特殊加工PPT課件

1、2.2.火焰筒火焰筒零件上孔的數(shù)量很多，孔徑大小不一，空間位置分布也較復(fù)雜， 但孔的加工深度較淺(薄壁)。3. 噴氣發(fā)動機(jī)葉片噴氣發(fā)動機(jī)葉片噴氣發(fā)動機(jī)葉片有單聯(lián)、雙聯(lián)和三聯(lián)葉片，上有多個冷卻小深孔、斜孔，直徑為0.51.5mm。4. 航空發(fā)動機(jī)環(huán)形件航空發(fā)動機(jī)環(huán)形件航空發(fā)動機(jī)環(huán)形件上的孔一般按圓周均勻分布，但這些環(huán)形件大多是多層的，所需加工的孔分布在窄槽的底部，并帶一定斜角，因此必須設(shè)計專用的導(dǎo)向器。此外，有的環(huán)形件上要求加工出腰形(腎臟腰花截面形狀)孔。第1頁/共32頁二、小深斜孔、群孔加工工藝及其機(jī)床設(shè)備由于小深孔、斜孔的數(shù)量多，因此必須采用第二章中小深孔高速電火花加工工藝。蘇州電加工機(jī)床

2、研究所為此研制了商品化的多軸(68軸)數(shù)控電火花高 速加工小孔機(jī)床，如圖10-2所示，圖10-3為其外形照片。第2頁/共32頁第3頁/共32頁1 . 機(jī)床的主要性能、用途此類機(jī)床是為航空發(fā)動機(jī)制造業(yè)研制的專用設(shè)備，主要用于發(fā)動機(jī)中特殊材料丁件和空間位置復(fù)雜的深小孔加工(如火焰筒安裝邊、環(huán)件等零件)。除加工圓孔外，還可加工腰形孔，有一定的通用性和柔性，加工效率高，費用低。1) 加工孔徑范圍一般為0.33mm。2) 深徑比可達(dá)300 : 1以上。3) 加工速度一般可達(dá)560mm/min。4) 不受材料硬度和籾性限制。5) 該機(jī)可有68個坐標(biāo)軸。6) 控制系統(tǒng)采用586工控機(jī)。7) 交流伺服驅(qū)動。8

3、) 加工中可自動修整電極，自動找加工零位，自動伺服進(jìn)給，加工到位 自動回退。9) 帶14in彩顯，可顯示坐標(biāo)位置、加工狀態(tài)、加工點位等信息。2 . 機(jī)床的主要技術(shù)規(guī)格1) 工作臺尺寸：850 x 850。2) 工作臺X、Y軸向行程：630mm x 800mm。3) 主軸頭拖板Z軸行程：300mm。4) 工作臺C軸回轉(zhuǎn)角度：0360。5) 主軸頭W軸行程：200mm。第4頁/共32頁6) 旋轉(zhuǎn)頭軸、管電極伺服進(jìn)給S軸行程：300mm。7) 主軸頭回轉(zhuǎn)盤B軸回轉(zhuǎn)角度：90。8) 電極旋轉(zhuǎn)頭R軸轉(zhuǎn)速：100150r/min。9) 可裝夾電極管的直徑：0.33mm。10) 電極管導(dǎo)向器與工作臺面最大距

4、離：350mm。11) 工作臺面高度：1150mm。12) 最大輸入功率：kW(380V、50Hz)。13) 工作液箱容量：200L。14)工作液過濾方式：滲透。15)工作液最大壓力：8MPa。16)工作臺最大承重：500kg。 、17)機(jī)床外形尺寸：1200mm x 2500mm x 2200mm。機(jī)床共有8個運動軸，即X、Y、C、Z、W、B、S、R。其中，X、Y軸為工作臺水平向直線運動軸； C軸為工作臺在水平面上分度、回轉(zhuǎn)運動軸；Z軸為主軸頭拖板上下運動軸，可根據(jù)丁作的不同高度，調(diào)整主軸頭與工件之間的距離；W軸為上下直線運動軸，實現(xiàn)導(dǎo)向器與工件之間高度位置的調(diào)整， 為手動調(diào)整軸；B軸為回轉(zhuǎn)

5、頭擺動軸，實現(xiàn)主軸頭、管電極加工不同角度的斜孔；S軸為管電極的直線伺服進(jìn)給運動軸；R軸為管電極旋轉(zhuǎn)軸，實現(xiàn)既要夾持管電極在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下伺服進(jìn)給，又要向電極管中通人高壓工作液及導(dǎo)人脈沖電源的電壓和電流。第5頁/共32頁此類機(jī)床已在我國的一些骨干航空發(fā)動機(jī)制造企業(yè)成功應(yīng)用，如沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)公司、西安航空發(fā)動機(jī)公司、成都航空發(fā)動機(jī)公司、貴陽新藝葉片制造廠、西羅葉片制造公司等。加工對象有火焰筒、火焰筒安裝邊、火焰筒環(huán)件、各種單聯(lián)和多聯(lián)葉片等。其中有些公司承接加工美國GE公司、英國羅羅公司等世界一流知名企業(yè)的航空發(fā)動機(jī)零件， 獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。第6頁/共32頁第二節(jié) 排孔、小方孔篩網(wǎng)的特

6、種加工一、排孔、多孔的加工對于一般的多孔電火花加工，只要增加相應(yīng)的工具電極數(shù)量，把它們安裝在同一個主軸上，就可以進(jìn)行加工，實際上相當(dāng)于增加了加工面積。與單孔相比，要獲得同樣的進(jìn)給速度和較大的蝕除量，就得增加峰值電流，這樣， 孔壁的表面粗糙度就會惡化。條件許可時，最好采用多回路脈沖電源，每一獨立回路供給15個工具電極，總共有34個回路。有時需用電火花加工有成千上萬個小網(wǎng)孔的不銹鋼板篩網(wǎng)，這時可分排加工，每排1001000個工具電極(一般用黃銅絲作電極，雖然損耗大，但剛度和加工穩(wěn)定性好)，再進(jìn)行分組、分割供電。加工完一排孔后，移動工作臺再進(jìn)行第二排孔的加工。由于工具電極絲較長，加工時離工件上表面5

7、 10mm處應(yīng)有一多孔的導(dǎo)向板(導(dǎo)向板不宜過薄或過厚，以5mm左右為宜)。某飛機(jī)發(fā)動機(jī)的不銹鋼散熱板厚1.2mm，其上共有2106個小0.3mm的小圓孔，每個小孔之間的中心距為0.67mm。第7頁/共32頁今采用多電極絲電極夾頭(刷狀絲電極夾頭)(圖10-4)，每組進(jìn)行排孔加工， 一排孔共702個，分成6組，每組117孔(圖(10-4)，每組用RC線路脈沖電源作為分割電極進(jìn)行加工(共用6組RC線路脈沖電源)，加工時電極絲下部必須有導(dǎo)向板。第8頁/共32頁二、 小方孔篩網(wǎng)的加工有時需加工方形小孔的篩網(wǎng)或過濾網(wǎng)，此時工具電極可選用方形截面的純銅或黃銅桿，其端部用線切割切成許多小深槽，再轉(zhuǎn)過90。重

8、復(fù)切割一遍，就成為許多小的方電極，如圖10-5所示。加工出一小塊方孔濾網(wǎng)后，再移動工作臺，繼續(xù)加工其余網(wǎng)孔。要保證移動距離精確，并消除絲杠螺母間隙的影響，最好在數(shù)顯或數(shù)控工作臺上加工。工具電極用鉬絲線切割加工時，切出的縫寬比鉬絲直徑增大了2倍的單邊放電間隙s，在用小方形工具電極加工過濾網(wǎng)孔時，四邊也各有一個放電間隙s，加工留下的濾網(wǎng)肋條方形截面的寬度約等于鉬絲的直徑d，見圖10-5中的放大圖形。第9頁/共32頁三、 電解加工小孔小于1mm大于0.2mm的小孔，也可以采用電解加工。1. 小深孔束流電解加工小深孔束流電解加工是電解加工法的變種之一，是美國一家公司研究成功的。電解液束流加工專門用以加

9、工小深孔，加工孔是用玻璃毛細(xì)管或外表涂絕緣層的無縫鈦合金鋼管來進(jìn)行的。作為電解液采用了稀釋的硫酸。工作電壓為2501000V。此法(圖10-6)可以獲得直徑為0.2-0.8mm、深度可達(dá)直徑50倍的小孔。這種方法與電火花、激光、電子束加工的不同之處在于，加工的表面不會產(chǎn)生形成細(xì)微裂紋的熱變質(zhì)層。第10頁/共32頁與葉片表面成40角的和直徑小于0.8mm的冷卻孔道也是用此法加工的。作為陰極，采用了內(nèi)含導(dǎo)電心桿的玻璃彎管，見圖10-6b。2. 薄板上多個小孔的電解加工在沸騰干燥器的制造中，要求在寬1.6mm、長3.2mm、厚0.6mm的不銹鋼板上加工直徑為0.6mm的孔150萬個左右，要求加工出無

10、毛刺、翻邊、倒角， 公差在0.03mm、內(nèi)壁滑的圓孔，可采用多個小針管內(nèi)沖液電解加工的方法。須解決電極、電極絕緣、水保護(hù)、加工尾段工藝等幾個關(guān)鍵性的問題，分述如下。(1) 電極 根據(jù)工藝要求選用合適的電極是電解加工中的首要問題，加工孔徑D1為0.6mm，加工電極的直徑D2應(yīng)為D2D1-2H0.6mm-2x0.06mm0.48mm 式中H回流液單邊間隙。選用不銹鋼醫(yī)用5號注射針頭，經(jīng)實測，外徑在0.400.42mm間，小于計算值，剛好可外涂絕緣層。內(nèi)孔直徑在0.160.18mm之間，可滿足要求。(2) 電極絕緣 電極的絕緣保護(hù)很重要，經(jīng)實驗用燒結(jié)琺瑯絕緣電極加工出的孔，孔徑為0.580.62mm

11、，內(nèi)壁平滑，無毛刺，手摸無孔感，只是電極細(xì)弱，機(jī)械強(qiáng)度不高，加工中注意不要使電極受到機(jī)械力。燒結(jié)琺瑯是在800 900的溫度下采用多次分層燒結(jié)的辦法。絕緣層厚在0.02mm時要分34次燒結(jié)，且不可使燒結(jié)溫度驟增驟減，以防琺瑯層炸裂剝落。燒結(jié)后絕緣厚度約0.02mm，絕緣等級在500k以上，加絕緣后電極最大外徑為0.45mm，而且琺玻層比較堅固，化學(xué)性能穩(wěn)定，電極不受彎曲，琺瑯層不易剝落。第11頁/共32頁(3) 水保護(hù) 為控制散蝕半徑和孔邊倒角，經(jīng)研究需加水保護(hù)腔，加工頭結(jié)構(gòu)如圖10-7所示。在水保護(hù)下，腔底鉆直徑1mm的孔，電極從孔中穿出。電解液壓力為39.298kPa時，溶液比重為1516

12、Be的保護(hù)水的壓力為9.8kPa。保護(hù)水是順著電極軸向流下，使電解液在加工區(qū)內(nèi)有加工所需濃度和壓力， 而在加工區(qū)外則使電解液壓力和濃度迅速降到鈍化區(qū)工作范圍內(nèi)，這就有效地保證了孔的質(zhì)量。(4) 加工尾段的處理 加工通孔較不通孔有它的特殊性，即當(dāng)孔巳穿透， 但遠(yuǎn)小于圖樣要求的孔徑時，電解液就已從透孔外流而無冋流液，此時加工作用已自動停止了，如再進(jìn)給就會造成短路而使加工失敗。為解決這一問題分別采用以下三種方法：第12頁/共32頁1) 在加工板的背面加密封水腔，此法效果較好，但較復(fù)雜和繁瑣。2) 在加工板的背面墊橡皮膜，但因電極較細(xì)弱，此辦法對電極安全不利。3) 在加工板的背面涂以質(zhì)設(shè)分?jǐn)?shù)為6%的涂

13、料絕緣膜，效果很好且很方便。涂料膜能很好地阻擋電解液外流，而電極又很容易通過。(5) 基本參數(shù) 經(jīng)多次實驗得到下面一組理想?yún)?shù)。電解質(zhì)：NaNO3，16Be(波美濃度，英美的濃度)電解液壓力54kPa，保護(hù)水壓力9.8kPa；電源：脈動直流，電壓15.5V，電流密度5A/mm2?？椎馁|(zhì)量較高，內(nèi)壁平滑，倒角極小，手感好，孔徑為0.580.62mm，符合 0.03mm的公差。單孔加工時間為35s，一組孔加工時間為1min，加工時間和進(jìn)給量很穩(wěn)定。第13頁/共32頁第三節(jié) 薄壁、彈性、低剛度零件的特種加工一、蜂窩結(jié)構(gòu)、薄壁、低剛度工件的電火花磨削航空發(fā)動機(jī)廣泛使用的密封件-蜂窩結(jié)構(gòu)環(huán)是典型的薄壁、

14、低剛度工件。正六邊形蜂窩的壁厚只有0.050.06mm(圖10-8a)，自身剛度極差，其材質(zhì)多為耐熱合金。采用常規(guī)機(jī)械加工(車削或磨削)時，在切削力作用下，大部分材料無法自基體切除而倒向一邊，將蜂窩孔堵塞，不能滿足使用要求。而電火花磨削時，電極與工件間作用力很小，不致引起低剛度工件的機(jī)械變形， 而且蜂窩結(jié)構(gòu)類型工件的蝕除余量很小，采用電火花磨削的加工效率還是較高的。實踐證明，采用電火花磨削加工工藝，對蜂窩結(jié)構(gòu)的成形效果很好， 其加工效率高于機(jī)械磨削。第14頁/共32頁圖10-8b為航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)機(jī)匣蜂窩密封環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。壓氣機(jī)有三層葉片，機(jī)匣對應(yīng)部位釬焊有三級蜂窩密封環(huán)(780mm、750m

15、m、730mm)，蜂窩環(huán)單邊的加工余量約25mm。(1) 工具電極制備 為了提高加工速度，增加同時加工放電面積，工具電極包角通常大于30，如圖10-9所示。(2) 工作液供給方式 為了防止火災(zāi)，不采用向放電部位噴液的供液方式， 而是采用浸沒式加工，放電部位浸沒深度不得少于50mm，以防引起火災(zāi)。(3) 粗加工粗加工 由于蜂窩密封環(huán)是由一塊塊蜂窩塊釬焊而成，各塊在徑向的位置相差較多，加工余量大多為25mm(單邊)。為了提高加工速度，粗加工時常采用工件不旋轉(zhuǎn)的分段加工法，即根據(jù)工具電極的弧長l(或夾角)，分為2r/l(或360 /)段(圖10-9)，每段相鄰處重合2 5mm，防止接縫處產(chǎn)生飛邊，影

16、響精加工的順利進(jìn)行。每段均進(jìn)給至同一坐標(biāo)處(例如為Xc)。由于加工蝕除的金屬體積很小，所以電極的損耗可忽略不計。 Xc根據(jù)最終尺寸的X軸坐標(biāo)Xz及精加工余量j確定，即第15頁/共32頁 Xc= Xz- j(4) 精加工 精加工前，應(yīng)先清除工具電極上的炭屑等附著物，再緩慢地使工具電極與工件表面接觸，記下X軸的坐標(biāo)值X1，然后在工件圓環(huán)內(nèi)均勻地測56點，分別記下接觸點的X1，依最小的X坐標(biāo)值確定精加工的起始進(jìn)給位置。各點的X坐標(biāo)值通常相差0.040.06mm。這個差值主要是因工具電極的圓弧半徑r與工件半徑R不同而產(chǎn)生；其次，工具電極損耗也是差值產(chǎn)生的原因之一。精加工余量的大小通常單側(cè)余量不宜大于0

17、.20mm；若要求不高(如公差大于0.10mm，Ra6.3m)為提高加工效率，精加工余量為0.10mm即可。當(dāng) 加 工 部 位 的 形 狀 公 差 要 求 較 高 ( 如 不 圓 度 0 . 0 3 0 . 0 4 m m 時 ， 應(yīng) 增 加 精 加 工 余 量0.050.10mm，以免超差。若工具電極圓弧半徑r比R小25mm以上時，粗加工后的工件類似多棱圓， 故精加工時，應(yīng)放大加工余量0.100.15mm，如r與R之差小于等于510mm，則可不考慮這一因素。分段加工的段數(shù)越少，精加工的余量就越大。二、彈性、低剛度細(xì)長桿的電火花磨削航空、航天、航海等伺服閥中有一彈性、低剛度細(xì)長的反饋桿，圖10

18、-10 為某航天型號中反饋桿的外形及主要技術(shù)要求。第16頁/共32頁由于細(xì)長桿剛度很低，其加工精度、技術(shù)要求又很高，用車削、磨削加工會引起彎曲彈性變形，采用不接觸、無切削力的電火花精密磨削，可避免上述缺點。電火花磨削細(xì)長桿可在專用精密電火花磨床上進(jìn)行，也可在改裝的高速走絲數(shù)控線切割機(jī)床上進(jìn)行。圖10-11為電火花磨削細(xì)長桿的示意圖。為了提高加工效率，采用寬刃塊狀工具電極。如為單件、小批生產(chǎn)，加工時可采用徑向進(jìn)給，即寬刃塊狀電極在水平面沿垂直于工件軸心線的方向進(jìn)給。如為中批、大批生產(chǎn)，則最好采用更優(yōu)越的 切向進(jìn)給 法。第17頁/共32頁切向進(jìn)給法的基本原理如圖10-12所示。該圖是垂直于工件軸線

19、的剖面圖。圖中是以水平放置的工具電極的上表面作為主要工作表面-加工的尺寸控制表面。RS、RE分別為工件加工起始和加工結(jié)束時的半徑，為放電間隙，加工前應(yīng)調(diào)整電極上表面與工件軸線之間的距離(簡稱為面軸間距)h0 ，令h0=RE+，即使其上表面與半徑為h0的工件假想回轉(zhuǎn)圓相切，工具沿著切線方向(水平方向)伺服進(jìn)給，進(jìn)行放電加工。圖10-13為塊狀電極切向進(jìn)給電火花磨削的立體示意圖。第18頁/共32頁第19頁/共32頁值得注意的是，切向進(jìn)給法加工尺寸及精度的控制方式與徑向進(jìn)給法截然不同，如圖10-14所示。徑向進(jìn)給法的電極工作表面是前端面，通過控制電極前端面進(jìn)給的位置或距離來控制工件的尺寸。其尺寸精度

20、受前端面損耗 的影響，加工過程中往往需要多次中斷加工，進(jìn)行尺寸測量。而切向進(jìn)給法的電極工作表面為上表面，是使工具電極進(jìn)給一個足夠長的距離(圖中為最簡單的精度控制方式，是使工具電極的全長都通過加工區(qū))，工件才退出加工。加工中，電極上表面是由前向后逐漸損耗，切向的伺服進(jìn)給自動補償電極的損耗。由于電極損耗的深度由前向后逐漸變小，因此工件是從無損耗或損耗很小的電極上表面退出加工，可以認(rèn)為工件加工后的半徑尺寸RE=h0-(見圖10-13)。加工前，調(diào)整好電極的位置(保證面軸間距h0=RE+)，可以加工多個工件而加工過程中不必中斷和測量。第20頁/共32頁第四節(jié) 微細(xì)表面、零件的電火花加工隨著微型機(jī)械的發(fā)

21、展和微細(xì)電火花技術(shù)的逐步成熟， 微細(xì)電火花加工技術(shù)的應(yīng)用也受到越來越廣泛的重視， 微細(xì)電火花加工在電火花加工中所占的比重正逐年增加。一、微軸和微孔電火花加工光學(xué)系統(tǒng)中的光闌、噴墨打印機(jī)噴孔都需直徑10-50m的小孔。加工小孔的關(guān)鍵是要有直徑小的工具電極，即微小軸，而且要安裝得與待加工孔的工件表面非常垂直。1. 微小軸(工具電極)的制作實現(xiàn)微細(xì)孔電火花放電加工的首要條件之一是微小工具電極的在線制作和安裝。與金屬絲矯直、毛細(xì)管拉拔或金屬塊反拷等方法相比，采用精密旋轉(zhuǎn)主軸頭與線電極放電磨削相結(jié)合制作微小軸(工具電極)的方法，更容易得到更小尺寸的電極軸，且容易保證較高的尺寸和形狀精度。上述微小軸(工具

22、電極)的加工原理如圖10-15所示。圖10-15a是用塊狀電極電火花反拷磨削法，圖10-15b、c軸的成形是通過線電極絲和被加工軸間的放電加工來實現(xiàn)的。線電極磨削時電極絲緩慢沿走絲導(dǎo)塊上導(dǎo)槽面滑移， 被加工軸隨主軸頭旋轉(zhuǎn)及作軸向進(jìn)給。第21頁/共32頁在加工過程中，被加工軸隨主軸旋轉(zhuǎn)，在保證軸加工圓度的同時，避免了集中放電或短路，使放電加工連續(xù)正常進(jìn)行。線電極磨削絲沿導(dǎo)槽面的移動，補償了自身的放電損耗，確保被加工軸的尺寸精度。而若使主軸不旋轉(zhuǎn)僅利用線電極磨削絲沿導(dǎo)槽面相對被加工軸的移動，亦可實現(xiàn)非圓截面的加工。第22頁/共32頁值得注意的是，采用旋轉(zhuǎn)主軸頭與線電極放電磨削走絲機(jī)構(gòu)相結(jié)合制作微小

23、軸(工具電極)的方法時，旋轉(zhuǎn)主軸的徑向圓跳動、線電極磨削絲的直徑均勻度以及走絲平穩(wěn)性都直接影響軸的加工精度和可能達(dá)到的極限尺寸。2. 高深徑比微小孔的加工利用微小軸作為工具電極，軸向進(jìn)給直接加工微小孔時，很難達(dá)到穩(wěn)定的加工狀態(tài)，因此加工效率極低。使工具電極隨主軸旋轉(zhuǎn)，利用微小圓軸(0.1mm)進(jìn)行微小圓孔的加工，一般可順利達(dá)到0.4mm左右的深度。但當(dāng)孔深達(dá)到約0.5mm以上時，由于排屑不暢，加工狀態(tài)趨于不穩(wěn)定，加工效率急劇下降，甚至加工無法繼續(xù)進(jìn)行。加工微小孔時利用工作液循環(huán)強(qiáng)制排屑很難奏效，切屑只能依靠放電時產(chǎn)生的微爆炸力和小氣泡自動帶出。工具電極的旋轉(zhuǎn)雖然有助于排屑和提高加工穩(wěn)定性，但由

24、于側(cè)向放電間隙較小，使得能夠加工的孔深畢竟有限。第23頁/共32頁為實現(xiàn)高深徑比微小孔的高效率加工，可采取修扁工具電極的方法。如圖10-16所示，利用線電極放電磨削機(jī)構(gòu)將電極軸兩邊對等削去一部分。實際單側(cè)削去部分約為軸徑的1/51/4，既不過分削弱軸的剛度和端面放電面積，又造成足夠的排屑空間。用這種削邊電極加工微小孔時，電極隨主軸旋轉(zhuǎn)，排屑效果顯著改善，在加工深徑比達(dá)10以上的微小孔時，能夠保持穩(wěn)定的加工狀態(tài)和較高的進(jìn)給速度。用煤油作為工作液在不銹鋼材料上貫穿1mm深的微小孔所用加工時間為34min。微細(xì)電火花加工的極限能力一直是微細(xì)電火花研究工作者追求的目標(biāo)之一。圖10-17a、b是日本東京大學(xué)增澤隆久加工出的5m的微細(xì)孔和2.5m的微細(xì)軸，代表了當(dāng)前這一領(lǐng)域的世界前沿水平，圖10-17c為微細(xì)電火花加工出的光纖連接器小孔矩陣，圖10-17d為11m的長微細(xì)軸。第24頁/共32頁3.