特种加工复习0525

11.2特种加工的定义及分类传统切削加工的本质和特点：一是所用刀具材料比工件更硬；二是利用机械能把工件上多余的材料切除。借助于除机械能以外的其他能量形式去除工件多余材料的新加工方法，统称为“特种加工”，国外称为“非传统加工”或“非常规机械加工”。特种加工是指利用光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源或其组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除的加工方法，也称为非传统加工方法(NTM，NonTraditionalMachining)。2特种加工的特点和与传统切削加工的区别主要有：(1)主要依靠机械能以外的其他能量(如电能、热能、光能、声能以及化学能或其组合等)来去除工件材料。（2）工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，在某些情况下，如在激光加工、电子束加工、离子束加工等加工过程中，根本不需要使用任何工具。（3）在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用，工件不承受机械力，特别适合于精密加工低刚度零件。3第2章电火花加工2.1电火花加工的基本原理及其分类2.2电火花加工的机理2.5电火花加工的自动进给调节系统42.1电火花加工概述电火花加工又称放电加工(ElectrosparkMachining)。电火花加工是一种电、热能加工方法。它是利用工具和工件两极间脉冲放电时局部瞬时产生的高温把金属熔化、汽化去除来对工件进行加工的一种方法。当用脉冲电流作用在工件表面上时，工件表面上导电部位即立即熔化，若电脉冲能量足够大，则金属将直接汽化，熔化的金属强烈飞溅而抛离电极表面，使材料表面形成电腐蚀的坑穴。如适当控制这一过程，就能准确地加工出所需的工件形状。在这一加工过程中，我们可看到放电过程中伴有火花，因此将这一加工方法称为电火花加工。52.2电火花加工的机理2.2.1电火花加工的基本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。研究结果表明，电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑。62.2.3电火花加工的机理火花放电时，电极表面的金属材料究竟是怎样被蚀除下来的，这是电火花加工的物理本质，也即电火花加工机理。从大量实验资料来看，每次电火花腐蚀的微观过程是电场力、热力、磁力、流体动力等综合作用的过程。大致可分为四个阶段：极间介质的击穿形成放电通道；介质热分解，电极材料熔化、汽化及热膨胀；电极材料的抛出；极间介质消电离。72.3电火花加工的基本规律2.3.1影响材料放电腐蚀的因素1.极性效应在电火花加工过程中，相同材料两电极的电蚀量是不同的，其中一个电极比另一个电极的电蚀量大，这种现象叫做极性效应。81.电规准的影响所谓的电规准，是指电火花加工时选用的电加工参数，主要有脉冲宽度t1(μs)、脉冲间隔t0(μs)和峰值电流IP等参数。1）脉冲宽度的影响单个脉冲能量的大小是影响加工速度的重要因素。对于矩形波脉冲电源，当峰值电流一定时，脉冲能量与脉冲宽度成正比。脉冲宽度增加，加工速度随之增加，因为随着脉冲宽度的增加，单个脉冲能量增大，使加工速度提高。但若脉冲宽度过大，则加工速度反而下降(如图2－8所示)。这是因为单个脉冲能量虽然增大，但转换的热能有较大部分散失在电极与工件之中，不起蚀除作用。同时，在其他加工条件相同时，随着脉冲能量过分增大，蚀除产物增多，排气排屑条件恶化，间隙消电离时间不足导致拉弧，加工稳定性变差，因此加工速度反而降低。93）电极材料和加工极性的影响在电参数选定的条件下，采用不同的电极材料与加工极性，加工速度也大不相同。由图2－12可知，采用石墨电极，在同样加工电流时，正极性比负极性加工速度高。在加工中选择极性，不能只考虑加工速度，还必须考虑电极损耗。如用石墨做电极时，正极性加工比负极性加工速度高，但在粗加工中，电极损耗会很大。故在不计电极损耗的通孔加工中，采用正极性加工；而在用石墨电极加工型腔的过程中，常采用负极性加工。10由于炭黑膜只能在正极表面形成，因此，若要利用炭黑膜的补偿作用来实现电极的低损耗，必须采用负极性加工。实验表明，当峰值电流和脉冲间隔一定时，炭黑膜厚度随脉宽的增加而增厚；而当脉冲宽度和峰值电流一定时，炭黑膜厚度随脉冲间隔的增大而减薄，亦即随着脉冲间隔的减少，电极损耗随之降低。但过小的脉冲间隔将使放电间隔来不及消电离和电蚀产物扩散而造成拉弧烧伤。11二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电。二次放电的主要后果是在加工深度方向的侧面产生斜度和使加工棱角边变钝，如图2－14所示。由于工具电极下端部加工时间长，绝对损耗大，而电极入口处的放电间隙则由于电蚀产物的存在，“二次放电”的几率大而间隙逐渐扩大，因而产生了加工斜度。此外，成型加工时工具电极的振动及线切割加工时电极丝的抖动，也会使侧面放电次数增多而产生工件的形状误差。122.5电火花加工的自动进给调节系统1.自动进给调节系统的作用和分类电火花加工时，放电间隙很小(0.01～0.1mm)，电蚀量、放电间隙在瞬时都不是常值，而是在一定范围内随机变化的，人工进给或恒速的“机动”进给很难满足要求，必须采用自动进给和调节装置。自动进给调节系统的作用是维持某一稳定的放电间隙S，保证电火花加工正常而稳定地进行，获得较好的加工效果。可以用间隙蚀除特性曲线和进给调节特性曲线来说明，如图2－21所示。图中，曲线Ⅰ为间隙蚀除特性曲线，曲线Ⅱ为自动进给调节系统的进给调节特性曲线。图中横坐标为放电间隙S或间隙平均电压ue(因ue与S成对应关系)，纵坐标为加工速度vw或电极进给、回退速度。13◆工具电极若采用直接配合法加工，工具材料即是冲头材料。凸模一般选优质高碳钢T8A或铬钢Cr12、GCr15，硬质合金等。应注意,凸凹模不应选用同一种钢材型号，否则电火花加工时不易稳定。采用其它两种方法加工时，可选用紫铜，精度要求高的冲模则可选用铜钨或银钨作工具电极材料。工具电极的尺寸精度应比凹模精度高一级，一般不低于IT7级，表面粗糙度值也应比凹模的数值小，一般为0.63～1.25μm，直线度和平行度在100mm内不超过0.01mm。工具电极应有足够的长度，若加工硬质合金时，由于电极损耗较大，电极还应适当加长。工具电极的截面轮廓尺寸除考虑配合间隙外，还要比预定加工的型孔尺寸均匀地缩小一个加工时的火花放电间隙。141)工艺方法(电火花型腔加工常用的三种方法）由于型腔模的工艺特点所限，型腔模加工不能简单地用一个与型腔形状相对应的成型工具电极进行加工。常用的方法有以下三种：（1）单电极平动法。此方法先用低损耗（θ＜1%）、高生产率的粗规准进行加工，在半精和精加工时，采用平动头使工具电极相对于工件作微小的平面圆周运动，进行“仿形”加工。在减小电规准进行半精、精加工时，依次加大工具电极的平动量，以补偿前后加工电规准之间的放电间隙差值和表面粗糙度差值，完成整个型腔加工。单电极平动加工的优点是由于平动改善了工作液的供给及排屑条件，使工具电极损耗均匀，加工过程稳定。同时，它只需要一个电极，一次安装便可达到±0.05mm的加工精度。平动法已成为目前最常用的工艺方法。它的缺点是尖角部位电极损耗较大，同时工具电极上每点都在作平面圆周运动，故难以获得高精度的型腔模，特别是难以加工出有棱有角的型腔模。15(2)多电极更换法。此方法是用几个形状相同但尺寸各异的电极依次更换加工同一个型腔。由于每次加工中因电极损耗、二次放电造成的侧面斜度及棱角半径过大等加工误差都将在更换电极后的下一次加工中除去，因此一般用两个电极进行粗、精加工即可满足要求。当型腔模的精度和表面质量要求高时，才采用三个或更多个电极进行加工。多电极加工的仿形精度高，尤其适用于尖角、窄缝多的型腔模加工。其缺点是需制造多个电极，且对电极的重复制造精度要求很高；电极的依次更换重复定位精度要求也很高。因此，这种方法一般只适用于精密型腔的加工。例如，盒式磁带、收录机、电视机等机壳的模具，都是用多个电极加工出来的。16（3）分解电极法。此方法是单极平动加工法和多电极更换加工法的综合应用。其工艺灵活性强，仿形精度高，适用于尖角、窄缝、沉孔、深槽多的复杂型腔模具加工。根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔电极和副型腔电极分别制造。加工时先加工出主型腔，后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。这种方法还可按不同的加工要求选用不同的电极材料，简化了电极的制造和维修。缺点是在更换电极时，主型腔和副型腔电极之间要求有精确的定位。17电火花成形加工工具电极设计：今用电火花成形加工型腔模具，该型腔模具的横断面尺寸如上图图示，工具电极单边缩放量为n,试设计工具电极横断面形状和尺寸（绘出横断面图并标注尺寸），不考虑工件和工具公差。18第3章电火花线切割加工3.1电火花线切割加工原理、特点及应用范围3.2电火花线切割加工设备3.3电火花线切割控制系统和编程技术3.4影响电火花线切割工艺指标的因素3.5线切割加工工艺及其扩展应用193.1.3电火花线切割加工的分类及应用1.电火花线切割加工的分类根据电火花线切割加工中电极丝的运行方向和速度来分，电火花线切割加工通常分为两大类：一类是高速走丝电火花线切割加工，电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～10m/s；另一类是低速走丝电火花线切割加工，电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s。电火花线切割加工按控制方式可分为靠模仿型控制加工、光电跟踪控制加工、数字程序控制加工等；按加工尺寸范围可分为大、中、小型零件以及普通型与专用型零件等加工。按所使用的数控系统可分为单片机、单板机、微型计算机系统控制的加工等。203.3电火花切割控制系统和编程技术3.3.1切割控制系统控制系统是进行电火花线切割加工的重要环节。控制系统的稳定性、可靠性、控制精度及自动化程度都直接影响到加工工艺指标和工人的劳动强度。控制系统的主要作用有：（1）按加工要求自动控制电极丝相对工件的运动轨迹和进给速度，来实现对工件的形状和尺寸加工。（2）实现进给速度的自动控制，以维持正常的稳定切割加工。它是根据放电间隙大小与放电状态自动控制的，使进给速度与工件材料的蚀除速度相平衡。21因此，电火花线切割机床控制系统的主要功能应包括：（1）轨迹控制——精确控制电极丝相对于工件的运动（2）加工控制——主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统以及其它的机床操作控制。此外，断电记忆、故障报警、安全控制及自诊断功能也是一个重要的方面。电火花线切割机床的轨迹控制系统曾经历过靠模仿形控制、光电跟踪仿形控制，现在已普遍采用数字程序控制，并已发展到微型计算机直接控制阶段。223.3.2编程原理数控线切割加工机床的控制系统是根据人的“命令”控制机床进行加工的。必须先将要加工工件的图形用线切割控制系统所能接受的“语言”编好“命令”，输入控制系统（控制器），这种“命令”就是线切割加工程序。电火花线切割加工的数控控制原理是把图样和工件的形状和尺寸编制成程序指令，通过键盘或其他方式输入计算机，计算机根据输入的程序进行计算，并发出进给信号来控制驱动电动机，由驱动电动机带动精密丝杠，使工件相对于电极丝作轨迹运动，实现加工过程的自动控制。23数字程序控制系统能够控制加工同一平面上由直线和圆弧组成的任何图形的工件，这是最基本的控制功能。此外，还有带锥度切割、三维四轴联动加工、间隙补偿、螺距补偿、图形轨迹跟踪显示、停电记忆恢复加工、自适应控制、信息显示等多种控制功能。线切割编程方法分为手工编程和微机自动编程两种。手工编程能使操作者比较清楚地了解编程所需要进行的各种计算和编程过程，但计算工作比较繁杂。近年来，由于计算机快速发展，目前线切割加工的编程普遍采用计算机自动编程（如北航海尔的CAXA线切割软件）。243.3.23B程序编程1.3B代码程序格式线切割加工的轨迹图形是由直线和圆弧组成的，它们的3B程序指令格式如表3－3所示。BxByBJGZ分隔符x坐标值分隔符y坐标