《特种加工技术》教案1

广东工贸职业技术学院成人教育（广州南华工贸技工学校教学点）教案《特种加工技术》教案2016学年第2学期课程类型：理实一体化授课班级：15级数控技术授课教师：蔡文华2016年9月11日广东工贸职业技术学院成人教育（广州南华工贸技工学校教学点）教案一体化教案课题名称精密微细小孔零件的电火花加工理论课时2课题目标1．理解电火花加工方法的原理与特点；2．了解电火花加工方法的分类；3．掌握电火花加工方法的基本工艺规律实训课时2合计课时4授课日期2016.9.25教具媒体、实物、挂图等教学重点电火花加工的基本原理及机理教学难点电火花加工的特点及分类教学回顾说明广东工贸职业技术学院成人教育（广州南华工贸技工学校教学点）教案教学过程一、组织教学。（5分钟）1、点名并登记好出勤情况。2、讲解注意事项、检查学生自身安全隐患并排除。3、让学生合编成几个小组、以小组组长为每组负责人。二、导入新课。（5分钟）特种加工产生的条件，之所以产生特种加工普通机械加工满足不了加工的要求。一些难加工的材料、一些有特殊要求的零件、加工效率（生产率）、生产成本等等都需要特种加工。比较普通加工与特种加工的区别来引入课题。随着社会生产的需要和科学技术的进步，20世纪40年代，前苏联科学家拉扎连柯夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被腐蚀掉，开创和发明了电火花加工。后来，由于各种先进技术的不断应用，产生了多种有别于传统机械加工的新加工方法。这些新加工方法从广义上定义为特种加工(NTM，Non-TraditionalMachining)，也被称为非传统加工技术，其加工原理是将电、热、光、声、化学等能量或其组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除。三、理论新授。（一）电火花加工的基本原理及机理（35分钟）（重点讲解）1、电火花加工的基本原理电火花加工又称为放电加工（electricaldischargemachining，EDM），其加工过程与传统的机械加工完全不同。电火花加工是一种电能、热能加工方法。电火花加工的基本原理是利用工具和工件（正、负电极）之间产生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、形状及表面质量的加工要求。利用电腐蚀现象加工的条件（1）工具电极和工件被加工表面之间应保持一定的放电间隙。（2）火花放电必须在有一定绝缘性能的工作介质中进行。（3）火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，而不是持续电弧放电。广东工贸职业技术学院成人教育（广州南华工贸技工学校教学点）教案2、电火花加工的机理（结合实物讲解）1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道：当脉冲电压施加于工具电极与工件之间时，两极之间立即形成一个电场。电场强度与电压成正比，与距离成反比，随着极间电压的升高或是极间距离的减小，极间电场强度也将随着增大。由于工具电极和工件的微观表面是凸凹不平的，极间距离又很小，因而极间电场强度是很不均匀的，两极间离得最近的突出点或尖端处的电场强度一般为最大。当电场强度增大到一定数量时，介质被击穿，放电间隙电阻从绝缘状态迅速降低到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大值。由于通道直径很小，所以通道中的电流密度很高。间隙电压则由击穿电压迅速下降到火花维持电压（一般约为20~30V），电流则由0上升到某一峰值电流。2）介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀极间介质一旦被电离、击穿，形成放电通道后，脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极，正离子奔向负极。电能变成动能，动能通过碰撞又转变为热能。于是在通道内正极和负极表面分别成为瞬时热源，达到很高的温度。通道高温将工作液介质汽化，进而热裂分解汽化。这些汽化后的工作液和金属蒸汽，瞬间体积猛增，在放电间隙内成为气泡，迅速热膨胀并具有爆炸的特性。观察电火花加工过程，可以看到放电间隙间冒出气泡，工作液逐渐变黑，并听到轻微而清脆的爆炸声。电火花加工主要靠热膨胀和局部微爆炸，使熔化、汽化了的电极材料抛出蚀除。3）电极材料的抛出通道和正负极表面放电点瞬时高温使工作液汽化和金属材料熔化、汽化，热膨胀产生很高的瞬时压力。通道中心的压力最高，使汽化了的气体不断向外膨胀，压力高广东工贸职业技术学院成人教育（广州南华工贸技工学校教学点）教案处的熔融金属液体和蒸汽，就被排挤、抛出而进入工作液中。由于表面张力和内聚力的作用，使抛出的材料具有最小的表面积，冷凝时凝聚成细小的圆球颗粒。熔化和汽化了的金属在抛离电极表面时，向四处飞溅，除绝大部分抛入工作液中并收缩成小颗粒外，还有一小部分飞溅、镀覆、吸附在对面的电极表面上。这种互相飞溅、镀覆以及吸附的现象，在某些条件下可以用来减少或补偿工具电极在加工过程中的损耗。4）极间介质的消电离随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速降为零，但此后仍应有一段间隔时间，使间隙介质消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处介质的绝缘强度，以及降低电极表面温度等，以免下次总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，从而保证在两极间最近处或电阻率最小处形成下一次击穿放电通道。上述步骤(1)～(4)在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行，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，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。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。（二）电火花加工的特点及分类（20分钟）（难点，通过观看视频方法讲解）1、电火花加工的特点1）电火花加工适用于任何难切削材料的加工，如航天、航空领域的发动机零件，蜂窝密封结构件，深窄槽及狭缝等的加工，特别适宜加工低刚度、薄壁工件，异形孔以及形状复杂的型腔模具、弯曲孔等。2）电火花加工时，工具电极与工件并不直接接触，两者之间宏观作用力极小，工具电极不必比工件材料硬，因此工具电极制造容易。广东工贸职业技术学院成人教育（广州南华工贸技工学校教学点）教案3）电火花可以加工特殊及复杂形状的零件或表面。4）电火花加工直接利用电能，因而易于实现加工过程的自动控制及无人操作，可以减少机械加工工序，缩短加工周期，降低劳动强度，并且使用、维护方便。2、电火花加工工艺方法的分类（三）电火花加工机床简介（15分钟）1、HCD300K型机床简介HCD300K型机床是一种中等规格的高精密特种加工机床，它兼备国内外同类机床的特点，是以用户的实际需要为目的设计开发的一种结构新颖、性能可靠的精密电火花成形机床，具有造型美观、操作方便、附件齐全等特点。广东工贸职业技术学院成人教育（广州南华工贸技工学校教学点）教案2、HCD300K型机床的主要规格及技术参数HCD300K型机床广东工贸职业技术学院成人教育（广州南华工贸技工学校教学点）教案3、电火花加工机床结构电火花加工机床主要由机床本体、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，如图2-6所示。图2-6电火花机床1）、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。机床主轴头和工作台常有一些附件，如可调节工具电极角度的夹头、平动头、油杯等。本节主要介绍平动头。在电火花加工中当用一个电极进行粗加工时，将工件的大部分余量蚀除掉后，其底面和侧壁四周的表面粗糙度很差，为了将其修光，就得转换规准逐挡进行修整。但由于中、精加工规准的放电间隙比粗加工规准的放电间隙小，若不采取措施则四周侧壁就无法修光了。平动头就是为解决修光侧壁和提高其尺寸精度而设计的。平动头是一个使装在其上的电极能产生向外机械补偿动作的工艺附件。平动头的动作原理是：利用偏心机构将伺服电机的旋转运动通过平动轨迹保持机构转化成电极上每一个质点都能围绕其原始位置在水平面内作平面小圆周运动，许多小圆的外包络线面积就形成加工横截面积，如图2-7所示，其中每个质点运动轨迹的半径就称为平动量，其大小可以由零逐渐调大，以补偿粗、中、精加工的电火花放电间隙δ之差，从而达到修光型腔的目的。广东工贸职业技术学院成人教育（广州南华工贸技工学校教学点）教案图2-7平动头扩大间隙原理图(a)机械式平动头(b)数控平动头图2-8平动头外形2）、脉冲电源在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是把工频正弦交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。脉冲电源输入为380V、50Hz的交流电，其输出应满足如下要求：(1)要有一定的脉冲放电能量，否则不能使工件金属气化。(2)火花放电必须是短时间的脉冲性放电，这样才能使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。(3)脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应，提高加工速度和降低工具电极损耗。(4)脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉冲间歇等)有较宽的调节范围，以满足粗、中、精加工的要求。(5)有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时间消除电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件。四、小结（5分钟）1、电火花加工方法的原理与特点；2、了解电火花加工方法的分类。五、实操（一）电火花加工中的基本规律知识讲解（40分钟）广东工贸职业技术学院成人教育（广州南华工贸技工学校教学点）教案1、影响材料放电腐蚀的主要因素在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。即使是相同的材料，正、负电极的电蚀量也是不同的。这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。若两电极材料不同，则极性效应更加复杂。极性效应生产率工具损耗极性效应极性效应的影响因素：在实际加工中，极性效应受到电极及电极材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等多种因素的影响，其中主要原因是脉冲宽度。极性选择在电场的作用下，放电通道中的电子奔向正极，正离子奔向负极。在窄脉宽度加工时，由于电子惯性小，运动灵活，大量的电子奔向正极，并轰击正极表面，使正极表面迅速熔化和气化；而正离子惯性大，运动缓慢，只有一小部分能够到达负极表面，而大量的正离子不能到达，因此电子的轰击作用大于正离子的轰击作用，正极的电蚀量大于负极的电蚀量，这时应采用正极性加工。2、电参数对电蚀量的影响（结合实物讲解）电参数：电压脉冲宽度ti电流脉冲宽度to脉冲间隔t0脉冲频率f峰值电流峰值电压极性广东工贸职业技术学院成人教育（广州南华工贸技工学校教学点）教案3、金属材料热学常数对电蚀量的影响热学常数:熔点、沸点、热导率、比热容、熔化热、气化热等热能传散的途径：热传导工作液局部金属升温至熔点熔化材料金属液体升温至沸点熔融金属气化金属蒸气升温成过热蒸气。广东工贸职业技术学院成人教育（广州南华工贸技工学校教学点）教案（二）电火花加工操作实例（结合实物讲解）（30分钟）1、冲模加工材料为钢冲模是在生产中常用的一种模具，零件的尺寸精度、表面粗糙度直接取决于模具的凸凹模的加工精度。所以凸凹模的制造就成为生产上的关键技术之一。尤其是凹模，采用常规的机械加工方法是困难的甚至是无法加工的，仅靠钳工修配一则劳动强度大，质量很难保证，二则往往因为淬火变形而导致工件的报废。如果采用电火花成型加工就可以很好的解决这一难题。一方面电火花成型加工可以安排在工件淬火后进行，避免了因热处理而导致的工件变形，另一方面可以不受材料硬度的限制，扩大了模具材料的选用范围。2、加工步骤1）凸模的加工:以采用线切割或成形磨削来加工完成；2）凹模的加工:采用直接配合法来加工完成；3）电极、工件的装夹:首先将选好的电极安装在机床主轴的电极夹头中，用直角尺在X、Y方向调整，保证电极与机床工作台面的垂直，其次将工件安装在工作台面上，利用压板固定。最后移动工作台，保证电极中心与工件中心一致；4）选择电参数：脉冲宽度／ms脉冲间歇／ms峰值电流／702015）工作液的选择：采用煤油作为工作液；最后启动电源，加工深度由模具深度决定。3、塑料叶轮注塑模型腔工件的形状：在φ120圆范围