特种加工教案

1课题：概论课时：2授课：尹有根教学目标：特种加工的概念、特点及发展、分类教学重点：1特种加工的特点及发展2特种加工的分类1.1特种加工的概念一、引入课题: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。二、讲课内容1、特种加工的产生及定义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。©可播放特种加工的一些视频。1.2特种加工的特点及发展1.3特种加工的分类一、复习旧课:特种加工产生的原因及定义。二、引入新课：特种加工范围广但有一些共性。与机械加工比起来有以下的一江苏省农林职业技术学院《特种加工技术》教案2些特点。三、讲课内容1、与传统的机械加工相比，特种加工的不同点是：(1)不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量(如电、化学、光、声、热等)去除金属材料。(2)加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力，故加工的难易与工件硬度无关。(3)各种加工方法可以任意复合、扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。正因为特种加工工艺具有上述特点，所以就总体而言，特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料，且专长于加工复杂、微细表面和低刚度的零件。2、特种加工技术的研究主要表现在以下几个方面：(1)微细化。(2)特种加工的应用领域正在拓宽。(3)广泛采用自动化技术。3、我国特种加工技术的发展情况我国的特种加工技术起步较早。20世纪50年代中期我国工厂已设计研制出电火花穿孔机床，60年代末上海电表厂张维良工程师在阳极—机械切割的基础上发明了我国独创的快走丝线切割机床，4、特种加工的分类分类没有明确的规定，一般按能量来源和作用形式以及加工原理可分为表1-1所示的形式表1-1常用特种加工方法的分类江苏省农林职业技术学院《特种加工技术》教案3依据工件材料、尺寸、形状、精度、生产率、经济性等情况作具体分析，区别对待，合理选择特种加工方法。如表1-2所示表1-2几种常见特种加工方法的综合比较江苏省农林职业技术学院《特种加工技术》教案4四、总结：1、特种加工的特点和发展方向。2、特种加工的分类江苏省农林职业技术学院《特种加工技术》教案5课题：第二章电火花加工2.1电火花加工的基本原理及其分类2.2电火花加工的机理课时：2授课：尹有根教学目标：电火花加工的物理本质及特点教学重点：1电火花加工的基本原理及其分类2电火花加工的机理2.1电火花加工的物理本质及特点一、复习旧课：与机械加工比较特种加工的特点及它的发展方向和分类。二、引入新课:电火花加工是特种加工的典型代表。我们看见电火花加工中有火花产生材料就被蚀除掉了这是什么原因呢？三、讲课内容：1、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。分为以下几个阶段(如图2-1所示)：江苏省农林职业技术学院《特种加工技术》教案6图2-1电火花加工原理(1)极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图2-1(a)所示)。(2)电极材料的熔化、气化热膨胀(如图2-1(b)、(c)所示)。(3)电极材料的抛出(如图2-1(d)所示)。(4)极间介质的消电离(如图2-1(e)所示)。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。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。(如图2-2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。图2-2电火花表面局部放大图2、电火花加工、电火花线切割加工的特点1）．共同特点(1)二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的热来熔解去除金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力。(2)二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。(3)最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙，线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。江苏省农林职业技术学院《特种加工技术》教案72）．不同特点(1)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(如图2-3所示)。而线切割加工是利用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成型的一种工艺方法，如图2-4所示。图2-3电火花加工图2-4线切割加工(2)从产品形状角度看，电火花加工必须先用数控加工等方法加工出与产品形状相似的电极；线切割加工中产品的形状是通过工作台按给定的控制程序移动江苏省农林职业技术学院《特种加工技术》教案8而合成的，只对工件进行轮廓图形加工，余料仍可利用。(3)从电极角度看，电火花加工必须制作成型用的电极(一般用铜、石墨等材料制作而成)；线切割加工用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电极。(4)从电极损耗角度看，电火花加工中电极相对静止，易损耗，故通常采用多个电极加工；而线切割加工中由于电极丝连续移动，使新的电极丝不断地补充和替换在电蚀加工区受到损耗的电极丝，避免了电极损耗对加工精度的影响。(5)从应用角度看，电火花加工可以加工通孔、盲孔，特别适宜加工形状复杂的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花纹等(如图2-5(a)所示)；而线切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形状复杂的窄缝及各种形状复杂的零件(如图2-5(b)所示)。(a)电火花加工产品(b)线切割加工产品图2-5加工产品实例四、总结：1、电火花加工的物理本质2、电火花加工、电火花线切割加工的异同点五、作业：1、电火花加工的物理本质是什么？江苏省农林职业技术学院《特种加工技术》教案92、电火花加工与电火花线切割加工的异同点是什么？课题：第二章电火花加工2.3电火花加工的一些基本规律课时：2授课：尹有根教学目标：电火花加工的一些基本规律教学重点：1电火花加工的一些基本规律一、复习旧课：电火花加工的特点二、引入新课：表面粗糙度、加工精度时电火花加工两个中的指标。三、讲课内容：１、影响表面粗糙度的主要因素电火花加工表面粗糙度的形成与切削加工不同，它是由若干电蚀小凹坑组成的，能存润滑油，其耐磨性比同样粗糙度的机加工表面要好。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，所以表面粗糙度就越差。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，表面粗糙度就变差。在一定的脉冲能量下，不同的工件电极材料表面粗糙度值大小不同，熔点高的材料表面粗糙度值要比熔点低的材料小。工具电极表面的粗糙度值大小也影响工件的加工表面粗糙度值。由于电极的相对运动，工件侧边的表面粗糙度值比端面小。干净的工作液有利于得到理想的表面粗糙度。２、影响加工精度的主要因素1）．放电间隙间隙大小对形状精度也有影响，间隙越大，则复制精度越差，特别是对复杂形状的加工表面。江苏省农林职业技术学院《特种加工技术》教案102）．加工斜度进入行腔后二次放电，产生加工斜度。3）．工具电极的损耗工具电极的损耗锥度反映到工件上是加工斜度。３、电火花加工表面变化层和机械性能图3-11电火花加工表面变化层２）表面变化层的机械性能※显微硬度及耐磨性工件在加工前由于热处理状态及加工中脉冲参数不同，加工后的表面层显微硬度变化也不同。加工后表面层的显微硬度一般比较高，但由于加工电参数、冷却条件及工件材料热处理状况不同，有时显微硬度会降低。※残余应力电火花表面存在着由于瞬时先热后冷作用而形成的残余应力，而且大部分表现为拉应力。※疲劳性能电火花加工后，工件表面变化层金相组织的变化，会使耐疲劳性能比机械加工表面低许多倍。４、电火花加工的稳定性1）．电规准与加工稳定性一般来说，单个脉冲能量较大的规准，容易达到稳定加工。在微细加工、排屑条件很差、电极与工件材料不太合适时，可增加间隔来改善加工的不稳定性，但这样会引起生产率下降。江苏省农林职业技术学院《特种加工技术》教案11对每种电极材料对，必须有合适的加工波形和适当的击穿电压，才能实现稳定加工。当平均加工电流超过最大允许加工电流密度时，将出现不稳定现象。2）．电极进给速度电极的进给速度与工件的蚀除速度应相适应，这样才能使加工稳定进行。进给速度大于蚀除速度时，加工不易稳定。3）．蚀除物的排除情况4）．电极材料及工件材料对于钢工件，各种电极材料的加工稳定性好坏次序如下：紫铜(铜钨合金、银钨合金)铜合金(包括黄铜)石墨铸铁不相同的钢相同的钢；淬火钢比不淬火钢工件加工时稳定性好；硬质合金、铸铁、铁合金、磁钢等工件的加工稳定性差。5）．极性不合适的极性可能导致加工极不稳定6）．加工形状５、合理选择电火花加工工艺一般来说，主要采用两种方法来处理：第一，先主后次，如在用电火花加工去除断在工件中的钻头、丝锥时，应优先保证速度，因为此时工件的表面粗糙度、电极损耗已经不重要了；第二，采用各种手段，兼顾各方面。其中主要常见的方法有：(1)粗、中、精逐挡过渡式加工方法。(2)先用机械加工去除大量的材料，再用电火花加工保证加工精度和加工质量。(3)采用多电极。在加工中及时更换电极，当电极绝对损耗量达到一定程度时，及时更换，以保证良好的加工质量。四、总结１、影响表面粗糙度、加工精度的因素２、如何控制电火花加工表面变化层和机械性能、加工的稳定性江苏省农林职业技术学院《特种加工技术》教案12３、如何合理选择电火花加工工艺电火花加工机床简介一、复习旧课:电火花加工的物理本质及电火花加工、电火花线切割加工的异同点。二、引入课题:知道了电火花加工的本质，接下来分开来介绍电火花加工和线切割加工。先看看电火花加工。三、讲课内容：1、机床型号、规格、分类我国国标规定，电火花成型机床均用D71加上机床工作台面宽度的1/10表示。例如D7132中，D表示电加工成型机床(若该机床为数控电加工机床，则在D后加K，即DK)；71表示电火花成型机床；32表示机床工作台的宽度为320mm。电火花加工机床按其大小可分为小型(D7125以下)、中型(D7125～D7163)和大型(D7163以上)；按数控程度分为非数控、单轴数控和三轴数控。2、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。江苏省农林职业技术学院《特种加工技术》教案13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