特种加工技术

特种加工常识683724333135电火花加工电火花线切割加工电化学加工激光加工电子束和离子束加工超声加工快速成形技术其它特种加工一、概述第一节特种加工的产生和发展1特种加工的名称1.1特种加工的产生和发展2特种加工的发展从第一次产业革命以来，一直到第二次世界大战以前，并没有产生特种加工的迫切要求，直到1943年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。1.1特种加工的产生和发展说明：1、国际电加工会议ISEM历来被称为特种加工领域发展趋势的风向标，该会议3年举行一次。第15届ISEM于2007年4月在美国举行，第16届将于2010年在上海举行。2、《电加工及模具》2000年由《电加工》杂志改名，2001年电加工学会改名为特种加工学会。1.1特种加工的产生和发展3特种加工与切削加工的区别1.1特种加工的产生和发展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。目前，国际上对特种加工技术的研究主要表现在以下几个方面：(1)微细化。目前，国际上对微细电火花加工、微细超声波加工、微细激光加工、微细电化学加工等的研究正方兴未艾，特种微细加工技术有望成为三维实体微细加工的主流技术。(2)特种加工的应用领域正在拓宽。例如，非导电材料的电火花加工，电火花、激光、电子束表面改性等。1.1特种加工的产生和发展(3)广泛采用自动化技术。充分利用计算机技术对特种加工设备的控制系统、电源系统进行优化，建立综合参数自适应控制装置、数据库等，进而建立特种加工的CAD/CAM和FMS系统，这是当前特种加工技术的主要发展趋势。用简单工具电极加工复杂的三维曲面是电解加工和电火花加工的发展方向。目前已实现用四轴联动线切割机床切出扭曲变截面的叶片。随着设备自动化程度的提高，实现特种加工柔性制造系统已成为各工业国家追求的目标。1.1特种加工的产生和发展特种加工技术在国际上被称为21世纪的技术1.2特种加工的分类第二节特种加工的分类一般按能量形式和作用原理分类电能与热能作用方式■电火花EDM、线切割WEDM、电子束EBM、等离子PAM电能与化学能作用方式■电解ECM、电铸、电刷镀电化学能与机械能作用方式■电解磨削ECG、电解珩磨ECH声能与机械作用能作用方式：超声波加工USM光能与热能作用方式：激光加工LBM电能与机械作用能作用方式：离子束加工IM液流能与机械作用能：挤压珩磨AFH、水射流WJC1.3特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响第三节特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响由于上述各种特种加工工艺的特点以及逐渐广泛的应用，引起了机械制造工艺技术领域内的许多变革，主要有以下几个方面：1.3特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响（1）提高了材料的可加工性1.3特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响（2）改变了零件的典型工艺路线1.3特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响（3）改变了试制新产品的模式1.3特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响（4）特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响1.3特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响（5）对传统的结构工艺性的好与坏，需要重新衡量1.3特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响（6）特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。二、电火花加工■电火花加工利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工英文简称EDMElectricalDischargeMachining电火花加工的机理1极间介质的电离、击穿形成放电通道极间电压升高或极间距离减小→极间电场强度增大105V/mm即100V/μm左右时→产生场致电子发射→雪崩电离小于0.1μs→建立放电通道（电流密度达105－106A/cm2（103－104A/mm2））2.2电火花加工的机理2介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀放电通道形成后电子、正离子运动→动能转热能电极表面高温→工作液气化、热分解→电极材料熔化、气化→迅速热膨胀2.2电火花加工的机理3电极材料的抛出热膨胀产生微爆炸→电极材料抛出→大部分抛入工作液中收缩成小颗粒，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）2.2电火花加工的机理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，标志着一次脉冲放电结束。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间隙介质的绝缘强度，以免总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，这样可以保证按两极相对最近处或电阻率最小处形成下一击穿放电通道（放电点转移原则）。另外，在加工过程中形成的电蚀产物以及热量等都需要在此阶段排出。由此，为了保证电火花加工过程正常地进行，在两次脉冲放电之间一般都应有足够的脉冲间隔时间t0。工艺特点加工适应性强无论硬、脆、软、耐热材料，只要导电就行小孔、薄壁、窄槽、复杂截面同一台电火花机床上，只需要修改参数即可完成粗、半精、精加工可用于电火花穿孔电火花型腔加工磨削、铣制、镗制、表面强化等电火花线切割电火花穿孔电火花型腔加工工件进给方向进给方向工作液工具电极工件工具电极工件其他电火花加工其他电火花加工简单电极多轴联动铣削加工电火花铣削外形电火花铣削内形电火花铣削螺旋槽工具电极的制造方法铜电极铣削加工石墨电极铣削加工数控电火花成型加工机床电火花线切割加工(WireCutEDM，简称WEDM)是在电火花加工基础上于20世纪50年代末最早在前苏联发展起来的一种工艺形式，是用线状电极(钼丝或铜丝)靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。电火花线切割加工的基本原理是利用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)作电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成形。根据电极丝的运行方向和速度，电火花线切割机床通常分为两大类:一类是往复高速走丝(或称快走丝)电火花线切割机床(WEDM-HS)，一般走丝速度为8～l0m/s，这是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式;另一类是单向低速走丝(或称慢走丝)电火花线切割机床(WEDM-LS)，一般走丝速度低于0.2m/s，这是国外生产和使用的主要机种。线切割加工的工艺特点（1）采用细金属丝作工具电极，不需要制造特定形状的电极。（2）电极丝损耗对加工精度影响较小（3）自动化程度高，柔性大，且操作方便。（4）切割缝隙小，故切割余料可以再利用。（5）加工表面粗糙度值小，但表面有硬化层。（6）热变形小。线切割机床类型经济性好，但运丝稳定性差，加工精度相对较低，表面较粗糙。这是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式。电极丝运丝速度一般为8~10m/s，电极丝做往复移动，一般采用钼丝做电极丝,加工液为乳化液。（1）高速走丝线切割机床(WEDM-HS)（2）低速走丝线切割机床(WEDM-LS)运丝稳定性好，加工精度高，表面质量好，但成本高。这是国外生产和使用的主要机种。走丝速度慢，一般小于0.2m/s，电极丝做单向移动，一般采用铜丝做电极丝，加工液为去离子水。线切割数控编程要点目前生产的线切割加工机床都有计算机自动编程功能，即可以将线切割加工的轨迹图形自动生成机床能够识别的程序。高速走丝线切割机床一般采用3B(个别扩充为4B或5B)格式，而低速走丝线切割机床通常采用国际上通用的ISO(国际标准化组织)或EIA(美国电子工业协会)格式。为了便于国际交流和标准化，特种加工学会和特种加工行业协会建议我国生产的线切割控制系统逐步采用ISO代码。1、线切割3B代码编程常见的图形都是由直线和圆弧组成的，任何复杂的图形，只要分解为直线和圆弧就可依次分别编程。编程时需用的参数有五个；切割的起点或终点坐标x,y值；切割时的计数长度J(切割长度在x轴或y轴上的投影长度);计数方向G；切割轨迹的类型，称为加工指令Z。程序格式我国数控快走丝线切割机床采用统一的五指令3B程序格式，为：BXBYBJGZ分隔符X坐标值分隔符Y坐标值分隔符计数长度计数方向加工指令其中B—分隔符，用它来区分、隔离x,y和J等数码，B后的数字如为0，则此0可以不写。x,y—直线的终点或圆弧起点的坐标值，编程时均取绝对值，以μm为单位，最多为6位数。J—计数长度，亦以μm为单位，最多为6位数。G—计数方向，分GX或GY，即可以按x方向或y方向计数，工作台在该方向每走1μm即计数累减1，当累减到计数长度J=0时，这段程序即加工完毕。Z—加工指令，分为直线L与圆弧R两大类。直线又按走向和终点所在象限而分为L1、L2、L3、L4四种;圆弧又按第一步进入的象限及走向的顺、逆圆而分为SR1、SR2、SR3、SR4及NR1、NR2、NR3、NR4八种，如图所示。2、ISO代码编程ISO编程方式是一种通用的编程方法,这种编程方法与数控铣编程有点类似,使用标准的G指令、M指令等代码。它适用于大部分高速走丝线切割机床和低速走丝线切割机床。其控制功能更为强大，使用更为广泛，将是以后线切割机床的发展方向。代码功能代码功能G00快速移动，定位指令G84自动取电极垂直G01直线插补G90绝对坐标指令G02顺时针圆弧插补指令G91增量坐标指令G03逆时针圆弧插补指令G92制定坐标原点G04暂停指令M00暂停指令G17XOY平面选择M02程序结束指令G18XOZ平面选择M05忽略接触感知G19YOZ平面选择M98子程序调用常用ISO编程代码常用ISO编程代码G20英制M99子程序结束G21公制T82加工液保持OFFG40取消电极丝补偿T83加工液保持ONG41电极丝半径左补T84打开喷液指令G42电极丝半径右补T85关闭喷液指令G50取消锥度补偿T86送电极丝(阿奇公司)G51锥度左倾斜(沿电极丝行进方向，向左倾)斜)T87停止送丝(阿奇公司)常用ISO编程代码G52锥度右倾斜(沿电极丝行进方向，向右倾斜)T80送电极丝(沙迪克公司)G54选择工作坐标系1T81停止送丝(沙迪克公司)G55选择工作坐标系2T90AWTI，剪断电极丝G56选择工作坐标系3G80移动轴直到接触感知T91AWTII，使剪断后的电极丝用管子通过下部的导轮送到接线处G81移动到机床的极限T96送液ON，向加工槽中加液体G82回到当前位置与零点的一半处T97送液OFF，停止向加工槽中加液体3、自动编程数控编程可分为人工编程和自动编程两类。人工编程通常是根据图样把图形分解成直线段和圆弧段，并且把每段的起点、终点，中心线的交点、切点的坐标一一定出，按这些直线的起点、终点，圆弧的中心、半径、起点、终点坐标进行编程。当零件的形状复杂或具有非圆曲线时，人工编程的工作量大，容易出错。为了简化编程工作，利用计算机进行自动编程是必然趋势。自动编程使用专用的数控语言及各种输入手段，向计算机输入必要的形状和尺寸数据，利用专门的应用软件即可求得各交、切点坐标及编写数控加工程序所需的数据，编写出数控加工程序传输给线切割机床进行加工。CAXA线切割软件的应用步骤图形绘制图形轮廓要求修改成一笔画的封闭轮廓线。轨迹生成图形最终生成可以用来翻译代码的轨迹。生成代码（G代码或3B代码）对代码文件起名并保存。线切割加工的应用（1）主要适合直纹面零件加工。（2）用于高硬度、高熔点等难加工金属材料。（3）模具制造、电极制造和复杂零件加工以下为哈尔滨工业大学特种加工及机电控制研究所利用数控分度转台附件线切割加工出的一些多维复杂曲面样件。线切割平面零件线切割立体零件线切割异型零件三、电化学加工电化学加工(ElectrochemicalMachining，简称ECM)包括从工件上去除金属的电解加工和向工件上沉积金属的电镀、涂覆、电铸加工两大类。虽然有