實(shí)現(xiàn)電極在加工過程中的穩(wěn)定進(jìn)給運(yùn)動(dòng),脈沖電源：,把交流電流轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流,伺服系統(tǒng)：,使主軸作伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng),工作液循環(huán)系統(tǒng)：,提供清潔的、有一定壓力的工作液,常見的電火花成形加工機(jī)床由機(jī)床主體、脈沖電源、伺服系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。,電火花成型加工機(jī)床,3,電火花成形加工原理,必須使接在不同極性上的工具和工件之間保持一定的距離以形成放電間隙,脈沖波形是單向的,放電必須在具在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行,有足夠的脈沖放電能量，以保證放電部位的金屬被熔化或氣化,電火花成形加工的基本

3、原理是基于工具和工件（正、負(fù)電極）之間脈沖火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的金屬，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求,電火花成形加工的條件,脈沖電流波形圖,4,電火花成形加工原理,自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置能使工件和工具電極保持給定的放電間隙。脈沖電源輸出的電壓加在液體介質(zhì)中的工件和工具電極(以下簡(jiǎn)稱電極)上，當(dāng)電壓升高到液體介質(zhì)的擊穿電壓時(shí)，會(huì)使液體介質(zhì)在絕緣強(qiáng)度最低處被擊穿，產(chǎn)生火花放電。瞬間高溫使工件和電極表面都被蝕除掉一小塊材料，形成小的凹坑。,一次脈沖放電之后，兩極間的電壓急劇下降到接近于零，間隙中的電介質(zhì)立即恢復(fù)到絕緣狀態(tài)。此后，兩極間的電壓再次升高，又在另一處絕緣強(qiáng)度最小的地

4、方重復(fù)上述放電過程。多次脈沖放電的結(jié)果，使整個(gè)被加工表面由無數(shù)小的放電凹坑構(gòu)成。,電火花成形加工原理,5,電火花成形加工原理,電極,工件,工作液,電子,初始狀態(tài),介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道,火花放電產(chǎn)生熔化、氣化、熱膨脹,拋出蝕除物,間隙介質(zhì)消電離（恢復(fù)絕緣狀態(tài)）,6,電火花成形加工原理,極性效應(yīng),概念,產(chǎn)生,原因,火花放電時(shí)電極和工件都會(huì)被蝕除掉，但蝕除的速度是不同的，這種現(xiàn)象稱為極性效應(yīng),由于電子的質(zhì)量小、離子質(zhì)量大，它們?cè)陔妶?chǎng)力作用下轟擊陽極和陰極的能量不同。,長(zhǎng)脈沖加工時(shí),，,正離子對(duì)負(fù)極的轟擊,能量大，工件接正極（稱正極性加工）。,短脈沖加工時(shí)正好相反,極性效應(yīng)愈顯著愈好！,7,適

5、合于機(jī)械加工方法難于加工的材料的加工，如淬火鋼、硬質(zhì)合金、耐熱合金等。,可加工特小孔、深孔、窄縫及復(fù)雜形狀的零件，如各種型孔、立體曲面、復(fù)雜形狀的工件，小孔、深孔、窄縫等,電火花成形加工特點(diǎn)及應(yīng)用,優(yōu)點(diǎn),電火花成形加工的特點(diǎn),缺點(diǎn),只能加工導(dǎo)電工件,加工速度慢,由于存在電極損耗，加工精度受限制,8,電火花成形加工特點(diǎn)及應(yīng)用,電火花成形加工的特點(diǎn)舉例,1.,沒有機(jī)械力施加在工件上,傳統(tǒng)加工需要的較大的夾緊力,EDM,只須很小的夾緊力,2.,不受工件材料硬度等方面的限制,傳統(tǒng)加工受工件材料硬度限制,EDM,不受工件材料硬度限制,傳統(tǒng)加工不可能獲得直角,EDM,很容易獲得直角,9,電火花成形加工特點(diǎn)

6、及應(yīng)用,電火花成形加工主要用于電火花穿孔（用電火花成形加工方法加工通孔）和電火花型腔加工。,電火花穿孔加工：主要用于加工沖模和各種異形孔。,電火花型腔加工：主要用于加工各類型腔模和各類復(fù)雜的型腔零件。,型腔加工屬于盲孔加工，金屬蝕除量大，工作液循環(huán)困難，電蝕產(chǎn)物排除條件差，電極損耗不能用增加電極長(zhǎng)度和進(jìn)給來補(bǔ)償；加工面積大，加工過程中要求電規(guī)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)范圍也較大；型腔復(fù)雜，電極損耗不均勻，影響加工精度。,電火花成形加工的應(yīng)用,10,電火花成形加工特點(diǎn)及應(yīng)用,電火花成型加工應(yīng)用舉例,花紋、文字加工,冷沖模穿孔加工,型腔加工,窄縫深槽加工,11,電火花成形加工特點(diǎn)及應(yīng)用,電火花成型加工應(yīng)用舉例,這是

7、大量生產(chǎn)的塑料勺子示意圖,1.,首先進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),然后按照設(shè)計(jì)的圖樣制作銅電極,2.,銅電極安裝到,EDM,機(jī)床上,作為塑料凹模的工件也安裝到工作臺(tái)上,12,電火花成形加工特點(diǎn)及應(yīng)用,電火花成型加工應(yīng)用舉例,3.,利用火花放電原理加工,4.,完成凹模的加工,5.,凸凹模分別安裝到注塑機(jī)上,及可生產(chǎn)出合格的塑料產(chǎn)品,13,影響電火花成形加工因素,影響加工速度的因素,影響加工精度的因素,影響表面質(zhì)量的因素,矩形脈沖的峰值電流、脈沖寬度和脈間,；,工件材料、工作液,機(jī)床精度、工件的裝夾精度、電極制造及裝夾精度,放電間隙、電極損耗和加工斜度,脈沖寬度,峰值電流,14,影響電火花成形加工因素,工件表面粗

8、糙度取決于火花的大小。如果放電能量大，則表面粗糙度大，另一方面，切割速度加快,如果火花放電能量小，工件表面粗糙度則細(xì)。但切割速度將變慢,電火花加工獲得的不同表面粗糙度的表面,15,電火花成形加工工藝,電火花冷沖模穿孔加工工藝方法,將凸模加長(zhǎng)作電極，加工后去掉加長(zhǎng)部分,凸模的加長(zhǎng)部分選用與凸模不同的材料，,如鑄鐵、銅等粘接或釬焊在凸模上，與凸模一,起加工，以粘接或釬焊部分作穿孔電極的工作,部分。當(dāng)凸、凹模配合間隙很小不好直接保證,放電間隙時(shí)時(shí)，可將電極的工作部分用化學(xué)浸,蝕法蝕除一層金屬，反之，可以用電鍍法將電,極工作部位的斷面尺寸均勻擴(kuò)大以滿足加工時(shí),的間隙要求,直接法,混合法,穿孔加工圖,1

9、6,電火花成形加工工藝,電火花型腔加工工藝方法,用多個(gè)電極，依次更換加工同一個(gè),型腔，用于精密型腔加工,根據(jù)型腔的幾何形狀，把電極分解成,若干個(gè)，用主型腔電極加工型腔主要,部分，再用副型腔電極加工出尖角、,窄縫型腔等部位,圖片,單電,極法,多電,極,法,分解電極,法,單電極加工形狀簡(jiǎn)單、精度要求不,高的型腔,單電極搖動(dòng)完成型腔的粗、中、精,加工,17,電火花成形加工工藝,電極材料,常用電極,材料種類,電極材料,的選用,應(yīng)選擇損耗小、加工過程穩(wěn),定、生產(chǎn)率高、機(jī)械加工性,能良好、來源豐富、價(jià)格低,廉的材料作電極材料,表,型腔加工常用電極材料主要是石墨和,電火花穿孔：紫銅、鑄鐵、鋼等。,紫銅。紫銅

10、組織致密，適用于形狀復(fù)雜,輪廓清晰、精度要求較高模具。石墨電,極容易成形，密度小，宜作大、中,型電極,18,電火花成形加工工藝,電規(guī)準(zhǔn)的選,擇與轉(zhuǎn)換,粗規(guī)準(zhǔn),中規(guī)準(zhǔn),精規(guī)準(zhǔn),電規(guī)準(zhǔn)是電火花加工中所選用的一組電脈沖參數(shù)。,電規(guī)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)工件的加工要求、電極和工件材料、加工的工藝指標(biāo)等因素來選擇。,通常要用幾個(gè)規(guī)準(zhǔn)才能完成凹模型孔 或型腔模型腔加工的全過程,粗規(guī)準(zhǔn)主要用于粗加工。一般采用較大的電流峰值，較長(zhǎng)的脈沖寬度,中規(guī)準(zhǔn)是粗、精加工間過渡性的電規(guī)準(zhǔn)，中等大小的電流峰值和脈沖寬度,精規(guī)準(zhǔn) 用來進(jìn)行精加工，采用小的電流峰值、高頻率和短的脈沖寬度,19,電火花成形加工工藝,電極的裝夾和校正,常用的電極

11、夾具,用直角尺、百分表測(cè)定電極垂直度,按電極固定板基準(zhǔn)面校正電極,圖,圖,圖,20,電火花成形加工工藝,課堂討論,電機(jī)風(fēng)葉塑料模,圖2,1.分析零件圖,2.,選擇電極的材料,3.選擇加工方式,4.加工中應(yīng)注意的其它問題,圖1,電火花加工如圖,電機(jī)風(fēng)葉塑料,模型腔，已知材料為,45,號(hào)鋼，型腔表面粗糙度,Ra2.5m，,討論以下問題：,21,電火花線切割加工機(jī)床,電火花線切割加工是在電火花成形加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是用線狀電極（鉬絲或銅絲）通過火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割。,電火花線切割加工機(jī)床,根據(jù)電極絲運(yùn)行速度不同分為快走絲和慢走絲兩種機(jī)床，其組成主要包括：,機(jī)床主體：,包括床身、坐標(biāo)工作臺(tái)、走

12、絲機(jī)構(gòu)等,脈沖電源：,把交流電流轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流,控制系統(tǒng)：,控制機(jī)床運(yùn)動(dòng),工作液循環(huán)系統(tǒng)：,提供清潔的、有一定壓力的工作液,22,電火花線切割加工原理,線切割加工的基本原理與電火花成形加工相同，但加工方式不同，它是用細(xì)金屬絲作電極。線切割加工時(shí)，線電極一方面相對(duì)于工件不斷地移動(dòng)(慢速走絲是單向移動(dòng)，快速走絲是往返移動(dòng))，另一方面，裝夾工件的十字工作臺(tái)，由數(shù)控伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在,x、y,軸方向?qū)崿F(xiàn)切割進(jìn)給，使線電極沿加工圖形的軌跡運(yùn)動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行切割加工。,23,適合于機(jī)械加工方法難于加工的材料的加工，如淬火鋼、硬質(zhì)合金、耐熱合金等。,以金屬線為工具電極，節(jié)約了電極設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用和時(shí)

13、間，能方便地加工形狀復(fù)雜的外形和通孔，能進(jìn)行套料加工。,沖模加工的凸凹模間隙可以任意調(diào)節(jié),電火花線切割加工特點(diǎn)應(yīng)用,優(yōu)點(diǎn),電火花線切割加工的特點(diǎn),缺點(diǎn),被加工材料必須導(dǎo)電,不能加工盲孔,24,線切割廣泛用于加工硬質(zhì)合金、淬火鋼模具零件、樣板、各種形狀復(fù)雜的細(xì)小零件、窄縫等。如形狀復(fù)雜、帶有尖角窄縫的小型凹模的型孔可采用整體結(jié)構(gòu)在淬火后加工，既能保證模具精度，也可簡(jiǎn)化模具設(shè)計(jì)和制造。此外，電火花線切割還可加工除盲孔以外的其它難加工的金屬零件,電火花線切割加工特點(diǎn)應(yīng)用,電火花線切割加工的應(yīng)用,25,電火花線切割加工特點(diǎn)應(yīng)用,電火花線切割加工的應(yīng)用實(shí)例,各種零件的加工,冷沖凸模的加工,棱錐體形件,多

14、孔窄縫加工,26,電火花線切割加工工藝,電火花線切割加工工藝指標(biāo),切割,速度,切割,精度,表面粗,糙度,即單位時(shí)間內(nèi)電極絲中心線在工件上切過的,面積總和，快走絲線為40,80,mm,2,min，,慢,走絲可達(dá)350,mm,2,min,快走絲線切割加工的,R,a,值一般為1.25,2.5,m,慢走絲線切割的,R,a,值可達(dá)0.3,m,快走絲線切割精度可達(dá)一般為0.015,0.02,mm；,慢走絲線切割精度可達(dá)0.001,mm,左右,27,電火花線切割加工工藝,影響工藝指標(biāo)的主要因素,主要電,參數(shù),線電極,工件,厚度,1,）峰值電流,2）脈沖寬度,3）脈沖間隔,工件太薄，電極絲易產(chǎn)生抖動(dòng)，對(duì)加工精

15、度和,表面粗糙度不利。工件太厚，工作液難于進(jìn)入,和充滿放電間隙，加工穩(wěn)定性差,1）直徑：,2)走絲速度,28,電火花線切割加工工藝,線,切割加工工藝過程,分析,l,零件圖,指定工藝路線,選配工作液,模坯準(zhǔn)備,確定切割路線,機(jī)械加工基準(zhǔn)凹模型孔漏料部分、螺釘孔、銷釘孔、穿絲孔等,計(jì)算偏移量,編 制 程 序,淬火回火,磨削基準(zhǔn)面,退 磁,線 切 割,確定電極絲,選擇電參數(shù),29,電火花線切割加工工藝,零件工藝分析,線電極軌跡與加工面,距離,l=d2+,尖角和,凹角尺,寸分析,線電極軌跡：,零件凹角半徑：,R,1,l=d2+,零件尖角半徑：,R,2,=R,1,Z/2,精度和表面,粗糙度的分析,加工精

16、度和表面粗糙度應(yīng)符合要求,30,電火花線切割加工工藝,線電極的選擇,一般情況下，快速走絲機(jī)床常用鉬絲作線電極，,鎢絲或其它昂貴金屬絲因成本高而很少用，其,它線材因抗拉強(qiáng)度低，在快速走絲機(jī)床上不能,使用。慢速走絲機(jī)床上則可用各種銅絲、鐵絲，,專用合金絲以及鍍層,(,如鍍鋅等,),的電極絲,31,電火花線切割加工工藝,穿絲孔的確定,直徑一般310,mm,為使切割軌跡短和更于編程，穿絲孔應(yīng)設(shè),在邊角處、在已知坐標(biāo)尺寸的交點(diǎn)處或型,孔中心,為避免將坯件外形切斷引起變形，,應(yīng)在坯料內(nèi)打穿絲孔,凹模、孔,類零件,凸模類,零件,穿絲孔,的尺寸,32,電火花線切割加工工藝,工件校正和裝夾,夾具定位,用百分表找正,懸臂式,兩端支,撐式,橋式支,撐式,工件的,校正,工件的裝,夾方式,33,電火花線切割加工工藝,線電極位置的校正,目視法,火花法,自動(dòng)法,利用機(jī)床自動(dòng)找正功能找孔中心,利用線電極與工件在一定間,隙時(shí)發(fā)生火花放電來確定線,電極的坐標(biāo)位置,直接利用目視或借助于放大,鏡來確定線電極的坐標(biāo)位置,34,電火花線切割加工工藝,課堂討論,線切割加工如圖凹模刃口尺寸，已知材料為,Cr12，,已知凸凹模雙面間隙