数控电加工工艺

第六章数控电加工工艺第三节第二节第一节概述数控电火花成形加工工艺数控线切割加工工艺第六章数控电加工工艺一、数控电加工的概念电加工主要是指利用电的各种效应(如电能、电化学能、电热能、电磁能、电光能等)进行金属材料加工的一种方式。电加工包括电蚀加工(电火花成形加工和线切割加工)、电子束加工、电化学加工(电抛光等)及电热加工(导电磨削、电热整平)等。第一节概述1．电加工的定义第六章数控电加工工艺（3）工件材料可以是任何硬度的金属材料，还可以是磁性材料等。2．电加工的特点（1）加工过程中，工具和工件之间不存在明显的机械切削力，且在多数情况下，工具不与工件直接接触。（2）加工用的工具硬度可以低于工件材料的硬度。第六章数控电加工工艺二、数控电加工工艺方法的分类及应用按工具电极和工件相对运动的方式与用途不同,电加工工艺方法大致可分为电火花穿孔成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类。电火花加工工艺方法分类、特点及用途见表6—1。各种电火花加工机床的照片第六章数控电加工工艺第三节第二节第一节概述数控电火花成形加工工艺数控线切割加工工艺第六章数控电加工工艺一、数控电火花成形加工1．数控电火花成形加工原理电火花成形加工也称为放电加工、电蚀加工或电脉冲加工，是基于脉冲放电的蚀除原埋，直接利用电能和热能进行加工的新工艺。a）电火花成形加工机床b）电火花成形加工机床加工原理图电火花成形加工第二节数控电火花成形加工工艺1—主轴头2—工具电极3—工作液槽4—工件电极5—床身工作台6—工作液装置7—脉冲电源第六章数控电加工工艺(1)电离、放电(2)高温熔化a)电离、放电b)高温熔化第六章数控电加工工艺(3)汽化、金属抛出(4)消电离e)消电离c)汽化d)金属抛出第六章数控电加工工艺2．电火花成形加工的条件（1）脉冲放电必须具有足够大的能量密度，使工件材料局部熔化和汽化。（2）放电应当是脉冲式的(脉宽一般在0.2～1000μs之间)（3）放电过程的电蚀产物及热量应及时从微小的放电间隙中排出。（4）加工装置的进给系统必须及时调整两极间的距离，使之始终保持最佳的击穿放电间隙。第六章数控电加工工艺3．电火花成形加工装置机床主体脉冲电源控制系统机床主体工作液装置电火花成形加工装置1234第六章数控电加工工艺4.数控电火花成形加工的特点(1)优点1)适用于难切削材料的成形加工2)可加工特殊的、形状复杂的零件电火花成形加工典型工件a)化纤喷丝板型孔b)弯曲轴线孔c)薄壁环结构第六章数控电加工工艺3)适用于镜面加工。4)加工的放电脉冲参数可以任意调节。5)有助于改进和简化产品的结构设计与制造工艺。第六章数控电加工工艺1)它仅适用于加工金属等导电材料，不像切削加工那样可以轻松地加工塑料、陶瓷等绝缘材料。2)在一般情况下，电火花成形加工的加工速度要低于切削加工。3)由于电火花成形加工是靠电极间的火花放电去除金属的，直接影响了电火花成形加工的成形精度。4)最小圆角半径有限制,难以完成清角加工。(2)缺点第六章数控电加工工艺二、极性效应与覆盖效应1．极性效应在电火花加工时，相同材料(如用钢电极加工钢)两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做极性效应。“正极性”接线法“负极性”接线法第六章数控电加工工艺2．覆盖效应在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形成一定厚度的覆盖层，这种现象叫做覆盖效应。第六章数控电加工工艺碳素层的生成条件：（1）有足够高的温度。（2）有足够多的电蚀产物，尤其是介质的热解产物——碳粒子。（3）有足够的时间，以便在这一表面上形成一定厚度的碳素层。（4）一般采用负极性加工，因为碳素层易在阳极表面生成。（5）必须在油类介质中加工。第六章数控电加工工艺三、电火花成形加工工艺基本规律1.非电参数对加工速度的影响电火花成形加工的加工速度是指在一定电规准下，单位时间t内工件被蚀除的体积V或质量m。非电参数对电极损耗有影响的主要因素包括加工面积、排屑方式、电极材料和加工极性、工件材料和工作液等，它们对加工速度的影响见表6—2。第六章数控电加工工艺2.电参数对加工速度的影响(1)脉冲宽度对加工速度的影响脉冲宽度与加工速度的关系第六章数控电加工工艺(2)脉冲间隔对加工速度的影响脉冲间隔与加工速度的关系(3)峰值电流对加工速度的影响第六章数控电加工工艺3.非电参数、电参数对电极损耗的影响电极损耗是电火花成形加工中的重要工艺指标。非电参数对电极损耗有影响的主要因素有加工面积、冲油或抽油方式、电极的形状和尺寸、工具电极材料等，电参数中对电极损耗有影响的主要因素包括脉冲宽度、峰值电流、加工面积、加工极性、电极材料、工件材料、工作液、排屑条件和二次放电等,具体见表6—3。电极损耗长度第六章数控电加工工艺4.影响表面粗糙度的主要因素电火花成形加工表面粗糙度是由若干电蚀小凹坑组成的，能存润滑油，其耐磨要好。表面粗糙度值大小简单地看成与电蚀凹坑的深度成正比，则电火花成形加工表面粗糙度值随单个脉冲能量的增加而增大。当峰值电流一定时，脉冲宽度越大，单个脉冲的能量就大，放电腐蚀的凹坑也越大、越深，所以表面粗糙度值就越大。在脉冲宽度一定的条件下，随着峰值电流的增加，单个脉冲能量也增加，表面粗糙度值就变大。工具电极表面粗糙度值的大小也影响工件的表面粗糙度值。第六章数控电加工工艺5.影响加工精度的主要因素电加工精度包括尺寸精度和仿形精度(或形状精度)(1)放电间隙间隙大小对形状精度也有影响，间隙越大,则复制精度越低，特别是对形状复杂的加工表面影响更大。还必须尽可能使加工过程稳定。放电间隙在精加工时一般为0.01~0.1mm,粗加工时可达0.5mm以上(单边)。第六章数控电加工工艺(2)加工斜度(3)工具电极的损耗电火花加工时产生斜度的情况1—电极无损耗时工具轮廓线2—电极有损耗而不考虑二次放电时的工件轮廓线3—工具电极4—实际工件轮廓线5—工件工具电极的损耗锥度1—工具电极2—工件第六章数控电加工工艺四、电火花成型加工工艺的制订定电火花成形加工的加工过程第六章数控电加工工艺1．电极准备（1）电极材料第六章数控电加工工艺（2）影响电极损耗的主要因素1）电极材料对电极损耗影响极大。2）电参数对电极损耗影响也较大。3）极性。4）黑膜对电极损耗的影响也不容忽视。5）实践表明：当冲油压力增大时，电极损耗将随之增大。（3）电极结构1）整体式电极2）组合电极3）镶拼式电极第六章数控电加工工艺（4）技术要求对电极的要求是：尺寸精度应不低于IT7级，公差一般小于工件公差的1/2，并按入体原则标注；各表面平行度在100mm长度上小于0.01mm；表面粗糙度Ra小于1.25µm。（5）电极的尺寸1）长度尺寸第六章数控电加工工艺①电极的截面尺寸原则上与工件截面尺寸仅相差一个火花间隙。②冲裁模中的凹模尺寸完全取决于冲件尺寸，加工凹模的电极尺寸即可按前述原则在冲件尺寸的基础上缩小一个(单面)火花间隙值。③如果采用单电极加工，其截面尺寸还应将电极损耗量加到火花间隙值中，一并进行考虑。④精确的电极尺寸对加工精密工件来说是必不可少的，而且由于环境、系统、操作者的影响，工件的精度总比生产中所用的电极精度差。因此,正常情况下电极公差是工件公差的一半。2）截面尺寸第六章数控电加工工艺2．电极装夹a）应用图b）结构图带垂直度调节装置的夹头1—锥柄2—调节螺钉3—绝缘垫4—电极固定板5—球头螺钉整体式电极装夹。第六章数控电加工工艺标准套筒夹具1－套筒2－电极钻夹头1—钻夹头2－电极螺纹夹头多电极通用夹具第六章数控电加工工艺1－电极板2－连接板3－螺栓4－黏合剂连接板夹具自己用到的电极采用的是哪种装夹方式?第六章数控电加工工艺3．工件的准备（1）工件材料和尺寸形状应注意以下几点：1)工件应均匀,形状误差应合适。2)工件应进行退火。3)硬质合金中碳化钛和碳化钽的含量应较低。4)耐热钢应进行盐浴硬化。5)大工件的加工应采用合适的制冷措施。6)加工窄缝和深槽时应采用合适的冲液措施。第六章数控电加工工艺（4）冲液孔1)如果工件是没有经过热处理的钢件，应钻孔。2)如果工件是热处理后的钢件，应使用管状电极进行电火花成形加工或用金刚石钻头钻孔。3)如果工件是硬质合金件，应使用管状电极进行电火花成形加工或预先烧结。（5）回火处理（6）除锈、去磁（2）工件的预加工（3）基准面第六章数控电加工工艺4．工件的装夹一般情况下，工件被安装在工作台上，与电极互相定位后，用压板和螺钉压紧即可，但需注意保持与电极的相互位置。第六章数控电加工工艺5．校正与定位（1）校正1）利用精密角尺校正。1—电极2—精密角尺3—工件4—工作台第六章数控电加工工艺2）利用百分表校正。1—电极2—工件3—百分表第六章数控电加工工艺1）划线法。按图样在工件两面划出型孔线，再沿线打冲眼，根据冲眼确定电极位置。该方法主要适用于定位要求不高的工件。（2）定位2）量块角尺法1－工件2－电极3－量块4－角尺第六章数控电加工工艺3）测定器量块定位法用测定器、量块和百分表定位1－工件、2－电极、3－量块4－测定器、5－百分表4）接触感知定位法。数控电火花机床均具有自动找正定位功能。接触感知代码自动定位。编制数控程序自动定位。利用实训时间，练习一下各种定位与校正方式。第六章数控电加工工艺6.电火花成形加工方法的选择(1)单工具电极直接成形法单工具电极直接成形法a)粗加工b)精加工型腔(左侧)c)精加工型腔(右侧)单工具电极直接成形法是指采用同一个工具电极完成模具型腔的粗、中及精加工。第六章数控电加工工艺(2)多电极更换法多电极更换法a)粗加工b)更换大电极精加工多电极更换法是指根据一个型腔在粗加工、半精加工及精加工中放电间隙各不相同的特点，采用几个不同尺寸的工具电极完成一个型腔的粗、中及精加工第六章数控电加工工艺分解电极加工法是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并分别制造。先用主型腔电极加工出主型腔，后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。(3)分解电极加工法第六章数控电加工工艺1．冷冲模电火花加工-简单方孔冲模的电火花加工凹模尺寸为25mm×25mm，深10mm，通孔尺寸公差等级为IT7，表面粗糙度Ra为1.25~2.5μm，工件材料为40Cr。设采用高低压复合型晶体管脉冲电源加工。模具图五、典型零件的加工工艺第六章数控电加工工艺电火花加工前的工件、工具电极图a)模具加工出预孔b)工具电极电极装夹在机床主轴头的夹具中进行精确找正，使电极对机床工作台面的垂直度小于0.01mm/100mm。工件安装在油杯上，工件上、下端面保持与工作台面平行。第六章数控电加工工艺加工类型脉冲宽度(μs)电压(V)电流(A)脉冲间歇(μs)冲油压力(kPa)加工深度(mm)高压低压高压低压高压低压粗加工12252506019309.815精加工7220060O.81.22519.620加工参考标准改变零件尺寸重新进行加工。第六章数控电加工工艺2．电机转子冲孔落料模的电火花加工工件材料：淬火40Cr，工件尺寸要求如图所示。凸凹模具配合间隙：0.04~0.07mm。工具电极(即冲头)材料：淬火Crl2。工件第六章数控电加工工艺1）准备定位心轴。2）粗车冲头外形，精车上段吊装内螺纹，φ6mm孔留磨量。3）热处理。4）磨削。5）线切割。6）钳加工。7）化学腐蚀(酸洗)。8）钳加工。工具电极(冲头)和定位心轴（1）工具电极在电火花加工之前的工艺路线第六章数控电加工工艺（2）工艺方法（3）使用设备（4）装夹、校正、固定1）工具电极2）工件（5）加工参考标准1）粗加工2）精加工（6）加工效果第六章数控电加工工艺3．电火花穿孔加工实例图中所示为中夹板落料凹模，工件材料为Crl2钢，配合间隙为0.08mm～0.10mm，热处理淬火硬度为62～64HRC。第六章数控电加工工艺(1)电火花成形加工前的工艺路线在电火花加工前，应利用铣床、磨床等机械加工机床先把除凹模型孔以外的尺寸加工出来，并