1、模具特种加工技术 任务.学习电火花加工的基本知识 任务.学习电火花加工的工艺知识下一页返回 任务.电火花成型加工 任务.数控电火花加工方法上一页 下一页返回 任务.电火花线切割的使用、维护和保养 任务.数控电火花线切割的工艺上一页 下一页返回 任务.数控电火花线切割加工的工艺特点 任务.采用补偿方式加工凸模零件 任务.加工对称凸模 任务.加工带锥度的凹模 任务.应用 代码编程加工落料凹模上一页 下一页返回 任务.应用 线切割 系统绘制模具零件图 任务.应用 线切割 系统编制程序下一页返回上一页 任务.选择激光加工工艺 任务.正确选择电镀工艺上一页返回 任务.学习电火花加工的基本知识 任务.学习
2、电火花加工的工艺知识返回 任务描述 本任务主要描述电火花加工的基本原理、电火花加工机床的使用方法 任务分析 如果方孔冲模零件采用机械加工的方法加工 它的生产效率很低 表面质量也很难满足零件的需要 而采用电火花加工 可以加工出合格的零件。但在电火花加工前 必须要掌握电火花加工的基本知识、工作原理、电火花加工机床的使用方法等。知识准备下一页返回 一、电火花加工的基本概念 电火花加工又称放电加工()它是在加工过程中 使工具和电极之间不断产生脉冲性的火花放电 靠放电时产生的局部、瞬时的高温将金属蚀除下来。这种利用火花放电产生的腐蚀作用对金属材料进行加工的方法叫电火花加工。当工具电极与被加工电极逐渐接近
3、时 因放电间隙有绝缘液存在 加工电流无法通过 但是当间隙逐渐缩小到工具电极与工件电极最短距离时 因电场效应形成一个导电的电离通道而产生火花 形成细电弧柱 由于电流密度极高上一页 下一页返回 打击被加工工件时产生很高的热能使被加工工件熔化 被熔化部分变成金属熔滴和碎屑散布于加工液中 熔化的金属被抛出后 遗留的痕迹被加工液浸入冷却 使放电间隙恢复绝缘 而放电周围未被除去部分隆起 形成下一个脉冲电流的放电点。它可以加工各种高熔点、高硬度、高强度、高纯度、高韧性材料 并在生产中显示出很多优越性 因此得到迅速发展和广泛应用。在模具制造中被用于凹模型孔和型腔的加工。二、电火花加工的特点上一页 下一页返回
4、电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺 它不用机械能量 不靠切削力去除金属 而是直接利用电能和热能来去除金属 已成为常规切削、磨削加工的重要补充。相对于机械切削加工而言 电火花加工具有以下特点。()适用于传统机械加工方法难以加工或无法加工的材料。如淬火钢、硬质合金、耐热合金钢等。因为材料的去除是靠放电热蚀作用实现的 材料的加工性主要取决于材料的热学性能 如熔点、比热容、热导率等 几乎与其硬度、韧性等力学性能无关。工具电极材料不需要比工件硬 所以电极制造比较容易。上一页 下一页返回()可加工特殊及复杂形状的零件。由于在加工过程中 电极和工件不接触两者间的宏观作用力很小 所以便于加工各种型孔、
5、立体曲面、小孔、深孔、窄缝零件 而不受电极和工件刚度的限制。由于可以简单地将工具电极的形状反向复制到工件上 因此特别适用于薄壁、低刚性、弹性、微细及复杂形状表面的加工。由于其脉冲放电时间短 材料表面加工受热影响范围比较小 所以适宜于热敏性材料的加工。()电火花加工可以改变机械零件的加工工艺路线 由于电火花加工不受材料硬度、脆性等的影响 上一页 下一页返回 所以可以在零件淬火后进行加工 这样可以避免淬火过程中产生的热处理变形。如在模具零件加工制造中 可以将模具零件淬火到 的硬度 再进行电火花加工零件。()随着数控技术的发展 电火花加工容易实现加工过程自动化。加工过程中的电参数较机械量易于实现数字
6、控制 所以能进行零件加工中的粗加工、半精加工、精加工等各工序 从而简化加工工艺过程。上一页 下一页返回 三、电火花加工的局限性()电火花加工生产效率低。()被加工的工件只能是导体。()存在电极损耗 影响了成型精度。()加工表面有变质层。()加工过程必须在工作液中进行。电火花加工时放电部位必须在工作液中 否则将引起异常放电。()线切割加工有厚度极限。上一页 下一页返回 四、电火花加工的工作原理 电火花加工的原理是基于工具和工件(正、负电极)之间脉冲性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。其工作原理如图 ()所示。工件 与工具 分别与脉冲电源 的
7、两输出端相连接。自动进给调节装置 使工具和工件间经常保持一很小的放电间隙 这个间隙的大小与加工电压、加工介质等因素有关 一般为.。在加工过程中还必须用工具电极的进给和调节装置来保持这个放电间隙 使脉冲放电能连续进行。若脉冲电压加到两极之间 便在当时条件下相对某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质上一页 下一页返回 在该局部产生火花放电 瞬时高温使工具和工件表面都蚀除掉一小部分金属 各自形成一个小凹坑。从加工原理来看 电火花加工是将电极形状复制到工件上的一种工艺方法。在实际中可以加工通孔(穿孔加工)和盲孔(成型加工)。电火花加工的主要原理是:电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热量 能达到 以上
8、的温度 此温度足以使任何金属材料局部熔化、汽化而被腐蚀掉从而形成放电凹坑。随着比较高的频率连续不断地重复放电 工具电极就会不断地向工件进给 从而可将工具的形状复制在工件上 这样就可以加工出想要加工的零件。上一页 下一页返回 五、电火花加工的物理本质 电火花加工基于电火花腐蚀原理 是在工具电极与工件电极相互靠近时 极间形成脉冲性火花放电 在电火花通道中产生瞬时高温 使金属局部熔化 甚至气化 从而将金属蚀除下来。那么两电极表面的金属材料是如何被蚀除下来的呢?这一过程大致分为以下几个阶段 如图 所示。()极间介质的电离、击穿 形成放电通道 如图 ()所示。工具电极与工件电极缓缓靠近 极间的电场强度增
9、大 由于两电极的微观表面是凹凸不平的 因此在两极间距离最近的、处电场强度最大。上一页 下一页返回 工具电极与工件电极之间充满着液体介质 液体介质中不可避免地含有杂质及自由电子 它们在强大的电场作用下 形成了带负电的粒子和带正电的粒子 电场强度越大 带电粒子就越多 最终导致液体介质电离、击穿 形成放电通道。放电通道是由大量高速运动的带正电和带负电的粒子及中性粒子组成的。由于通道截面很小 通道内因高温热膨胀形成的压力高达数十兆帕 高温、高压的放电通道急速扩展 产生一个强烈的冲击波向四周传播。在放电的同时还伴随着光效应和声效应 这就形成了肉眼所能看到的电火花。()电极材料的熔化、气化热膨胀。液体介质
10、被电离、击穿 形成放电通道后 通道间带负电的粒子奔向正极 带正电的粒子奔向负极上一页 下一页返回 粒子间相互撞击 产生大量的热能 使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使工作液汽化 进而气化 然后高温向四周扩散 使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增 形成了爆炸的特性。所以观察电火花加工时，可以看到工件与工具电极间有冒烟现象 并听到轻微的爆炸声（)电极材料的抛出。正、负电极间产生的电火花现象使放电通道产生高温、高压。通道中心的压力最高 工作液和金属气化后不断向外膨胀 形成内外瞬间压力差 高压力处的熔融金属液体和蒸气被排挤 抛出放电通道大部分被抛入到工作
11、液中。仔细观察电火花加工 可以看到橘红色的火花四溅 这就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。上一页 下一页返回()极间介质的消电离。加工液流入放电间隙 将电蚀产物及残余的热量带走 并恢复绝缘状态。若电火花放电过程中产生的电蚀产物来不及排除和扩散 产生的热量将不能及时传出 使该处介质局部过热 局部过热的工作液高温分解、积炭 使加工无法继续进行 并烧坏电极。因此 为了保证电火花加工过程的正常进行 在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排出 恢复放电通道的绝缘性 使工作液介质消电离。上述步骤()()在 内数千次甚至数万次地往复进行 即单个脉冲放电结束 经过一段时间间隔(即脉冲间隔)使工作液恢复绝
12、缘后 第二个脉冲又作用到工具电极和工件上 又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电 上一页 下一页返回 蚀出另一个小凹坑。这样以相当高的频率连续不断地放电 工件不断地被蚀除 故工件加工表面将由无数个相互重叠的小凹坑组成 如图 所示。所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。六、电火花加工的必要条件 经过多年生产实际的总结 要想充分利用好电火花放电的现象来完成对机械零件的加工 必须满足以下 个条件。上一页 下一页返回()电火花放电时必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的小的放电间隙 这一间隙随加工条件而定 通常约为几微米至几百微米。如果间隙过小 很容
13、易形成电极间的短路 从而不能产生火花放电现象。如果间隙过大 两极间电压不能击穿极间介质 同样也不能产生火花放电现象。()电火花放电时必须在有一定绝缘性能的液体介质(工作液)中进行 如煤油、皂化液或去离子水等。在电火花生产过程中 液体介质一方面具有很高的绝缘强度以有利于产生脉冲性的火花放电。另一方面形成火花放电通道 并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态 同时能对在电火花加工过程中产生的电蚀产物清洗和排出 并能对工具、工件产生冷却作用。上一页 下一页返回()电火花放电时必须是瞬时的脉冲性放电 放电延续一段时间后 需休息一段时间 这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其他部分。为此 在电火花加工
14、中必须采用脉冲电源。七、电火花加工用的脉冲电源 电火花加工用的脉冲电源是把工频交流电压和电流转换成一定频率的单向脉冲电压和电流 以供给两电极放电间隙所需要的能量来进行金属加工。脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工精度、加工过程的稳定性和工具电极损耗等技术经济指标有很大的影响。因此 脉冲电源性能的好坏 在电火花加工设备和电火花加工工艺技术中 都具有十分重要的意义。上一页 下一页返回 八、电火花工作液 电火花加工必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行 该液体介质通常称为电火花工作液(或称为加工液)。电火花工作液是参与放电蚀除过程的重要因素 它的各种性能均会影响加工的工艺指标 所以要正确地选择
15、和使用电火花工作液。.电火花工作液的作用 电火花加工时 工作液有以下几方面的作用。()消电离作用。在脉冲间隔火花放电结束后 尽快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电火花放电。工作液有一定的绝缘强度 电阻率较高 放电间隙消电离、恢复绝缘时间短。上一页 下一页返回()排除电蚀产物作用。电火花加工过程中会产生大量的电蚀产物 如果这些电蚀产物不能及时排除 会影响到电火花的正常加工。而工作液可以使电蚀产物较易从放电间隙中排除出去 免得放电间隙严重污染 从而导致火花放电点不分散而形成有害的电弧放电。()冷却作用。由于电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热量 工作液可以冷却工具电极和
16、降低工件表面瞬时产生的局部高温 使工件表面不会因局部过热而产生积炭、烧伤现象。()增加电蚀量。工作液可以压缩火花放电通道 增加通道中被压缩气体、等离子体的膨胀及爆炸力 从而抛出更多熔化和气化的金属。上一页 下一页返回.电火花工作液的要求 电火花工作液与脉冲电源及控制系统一样 也是实现正常电火花加工不可缺少的条件。工作液不仅对加工效率、精度、电极损耗等工艺指标有直接的影响 也对环保、安全、使用寿命有直接的影响 因此对工作液提出了更高的要求。.电火花工作液的种类 早期的电火花工作液基本上都是使用水和一般矿物油(如煤油、变压器油等)。但近年来 随着环保要求的提高、机床升级换代以及引进国外不同类型的电
17、火花工作液等 开始出现了合成型、高速型和混合型的电火花工作液。目前 在我国市场上 常见的电火花工作液有以下几种。上一页 下一页返回()煤油。()水基及一般矿物油型。()合成型(或半合成型)。()高速合成型电火花加工液。.工作液的使用注意事项 随着电火花加工技术的不断完善与发展 要求对配套的电火花工作液进行正确的使用。在工作中只有正确使用电火花工作液 才能延长工作液的使用寿命 才能使电火花设备安全正常地生产 才能保证加工人员的人身安全。()防止溶解水带入。当空气的温度和湿度较高时 空气中的水分一部分被吸附在油中而成为溶解水 溶解水的出现引起工作台的锈蚀和油品混浊 也影响油品的介电性能。上一页 下
18、一页返回()预防工作液溅到加工人员身上。根据实验可知 当人体皮肤长时间接触工作液时 会引起皮肤干燥、开裂及过敏。因此 当皮肤接触到工作液时应及时用水加洗涤液洗净。当衣服沾染较多时应及时换下 并将身上沾的油洗净。九、电火花机床 电火花成型机床主要包括主机、电源箱、工作液循环过滤系统及附件等。主机用于支承、固定工具电极及工件 实现电极在加工过程中稳定的伺服进给运动。图 所示为一种典型的电火花成型加工机床。电火花加工机床既可用于穿孔加工 又可用于成型加工。因此 我国国标规定 电火花成型机床均用 加上机床工作台面宽度的/表示。其型号表示方法如下:上一页 下一页返回.电火花加工机床结构 电火花加工机床主
19、要由机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、数控系统等部分组成。上一页 下一页返回.电火花加工机床的分类 电火花加工机床按其大小可分为小型(以下)、中型()和大型(以上)。按数控程度分为非数控、单轴数控和三轴数控。随着科学技术的进步 国外已经大批量生产三坐标数控电火花机床 以及带有工具电极库、能按程序自动更换电极的电火花加工中心 我国的大部分电加工机床厂现在也正开始研制生产三坐标数控电火花加工机床。.机床本体 机床本体主要由床身、立柱、主轴头及附件、工作台等部分组成 是用以实现工件和工具电极的装夹固定和运动的机械系统。上一页 下一页返回 床身、立柱、坐标工作台是电火花机床的
20、骨架 起着支承、定位和便于操作的作用。因为电火花加工宏观作用力极小 所以对机械系统的强度无严格要求 但为了避免变形和保证精度 要求具有必要的刚度。上一页返回 任务描述 本任务主要描述电火花加工中对电极、工件的要求以及电火花加工工艺指标的确定。任务分析 方孔冲模如果采用机械加工的方法 它的生产效率很低 表面质量也很难满足零件的需要 而采用电火花加工 可以加工出合格的零件。但在电火花加工前 必须要掌握电火花加工工件电极材料的选用、设计、制造等以及对电火花加工工件的要求和电火花加工参数指标的确定。下一页返回 知识准备 一、电火花加工工具电极 电火花加工用的工具 是火花放电时电极之一 故称工具电极。它
21、用以蚀除工件材料 但是电火花加工用的电极工具又不同于机加工的刀具或者线切割用的电极丝它不是通用的 而是专用的工具 需要按照工件的材料、形状及加工要求进行电极材料选择、形状设计、加工制造并安装到机床主轴上。在电火花加工中 工具电极是一项非常重要的因素 电极材料的性能将影响电极的电火花加工性能(材料去除率、工具损耗率、工件表面质量等)因此 正确选择电极材料对于电火花加工至关重要。上一页 下一页返回 电火花加工用工具电极材料应满足高熔点、低热胀系数、良好的导电导热性能和力学性能等基本要求 从而在使用过程中具有较低的损耗率和抵抗变形的能力。电极具有微细结晶的组织结构对于降低电极损耗也比较有利 一般认为
22、减小晶粒尺寸可降低电极损耗率。此外 工具电极材料应使电火花加工过程稳定、生产率高、工件表面质量好 且电极材料本身应易于加工、来源丰富及价格低廉。由于电火花加工的应用范围不断扩展 对与之相适应的电极材料(包括相应的电极制备方法)也不断提出新的要求。随着材料科学的发展 人们对电火花加工工具电极材料不断进行着探索和创新 上一页 下一页返回 目前在研究和生产中已经使用的工具电极材料有石墨、或 等单金属、或 基合金、钢、铸铁、基复合材料、聚合物复合材料和金刚石等几大类。常用电火花加工用工具电极材料)石墨 石墨具有良好的导电、导热性和可加工性 是电火花加工中广泛使用的工具电极材料。石墨有不同的种类 可按石
23、墨粒子的大小、材料的密度和机械与电性能进行分级。其中 细级石墨的粒子和孔隙率较小 机械强度较高 价格也较贵 用于电火花加工时通常电极损耗率较低 上一页 下一页返回 但材料去除率相应也要低一些。市场上供应的石墨等级平均粒子大小在 以下 选用时主要取决于电极的工作条件(粗加工、半精加工或精加工)及电极的几何形状。工件加工表面粗糙度与石墨粒子的大小有直接关系通常粒子平均尺寸在 以下的石墨等级专门用于精加工。用两种不同等级的石墨电极加工难加工材料上的深窄槽 比较它们的材料去除率和电极损耗率。研究结果表石墨种类的选择主要取决于具体的电火花加工对材料去除率和电极损耗率哪方面的要求更高。上一页 下一页返回
24、与其他电极材料相比 石墨电极可采用大的放电电流进行电火花加工 因而生产率较高。粗加工时电极的损耗率较小 但精加工时电极损耗率增大 加工表面粗糙度较差。石墨电极重量轻 价格低。由于石墨具有高脆性 通常难以用机械加工方法做成薄而细的形状 因此在精细复杂形状电火花加工中的应用受到限制 而采用高速铣削可以较好地解决这一问题。为了改善石墨电极的电火花加工性能 将石墨粉烧结电极浸入熔化的金属(或)中 并对液态金属施加高压 使金属 或 填充到石墨电极的孔隙中 以改善其强度和导热性。注入金属后 石墨电极的密度、热导率和弯曲强度增大 电阻率大幅度降低 电极表面粗糙度得到改善。实验研究结果表明这种新材料电极与常规
25、石墨电极相比 电极损耗率和材料去除率无明显差别 上一页 下一页返回 但加工表面粗糙度更小 尤其是注入 的石墨电极可获得小得多的加工表面粗糙度。石墨的机械加工性能优良 其切削阻力小 容易磨削 很容易制造成型 无加工毛刺 密度小 只有铜的/电极制作和准备作业容易。在石墨的切削加工中 刀具很容易磨损 一般建议用硬质合金或金刚石涂层的刀具。在粗加工时 刀具可直接在工件上下刀。精加工时 易发生崩角、碎裂的现象 所以常采用轻刀快进的方式加工背吃刀量可小于.。石墨电极在加工时产生灰尘比较大 粉尘有毒性 这就要求机床有相应的处理装置 机床密封性要好。在加工前将石墨在煤油中浸泡一段时间可防止崩角、减少粉尘。上一
26、页 下一页返回 石墨加工稳定性较好 在粗加工或窄脉宽的精加工时 电极损耗很小。石墨的导电性能好 加工速度快 能节省大量的放电时间 在粗加工中越显优良。其缺点是在精加工中放电稳定性较差 容易过渡到电弧放电 只能选取损耗较大的加工条件来加工。)紫铜 紫铜是目前在电加工领域应用最多的电极材料。紫铜材料塑性好 可机械加工成型、锻造成型、电铸成型及电火花线切割成型等能制成各种复杂的电极形状 但难以磨削加工。用于电火花加工的紫铜必须是无杂质的电解铜 最好经过锻打。上一页 下一页返回)聚合物复合材料 采用一种导电热塑性聚合物复合材料作为电极 以空气或水作为工作介质 进行工件表面的电火花加工或抛光。所用电极是
27、由 的固态碳材料(如细的炭黑粉、石墨粉、石墨片甚至碳纳米管等的混合物)均匀分布在热塑性基体材料(如聚苯乙烯)中制成的 可反复软化并模压成所需几何形状。与石墨电极相比 这种聚合物碳复合材料电极成本较低.可模压成复杂几何形状.制作速度比铣削加工快得多.同时其密度较低、电阻率较高.因而电极损耗率较高.不过电极在使用过程中可通过重新模压加以修整.上一页 下一页返回 该复合材料的组分仍处于研究开发阶段.好的可塑性电极应有低电阻率、高热导率、低热胀系数以及良好的可成型性和在水中的尺寸稳定性.并能耐热循环.)钢 在冲模加工时.可以用“钢电极加工钢”的方法.用加长的上冲头钢作为电极.直接加工凹模.此时凸模作为
28、工具电极.要注意的是.凸模不能选用与凹模同一型号的钢材.否则电火花加工时将很不稳定.用钢作为电极时.一般采用成型磨削加工或者采用线切割直接加工凸模.为了提高加工速度.上一页 下一页返回 常将电极工具的下端用化学腐蚀(酸洗)的方法均匀腐蚀掉一点厚度.使电极工具成为阶梯形.这样刚开始加工时可用较小的截面、较大规准进行粗加工.等到大部分余量被蚀除、型孔基本穿透时.再用上部较大截面的电极工具进行精加工.从而保证所需的模具配合间隙.电火花加工电极材料的选择 如何能够应用有限的资源提高产值?如何在同等条件下节省时间、成本与能源?选择电极材料时 应综合考虑各方面的因素 对各种电极材料做出对比 合理选择电极材
29、料是电火花加工中的一项重要环节。)电极材料必须具备的特点上一页 下一页返回 在电火花加工的过程中 电极用来传输电脉冲 蚀除工件材料。电极材料必须具有导电性能良好、损耗小、加工成型容易、加工稳定、效率高、材料来源丰富、价格更便宜等特点。)电极材料的选择原则 合理选择电极材料 可以从这几方面进行考虑:电极是否容易加工成型。电极的放电加工性能如何。加工精度、表面质量如何。电极材料的成本是否合理。电极的重量如何。在很多情况下 选择不同的电极材料各有其优劣之处 这就要求抓住加工的关键要素。如果进行高精度加工 不必过多考虑电极材料成本。如果要求进行高速加工 就要将加工精度要求放低。很多企业在选择电极材料上
30、 根本就不作考虑 大小电极一律习惯选用紫铜上一页 下一页返回 这种做法在通常加工中不会发现其弊端 但在极限加工中就明显存在问题 影响加工效果 在精细加工中就往往会埋怨机床损耗太大 需要采用很多个电极进行加工 大型电极也选用紫铜 致使加工所耗时间很多。)电极材料选择的优化方案 即使是同一工件的加工 不同加工部位的精度要求也是不一样的。选择电极材料在保证加工精度的前提下 应以大幅提高加工效率为目的。高精度部位的加工可选用铜作为粗加工电极材料 选用铜钨合金作为精加工材料。较高精度部位的粗精加工均可选用铜材料。上一页 下一页返回 一般加工可用石墨作为粗加工材料 精加工选用铜材料或者石墨也可以。精度要求
31、不高的情况下 粗精加工均选用石墨。这里的优化方案还是强调充分利用了石墨电极加工速度快的特点。.电极的结构形式 电极的结构形式应根据电极外形尺寸的大小和复杂程度、电极的结构工艺性等因素综合考虑。()整体式电极.()组合电极。()镶拼式电极。上一页 下一页返回.电极设计 电极设计是电火花加工中的关键点之一。在设计中 第一是详细分析产品图纸确定电火花加工位置。第二是根据现有设备、材料、拟采用的加工工艺等具体情况确定电极的结构形式。第三是根据不同的电极损耗、放电间隙等工艺要求对照型腔尺寸进行缩放 同时要考虑工具电极各部位投入放电加工的先后顺序不同 工具电极上各点的总加工时间和损耗不同 同一电极上端角、
32、边和面上的损耗值不同等因素来适当补偿电极。电极设计的主要内容是选择电极材料 确定结构形式和尺寸等。上一页 下一页返回.电极制造 电极制造应根据电极类型、尺寸大小、电极材料和电极结构的复杂程度等进行考虑。穿孔加工用电极的垂直尺寸一般无严格要求 而水平尺寸要求较高。对这类电极若适合于切削加工 可用切削加工方法粗加工和精加工。对于紫铜、黄铜一类材料制作的电极 其最后加工可用刨削或由钳工精修来完成 也可采用电火花线切割来制作电极。)电极制造工艺 应根据企业的工艺水平来合理安排电极的制造工艺。安排电极制造工艺时 应充分考虑电极加工精度要求、加工成本等工艺要点。上一页 下一页返回)电极制造方法 电极制造方
33、法有很多 主要应根据选用的材料、电极与型腔的精度 以及电极的数量来选择。()机械切削加工。()电火花线切割加工。()电铸加工。.电极装夹与定位 电极装夹是指将电极安装于机床主轴头上 电极轴线平行于主轴头轴线 必要时使电极的横剖面基准与机床纵横拖板平行。定位是指将已安装正确的电极对准工件的加工位置 主要依靠机床纵横拖板来实现 必要时保证电极的横截面基准与机床的、轴平行。上一页 下一页返回)电极装夹 在安装电极时 一般使用通用夹具或专用夹具直接将电极装夹在机床主轴的下端。由于在实际加工中碰到的电极形状各不相同 加工要求也不一样 因此安装电极时电极的装夹方法和电极的夹具也不相同。二、电火花加工工件的
34、准备 电火花加工在整个零件的加工中属于最后一道工序或接近最后一道工序 所以在加工前宜认真准备工件 具体内容如下。上一页 下一页返回.工件的预加工 一般来说 机械切削的效率比电火花加工的效率高。所以电火花加工前 尽可能用机械加工的方法去除大部分加工余料 即预加工。预加工可以节省电火花粗加工时间 提高总的生产效率 但预加工时要注意以下几点。()所留余量要合适 尽量做到余量均匀 否则会影响型腔表面粗糙度和电极不均匀的损耗 破坏型腔的仿形精度。()对一些形状复杂的型腔 预加工比较困难 可直接进行电火花加工。()在缺少通用夹具的情况下 用常规夹具在预加工中需要将工件多次装夹。上一页 下一页返回()预加工
35、后使用的电极上可能有铣削等机加工痕迹 如图 所示 如用这种电极精加工则可能影响到工件的表面粗糙度。()预加工过的工件进行电火花加工时 在起始阶段加工稳定性可能存在问题。.工件的热处理 工件在预加工后 便可以进行淬火、回火等热处理 即热处理工序尽量安排在电火花加工前面 因为这样可避免热处理变形对电火花加工尺寸精度、型腔形状等的影响。上一页 下一页返回 热处理安排在电火花加工前也有其缺点 如电火花加工将淬火表层加工掉一部分影响了热处理的质量和效果。所以有些型腔模安排在热处理前进行电火花加工 这样型腔加工后钳工抛光容易 并且淬火时的淬透性也较好。.其他工序 工件在电火花加工前还必须除锈去磁 否则在加
36、工中工件吸附铁屑 很容易引起拉弧烧伤。三、电火花加工工艺指标的确定 电火花加工中的工艺指标包括加工精度、表面粗糙度、加工速度及电极损耗等影响因素有电参数和非电参数。电参数主要有脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电压、峰值电流、加工极性等。上一页 下一页返回 非电参数主要有压力、流量、抬刀高度、抬刀频率、平动方式和平动量等。这些参数相互影响 关系复杂。.电火花加工精度 电火花加工和其他机械加工一样 机床本身的各种误差以及工件和工具电极的定位、安装误差都会影响到加工精度 但就加工工艺相关的因素而言 主要是放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定性两个因素。)放电间隙的大小及其一致性)工具电极的损耗及
37、其稳定性上一页 下一页返回.电火花加工的表面粗糙度 电火花加工零件的表面粗糙度是指被加工表面上的微观几何形状误差 波峰与波峰或者波谷与波谷的距离称为波距 一般小于 并呈周期性变化的几何形状误差这种几何误差就称为表面粗糙度。电火花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着切削或磨削痕迹 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 表面的润滑性能和耐磨损性能均比机械加工表面好。上一页 下一页返回 工件的材料对加工表面粗糙度也有影响 熔点高的材料(如硬质合金)在相同能量下加工的表面粗糙度要比熔点低的材料(如钢)好
38、。精加工时 工具电极的表面粗糙度也将影响到加工粗糙度。由于石墨电极很难加工到非常光滑的表面 因此用石墨电极的加工表面粗糙度较差。.电火花加工速度 电火花加工速度是指电火花加工时 工具和工件遭到不同程度的电蚀 单位时间内工件的电蚀量称之为加工速度 亦即生产率。上一页 下一页返回 加工速度一般采用体积加工速度(/)来表示 即被加工掉的体积 除以加工时间 常用公式 /来表示。有时为了测量方便 也采用质量加工速度 来表示 即被加工掉的质量 除以加工时间 单位为/常用公式 /来表示。通常情况下 电火花成型加工的加工速度要求为:粗加工(加工表面粗糙度为 )时可达 /。半精加工(.)时降低到 /。精加工(.
39、)时一般都在 /以下。随着表面粗糙度值的减小 加工速度显著下降。上一页 下一页返回.电极损耗 电火花加工过程中 工具电极和工件之间的瞬时高温的火花放电使工具电极和工件的表面都会被腐蚀 从而会产生电极损耗的现象。电极损耗分为绝对损耗和相对损耗。绝对损耗最常用的是体积损耗 和长度损耗两种方式 它们分别表示在单位时间内 工具电极被蚀除的体积和长度 即 /、/。相对损耗是工具电极绝对损耗与工件加工速度的百分比。通常采用长度相对损耗比较直观 测量也比较方便。上一页 下一页返回 在电火花加工过程中 为了防止电极的过多损耗 一般要注意以下要点。()如果用石墨电极作粗加工时 电极损耗一般可以达到以下。()用石
40、墨电极采用粗、中加工规准加工得到的零件的最小表面粗糙度 能达到.但通常只能在.左右。()若用石墨作电极且加工零件的表面粗糙度。极丝材料。丝速为/工作液为的。)走丝速度对工艺指标的影响 对于快走丝线切割机床。高速运动的电极丝能把工作液带入工件的放电间隙中。有利于放电加工稳定进行和排屑。同时在一定的范围内。随着走丝速度(简称丝速)的提高。有利于脉冲结束时放电通道迅速消电离。故在一定加工条件下。上一页 下一页返回 随着丝速的增大。加工速度提高。快走丝线切割机床的走丝速度与切割速度关系的实验曲线如图 所示。实验证明。当走丝速度由./上升到/时。走丝速度对切割速度的影响非常明显。当继续增大走丝速度时。切
41、割速度开始下降。这是因为丝速再增大。排屑条件虽然仍在改善。蚀除作用基本不变。但是储丝筒一次排丝的运转时间减少。使其正反向换向次数增多。非加工时间增多。从而使加工速度降低。上一页 下一页返回 对应最大加工速度的最佳走丝速度。与工艺条件、加工对象有关。特别是与工件材料的厚度有很大关系。当其他工艺条件相同时。工件材料厚一些。对应于最大加工速度的走丝速度就高些。在快走丝机床中。有相当一部分机床的走丝速度可调节。一般线切割机床的走丝速度有/、/、/、/。可根据不同的加工工件厚度选用最佳的加工速度。当然也有一些机床只有一种走丝速度。一般为 /。上一页 下一页返回 对慢走丝线切割机床来说。同样也是走丝速度越
42、快。加工速度越快。因为慢走丝机床的走丝比较平稳均匀。电极丝抖动小。加工出的零件表面粗糙度好、加工精度高。对加工速度的影响因为电极丝的线速度范围约为每秒零点几毫米到几百毫米。但丝速慢导致放电产物不能及时被带出放电间隙。易造成短路及不稳定放电现象。提高电极丝走丝速度。工作液容易被带入放电间隙。放电产物也容易排出间隙之外。从而改善了间隙状态。进而可提高加工速度。但在一定的工艺条件下。当丝速达到某一值后。加工速度就趋向稳定。上一页 下一页返回 慢走丝线切割机床的最佳走丝速度与加工对象、电极丝材料、直径等有关。大多慢走丝机床的操作说明书中都会推荐相应的走丝速度值。)线切割产生的黑白条纹 采用往返式高速走
43、丝方式的电火花线切割机床加工工件。所加工的工件表面往往都会出现明显的黑白相间的条纹。如图 所示。条纹的出现与电极丝的运动有关。上一页 下一页返回)黑白条纹产生的原因 黑白条纹的出现与电极丝的往复运动有关。电极丝进入处呈黑色。出口处呈白色。这是因为排屑和冷却条件不同造成的。电极丝从上往下运动时。工作液由电极丝从上部带入切缝内。放电产物则由电极丝从下部带出加工区。这时。上部工作液充分。冷却条件好。下部工作液少。冷却条件差。但排屑条件较上部好。工作液在放电区域内受高温影响瞬时放出高压气体。并急速向外扩散。对上部的电蚀产物排出造成困难。上一页 下一页返回 这时。放电产生的炭黑等物质凝聚附着在上部加工表
44、面。使之呈现黑色。在下部。排屑条件较好。工作液少。放电产物中炭黑较少。况且放电常常是在气体中发生。因此加工表面呈现白色。同理。当电极丝从下向上移动时。下部呈黑色。而上部呈白色。这样。往返走丝的电火花线切割加工表面。就形成了黑白交错相间的条纹。这也是高速走丝线切割加工的特征之一。这种黑白相间的条纹。通常都会对加工表面粗糙度值产生一定的影响。根据运丝系统稳定性不同。白色条纹会比黑色条纹凸起几微米至几十微米。因为电极丝进口处工作液充分。放电是在工作液(乳化液)中进行。而在电极丝出口处。液体少。气体多。上一页 下一页返回 在低压放电的条件下。气体中放电间隙相对较小。所以。进口处的放电间隙比出口处大。结
45、果使白色条纹比黑色条纹凸出。由于加工表面两端出现黑白相间的条纹。使工件加工表面两端的表面粗糙度比中部稍差一点。当电极丝较短、储丝筒换向周期较短时。或者切割较厚工件时。尽管加工结果看上去似乎没有条纹。实际上是条纹很密。互相重叠而已。)限制黑白条纹的对策 根据黑白条纹产生的原因可知。在电极丝往复移动的情况下。产生黑白条纹是不可避免的。但生产实践表明。黑白条纹的深浅变化异常。有的十分明显。凹凸相差几十微米。有的则是黑白条纹并不明显。凹凸相差也只有几个微米。上一页 下一页返回 说明黑白条纹是可以限制的。限制黑白条纹的方法。在生产实践中主要有以下几种。()储丝筒运转平衡。()导向导轮无轴向窜动和径向跳动
46、现象。()采取过跟踪控制。抑制电极丝振动。()采用螺旋式喷嘴。使工作液沿电极丝轴线喷出。且上下均匀。()选用洗涤性强的皂化液作线切割加工工作液。上一页 下一页返回.工作液的影响)工作液的性能 工作液在电火花线切割加工中起到作为电极击穿放电的工作介质、冷却、清洗、防锈等作用。因此。工作液对加工工艺指标的影响很大。对切割速度、表面粗糙度、加工精度也有很大影响。快走丝的线切割机床在加工中。常用乳化液作为工作液。而乳化液也有很多种类。同种类乳化液的浓度可有所不同。从而对切割速度产生不同程度的影响。在慢走丝线切割机床加工中。普遍采用去离子水加导电液作为工作液。上一页 下一页返回 目前供应的乳化液有多种。
47、各有特点。有的适于快加工。有的适于大厚度切割。也有的是在原来工作液中添加某些化学成分来提高其切割速度或增加防锈能力等。.电参数的影响 脉冲电源的电参数对材料的电腐蚀过程影响极大。它们会直接影响切割的表面粗糙度、切缝宽度的大小和钼丝的损耗率。进而影响加工的工艺指标。脉冲电源的电参上一页 下一页返回 数主要包括波形的频率和宽度、放电的峰值电流、平均加工电流、脉冲电流的上升速度及空载电压等。一般情况下。电火花线切割加工脉冲电源的单个脉冲放电能量的大小。除受工件加工表面粗糙度要求的限制外。还受电极丝允许承载放电电流的限制。欲获得较好的表面粗糙度。每次脉冲放电的能量不能太大。表面粗糙度要求不高时。单个脉
48、冲放电的能量可以取大些。以便得到较高的切割速度。在实际应用中。脉冲宽度为 。而脉冲重复频率为 。有时也可以高于或低于这个范围。脉冲宽度窄、重复频率高。有利于降低表面粗糙度。提高切割速度。实践证明。在其他工艺条件大体相同的情况下。脉冲电源的波形及参数对工艺效果的影响是相当大的。上一页 下一页返回 目前广泛应用的脉冲电源波形是矩形波。下面以矩形波脉冲电源为例。说明脉冲参数对加工工艺指标的影响。.非电参数的工艺参数的影响)进给速度对工艺指标的影响()进给速度对加工速度的影响。在线切割加工时。既有蚀除速度又有进给速度。蚀除速度即工件不断被蚀除的速度。进给速度即为了电火花放电正常进行。电极丝必须向前进给
49、的速度。在正常加工中。蚀除速度大致等于进给速度。从而使放电间隙维持在一个正常的范围内。使线切割加工能连续进行下去。上一页 下一页返回 蚀除速度与机器的电参数、非电参数、性能、工件的材料等有关。但一旦对某一工件进行加工时。它就可以看成是一个常量。在国产的快走丝机床中。有很多机床的进给速度需要人工调节。它又是一个随时可变的可调节参数。正常的电火花线切割加工就要保证进给速度与蚀除速度大致相等。使进给均匀平稳。若进给速度太慢(欠跟踪)。即电极丝的进给速度明显落后于工件的蚀除速度。则电极丝与工件之间的距离越来越大。造成开路。这样出现工件蚀除过程暂时停顿。整个加工速度自然会大大降低。若进给速度过高(过跟踪
50、)。即电极丝的进给速度明显超过蚀除速度。则放电间隙会越来越小。以致产生短路。当出现短路时。上一页 下一页返回 电极丝马上会产生短路而快速回退。当回退到一定的距离时。电极丝又以大于蚀除速度的速度向前进给。又开始产生短路、回退。这样频繁的短路现象。一方面造成加工的不稳定。另一方面造成断丝。由此可见。在线切割加工中调节进给速度虽然本身并不具有提高加工速度的能力。但它能保证加工的稳定性。如何调节到最佳进给速度很关键。首先。最佳进给速度约为产生短路电流时速度的。这一规律可用于判断进给速度调整是否合适。其次。可通过加工电流表指针的摇动情况来进行判断。正常加工时电流表指针基本不动。若经常向上摆动。则说明是过
