概論+電火花加工

課程介紹考試課，32學(xué)時(shí)2個(gè)學(xué)分（1-16周）考試成績(jī)安排總成績(jī)=40%平時(shí)成績(jī)+60%考試成績(jī)（平時(shí)成績(jī)包括上課考勤、課后作業(yè)、課堂練習(xí)小測(cè)驗(yàn)）特種加工主要解決三個(gè)問(wèn)題1、特種加工是怎樣產(chǎn)生的,究竟“特”在哪？主要特點(diǎn)。2、理解一般特種加工原理、主要分類和應(yīng)用范圍。3、特種加工的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)帶來(lái)的影響和變化。2實(shí)例第一章:緒論

1-1:特種加工的產(chǎn)生及發(fā)展特種加工技術(shù)是直接利用電能、光能、聲能、熱能、化學(xué)能、電化學(xué)能以及特殊機(jī)械能等多種能量或其復(fù)合應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)材料切除的加工方法?？梢约庸じ邚?qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性、耐高溫等材料。解決難加工材料加工問(wèn)題；各種復(fù)雜表面的加工問(wèn)題；各種超精、光整及特殊要求的零件的加工問(wèn)題。應(yīng)用：電火花成型加工、線切割加工、電解加工、超聲加工、電鑄加工和化學(xué)加工等。4特種加工的主要特點(diǎn)特種加工的獨(dú)特之處：非機(jī)械接觸加工，作用時(shí)間短，熱影響小，工件不易變形加工的刀具硬度可以低于被加工材料的硬度加工質(zhì)量易控制、可進(jìn)行細(xì)小精密零件加工；無(wú)切屑或者粉末狀切屑、易于自動(dòng)化處理；加工過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。能量密度高，能加工常規(guī)切削方法難以加工的材料；簡(jiǎn)單進(jìn)給運(yùn)動(dòng),可以加工復(fù)雜型面5適用范圍：⑴.某些產(chǎn)品，如：閥門、航空陀螺、光學(xué)透鏡，其尺寸精度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm。⑵.某些材料具有高硬度、高強(qiáng)度、高脆性、高韌性、高熔點(diǎn)，如：鈦合金、高溫合金、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石和玻璃等。⑶.某些結(jié)構(gòu)特殊、形狀復(fù)雜、尺寸微小的零件加工，如：模具形腔、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、花鍵噴管等。⑷.細(xì)長(zhǎng)軸和薄壁工件。上述四種情況的加工，通常采用特種加工方法特種加工分類按用途分：尺寸加工、表面加工*每類又可按照能量形式和工作原理分為多種不同的工藝方法。新的特種加工方法：①.復(fù)合特種加工：超聲電火花、電解磨削②.改變工件表面粗糙度或表面性能的加工：離子束拋光、電子束表面強(qiáng)化③.微納米加工：分子、原子單位的加工④.不屬于尺寸加工的成形加工方式：電磁成形、放電燒結(jié)1-2.特種加工對(duì)機(jī)械制造業(yè)的影響特種加工的廣泛應(yīng)用，引起機(jī)械制造領(lǐng)域的許多變革。1.材料的可加工性工件材料的可加工性不在與其硬度、強(qiáng)度韌性、脆性等直接有關(guān)。2.改變零件加工的典型工藝路線為免除加工后在淬火引起的變形，通常先淬火、后加工。3.縮短新產(chǎn)品試制周期。4.對(duì)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。5.對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性好與壞的衡量標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生影響。1-3.特種加工待解決的主要問(wèn)題

特種加工技術(shù)是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平發(fā)展的重要標(biāo)志，但也存在有待解決的一些問(wèn)題。1.加工機(jī)理、參數(shù)選擇和加工穩(wěn)定性。2.加工產(chǎn)生的廢液、廢氣的無(wú)害化處理。3.加工精度及生產(chǎn)率（快速成形、等離子弧加工等）有待提高。4.經(jīng)濟(jì)性第二章：電火花加工

2-1.電火花加工原理和設(shè)備原理：在一定的介質(zhì)中，利用兩個(gè)電極之間產(chǎn)生火花放電時(shí)的電蝕效應(yīng)來(lái)蝕除部分金屬材料的加工方法。電火花加工的基本原理如圖：10電極：銅、鋼、石墨加工介質(zhì)：煤油、煤油和機(jī)油、水基工作液脈沖電源電火花加工應(yīng)具備的條件1）必須使接在不同極性上的工具和工件之間保持一定的距離以形成放電間隙；2）脈沖波形基本是單向的；具有合適的脈間和脈寬；3）放電必須在具有一定絕緣性的液體介質(zhì)中進(jìn)行；4）有足夠的脈沖放電能量，以保證放電部位的金屬溶化或氣化。11加工條件：脈沖電流波形電火花加工電火花加工的特點(diǎn)1）便于加工用機(jī)械加工難以加工或無(wú)法加工的材料；2）電極和工件在加工過(guò)程中不接觸，便于加工小孔、深孔、窄縫零件；3）電極材料不必比工件材料硬；4）直接利用電能、熱能進(jìn)行加工，便于實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)控制；

5)廣泛應(yīng)用于凹模型孔、型腔加工。

12●電火花加工方法的分類電火花加工普通電火花加工電火花磨削線電極電火花加工電火花展成加工電火花平面磨電火花成形磨電火花線切割電火花小孔加工電火花內(nèi)外圓磨電火花成形電極電火花加工電火花共扼展成其他展成加工電火花表面強(qiáng)化電火花穿孔2-2.電火花加工的機(jī)理

1）電離:電場(chǎng)強(qiáng)度大,液體介質(zhì)—電子、離子2）放電：電子——陰離子——陽(yáng)介質(zhì)絕緣形成電通道3）熱膨脹：電子、離子碰撞，陰、陽(yáng)極碰撞10000~12000工件表面熔化、汽化介質(zhì)汽化、分離碳黑4）拋處金屬：爆炸力使工件表面拋出金屬，形成凹坑。5）消電離：帶電粒子轉(zhuǎn)變成中性粒子，介質(zhì)恢復(fù)成絕緣狀態(tài)，為下一次準(zhǔn)備。14加工過(guò)程火花放電產(chǎn)生高溫的特性：①.局部：結(jié)果使金屬材料局部熔化、汽化。②.瞬時(shí)：熱量集中，來(lái)不及擴(kuò)散，能量密度大，最后蝕除掉金屬形成放電坑。雖然在正負(fù)電極之間加上電源可以實(shí)現(xiàn)火花放電這一物理現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)際加工，還要滿足一定的條件才行。2-3.電火花加工中的一些基本規(guī)律●影響材料放電腐蝕量的主要因素㈠.極性效應(yīng)的影響，由于正負(fù)極不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象，稱極性效應(yīng)。㈡.電參數(shù)對(duì)電蝕量的影響

單個(gè)脈沖所釋放的能量,取決于極間放電電壓、放電電流和放電持續(xù)時(shí)間，因此單個(gè)脈沖放電能量為：

由于火花放電間隙電阻的非線性特性，擊穿后間隙的火花維持電壓是一個(gè)與電極對(duì)材料及工作液種類有關(guān)的數(shù)值。正、負(fù)極的電蝕量正比于平均放電電流的大小和電流脈寬。提高電蝕量和生產(chǎn)率的主要途徑在于：

提高脈沖頻率f；提高單個(gè)脈沖能量Wm；增加脈沖電流的幅值ie；減少脈沖間隔t0；設(shè)法提高系數(shù)Ka、Kc等。圖中ti為脈沖寬度，

to為脈沖間隔，

tp為脈沖周期，

ui為脈沖峰值電壓或空載電壓

㈢.金屬材料熱學(xué)物理常數(shù)對(duì)電蝕量的影響熱學(xué)物理常數(shù)：熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、熱導(dǎo)率、比熱容、熔化熱、汽化熱等。當(dāng)脈沖放電電能量相同時(shí)，金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、汽化熱越高，則電蝕量越小，其加工的難度越大。

㈣.工作液對(duì)電蝕量的影響介電性能好、密度、粘度大的工作液有利于壓縮放電通道，提高放電的能量密度，強(qiáng)化電蝕產(chǎn)物的拋出效果。㈤.影響電蝕量的一些其它因素

加工過(guò)程的穩(wěn)定性采用加工的電流過(guò)大電極材料脈沖波形碳黑膜的形成工作液●電火花加工速度和工具的損耗速度

單位時(shí)間內(nèi)工件的電蝕量稱加工速度，也叫生產(chǎn)率。單位時(shí)間內(nèi)工具的電蝕量稱為損耗速度。㈠：加工速度提高途徑：⑴.提高脈沖頻率⑵.提高單個(gè)脈沖能量⑶.提高工藝系數(shù)㈡：工具電極相對(duì)損耗速度和相對(duì)損耗比具體做到：⑴.正確選擇極性⑵.利用吸附效應(yīng)⑶.利用傳熱效應(yīng)⑷.要減少工具電極損耗選用合適材料（1）正確選擇極性和脈寬一般在短脈沖精加工時(shí)，正極性加工

長(zhǎng)脈沖粗加工時(shí)，負(fù)極性加工（2）利用吸附效應(yīng)

碳黑膜的形成對(duì)正電極起到保護(hù)和補(bǔ)償損耗作用，實(shí)現(xiàn)“低損耗”加工。要利用碳黑膜，必須采用負(fù)極性加工。當(dāng)峰值電流、脈沖間隔一定時(shí)，碳黑膜隨脈寬的增加而增厚；當(dāng)脈寬和峰值電流一定時(shí)，碳黑膜隨脈沖間隔的增大而減薄。吸附效應(yīng)除了和電參數(shù)有關(guān)，還有沖、抽油的影響。（3）利用傳熱效應(yīng)電極表面的瞬時(shí)溫度不僅與瞬時(shí)的放電的總熱量有關(guān)（與放電能量成正比），而且與放電通道的瞬時(shí)截面積有關(guān)，還與電極材料的導(dǎo)熱性有關(guān)。（4）減少工具電極的損耗

選用合適的工具電極材料

鎢、鉬熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高，損耗小，線切割采用

銅熔點(diǎn)低，中、小型腔加工

石墨電極，型腔加工

銅碳、銅鎢、銀鎢，精密電火花加工電極損耗放電間隙加工斜度25影響電火花加工精度的主要因素電火花加工時(shí)的加工斜度1—電極無(wú)損耗時(shí)工具輪廓線2—電極有損耗時(shí)而不考慮二次放電時(shí)工件輪廓線放電間隙大小及一致性；工具電極損耗及穩(wěn)定性。放電間隙大小實(shí)際是變化的，影響著加工精度；工具電極損耗對(duì)尺寸和形狀精度都有影響。二次放電：已加工表面上，由于電蝕產(chǎn)物等的介入，而再次進(jìn)行的不必要的放電，使得加工深度方向產(chǎn)生斜度和加工棱角，棱邊變鈍。

圖2-10電火花加工時(shí)尖角變圓圖2-9電火花加工時(shí)的加工斜度二次放電加工斜度電極損耗棱角變鈍●電火花加工的表面質(zhì)量28影響表面質(zhì)量主要因素電火花加工表面質(zhì)量表面粗糙度、表面變質(zhì)層、表面機(jī)械性能單個(gè)脈沖能量加工速度熔化凝固層熱影響層顯微裂紋顯微硬度及耐磨性殘余應(yīng)力耐疲勞性能表面粗糙度表面變化層表面力學(xué)性能2-4.電火花加工用脈沖電源脈沖電源的作用：將工頻交流電流轉(zhuǎn)換一定頻率的單向脈沖電流，以供火花放電間隙所需要的能量來(lái)蝕除金屬。脈沖電源對(duì)電火花加工的生產(chǎn)率、表面質(zhì)量、加工速度、加工過(guò)程穩(wěn)定性、工具電極損耗有很大影響。一.電火花加工脈沖電源分類主回路主要元件分弛張式、電子管式、閘流式、脈沖發(fā)電機(jī)式、晶閘式、晶體管式、大功率集成器件輸出脈沖波形分矩形波、三角波、階梯波、正弦波、高低壓復(fù)合脈沖間隙狀態(tài)對(duì)脈沖參數(shù)影響分非獨(dú)立式、獨(dú)立式工作回路數(shù)目分單回路、多回路二.RC線路脈沖電源

主要工作原理：利用電容器充電儲(chǔ)存電能，然后瞬時(shí)放出形成火花放電來(lái)蝕除金屬。它有二個(gè)回路，◆.充電回路：E→R→C組成◆.放電回路：C→工具電極→放電間隙→工件組成。電源接通，電容二端電壓按指數(shù)曲線逐步上升，Vc=Vg.繼續(xù)上升，間隙被擊穿，電阻變的很小，C上儲(chǔ)存能量瞬間放出，形成較大的脈沖電流Ie。當(dāng)電容的能量釋放后,電壓瞬時(shí)下降到接近零,間隙中的工作液又迅速恢復(fù)絕緣狀態(tài),電流也為零。RC線路脈沖電源的最大優(yōu)點(diǎn)：⑴.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠⑵.可獲窄脈沖、小脈沖能量⑶.瞬時(shí)放電有很大峰值電流主要缺點(diǎn)：⑴.放電速度快，無(wú)法獲大脈寬⑵.脈沖間歇系數(shù)大，生產(chǎn)率低⑶.工藝參數(shù)不穩(wěn)定主要應(yīng)用于小功率的精微加工或簡(jiǎn)易電火花加工機(jī)床三.RLC線路脈沖電源方法：把充電電阻一分為二，其中一部分用于限流電阻，另一部分用電感代替，組成RLC線路脈沖電源。單純的電感對(duì)直流電阻力很小,對(duì)交流或脈沖電流卻具有感抗阻力,起限流作用。主要優(yōu)點(diǎn)：1.縮短充電、脈沖間歇時(shí)間、提高頻率2.電壓可充至電源電壓，提高單脈沖能量*RCL線路，當(dāng)短路后斷開(kāi)，電感產(chǎn)生過(guò)電壓*并聯(lián)數(shù)個(gè)CL回路，可增大脈寬RCL工件RLC線路脈沖電源四：晶閘管式、晶體管式脈沖電源1.晶閘管式脈沖電源的原理：晶閘管（可控硅）式脈沖電源是利用晶閘管作為開(kāi)關(guān)元件而獲得單向脈沖。特點(diǎn)：一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通，就不會(huì)自行截止，要截止需要外加反向電壓或使其小于維持電流。為適應(yīng)加工精度要求，可控硅的脈沖電源還必須具有精加工高頻特性，一般采用高頻可控硅通過(guò)倍頻的辦法提高脈沖頻率。2.晶體管式脈沖電源的原理：利用大功率晶體管作為開(kāi)關(guān)元件，而獲得單向脈沖。主振級(jí)Z為一個(gè)不對(duì)稱多諧振蕩器，它發(fā)出一定脈沖寬度和停歇時(shí)間矩形脈沖信號(hào)，后經(jīng)F放大，最后推動(dòng)末級(jí)功率晶體管導(dǎo)通或截止。末級(jí)晶體管起著開(kāi)關(guān)的作用。為保證放電間隙短路時(shí)不至于損壞晶體管，每只管子均串聯(lián)一個(gè)限流電阻，同時(shí)起到在各管子之間均流作用。主振級(jí)（Z）放大器（F）功率級(jí)五：各種派生脈沖電源１.高低壓復(fù)合脈沖電源①.高壓脈沖回路②.低壓脈沖回路2.多回路脈沖電源多回路電源總的生產(chǎn)率并不與回路數(shù)目完全成正比增加UOtuto五：各種派生脈沖電源3.等脈沖電源是指每個(gè)脈沖在介質(zhì)擊穿后所釋放的單個(gè)脈沖能量相等。每次的脈沖電流寬度都相等，但電壓寬度則不一定相等。4.高頻分組和梳形波脈沖電源5.自選加工規(guī)準(zhǔn)電源和智能化、自適應(yīng)控制電源2-5.電火花加工自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)一.自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用、技術(shù)要求和分類由于火花放電間隙s很小，而且與加工規(guī)準(zhǔn)、加工面積、工件蝕除速度等有關(guān)，因此很難靠人工進(jìn)給，必須采用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要任務(wù)：通過(guò)改變調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，使進(jìn)給速度接近和等于蝕除速度，以維持一定的放電間隙s，保證電火花加工正常而穩(wěn)定的進(jìn)行。實(shí)際火花加工時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)力圖自動(dòng)趨向處于兩條曲線的交點(diǎn)。對(duì)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一般要求：

1.有較廣的速度調(diào)節(jié)跟蹤范圍

2.有足夠的靈敏度和快速性

3.有必要的穩(wěn)定性目前電火花加工用的自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的種類很多，按執(zhí)行元件大致可分為：①.電液壓式（噴嘴—擋板式）②.步進(jìn)電機(jī)式③.寬調(diào)速力矩電機(jī)式④.直流伺服電機(jī)式⑤.交流伺服電機(jī)式。

雖然這些類型、構(gòu)造有很大差別，但其基本組成環(huán)節(jié)是一致的二.自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成部分

調(diào)節(jié)對(duì)象測(cè)量環(huán)節(jié)基本組成環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)放大驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行環(huán)節(jié)平均間隙電壓測(cè)量法峰值電壓檢測(cè)法放大驅(qū)動(dòng)執(zhí)行環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)對(duì)象測(cè)量環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)設(shè)定值三.電液自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)電液式自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)以油缸、活塞為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。分為噴嘴擋板式和伺服閥式。液體的不可壓縮性,活塞與油缸間摩擦很小,系統(tǒng)的不靈敏區(qū)很小四.電—機(jī)械式自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)電—機(jī)械式自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)常采用的形式是步進(jìn)電機(jī)和力矩式電機(jī)放電間隙檢測(cè)電路變頻電路判別電路單穩(wěn)電路多諧振蕩器環(huán)形分配功率放大步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給與門回退與門2-6.電火花加工機(jī)床電火花加工機(jī)床設(shè)備類型較多,按工藝過(guò)程、工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)與用途劃分，一般分為：1.電火花成形機(jī)⑴.整體式⑵.分離式①.油缸固定②.活塞固定2.電火花線切割⑴.快速走絲⑵.慢速走絲3.電火花磨削、電火花螺紋加工機(jī)床2-7.電火花加工

一:電火花穿孔成型加工凹模型孔加工43直接配合加工法混合法修配凸模(沖頭)法二次電極法電火花加工電極設(shè)計(jì)44整體式組合式鑲拼式電極尺寸設(shè)計(jì)：

橫截面尺寸、長(zhǎng)度尺寸、公差；電極材料：損耗小、加工穩(wěn)定性好；其中：銅：穩(wěn)定性好、損耗大；鋼：穩(wěn)定性差、損耗中；石墨：穩(wěn)定性好、損耗小；電火花加工凹模型孔電火花加工實(shí)例：

下圖為沖裁電機(jī)定子片的凸凹模，凹模型孔有24個(gè)槽，沖件厚度為0.5mm，配合間隙為0.03～0.07mm（雙邊），模具材料為Cr12MoV45電火花加工電極(凸模)的制造加工工藝:鍛造→退火→粗、精刨→淬火與回火→成形磨削。或：鍛造→退火→刨(或銑)→淬火與回火→磨上、下平面→線切割加工。凸模長(zhǎng)度應(yīng)加長(zhǎng)一段，作為電火花加工的電極，長(zhǎng)度值根據(jù)凹模刃口高度而定。

凸凹模加工工藝:鍛造→退火→粗車、精車(上、下面)→樣板劃線→加工螺釘孔、粗加工各槽孔→淬火與回火→磨平面→退磁→用組合后的凸模作電極，電火花加工槽孔。46電規(guī)準(zhǔn)的選擇及轉(zhuǎn)換電規(guī)準(zhǔn)的選擇47根據(jù)工件的要求電極和工件的材料加工工藝指標(biāo)\經(jīng)濟(jì)因素電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換：粗規(guī)準(zhǔn)一般選擇l檔；中規(guī)準(zhǔn)和精規(guī)準(zhǔn)一般選