第3章電火花線切割加工學(xué)生

模具制造工藝機械工程系第3章模具特種加工技術(shù)電火花線切割加工：利用細(xì)長的金屬絲作為工具電極，對工件進行火花放電腐蝕，使工件達到預(yù)定形狀的一種加工方法，

3.2.1電火花線切割加工原理和特點一、線切割加工原理電火花線切割加工是通過電極和工件之間脈沖放電時的電腐蝕作用，對工件進行加工的一種方法。如圖1所示，工件接脈沖電源的正極，電極絲接負(fù)極。

線切割機床一、機床分類1、快速走絲線切割機：速度：v>7~10m/s；電極雙向往返；φ0.08~0.30mm鉬絲，加工精度0.01~0.02mm，Ra=2.5~6.3um，工作液為乳化液，便宜。2、慢速走絲線切割機：速度：v<0.2m/s；電極單向移動；φ0.10~0.35mm黃銅絲，加工精度0.005mm，Ra<0.3um，工作液為去離子水，價格貴。低速走絲線切割機床是用成卷銅絲做電極絲，經(jīng)張緊機構(gòu)和導(dǎo)絲輪形成鋸弓狀，沒有卷絲筒，走絲速度為2~8m/min，為單向運動，電極絲一次性使用，此走絲平穩(wěn)無振動，損耗小，加工精度高，得到廣泛使用。二、機床組成1、機床本體（1）床身：支撐安裝工作臺、走絲機構(gòu)等，要求一定的剛度和強度，一般床身分為鑄造箱式和焊接箱式（2）坐標(biāo)工作臺：工件裝在縱向滑板上，橫向滑板可移動，能準(zhǔn)確控制工件的坐標(biāo)位置；

（3）運絲機構(gòu)：使電極絲以一定的速度連續(xù)不斷的通過工件電加工區(qū)

二、機床組成2、脈沖電源保證火花放電，保證高的加工速度、好的加工質(zhì)量，考慮電極絲允許承載的電流，線切割采用電源功率小、脈沖寬度小、頻率高、峰值電流大的晶體管脈沖電源。3、工作液循環(huán)系統(tǒng)——與電極絲同軸沖液方式工作液：1）一定的介電能力2）較好的消電、滅弧能力3）生產(chǎn)率高，穩(wěn)定性好3、工作液循環(huán)系統(tǒng)快速走絲：乳化液（5%~15%油酸鉀乳化液），能自動排除短路現(xiàn)象慢速走絲：去離子水（水通過離子交換樹脂凈化器，去除水中離子），冷卻速度快，流動性好，不易燃循環(huán)過濾裝置：及時去除電蝕產(chǎn)物，供給清潔工作液，保證放電過程穩(wěn)定

一、數(shù)字程序控制原理數(shù)控線切割加工時，計算機要不斷進行計算，并向驅(qū)動工作臺的步進電機發(fā)出脈沖信號，通過步進電機控制工作臺（工件）按預(yù)定的要求運動，線切割加工的大部分圖形可分解成由斜線和圓弧組成，直線和圓弧的加工過程普遍采用逐點比較法。

圖3工作節(jié)拍方框圖

脈沖當(dāng)量：一個進給脈沖，工作臺只進給一步距離，是機床精度的重要參數(shù)。（1）偏差判別

判別加工點對規(guī)定圖形的偏離位置（如加工圓弧時，判別加工點在圓弧內(nèi)還是在圓弧外），以決定工作臺的走向。（2）工作臺進給根據(jù)判斷結(jié)果，控制工作臺在X或Y方向進給一步，以使加工點向規(guī)定圖形靠攏。（3）偏差計算在加工過程中，工作臺每進給一步，都由機床的數(shù)控裝置根據(jù)數(shù)控程序計算出新的加工點與規(guī)定圖形之間的偏差，作為下一步判斷的依據(jù)。（4）終點判別每當(dāng)進給一步并完成偏差計算之后，就判斷是否已加工到圖形的終點，若加工點已到終點，便停止加工。由上述可知，工作臺每進給一步，都要經(jīng)過四個節(jié)拍的循環(huán)。其中終點判斷實際上是用來自動控制工件圖形的加工長度。而加工長度的控制是通過控制加工圖形在X、Y軸上的投影長度來實現(xiàn)的，該投影長度就是工作臺在X（或Y）方向的進給總長度，也稱為計數(shù)長度。計數(shù)長度控制為了進行終點判斷，在計算機中設(shè)有一個計數(shù)器，加工前將X（或Y）向總長度送入計數(shù)器，加工過程中，工作臺沿X（或Y）向進給一步，計數(shù)器就減1，當(dāng)計數(shù)器為0時，表示已到終點。選取工作臺在X方向的進給長度來記數(shù)時稱為計X，即計數(shù)方向為X向，用GX表示；選取Y方向來計數(shù)時稱為計Y，用Gy表示；計數(shù)方向Gx或Gy若選取不正確，就可能漏走，影響加工精度，為防止漏走，必須正確選取計數(shù)方向；無論圓弧還是直線，計數(shù)方向取決于終點坐標(biāo)

計數(shù)方向的確定

根據(jù)計數(shù)方向，選取直線或圓弧在該方向上的投影總和（絕對值），單位μm

計數(shù)長度J：按直線或圓弧在計數(shù)方向上的投影長度之和；對圓弧來講，它可能跨越幾個象限。

二、程序編制方法3B格式程序編制

1、程序格式

見表所示。

（1）分隔符號B

X、Y、J均為數(shù)碼，用分隔符號（B）將其隔開，以免混淆。B后數(shù)字若為0，可以不寫0,但分隔符號保留。BXBYBJGZ分隔符號

X坐標(biāo)值

Y坐標(biāo)值

計數(shù)長度

計數(shù)方向加工指令（2）坐標(biāo)值（X、Y）X,Y,J均取絕對值，單位為um加工斜線時，起點為原點，（X、Y）為終點坐標(biāo)；X（或Y）值為0時，可以不寫，但必須保留分隔符號。加工平行于坐標(biāo)軸的直線時，取X=Y=0；可不寫，加工圓弧時，圓心為原點，（X、Y）為起點坐標(biāo)。（3）計數(shù)方向G

選取X方向進給總長度進行計數(shù)的稱為計X，用表示；選取Y方向進給總長度進行計數(shù)的稱為計Y，用表示。（4）計數(shù)長度J指被加工圖形在計數(shù)方向上的投影長度（即絕對值）的總和，以μm為單位，必須寫6位，不足6位，前面補零（5）加工指令（Z）共有12種指令，見圖4。

a）當(dāng)被加工的斜線在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限時，分別用L1，L2，L3，L4表示，與＋X、＋Y、－X、－Y軸重合的直線用L1，L2，L3，L4表示。b）當(dāng)加工順時針圓弧，起點在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限時，分別用SR1、SR2、SR3、SR4表示。c）當(dāng)加工逆時針圓弧，起點在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限時，分別用NR1、NR2、NR3、NR4表示。

圖加工指令看走向，看起點象限圖

加工指令的確定范圍a）加工直線時的指令范圍b）加工圓弧時的指令范圍3、加工程序編制注意：1）正確選擇穿絲孔和電極絲切入的位置穿絲孔是電極絲相對于工件運動的起點，同時也是程序執(zhí)行的起點，也稱“程序起點”。一般選在工件上的基準(zhǔn)點外，也可設(shè)在離型孔邊緣2~5mm處。2）所編制的程序不是工件的輪廓，而是電極絲中心相對工件的移動軌跡，兩者之間的距離為f（補償量）：f=（1/2）d+δδ—單邊放電間隙；d—電極絲直徑

圖8間隙補償加工凸模時,電極絲的中心軌跡應(yīng)在工件輪廓之外,加工凹模時,電極絲的中心軌跡應(yīng)在工件輪廓之內(nèi).如圖8間隙補償

電極絲中心軌跡間隙補償量：f

=電極絲半徑r+放電間隙δ

3、加工程序編制注意：3）確定切割線路合理選擇切割加工的起點和方向，一般在開始加工時應(yīng)沿著離開工件夾具的方向進行切割，最后再轉(zhuǎn)向夾具方向。避免出現(xiàn)接痕和工件變形。4）工件尺寸一般都有公差要求,編程時應(yīng)取公差帶的中心為編程計算尺寸，應(yīng)采用中差尺寸編程。中差尺寸的計算公式為：中差尺寸=基本尺寸+（上偏差+下偏差）/25）根據(jù)圖樣及加工條件，選擇圖形的對稱軸為坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸，將電極絲中心軌跡分割成平滑的直線和單一的圓弧線，按型孔或凸模的平均尺寸計算出各線段的交點。3.2.4電火花線切割加工工藝及應(yīng)用線切割工藝工程如圖圖10線切割加工工藝過程1．模坯準(zhǔn)備（1）工件材料及毛坯（2）模坯準(zhǔn)備工序：凹模的準(zhǔn)備工序

下料→鍛造→退火→刨平面→磨平面→劃線→銑漏料孔→孔加工→淬火與高溫回火→磨平面→線切割

1）下料：用鋸床切割所需材料2）鍛造：改善內(nèi)部組織，并鍛成所需的形狀。3）退火：消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，改善加工性能。4）刨（銑）：刨六面，厚度留余量0.4~0.6mm。5）磨：磨出上下平面及相鄰兩側(cè)面，對角尺。6）劃線：劃出刃口輪廓，孔（螺孔、銷孔、穿絲孔等）的位置。7）加工形孔部分：當(dāng)凹模較大時，為減少線切割加工量，需將型孔漏料部分銑（車）出，只切割刃口高度；對淬透形差的材料，可將型孔的部分材料去除，留3~5mm切割余量。8）孔加工：加工螺孔、銷孔、穿絲孔等。9）淬火：達設(shè)計要求。10）磨：磨削上下平面及相鄰兩側(cè)面，對角尺。11）退磁處理。

穿絲孔應(yīng)在淬火前加工好線切割加工變形問題的處理當(dāng)加工較大型孔時，應(yīng)留有少許的切削加工余量應(yīng)合理安排切削加工起點和加工路徑選用透氣性好、熱處理變形較小的材料毛坯圖

切割起點與切割路線的安排3.3超聲波和激光加工3.3.1超聲波加工一、超聲波加工基本原理和特點1、基本原理利用工具端面作超聲頻振動，并通過懸浮液中的磨料，以較大的速度和加速度撞擊、拋磨被加工表面，使工件局部材料粉碎成很細(xì)的微粒，并從工件中撞擊下來。（磨粒的的機械撞擊和拋磨作用）如圖20所示。

圖20超聲加工原理示意圖1—工件2—工具3—變幅桿4—超聲換能器5—超聲發(fā)生器頻率:16000Hz~25000Hz一、超聲波加工基本原理和特點2、加工特點

（1）適用于加工硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料（2）工具可用較軟的材料作成復(fù)雜的形狀（3）不需工具對工件作復(fù)雜運動，機床結(jié)構(gòu)簡單、操作維修也比較方便。（4）材料去除靠磨料撞擊運動，宏觀作用力小，不會引起變形和燒傷表面粗糙度可達0.8~0.1um，可加工薄壁、窄縫、低剛性零件四、超聲波加工的應(yīng)用1、型孔、型腔加工：適合于加工薄壁零件及工件的窄縫、小孔。

2、切割加工

3、超聲波拋磨

3.3.2激光加工一、激光加工原理和特點

1、原理激光是一種強度高、方向性好、單色性好、發(fā)散角小的相干光，激光焦點處的功率密度高，溫度高10000℃，材料在高溫下急劇熔化和汽化，并爆炸性高速噴出同時產(chǎn)生沖擊波，材料在高溫熔融和沖擊波作用下實現(xiàn)打孔和切割。即利用光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點上達到很高的能量密度，依靠光熱效應(yīng)來加工各種材料。光能快速轉(zhuǎn)換成熱能使材料迅速溶化、汽化