數(shù)控電加工工藝

第三節(jié)第二節(jié)第一節(jié)概述數(shù)控電火花成形加工工藝數(shù)控線切割加工工藝一、數(shù)控電加工的概念

電加工主要是指利用電的各種效應(yīng)(如電能、電化學(xué)能、電熱能、電磁能、電光能等)進(jìn)行金屬材料加工的一種方式。電加工包括電蝕加工(電火花成形加工和線切割加工)、電子束加工、電化學(xué)加工(電拋光等)及電熱加工(導(dǎo)電磨削、電熱整平)等。第一節(jié)概述1．電加工的定義

（3）工件材料可以是任何硬度的金屬材料，還可以是磁性材料等。2．電加工的特點（1）加工過程中，工具和工件之間不存在明顯的機(jī)械切削力，且在多數(shù)情況下，工具不與工件直接接觸。（2）加工用的工具硬度可以低于工件材料的硬度。二、數(shù)控電加工工藝方法的分類及應(yīng)用按工具電極和工件相對運動的方式與用途不同,電加工工藝方法大致可分為電火花穿孔成形加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜磨、電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工、電火花高速小孔加工、電火花表面強(qiáng)化與刻字六大類。電火花加工工藝方法分類、特點及用途見表6—1。各種電火花加工機(jī)床的照片第三節(jié)第二節(jié)第一節(jié)概述數(shù)控電火花成形加工工藝數(shù)控線切割加工工藝一、數(shù)控電火花成形加工

1．?dāng)?shù)控電火花成形加工原理

電火花成形加工也稱為放電加工、電蝕加工或電脈沖加工，是基于脈沖放電的蝕除原埋，直接利用電能和熱能進(jìn)行加工的新工藝。

a）電火花成形加工機(jī)床b）電火花成形加工機(jī)床加工原理圖電火花成形加工第二節(jié)數(shù)控電火花成形加工工藝1—主軸頭2—工具電極3—工作液槽4—工件電極5—床身工作臺6—工作液裝置7—脈沖電源(1)電離、放電(2)高溫熔化a)電離、放電b)高溫熔化(3)汽化、金屬拋出(4)消電離e)消電離

c)汽化d)金屬拋出2．電火花成形加工的條件（1）脈沖放電必須具有足夠大的能量密度，使工件材料局部熔化和汽化。（2）放電應(yīng)當(dāng)是脈沖式的(脈寬一般在0.2～1000μs之間)

（3）放電過程的電蝕產(chǎn)物及熱量應(yīng)及時從微小的放電間隙中排出。（4）加工裝置的進(jìn)給系統(tǒng)必須及時調(diào)整兩極間的距離，使之始終保持最佳的擊穿放電間隙。3．電火花成形加工裝置機(jī)床主體脈沖電源控制系統(tǒng)機(jī)床主體工作液裝置電火花成形加工裝置12344.數(shù)控電火花成形加工的特點(1)優(yōu)點1)適用于難切削材料的成形加工2)可加工特殊的、形狀復(fù)雜的零件電火花成形加工典型工件a)化纖噴絲板型孔b)彎曲軸線孔

c)薄壁環(huán)結(jié)構(gòu)3)適用于鏡面加工。4)加工的放電脈沖參數(shù)可以任意調(diào)節(jié)。5)有助于改進(jìn)和簡化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝。1)它僅適用于加工金屬等導(dǎo)電材料，不像切削加工那樣可以輕松地加工塑料、陶瓷等絕緣材料。

2)在一般情況下，電火花成形加工的加工速度要低于切削加工。

3)由于電火花成形加工是靠電極間的火花放電去除金屬的，直接影響了電火花成形加工的成形精度。

4)最小圓角半徑有限制,難以完成清角加工。

(2)缺點二、極性效應(yīng)與覆蓋效應(yīng)

1．極性效應(yīng)

在電火花加工時，相同材料(如用鋼電極加工鋼)兩電極的被腐蝕量是不同的。其中一個電極比另一個電極的蝕除量大，這種現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。“正極性”接線法“負(fù)極性”接線法2．覆蓋效應(yīng)在材料放電腐蝕過程中，一個電極的電蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到另一個電極表面上，形成一定厚度的覆蓋層，這種現(xiàn)象叫做覆蓋效應(yīng)。

碳素層的生成條件：（1）有足夠高的溫度。（2）有足夠多的電蝕產(chǎn)物，尤其是介質(zhì)的熱解產(chǎn)物——碳粒子。（3）有足夠的時間，以便在這一表面上形成一定厚度的碳素層。（4）一般采用負(fù)極性加工，因為碳素層易在陽極表面生成。（5）必須在油類介質(zhì)中加工。三、電火花成形加工工藝基本規(guī)律1.非電參數(shù)對加工速度的影響電火花成形加工的加工速度是指在一定電規(guī)準(zhǔn)下，單位時間t內(nèi)工件被蝕除的體積V或質(zhì)量m。非電參數(shù)對電極損耗有影響的主要因素包括加工面積、排屑方式、電極材料和加工極性、工件材料和工作液等，它們對加工速度的影響見表6—2。2.電參數(shù)對加工速度的影響(1)脈沖寬度對加工速度的影響脈沖寬度與加工速度的關(guān)系(2)脈沖間隔對加工速度的影響脈沖間隔與加工速度的關(guān)系(3)峰值電流對加工速度的影響3.非電參數(shù)、電參數(shù)對電極損耗的影響電極損耗是電火花成形加工中的重要工藝指標(biāo)。

非電參數(shù)對電極損耗有影響的主要因素有加工面積、沖油或抽油方式、電極的形狀和尺寸、工具電極材料等，電參數(shù)中對電極損耗有影響的主要因素包括脈沖寬度、峰值電流、加工面積、加工極性、電極材料、工件材料、工作液、排屑條件和二次放電等,具體見表6—3。電極損耗長度4.影響表面粗糙度的主要因素電火花成形加工表面粗糙度是由若干電蝕小凹坑組成的，能存潤滑油，其耐磨要好。表面粗糙度值大小簡單地看成與電蝕凹坑的深度成正比，則電火花成形加工表面粗糙度值隨單個脈沖能量的增加而增大。當(dāng)峰值電流一定時，脈沖寬度越大，單個脈沖的能量就大，放電腐蝕的凹坑也越大、越深，所以表面粗糙度值就越大。在脈沖寬度一定的條件下，隨著峰值電流的增加，單個脈沖能量也增加，表面粗糙度值就變大。

工具電極表面粗糙度值的大小也影響工件的表面粗糙度值。5.影響加工精度的主要因素電加工精度包括尺寸精度和仿形精度(或形狀精度)(1)放電間隙

間隙大小對形狀精度也有影響，間隙越大,則復(fù)制精度越低，特別是對形狀復(fù)雜的加工表面影響更大。還必須盡可能使加工過程穩(wěn)定。放電間隙在精加工時一般為0.01~0.1mm,粗加工時可達(dá)0.5mm以上(單邊)。(2)加工斜度(3)工具電極的損耗電火花加工時產(chǎn)生斜度的情況1—電極無損耗時工具輪廓線2—電極有損耗而不考慮二次放電時的工件輪廓線3—工具電極4—實際工件輪廓線

5—工件工具電極的損耗錐度1—工具電極2—工件四、電火花成型加工工藝的制訂定電火花成形加工的加工過程1．電極準(zhǔn)備

（1）電極材料

（2）影響電極損耗的主要因素

1）電極材料對電極損耗影響極大。

2）電參數(shù)對電極損耗影響也較大。

3）極性。

4）黑膜對電極損耗的影響也不容忽視。5）實踐表明：當(dāng)沖油壓力增大時，電極損耗將隨之增大。（3）電極結(jié)構(gòu)1）整體式電極2）組合電極3）鑲拼式電極

（4）技術(shù)要求

對電極的要求是：尺寸精度應(yīng)不低于IT7級，公差一般小于工件公差的1/2，并按入體原則標(biāo)注；各表面平行度在100mm長度上小于0.01mm；表面粗糙度Ra小于1.25μm。

（5）電極的尺寸

1）長度尺寸

①電極的截面尺寸原則上與工件截面尺寸僅相差一個火花間隙。②沖裁模中的凹模尺寸完全取決于沖件尺寸，加工凹模的電極尺寸即可按前述原則在沖件尺寸的基礎(chǔ)上縮小一個(單面)火花間隙值。③如果采用單電極加工，其截面尺寸還應(yīng)將電極損耗量加到火花間隙值中，一并進(jìn)行考慮。④精確的電極尺寸對加工精密工件來說是必不可少的，而且由于環(huán)境、系統(tǒng)、操作者的影響，工件的精度總比生產(chǎn)中所用的電極精度差。因此,正常情況下電極公差是工件公差的一半。2）截面尺寸2．電極裝夾a）應(yīng)用圖b）結(jié)構(gòu)圖帶垂直度調(diào)節(jié)裝置的夾頭1—錐柄2—調(diào)節(jié)螺釘3—絕緣墊4—電極固定板5—球頭螺釘整體式電極裝夾。標(biāo)準(zhǔn)套筒夾具1－套筒2－電極鉆夾頭1—鉆夾頭2－電極螺紋夾頭多電極通用夾具1－電極板2－連接板3－螺栓4－黏合劑連接板夾具自己用到的電極采用的是哪種裝夾方式?3．工件的準(zhǔn)備（1）工件材料和尺寸形狀應(yīng)注意以下幾點：1)工件應(yīng)均勻,形狀誤差應(yīng)合適。2)工件應(yīng)進(jìn)行退火。3)硬質(zhì)合金中碳化鈦和碳化鉭的含量應(yīng)較低。4)耐熱鋼應(yīng)進(jìn)行鹽浴硬化。5)大工件的加工應(yīng)采用合適的制冷措施。6)加工窄縫和深槽時應(yīng)采用合適的沖液措施。（4）沖液孔1)如果工件是沒有經(jīng)過熱處理的鋼件，應(yīng)鉆孔。2)如果工件是熱處理后的鋼件，應(yīng)使用管狀電極進(jìn)行電火花成形加工或用金剛石鉆頭鉆孔。3)如果工件是硬質(zhì)合金件，應(yīng)使用管狀電極進(jìn)行電火花成形加工或預(yù)先燒結(jié)。（5）回火處理（6）除銹、去磁（2）工件的預(yù)加工（3）基準(zhǔn)面4．工件的裝夾一般情況下，工件被安裝在工作臺上，與電極互相定位后，用壓板和螺釘壓緊即可，但需注意保持與電極的相互位置。5．校正與定位（1）校正

1）利用精密角尺校正。1—電極2—精密角尺3—工件4—工作臺2）利用百分表校正。1—電極2—工件3—百分表1）劃線法。按圖樣在工件兩面劃出型孔線，再沿線打沖眼，根據(jù)沖眼確定電極位置。該方法主要適用于定位要求不高的工件。

（2）定位

2）量塊角尺法1－工件2－電極3－量塊4－角尺3）測定器量塊定位法用測定器、量塊和百分表定位1－工件、2－電極、3－量塊

4－測定器、5－百分表4）接觸感知定位法。數(shù)控電火花機(jī)床均具有自動找正定位功能。

接觸感知代碼自動定位。編制數(shù)控程序自動定位。利用實訓(xùn)時間，練習(xí)一下各種定位與校正方式。6.電火花成形加工方法的選擇

(1)單工具電極直接成形法

單工具電極直接成形法a)粗加工b)精加工型腔(左側(cè))

c)精加工型腔(右側(cè))單工具電極直接成形法是指采用同一個工具電極完成模具型腔的粗、中及精加工。(2)多電極更換法多電極更換法a)粗加工b)更換大電極精加工

多電極更換法是指根據(jù)一個型腔在粗加工、半精加工及精加工中放電間隙各不相同的特點，采用幾個不同尺寸的工具電極完成一個型腔的粗、中及精加工分解電極加工法是根據(jù)型腔的幾何形狀，把電極分解成主型腔電極和副型腔電極并分別制造。先用主型腔電極加工出主型腔，后用副型腔電極加工尖角、窄縫等部位的副型腔。(3)分解電極加工法1．冷沖模電火花加工-簡單方孔沖模的電火花加工凹模尺寸為25mm×25mm，深10mm，通孔尺寸公差等級為IT7，表面粗糙度Ra為1.25~2.5μm，工件材料為40Cr。設(shè)采用高低壓復(fù)合型晶體管脈沖電源加工。模具圖五、典型零件的加工工藝電火花加工前的工件、工具電極圖a)模具加工出預(yù)孔b)工具電極電極裝夾在機(jī)床主軸頭的夾具中進(jìn)行精確找正，使電極對機(jī)床工作臺面的垂直度小于0.01mm/100mm。工件安裝在油杯上，工件上、下端面保持與工作臺面平行。加工類型脈沖寬度(μs)電壓(V)電流(A)脈沖間歇(μs)沖油壓力(kPa)加工深度(mm)高壓低壓高壓低壓高壓低壓粗加工12252506019309.815精加工7220060O.81.22519.620加工參考標(biāo)準(zhǔn)改變零件尺寸重新進(jìn)行加工。2．電機(jī)轉(zhuǎn)子沖孔落料模的電火花加工工件材料：淬火40Cr，工件尺寸要求如圖所示。凸凹模具配合間隙：0.04~0.07mm。工具電極(即沖頭)材料：淬火Crl2。工件1）準(zhǔn)備定位心軸。2）粗車沖頭外形，精車上段吊裝內(nèi)螺紋，φ6mm孔留磨量。

3）熱處理。4）磨削。5）線切割。6）鉗加工。7）化學(xué)腐蝕(酸洗)。8）鉗加工。工具電極(沖頭)和定位心軸（1）工具電極在電火花加工之前的工藝路線（2）工藝方法（3）使用設(shè)備（4）裝夾、校正、固定

1）工具電極

2）工件（5）加工參考標(biāo)準(zhǔn)

1）粗加工

2）精加工（6）加工效果3．電火花穿孔加工實例圖中所示為中夾板落料凹模，工件材料為Crl2鋼，配合間隙為0.08mm～0.10mm，熱處理淬火硬度為62～64HRC。

(1)電火花成形加工前的工藝路線在電火花加工前，應(yīng)利用銑床、磨床等機(jī)械加工機(jī)床先把除凹模型孔以外的尺寸加工出來，并應(yīng)用銑床對凹模型孔進(jìn)行預(yù)加工，單面留電加工余量0.3mm~0.5mm。然后進(jìn)行熱處理淬火，使硬度達(dá)到62~64HRC。最后平磨上、下兩平面。

（2）工具電極準(zhǔn)備針對此模具特點，可以利用凸模作為工具電極，采用“鋼打鋼”的方法進(jìn)行加工。所以在進(jìn)行電火花加工前，應(yīng)先利用機(jī)械加工方法或電火花線切割加工出凸模。

（3）電火花加工工藝方法利用凸模加工凹模時，要將凹模底面朝上進(jìn)行加工，這樣可以利用“二次放電”產(chǎn)生的加工斜度，作為凹模的漏料口，即通常所說的“反打正用”。

（4）工件的裝夾、校正及安裝固定1）將工具電極(即凸模)用電極夾柄緊固，校正后予以固定在主軸頭上。2）將工件(凹模)放置在電火花加工機(jī)床的工作臺上，調(diào)整工具電極與工件的位置，使兩電極中心重合。3）用壓板將工件凹模壓緊固定。

（5）加工工藝參數(shù)采用低壓脈寬2μs，間隔20μs；低壓80V，加工電流3.5A；高壓脈寬5μs，高壓173V，加工電流0.6A；加工極性為負(fù)；下沖油方式；加工深度≥30mm。

（6）加工效果加工時間約10小時；加工斜度為0.03mm(雙邊)；凸凹模配合間隙0.08mm(雙邊)；表面粗糙度Ra<2.25μm。改變零件尺寸重新進(jìn)行加工。第三節(jié)第二節(jié)第一節(jié)概述數(shù)控電火花成形加工工藝數(shù)控線切割加工工藝第三節(jié)數(shù)控線切割加工工藝

一、電火花線切割加工原理電火花線切割

電火花線切割是指在工具電極(電極絲)和工件間施加電壓，使電壓擊穿間隙產(chǎn)生火花放電的一種工藝方法。1.電火花線切割加工原理1—工作液箱2—儲絲筒3—電極絲4—供液管5—進(jìn)電塊6—工件7—夾具8—脈沖電源9—工作臺拖板a）機(jī)床實物圖b）加工原理圖2.電火花線切割加工的主要影響因素必須保證前、后兩個電脈沖之間有足夠的間隔時間，恢復(fù)放電通道的絕緣性,避免在同一部位發(fā)生連續(xù)放電而導(dǎo)致電弧的產(chǎn)生。要保證電極絲在火花放電時不會被燒斷，除了變換放電部位外，就是要向放電間隙中注入充足的工作液,使電極絲得到充分冷卻。

為了獲得較高的表面質(zhì)量和尺寸精度，應(yīng)當(dāng)選擇適宜的脈沖參數(shù)，以確保電極絲和工件的放電是火花放電，而不發(fā)生電弧放電。在進(jìn)行線切割加工時工件一律接脈沖電源的正極(陽極)。二、數(shù)控電火花線切割機(jī)床的分類及用途1．分類

2．應(yīng)用范圍（1）模具加工（2）新產(chǎn)品試制（3）難加工零件（4）貴重金屬下料三、數(shù)控線切割加工工藝的制訂數(shù)控線切割加工的流程圖

1．零件圖的工藝分析（1）凹角和尖角的尺寸分析線電極與工件加工面的位置關(guān)系線電極中心軌跡的偏移a）加工凸模類零件b）加工凹模類零件在凸、凹模設(shè)計圖樣上應(yīng)說明拐角處的過渡圓弧半徑R。同一副模具的凹、凸模中，R值要符合下列條件，才能保證加工的實現(xiàn)和模具的正確配合。對凹角對尖角式中R1—凹角圓弧半徑，mm；R2—尖角圓弧半徑，mm；

△—凹、凸模的配合間隙，mm。

（2）表面粗糙度及加工精度分析合理確定線切割加工表面粗糙度值是非常重要目的，要檢查零件圖樣上是否有過高的表面粗糙度要求。同樣，也要分析零件圖上的加工精度是否在數(shù)控線切割機(jī)床加工精度所能達(dá)到的范圍內(nèi)，根據(jù)加工精度要求的高低來合理確定線切割加工的有關(guān)工藝參數(shù)。（1）線電極準(zhǔn)備1）線電極材料的選擇

材料線徑/mm特點純銅0.1～0.25適合于切割速度要求不高或精加工時用。絲不易卷曲，抗拉強(qiáng)度低，容易斷絲黃銅0.1～0.30適合于高速加工，加工面的蝕屑附著少。表面粗糙度和加工面的平直度也較好。專用黃銅0.05～0.35適合于高速、高精度和理想的表面粗糙度加工以及自動穿絲，但價格高鉬0.06～0.25由于它的抗拉強(qiáng)度高，一般用于快速走絲，在進(jìn)行微細(xì)窄縫加工時，也可用于慢速走絲鎢0.03～O.10由于抗拉強(qiáng)度高，可用于各種窄縫的微細(xì)加工。但價格昂貴2．工藝準(zhǔn)備常用線電極的特點2）線電極直徑的選擇。線電極直徑d應(yīng)根據(jù)工件加工的切縫寬窄、工件厚度及拐角尺寸大小等來選擇。由圖可知，線電極直徑d與拐角半徑R的關(guān)系為d≤2(R－δ)。線電極直徑與拐角的關(guān)系線電極直徑d拐角極限Rmax切割工件厚度鎢0.050.04～0.070～10鎢0.070.05～0.100～20鎢0.100.07～0.120～30黃銅0.150.10～0.160～50黃銅0.200.12～0.200～100以上黃銅0.250.15～0.220～100以上線徑與拐角和工件厚度的極限mm（2）工件準(zhǔn)備

1）工件材料的加工前處理。模具加工前，毛坯需經(jīng)鍛造和熱處理。加工前還要進(jìn)行退磁處理及去除表面氧化皮和銹斑等。

2）工件加工基準(zhǔn)的選擇。①以外形為校正和加工基準(zhǔn)。外形是矩形狀的工件，一般需要有兩個相互垂直的基準(zhǔn)面，并垂直于工件的上、下平面。矩形工件的校正和加工基準(zhǔn)②以外形為校正基準(zhǔn)，內(nèi)孔為加工基準(zhǔn)。無論是矩形、圓形還是其他異形的工件，都應(yīng)準(zhǔn)備一個與工件的上、下平面保持垂直的校正基準(zhǔn)，此時其中一個內(nèi)孔可作為加工基準(zhǔn)。

外形一側(cè)邊為校正基準(zhǔn)，內(nèi)孔為加工基準(zhǔn)（3）穿絲孔的確定1）穿絲孔的位置。①切割凸模類零件。通常在坯件內(nèi)部外形附近預(yù)制穿絲孔。②切割凹模、孔類零件?？蓪⒋┙z孔位置選在待切割型腔(孔)內(nèi)部。

2）穿絲孔大小。

一般穿絲孔常用直徑為φ3～φ10mm。（4）切割路線的確定1）切割路線起始點和順序。一般情況下，最好將工件與其夾持部分分割的線段安排在切割路線的末端。切割起始點和切割路線的安排二次切割孔類零件1—第一次切割的理論圖形2—第一次切割的實際圖形3—第二次切割的圖形a）錯誤b）正確c）適用于高精度工件2）接合突尖的去除方法。①利用拐角的方法。突尖利用拐角去除突尖1-凸模2-外框3-短路用金屬4-固定夾具5-黏結(jié)劑②切縫中插金屬板的方法。③用多次切割的方法。插入金屬板去除突尖l—固定夾具2—線電極3—金屬板4—短路用金屬二次切割去除突尖的路線（5）工作液的應(yīng)用、配置及選用1）工作液的種類及選用。①采用慢速走絲方式時，多采用油類工作液。②采用快速走絲方式、矩形波脈沖電源的優(yōu)點和缺點。2）配制方法與比例①配制方法。一般按一定比例將自來水加人乳化油中，攪拌后使工作液充分乳化成均勻的乳白色。②配制比例。根據(jù)不同的加工工藝指標(biāo)，一般在5%~20%范圍內(nèi)(乳化油5%~20%，水95%~80%)。3）正確使用。

當(dāng)加工電流約為2A時，其切割速度約40mm2/min，如果每天工作8h，新配制的工作液在使用約2天后效果最好，繼續(xù)使用8~10天后就易引起斷絲，須更換新的工作液。3．工件的裝夾和位置校正（1）對工件裝夾的基本要求1)工件的裝夾基準(zhǔn)面應(yīng)清潔、無毛刺，對于經(jīng)過熱處理的工件，在穿絲孔或凹模類工件擴(kuò)孔的臺階處，要清理熱處理