特种加工14

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1、一 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。 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、

2、形状复杂的窄缝及各种形状复杂的零件 电火花加工机床按其大小可分为小型(D7125 以下)、中型(D7125D7163)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。随着科学技术的进步，国外 已经大批生产三坐标数控电火花机床，以及带有工具电极库、能按程序自动更换电极的电 火花加工中心，我国的大部分电加工机床厂现在也正开始研制生产三坐标数控电火花加工 机床。 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 电火花加工时粗加工的电火花放电间隙比中加工的放电间隙要大，而中加工的电火 花放电间隙比精加工的放电间隙又要大一些。

3、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。当用 单电极加工型腔时，使用平动头可以补偿上一个加工规准和下一个加工规准之间的放电间 隙差。 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

4、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 之差，从 而达到修光型腔的目的。 与一般电火花加工工艺相比较，采用平动头电火花加工有如下特点： (1) 可以通过改变轨迹半径来调整电极的作用尺寸，因此尺寸加工不再受放 电间隙的限制。 (2) 用同一尺寸的工具电极，通过轨迹半径的改变，可以实现转换电规准的 修整，即采用一个电极就能由粗至精直接加工出一副型腔。(3) 在加工过程中，工具电极的轴线与工件的轴线相偏移，除了电极处于放 电区域的部分外，工具电极与工件的间隙都大于放电间隙，实际上减小了同时放电的面

5、积， 这有利于电蚀产物的排除，提高加工稳定性。 (4) 工具电极移动方式的改变，可使加工的表面粗糙度大有改善，特别是底 平面处 (1) 有较广的速度调节跟踪范围。 (2) 有足够的灵敏度和快速性。 (3) 有较高的稳定性和抗干扰能力具体来说，摇动加工的作用是： (1) 可以精确控制加工尺寸精度。 (2) 可以加工出复杂的形状，如螺纹。 (3) 可以提高工件侧面和底面的表面粗糙度。 (4) 可以加工出清棱、清角的侧壁和底边。 (5) 变全面加工为局部加工，有利于排屑和加工稳定。 (6) 对电极尺寸精度要求不高。 机床本体主要由床身、工作台、运丝机构和丝架等组成 电火花线切割加工的脉冲电源与电火花

6、成型加工作用的脉冲电源在原理上相同，不 过受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄 (260 s)，单个脉冲能量、平均电流(15 A)一般较小，所以线切割总是采用正极性加工 电火花加工中常用的主要名词术语和符号如下： 1工具电极 电火花加工用的工具是电火花放电时的电极之一，故称为工具电极，有时简 称电极。由于电极的材料常常是铜，因此又称为铜公(如图 3-1 所示)。 2放电间隙 放电间隙是放电时工具电极和工件间的距离，它的大小一般在 0.010.5 mm 之间，粗加工时间隙较大，精加工时则较小。 3脉冲宽度 ti(s) 脉冲宽度简称脉宽(也常用 ON、TON 等

7、符号表示)，是加到电极和工件上放电 间隙两端的电压脉冲的持续时间(如图 3-2 所示)。为了防止电弧烧伤，电火花加工只能用断 断续续的脉冲电压波。一般来说，粗加工时可用较大的脉宽，精加工时只能用较小的脉宽。4脉冲间隔 to(s) 脉冲间隔简称脉间或间隔(也常用 OFF、TOFF 表示)，它是两个电压脉冲之间 的间隔时间(如图 3-2 所示)。间隔时间过短，放电间隙来不及消电离和恢复绝缘，容易产生 电弧放电，烧伤电极和工件；脉间选得过长，将降低加工生产率。加工面积、加工深度较 大时，脉间也应稍大。 5放电时间(电流脉宽)te(s) 放电时间是工作液介质击穿后放电间隙中流过放电电流的时间，即电流脉

8、宽， 它比电压脉宽稍小，二者相差一个击穿延时 td。ti 和 te 对电火花加工的生产率、表面粗糙 度和电极损耗有很大影响，但实际起作用的是电流脉宽 te。 6击穿延时 td(s) 从间隙两端加上脉冲电压后，一般均要经过一小段延续时间 td，工作液介质 才能被击穿放电，这一小段时间 td称为击穿延时(见图 3-2)。击穿延时 td与平均放电间隙的 大小有关，工具欠进给时，平均放电间隙变大，平均击穿延时 td就大；反之，工具过进给 时，放电间隙变小，td也就小。 7脉冲周期 tP(s) 一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时间称为脉冲周期，显然 tP=ti+to(见图 3-2)。 8脉冲频

9、率 fP(Hz) 脉冲频率是指单位时间内电源发出的脉冲个数。显然，它与脉冲周期 tP互为 倒数，即9有效脉冲频率 fe(HZ) 有效脉冲频率是单位时间内在放电间隙上发生有效放电的次数，又称工作脉 冲频率。 10脉冲利用率 脉冲利用率 是有效脉冲频率 fe与脉冲频率 fp之比，又称频率比，即 亦即单位时间内有效火花脉冲个数与该单位时间内的总脉冲个数之比。 11脉宽系数 脉宽系数是脉冲宽度 ti与脉冲周期 tp之比， 12占空比 占空比是脉冲宽度 ti与脉冲间隔 to之比，=ti/to。粗加工时占空比一般较大， 精加工时占空比应较小， 否则放电间隙来不及消电离恢复绝缘，容易引起电弧放电。 13开路

10、电压或峰值电压(V) 开路电压是间隙开路和间隙击穿之前 td 时间内电极间的最高电压(见图 3-2)。 一般晶体管方波脉冲电源的峰值电压=6080 V，高低压复合脉冲电源的高压峰值电压为 175300 V。峰值电压高时，放电间隙大，生产率高，但成形复制精度较差。14火花维持电压 火花维持电压是每次火花击穿后，在放电间隙上火花放电时的维持电压，一 般在 25 V 左右，但它实际是一个高频振荡的电压(见图 3-2)。 15加工电压或间隙平均电压 U(V) 加工电压或间隙平均电压是指加工时电压表上指示的放电间隙两端的平均电 压，它是多个开路电压、火花放电维持电压、短路和脉冲间隔等电压的平均值。 16

11、加工电流 I(A) 加工电流是加工时电流表上指示的流过放电间隙的平均电流。精加工时小， 粗加工时大，间隙偏开路时小，间隙合理或偏短路时则大。 17短路电流 Is(A) 短路电流是放电间隙短路时电流表上指示的平均电流。它比正常加工时的平 均电流要大 20%40%。 18峰值电流(A) 峰值电流是间隙火花放电时脉冲电流的最大值(瞬时)，在日本、英国、美国 常用 Ip 表示(见图 3-2)。虽然峰值电流不易测量，但它是影响加工速度、表面质量等的重要 参数。在设计制造脉冲电源时，每一功率放大管的峰值电流时预先计算好的，选择峰值电 流实际是选择几个功率管进行加工。 19短路峰值电流(A) 短路峰值电流是

12、间隙短路时脉冲电流的最大值(见图 3-2)，它比峰值电流要大 2040，与短路电流 Is 相差一个脉宽系数的倍数，即 3) 短路(短路脉冲) 放电间隙直接短路，这是由于伺服进给系统瞬时进给过多或放电间隙中有电 蚀产物搭接所致。间隙 短路时电流较大，但间隙两端的电压很小，没有蚀除加工作用。 4) 电弧放电(稳定电弧放电) 由于排屑不良，放电点集中在某一局部而不分散，导致局部热量积累，温度 升高，如此恶性循环，此时火花放电就成为电弧放电。由于放电点固定在某一点或某一局 部，因此称为稳定电弧，常使电极表面积炭、烧伤。电弧放电的波形特点是 td 和高频振荡 的小锯齿基本消失。5) 过渡电弧放电(不稳定

13、电弧放电，或称不稳定火花放电) 过渡电弧放电是正常火花放电与稳定电弧放电的过渡状态，是稳定电弧放电 的前兆。波形特点是击穿延时很小或接近于零，仅成为一尖刺，电压电流表上的高频分量 变低或成为稀疏的锯齿形。 影响材料放电腐蚀的因素影响材料放电腐蚀的因素 1极性效应对电蚀量的影响 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。如果两电极材料不同， 则极性效应更加明显。在生产中，将工件接脉冲电源正极(工具电极接脉冲电源负极)的加 工称为正极性加工(如图 3-3 所示)，反之称为负极性加工 在实际加工中，极性效应受到电

14、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。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。 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。 在宽脉冲宽度加工时，因为质量和惯性都大的正离

15、子将有足够的时间到达负极表面， 由于正离子的质量大，它对负极表面的轰击破坏作用要比电子强，同时到达负极的正离子 又会牵制电子的运动，故负极的电蚀量将大于正极，这时应采用负极性加工。 在实际加工中，要充分利用极性效应，正确选择极性，最大限度地提高工件 的蚀除量，降低工具电极的损耗。 2覆盖效应对电蚀量的影响 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。合理利用覆盖效应，有利于降低电极损耗。在油类介质中加工时，覆盖层主要是石墨化的碳素层，其次是粘附在电极表 面的金属微粒粘结层。碳素层的生成条件主要有以下几点： (1) 要有足够高的温

16、度。电极上待覆盖部分的表面温度不低于碳素层生成温 度，但要低于熔点，以使碳粒子烧结成石墨化的耐蚀层。 (2) 要有足够多的电蚀产物，尤其是介质的热解产物碳粒子。 (3) 要有足够的时间，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。 影响覆盖效应的主要因素有如下： (1)脉冲参数与波形的影响。增大脉冲放电能量有助于覆盖层的生长， 但对中、精加工有相当大的局限性；减小脉冲间隔有利于在各种 电规准下生成覆盖层，但若脉冲间隔过小，正常的火花放电有转 变为破坏性电弧放电的危险。 此外，采用某些组合脉冲波加工，有助于覆盖层的生成，其作用 类似于减小脉冲间隔，并且可大大减少转变为破坏性电弧放电的 危险。 (2) 电极对材料的影响。铜加工钢时覆盖效应较明显， 但铜电极加工硬质合金工件则不大容易生成覆盖层。 (3) 工作液的影响。油类工作液在放电