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1、江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)I三爪异型孔电火花加工工艺实验研究摘要：与传统的切削加工方法不同，电加工是利用工具电极和工件两极之间脉冲放电时产生的电腐蚀现象对工件进行尺寸加工的加工方法。本文在分析线切割、电火花成型加工基本原理和工艺特点的基础上,进行了三爪异型孔电火花加工工艺实验研究。采用慢走丝和螺纹孔连接的方式分别制备和安装电极；经过分析，选择合适的电参数加工出合格的零件。 要进一步说明关键词：电火花；电极；电火花成型加工；线切割The Technology Experimental Study of Three-jaw Profile Hole ElectrosparkingAbs
2、tract:It is different from tradition cutting process that electromachining is a processing method，which uses the electrocorrosion phenomenon which is produced by pulse discharge between tool electrode and both ends of the workpiece.The article was based on the basic principle and the process charact
3、eristics of wire-electrode cutting and Edm molding process.Doing the technology experimental study of three-jaw profile hole electrosparking.The way of slow-feeding EDM and threaded-hole connecting were adopted to fabricate and fix the electrode.By the analyse, suitable electrical parameter was sele
4、cted to produce the suitable part.Key words: Electrospark; Electrode; EDM; Wire-electrode cutting江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)第 1 页 共 48 页 三爪异型孔电火花加工工艺实验研究前言电火花加工是与机械加工完全不同的一种工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现。具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，人们除了进一步发展和完善机械加工法之外，还努力寻求新的加
5、工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛的应用。电极的制备过程若使用机械加工，则不是那么容易，除了加工工艺繁琐外，还要设计专用的夹具以及专用的刀具等。另外，电极制备好之后，加工工件的时候，用机械的方式不好加工，很小的圆弧倒角很难用机械的方法加工精确；使用电火花加工方法，有以下好处：1.脉冲放电的能量密度高，便于加工特殊材料和复杂形状的工件。2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。
6、4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。本次毕业设计是我对大学所学之后进行一次深入的综合性总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要地位，在本次毕业设计中，经过本人的努力，在指导老师的指导下，共同完成了此项设计。在此期间查阅了大量书籍，并且得到相关老师的指点。本说明书共分为 4 章，第一章介绍了电火花线切割加工技术；第二章介绍了电火花加工技术；第三章介绍了三爪异型孔加工工艺。其中重点是电极、异型孔的加工方法、参数选择与优化。设计的最终成果是能通过对加工方法和参数的选择以及对图纸的分析，实现三爪异型孔加工工艺试验研究。第四章总结与展
7、望江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)第 2 页 共 48 页 第第1 1章章电火花线切割技术电火花线切割技术1.1 电火花线切割技术的产生及发展20 世纪中期, 前苏联鲍.洛.拉扎林柯夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的有害现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了变有害的电蚀为有用的电火花加工方法, 线切割放电机也于 1960 年发明于苏联。当时以投影器观看轮廓面，前后左右手动进给工作台面加工，其实加工速度虽慢，却可加工传统机械不易加工的微细形状。代表的实用例子是化织喷嘴的三爪异型孔加工。当时使用的加工液是矿物质性油(灯油)。绝缘性高，极间距
8、离小，加工速度低于现在械械，实用性受限。1969 年巴黎工作母机展览会中展出，改进加工速度，确立无人运转状况的安全性。但 NC 纸带的制成却很费事，若不用大型计算机自动程序设计，对使用者是很大的负担。在廉价的自动程序设计装置(Automatic Programed Tools APT)出现前，普及甚缓。1970 年 9 月 30 日，国营长风机械总厂研制成功“数字程序自动控制线切割机床”，为该类机床国内首创。快走丝线切割机床是目前我国电加工行业的主导产品之一，是模具加工的重要设备,也是电加工机床出口创汇的主要品种。快走丝线切割机床与慢走丝线切割机床相比由于其在性能价格比上的优势，以及它固有的技
9、术特点，近年来被越来越多的国外用户所接受，并已引起外国制造商的注意。有我国特色的数控高速走丝电火花线切割加工技术自 60 年代末研制成功以来，经过 30 年的不断完善和发展，现已成为制造业中不可缺少的加工手段。目前，高速走丝线切割机的切割速度已由过去的 2040mm2/min 普遍提高到100mm2/min 以上，有的可达到 260mm2/min，机床的加工精度为0.01mm，工件江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)第 3 页 共 48 页 的表面粗糙度为 Ra1.252.5m,因而可满足一般模具加工和其他复杂零件制造的要求。随着科学技术的发展，对各类产品的制造要求越来越高，对线切割加工技术
10、也提出了更高的要求。国外(欧美、日本等)研究发展的数控低速走丝电火花线切割机为适应对制造加工技术的要求，采用闭环数字交(直)流伺服控制系统，确保优良的动态性能和高定位精度，加工精度可控制在若干微米以内。同时机床具有数字自适应控制电源、自动穿丝、自动卸除废料、短路自动回退等自动化技术，此外对电极丝张力和工作液压力也可进行控制。由于使用了新技术并注重计算机软件技术的更新和发展，低速走丝线切割机的工艺指标已达到了相当高的水平。即使对形状复杂零件的加工，最高切割速度也可超过300mm2/min；尺寸精度可达到25m；表面粗糙度可达到Ra0.10.2m(多次切割)。机床的自动化程度高，加工稳定性好，已向
11、无人化加工发展。1.2 电火花线切割的基本原理和特点1.2.1 电火花线切割的基本原理电火花线切割加工的基本原理是利用移动的细金属导线（铜线或钼丝）作电极，利用数控技术对工件进行脉冲火花放电、“以不变应万变”切割成形，可切割成形各种二维、三维多维表面。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（WEDMHS），一般走丝速度为8-10m/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（WEDMLS），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
12、。图1-1a、b为往复高速走丝电火花线切割工艺及机床的示意图。利用细钼丝4作工具电极进行切割，贮丝筒7使钼丝作正反向交替移动，加工能源由脉冲电源3供给。在电极丝和工件之间浇注工作液介质，工作台在水平面两个坐标方向各自按预定的控制程序，根据火花间隙状态作伺服进给移动，从而合成各种曲江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)第 4 页 共 48 页 线轨迹，把工件切割成形。电火花线切割机床按控制方式过去曾有靠模仿型控制和光电跟踪控制，但现在都采用数字程序控制；按加工尺寸范围可分为大、中、小型，还可分为普通型与专用型等。目前国内外的线切割机床采用不同水平的微机数控系统，从单片机、单板机到微型计算机系统，
13、一般都还具有自动编程功能。a) b)图1-1 电火花线切割原理1-绝缘底板 2-工件 3-脉冲电源 4-钼丝 5-导向轮 6-支架 7-贮丝筒1.2.2 电火花线切割的特点电火花线切割加工过程的工艺和机理，与电火花穿孔成形加工既有共性，又有特性。1. 电火花线切割加工与电火花成形加工的共性表现1）线切割加工的电压、电流波形与电火花加工的基本相似。单个脉冲也有很多形式的放电状态，如开路、正常火花放电、短路等。2）线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律，材料的可加工性等也都与电火花加工的基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。2.线切割加工相比于电火花加工的不同特点1）由于电极工具是
14、直径较小的细丝，故脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工工艺参数的范围较小，属中、精正极性电火花加工，工件常接脉冲电源正极。2）采用水或水基工作液，不会引燃起火，容易实现安全无人运转，但由于工作液的电阻率远比煤油小，因而在开路状态下，仍有明显的电解电流。电解江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)第 5 页 共 48 页 效应稍有益于改善加工表面粗糙度，但对硬质合金等会使钴元素过多蚀除，恶化表面质量。3）一般没有稳定电弧放电状态。因为电极丝与工件始终有相对运动，尤其是高速走丝电火花线切割加工，因此，线切割加工的间隙状态可以认为是由正常火花放电、开路和短路这三种状态组成，但往往在单个脉冲内有多种放电状
15、态，有“微开路”、“微短路”现象。4）电极与工件之间存在着“疏松接触”式放电现象。研究结果表明，当柔性电极丝与工件接近到通常认为的放电间隙（例如8-10um）时，并不发生火花放电，甚至当电极丝已接触到工件，从显微镜中已看不到间隙时，也常常看不到火花，只有当工件将电极丝顶弯，偏移一定距离（几微米到几十微米）时，才发生正常的火花放电。亦即每进给1um，放电间隙并不减小1um，而是钼丝增加一点张力，向工件增加一点侧向压力，只有电极丝和工件之间保持一定的轻微接触压力，才形成火花放电。可以认为，在电极丝和工件之间存在着某种电化学产生的绝缘薄膜介质，当电极丝被顶弯所造成的压力和电极丝相对工件的移动摩擦使这
16、种介质减薄到可被击穿的程度，才发生火花放电。放电发生之后产生的爆炸力可能使电极丝局部振动而脱离接触，但宏观上仍是轻压放电。5）省掉了成形的工具电极，大大降低了成形工具电极的设计和制造费用，用简单的工具电极，靠数控技术实现复杂的切割轨迹，缩短了生产准备时间，加工周期短，这不光对新产品的试制很有意义，对大批生产也增加了快速性和柔性。6）电极丝比较细，可以加工微细异性孔、窄缝和复杂形状的工件。由于切缝很窄，且只对工件材料进行“套料”加工，所以实际金属去除量很少，材料的利用率很高，这对加工、节约贵重金属有重要意义。7）由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工精度的影响比较小，特别在低速走丝线切割加工时，电极丝一次性使用，电极丝损耗对加工精度的影响更小。电火花线切割加工有许多突出的长处，因而在国内外发展都较快，已获得了广泛的应用。1.3 电火花线切割技术的应用江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)第 6 页 共 48 页
