概述電火花的加工PPT課件

1、機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系7-1 概 述 一、特種加工的產(chǎn)生及發(fā)展 1 尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展方向 高精度 高速度 高溫 高壓 大功率 小型化 2 對機(jī)械制造部門提出的新要求： （1）解決各種難切削材料的加工問題 （2）解決各種特殊復(fù)雜表面的加工問題 （3）解決各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問題 3 切削加工的本質(zhì)和特點(diǎn)： （1）靠刀具材料比工件更硬 （2）靠機(jī)械能把工件上多余的材料切除第1頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 4 特種加工的產(chǎn)生、發(fā)展的前提條件 要解決機(jī)械制造部門面臨的一系列工藝問題，僅僅依靠傳統(tǒng)的切削 加工方法很難實(shí)現(xiàn)，甚至根本無法實(shí)現(xiàn)，人們相繼探索研究新的

2、加工方法，特種加工因此而產(chǎn)生 5特種加工的特點(diǎn) （1）不是主要依靠機(jī)械能，而是主要用其他能量去除金屬材料； （2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度，即能做到“以柔克剛”； （3）加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力；第2頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系特種加工與傳統(tǒng)切削加工的不同點(diǎn) 1）主要依靠機(jī)械能以外的能量(如電、化學(xué)、光、聲、熱等)去除材料；多數(shù)屬于“熔溶加工”的范疇。 2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度，即能做到“以柔克剛”； 3）加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力； 4）主運(yùn)動(dòng)的速度一般都較低；理論上，某些方法可能成為“納米加工”的重要手段； 5）加

3、工后的表面邊緣無毛刺殘留。微觀形貌“圓滑”；第3頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 我國特種加工技術(shù)的發(fā)展歷程 1、20世紀(jì)50年代中期，電火花穿孔機(jī)床、電火花表面強(qiáng)化機(jī)研制成功 2、 20世紀(jì)50年代末，營口電火花機(jī)床廠開始成批生產(chǎn)電火花強(qiáng)化機(jī)、電火花機(jī)床 3、1979年我國成立了全國性的電加工學(xué)會(huì) 4、1981年我國高校間成立了特種加工教學(xué)研 究會(huì) 5、1997年批量生產(chǎn)第4頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系特 種 加 工方法能量來源及形式作用原理英文縮寫電火花 加工電火花成型加工電能、熱能熔化氣化EDM電火花線切割加工電能、熱能熔化氣化WEDM電化學(xué) 加工 電解加工電化學(xué)

4、金屬離子陽極溶解ECM（ELM）電解磨削電化學(xué)、機(jī)械能陽極溶解、磨削EGM（ECG）電解研磨電化學(xué)、機(jī)械能陽極溶解、研磨ECH電鑄電化學(xué)能金屬離子陰極沉淀EFM涂鍍電化學(xué)能金屬離子陰極沉淀EPM 二、特種加工的分類第5頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系特 種 加 工方法能量來源及形式作用原理英文縮寫 激光加工激光切割、打孔光能、熱能熔化、氣化LBM激光打標(biāo)記光能、熱能熔化、氣化LBM激光處理表面改性光能、熱能熔化、相變LBT 電子束加工 切割、打孔、焊接電能、熱能熔化、氣化EBM 離子束加工 蝕刻、注入、鍍覆電能、動(dòng)能原子撞擊IBM 等離子弧加工切割、噴鍍電能、熱能熔化、氣化（涂覆）

5、PAM 特種加工的分類 續(xù)表一第6頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系特 種 加 工方法能量來源及形式作用原理英文縮寫超聲加工 切割、打孔、雕刻聲能、機(jī)械能磨料高頻撞擊USM化學(xué)加工化學(xué)銑削化學(xué)能腐蝕CHM化學(xué)拋光化學(xué)能腐蝕CHP光刻光、化學(xué)能光、化學(xué)腐蝕PCM快速成形液相固化法光、化學(xué)能增材法加工SL粉末燒結(jié)法SLS紙片疊層法光、機(jī)械能電、熱、機(jī)械能LOM熔絲堆積法FDM第7頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系加工方法 可加工的材料 工具損耗率 ()金屬去除率/mm3min-1 尺寸精度/mm 表面粗糙度Ra/m主要適用范圍最低平均 最低平均 最低平均 最低平均 電火花加工 任何

6、導(dǎo)電的金屬材，如硬質(zhì)合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬火鋼等 150 303000 0.050.005 100.16 各種沖、壓、鍛模及三維成型曲面的加工 電火花線切割 極小(可補(bǔ)償) 520 0.020.005 50.63 各種沖模及二維曲面的成型截割 常用特種加工方法 的綜合比較(1)第8頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系加工方法 可加工的材料 工具損耗率 ()金屬去除率/mm3min-1 尺寸精度/mm 表面粗糙度Ra/m主要適用范圍最低平均 最低平均 最低平均 最低平均 電解加工任何導(dǎo)電的金屬材，如硬質(zhì)合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬火鋼等 不損耗10010000 0.10.01 1.250.1

7、6 從細(xì)小零件到1t超大型工件電解磨削1/5011000.020.001 1.250.04硬質(zhì)合金等難加工材料的磨削 常用特種加工方法 的綜合比較(2)第9頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系加工方法 可加工的材料 工具損耗率 ()金屬去除率/mm3min-1 尺寸精度/mm 表面粗糙度Ra/m主要適用范圍最低平均 最低平均 最低平均 最低平均 超聲加工任何脆性材料0.1/10150 0.030.005 0.630.16 從細(xì)小零件到1t超大型工件激光加工任何材料不損耗瞬時(shí)去除率很高,平均去除率不高0.010.001 101.25精密加工小孔、窄縫及成形切割、刻蝕 常用特種加工方法 的綜

8、合比較(3)第10頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系加工方法 可加工的材料 工具損耗率 ()金屬去除率/mm3min-1 尺寸精度/mm 表面粗糙度Ra/m主要適用范圍最低平均 最低平均 最低平均 最低平均 電子束加工任何材料不損耗瞬時(shí)去除率很高,平均去除率不高0.030.005 0.630.16 在各種難加工材料上打微孔、切縫、蝕刻、暴光、焊接離子束加工很低/0.01微米 /0.01對零件表面進(jìn)行超精密、超微量加工、拋光、蝕刻、攙雜、鍍覆 常用特種加工方法 的綜合比較(4)第11頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系加工方法 可加工的材料 工具損耗率 ()金屬去除率/mm3min

9、-1 尺寸精度/mm 表面粗糙度Ra/m主要適用范圍最低平均 最低平均 最低平均 最低平均 水射流切割鋼鐵、石材不損耗3000.20.1 205 在各種難加工材料上打微孔、切縫、蝕刻、暴光、焊接快速成形 增材加工 ,無可比性0.3/0.1 10/5對零件表面進(jìn)行超精密、超微量加工、拋光、蝕刻、攙雜、鍍覆 常用特種加工方法 的綜合比較(6)第12頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 三、特種加工對機(jī)械制造工藝技術(shù)產(chǎn)生的影響 一、提高了材料的可加工性 材料的可加工性不在與硬度、強(qiáng)度、韌 性、脆性等成直接關(guān)系，對電火花、線切割加工而言，淬火鋼比未淬火鋼更易加工。特種加工方法使材料的可加工范圍從

10、普通材料發(fā)展到硬質(zhì)合金、超硬材料和特殊材料。 二、改變了零件的典型工藝路線 以前的典型工藝路線是先加工后淬火，特種加工的工藝路線是先淬火后加工第13頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 三、改變了試制新產(chǎn)品的模式 特種加工可以直接加工出各種標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)件，各種特殊、復(fù)雜的二次曲面體零件，省去設(shè)計(jì)制造相應(yīng)刀具、夾具、量具、模具、工裝，大大縮短了試制周期。 快速成型技術(shù)，成為試制新產(chǎn)品的必要也是重要手段。第14頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 四、特種加工對產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來很大的影響 各種復(fù)雜沖模過去采用拼鑲結(jié)構(gòu),有了特種加工可以作成整體結(jié)構(gòu) 花鍵的齒根加工,用拉削方法時(shí),刀

11、齒只能是清棱清角的齒根,電解加工時(shí),非采用小圓角的齒根不可第15頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 五、重新衡量傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性的好壞 過去認(rèn)為工藝性很壞的小孔、窄縫等，因?yàn)橛辛颂胤N加工方法，現(xiàn)代產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中可以大量采用 六、特種加工已經(jīng)成為微細(xì)加工和納米加工的主要手段第16頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 7-2 電火花加工 電火花加工又稱放電加工、電蝕加工(E1ectro Discharge Machining，簡稱EDM)，是一種利用脈沖放電產(chǎn)生的熱能進(jìn)行加工的方法。 一、電火花加工的原理及特點(diǎn)第17頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系第18頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)

12、電工程系機(jī)電工程系2）可以加工特殊及復(fù)雜形狀的零件 由于加工中工具電極和工件不直接接觸，沒有機(jī)械加工的切削力，因此適宜加工低剛度工件及微細(xì)加工。由于可以簡單地將工具電極的形狀復(fù)制到工件上，因此特別適用于復(fù)雜表面形狀工件的加工，如復(fù)雜型腔模具加工等。數(shù)控技術(shù)電火花加工可以簡單形狀的電極加工復(fù)雜形狀零件。 電火花加工的優(yōu)點(diǎn)1）適合于難切削材料的加工 可以突破傳統(tǒng)切削加工對刀具的限制，實(shí)現(xiàn)用軟的工具加工硬韌的工件，甚至可以加工象聚晶金剛石、立方氮化硼一類超硬材料。目前電極材料多采用紫銅或石墨，因此工具電極較容易加工。第19頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 3）主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料，一

13、定條件下也可以加工半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料。 4）加工表面微觀形貌圓滑，工件的棱邊、尖角處無毛刺、塌邊； 5）工藝靈活性大，本身有“正極性加工”（工件接電源正極）和“負(fù)極性加工”（工件接電源負(fù)極）加工之分；還可與其他工藝結(jié)合，形成復(fù)合加工，如與電解加工復(fù)合；第20頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 電火花加工的局限性1）一般加工速度較慢 安排工藝時(shí)可采用機(jī)械加工去除大部分余量，然后再進(jìn)行電火花加工以求提高生產(chǎn)率。最近新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液進(jìn)行電火花加工，其生產(chǎn)率甚至高于切削加工。2）存在電極損耗和二次放電 電極損耗多集中在尖角或底面，最近的機(jī)床產(chǎn)品已能將電極相對損耗比降至

14、0.1，甚至更小；電蝕產(chǎn)物在排除過程中與工具電極距離太小時(shí)會(huì)引起二次放電，形成加工斜度，影響成型精度。二次放電甚至?xí)沟眉庸o法繼續(xù)。3)主要用于加工金屬等金屬材料,一定條件下才可以加工半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料第21頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 電火花加工的基本規(guī)律 (一)加工精度的規(guī)律 影響因素 1、火花放電間隙的大小及其一致性 2、工具電極加工損耗大小及其穩(wěn)定性 3、機(jī)床的精度和剛度，工具電極的制造精度安裝精度第22頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 （二）表面質(zhì)量的規(guī)律 1、表面粗糙度 2、表面變質(zhì)層 （1）融化層 （2）熱影響層 （3）顯微裂紋 3、表面力學(xué)性能 顯微硬

15、度及耐磨性，殘余應(yīng)力，耐疲勞性第23頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 三、工具電極損耗的規(guī)律 1、極性效應(yīng) 概念 由于正負(fù)極性不同而電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫極性效應(yīng) 原因解釋 電子的質(zhì)量和慣性均小，容易獲得很高的加速度和速度，在擊穿放電的初始階段就有大量的電子奔向正極，把能量傳遞給陽極，使電極材料迅速熔化和汽化；而正離子質(zhì)量和慣性較大，啟動(dòng)和加速較慢，在擊穿放電的初始階段，大量的正離子來不及到達(dá)陰極表面，因而材料融化較少第24頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 2、電參數(shù)對電蝕量的影響 單個(gè)脈沖的蝕除量與單個(gè)脈沖能量在一定范圍內(nèi)成正比關(guān)系 3、金屬材料熱學(xué)性能對電蝕量的影響 當(dāng)脈

16、沖放電能量相同時(shí)，金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、汽化熱愈高，電蝕量將減少，愈難加工，生產(chǎn)率也愈低 4、工作液對電蝕量的影響第25頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 四、電火花線切割加工 1工作原理 電火花線切割加工是通過電極和工件之間脈沖放電時(shí)的電腐蝕作用，對工件進(jìn)行加工的一種方法。如圖 所示，工件接脈沖電源的正極，電極絲接負(fù)極，工件相對電極絲按預(yù)定的要求運(yùn)動(dòng)，從而使電極絲沿著所要求的切割線路進(jìn)行電腐蝕，實(shí)現(xiàn)切割加工。第26頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系第27頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系 五個(gè)優(yōu)點(diǎn) 1、省掉了成型的工具電極 2、可以加工微細(xì)異形孔、窄縫、復(fù)雜形狀的工件 3、加工量小，材料利用率高，生產(chǎn)率高 4、電極絲單位長度損耗較小，對加工精度影響較小 5、成本低，加工自動(dòng)化程度高第28頁/共37頁機(jī)電工程系機(jī)電工程系機(jī)電工程系第29頁/共37頁