《數(shù)控加工工藝學(xué)（第二版）》 課件 第五章　數(shù)控電加工工藝

第五章數(shù)控電加工工藝第一節(jié)概述第二節(jié)數(shù)控電火花成形加工工藝數(shù)控線切割加工工藝第三節(jié)599第一節(jié)概述600電加工與金屬切削加工的原理完全不同，在電加工過程中，工具與工件并不接觸，而是靠工具和工件之間不斷地脈沖性火花放電，產(chǎn)生的局部、瞬時高溫把金屬材料逐次微量蝕除下來，進(jìn)而將工具的形狀反向復(fù)制到工件上。因放電過程中可見到火花，故稱為電火花加工。目前，這一工藝技術(shù)已廣泛用于加工淬火鋼、不銹鋼、模具鋼、硬質(zhì)合金等難加工材料，以及用于加工模具等具有復(fù)雜表面的零部件，在民用和國防工業(yè)中獲得越來越多的應(yīng)用，已成為切削加工的重要補(bǔ)充和發(fā)展。601一、數(shù)控電加工的概念1．電加工的定義電加工主要是指利用電的各種效應(yīng)（如電能、電化學(xué)能、電熱能、電磁能、電光能等）進(jìn)行金屬材料加工的一種方式。電加工包括電蝕加工（電火花成形加工和線切割加工）、電子束加工、電化學(xué)加工（電拋光等）及電熱加工（導(dǎo)電磨削和電熱整平）等。從狹義而言，電加工大多指直接利用電能（放電）進(jìn)行金屬材料加工的一種方式，主要有電火花成形加工、線電極切割、電拋光、電解磨削加工等。本章只介紹電火花成形加工和線切割加工的主要內(nèi)容。6022．電加工的特點（1）在加工過程中工具和工件之間不存在明顯的機(jī)械切削力，且在多數(shù)情況下工具不與工件直接接觸。（2）加工用的工具硬度可以低于工件材料的硬度。（3）工件材料可以是任何硬度的金屬材料，還可以是磁性材料等。603二、數(shù)控電加工工藝方法的分類及應(yīng)用按工具電極和工件相對運(yùn)動的方式與用途不同，電加工工藝方法大致可分為電火花穿孔成形加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜磨、電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工、電火花高速小孔加工、電火花表面強(qiáng)化與刻字六大類。前五類屬電火花成形、尺寸加工，是用于改變零件形狀或尺寸的加工方法；最后一類則屬表面加工方法，用于改善或改變零件表面性質(zhì)。以上以電火花穿孔成形加工和電火花線切割應(yīng)用最為廣泛。電火花加工工藝方法分類、特點及用途見表。604605電火花加工工藝方法分類、特點及用途第二節(jié)數(shù)控電火花成形加工工藝606一、數(shù)控電火花成形加工概述1．?dāng)?shù)控電火花成形加工原理電火花成形加工也稱為放電加工、電蝕加工或電脈沖加工，是基于脈沖放電的蝕除原理，直接利用電能和熱能進(jìn)行加工的新工藝。如圖所示為電火花成形加工機(jī)床。607電火花成形加工機(jī)床1—主軸頭2—工具電極3—工作液槽4—工件電極5—床身工作臺6—工作液裝置7—脈沖電源電火花成形加工基于電火花腐蝕原理，是在工具電極與工件電極相互靠近時，極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產(chǎn)生瞬時高溫，使金屬局部熔化甚至汽化，從而將金屬蝕除下來。這一過程大致分為電離、放電、高溫熔化、汽化、金屬拋出、消電離幾個階段，如圖所示為電火花成形加工原理。608電火花成形加工原理a）電離、放電b）高溫熔化c）汽化d）金屬拋出e）消電離（1）電離、放電給處于絕緣的工作液介質(zhì)中的兩電極加上無負(fù)荷直流電壓，伺服電極向工件運(yùn)動，極間距離逐漸縮小，當(dāng)極間距離（即放電間隙）小到一定程度時（一般為0.01mm左右），陰極逸出的電子在電場作用下高速地向陽極運(yùn)動，并在運(yùn)動中撞擊介質(zhì)中的中性分子和原子，產(chǎn)生碰撞電離，形成帶負(fù)電的粒子（主要是電子）和帶正電的粒子（主要是正離子）。當(dāng)電子到達(dá)陽極時，介質(zhì)被擊穿，放電通道形成，如上圖a所示。609（2）高溫熔化兩極間的介質(zhì)一旦被擊穿，電源便通過放電通道釋放能量。（3）汽化、金屬拋出在熱爆炸力、流體動力等綜合因素的作用下，被熔化或汽化的材料被拋出，產(chǎn)生一個小坑，如上圖c、d所示。（4）消電離脈沖放電結(jié)束，介質(zhì)恢復(fù)絕緣，如上圖e所示。6102．電火花成形加工的條件為了利用脈沖放電時金屬的蝕除作用達(dá)到“尺寸加工”的目的，一般來說，必須具備以下條件：（1）脈沖放電必須具有足夠大的能量密度，使工件材料局部熔化和汽化。為了壓縮放電通道面積，使放電能量更加集中，需借助液體的幾乎不可壓縮特性，故放電大多是在液體介質(zhì)（又稱工作液）中進(jìn)行的，如煤油、皂化液或去離子水等。611（2）放電應(yīng)當(dāng)是脈沖式的（脈寬一般在0.2～1000μs），使脈沖放電產(chǎn)生的絕大部分熱量來不及從極微小的放電區(qū)域擴(kuò)散出去。（3）放電過程的電蝕產(chǎn)物（包括飛濺出的蝕除顆粒、氣體及液體介質(zhì)的裂解產(chǎn)物等）及熱量應(yīng)及時從微小的放電間隙（為0.01～0.05mm）中排出，以利于液體介質(zhì)恢復(fù)絕緣，維持脈沖放電正常、連續(xù)地進(jìn)行，達(dá)到加工的目的。（4）隨著脈沖放電的持續(xù)進(jìn)行，工件及電極材料不斷被蝕除，兩電極間距離將逐步加大，為了使間隙電壓能有效擊穿極間的介質(zhì)，加工裝置的進(jìn)給系統(tǒng)必須及時調(diào)整兩極間的距離，使之始終保持最佳的擊穿放電間隙。6123．電火花成形加工裝置電火花成形加工裝置可以實現(xiàn)電火花成形加工需要的四個條件。該裝置通常由四大部分組成。（1）脈沖電源脈沖電源用于產(chǎn)生放電加工所需的間歇脈沖，是電火花成形加工的能量供給裝置。（2）機(jī)床主體機(jī)床主體是指用來裝夾、固定工件與電極以及調(diào)整兩者的相對位置，配合控制系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)定加工要求的機(jī)械系統(tǒng)。613（3）控制系統(tǒng)為了滿足放電間隙良好的保持要求及預(yù)定的形狀加工要求，控制系統(tǒng)對電極與工件間的相對位置進(jìn)行調(diào)整和控制。數(shù)控電火花成形機(jī)床已經(jīng)有五軸聯(lián)動的控制系統(tǒng)，但在生產(chǎn)線上使用的大多是單軸數(shù)控或兩軸聯(lián)動的控制系統(tǒng)。（4）工作液裝置工作液裝置主要由儲液箱、泵、過濾器、管道閥門等組成，用于向放電區(qū)域不斷提供干凈的工作液，并將電蝕產(chǎn)物帶出放電區(qū)域，經(jīng)過濾器濾掉這些微粒。高精度電火花成形機(jī)床的工作液裝置除了過濾精度高外，大多配有工作液溫度控制及冷卻裝置。6144．?dāng)?shù)控電火花成形加工的特點（1）優(yōu)點1）適用于難切削材料的成形加工。由于電火花成形加工是靠脈沖放電的電熱作用蝕除工件材料的，與工件的力學(xué)性能關(guān)系不大。因此，對傳統(tǒng)切削加工工藝難以加工的超硬材料［如人造聚晶金剛石（PCD）及立方氮化硼（CBN）等］是極好的補(bǔ)充加工手段。2）可加工特殊的、形狀復(fù)雜的零件。3）適用于鏡面加工。4）加工的放電脈沖參數(shù)可以任意調(diào)節(jié)。5）有助于改進(jìn)和簡化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝。615（2）缺點1）它僅適用于加工金屬等導(dǎo)電材料，不像切削加工那樣可以輕松地加工塑料、陶瓷等絕緣材料。2）在一般情況下，電火花成形加工的加工速度要低于切削加工。3）由于電火花成形加工是靠電極間的火花放電去除金屬的，因此，工件與工具電極都會有損耗，而且工具電極的損耗大多集中在尖角及底部棱邊處，這直接影響了電火花成形加工的成形精度。4）最小圓角半徑有限制，難以完成清角加工。616二、極性效應(yīng)與覆蓋效應(yīng)1．極性效應(yīng)在電火花成形加工時，相同材料（如用鋼電極加工鋼）兩電極的被腐蝕量是不同的。其中一個電極比另一個電極的蝕除量大，這種現(xiàn)象稱為極性效應(yīng)。如果兩電極材料不同，則極性效應(yīng)更加明顯。在生產(chǎn)中，將工件電極接脈沖電源正極（工具電極接脈沖電源負(fù)極）的加工稱為正極性加工，如圖所示；反之稱為負(fù)極性加工，如圖所示。617618正極性加工負(fù)極性加工在實際加工中，極性效應(yīng)受到加工極性以及電極材料、加工介質(zhì)、電源種類、單個脈沖能量等多種因素的影響，其中主要影響因素是脈沖寬度。在電場的作用下，放電通道中的電子奔向正極，正離子奔向負(fù)極。在窄脈沖寬度加工時，由于電子慣性小，運(yùn)動靈活，大量的電子奔向正極，并轟擊正極表面，使正極表面迅速熔化和汽化；而正離子慣性大，運(yùn)動緩慢，只有一小部分能夠到達(dá)負(fù)極表面，而大量的正離子不能到達(dá)。所以，電子的轟擊作用大于正離子的轟擊作用，正極的電蝕量大于負(fù)極的電蝕量，這時應(yīng)采用正極性加工。在寬脈沖寬度加工時，質(zhì)量和慣性都大的正離子將有足夠的時間到達(dá)負(fù)極表面，由于正離子的質(zhì)量大，它對負(fù)極表面的轟擊破壞作用要比電子大；同時，到達(dá)負(fù)極的正離子又會牽制電子的運(yùn)動，故負(fù)極的電蝕量將大于正極，這時應(yīng)采用負(fù)極性加工。6192．覆蓋效應(yīng)在材料放電腐蝕過程中，一個電極的電蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到另一個電極表面上，形成一定厚度的覆蓋層，這種現(xiàn)象稱為覆蓋效應(yīng)。合理利用覆蓋效應(yīng)，有利于降低電極損耗。在油類介質(zhì)中加工時，覆蓋層主要是石墨化的碳素層，其次是黏附在電極表面的金屬微粒黏結(jié)層。碳素層的生成條件如下：（1）有足夠高的溫度。電極上待覆蓋部分的表面溫度不低于碳素層生成溫度，但要低于熔點，以使碳粒子燒結(jié)成石墨化的耐腐蝕層。（2）有足夠多的電蝕產(chǎn)物，尤其是介質(zhì)的熱解產(chǎn)物——碳粒子。（3）有足夠的時間，以便在這一表面上形成一定厚度的碳素層。（4）一般采用負(fù)極性加工，因為碳素層易在陽極表面生成。（5）必須在油類介質(zhì)中加工。620三、電火花成形加工工藝基本規(guī)律1．非電參數(shù)對加工速度的影響電火花成形加工的加工速度是指在一定電規(guī)準(zhǔn)下，單位時間t內(nèi)工件被蝕除的體積V或質(zhì)量m。在規(guī)定的表面粗糙度、規(guī)定的相對電極損耗下的最大加工速度是電火花機(jī)床的重要工藝性能指標(biāo)。一般電火花機(jī)床說明書上所指的最高加工速度是該機(jī)床在最佳狀態(tài)下所達(dá)到的，在實際生產(chǎn)中的正常加工速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機(jī)床的最大加工速度。非電參數(shù)對電極損耗有影響的主要因素包括加工面積、排屑方式、電極材料和加工極性、工件材料和工作液等，它們對加工速度的影響見表。621622非電參數(shù)對加工速度的影響2．電參數(shù)對加工速度的影響（1）脈沖寬度對加工速度的影響單個脈沖能量的大小是影響加工速度的重要因素，如圖所示為脈沖寬度與加工速度的關(guān)系。623脈沖寬度與加工速度的關(guān)系（2）脈沖間隔對加工速度的影響在脈沖寬度一定的條件下，若脈沖間隔減小，則加工速度提高。但若脈沖間隔過小，會因放電間隙來不及消電離而引起加工穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致加工速度降低，如圖所示為脈沖間隔與加工速度的關(guān)系。624脈沖間隔與加工速度的關(guān)系（3）峰值電流對加工速度的影響當(dāng)脈沖寬度和脈沖間隔一定時，隨著峰值電流的增大，加工速度也提高。但若峰值電流過大（即單個脈沖放電能量很大），加工速度反而降低。此外，峰值電流增大將降低工件表面粗糙度值，增加電極損耗。在生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)不同的要求選擇合適的峰值電流。6253．非電參數(shù)、電參數(shù)對電極損耗的影響電極損耗是電火花成形加工中的重要工藝指標(biāo)。在生產(chǎn)中，衡量某種工具電極是否耐損耗，常用相對損耗或損耗比作為衡量工具電極耐損耗的指標(biāo)，即每蝕除單位質(zhì)量金屬工件時工具相對損耗多少。626電極損耗長度非電參數(shù)對電極損耗有影響的主要因素有加工面積、沖油或抽油方式、電極的形狀和尺寸、工具電極材料等，電參數(shù)中對電極損耗有影響的主要因素包括脈沖寬度、峰值電流、加工面積、加工極性、電極材料、工件材料、工作液、排屑條件和二次放電等，具體見表。627電參數(shù)中影響電極損耗的因素4．影響表面粗糙度的主要因素電火花成形加工表面粗糙度的形成與切削加工不同，它是由若干電蝕小凹坑組成的，能存潤滑油，其耐磨性比同樣表面粗糙度的機(jī)械加工表面要好。在相同表面粗糙度的情況下，電加工表面比機(jī)械加工表面亮度低。工件的電火花成形加工表面粗糙度直接影響其使用性能，如耐磨性、配合性質(zhì)、接觸剛度、疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性等。尤其對于高速、高壓條件下工作的模具和零件，其表面粗糙度往往決定其使用性能和使用壽命。電火花成形加工工件表面凹坑的大小與單個脈沖放電能量有關(guān)，單個脈沖能量越大，則凹坑越大。628當(dāng)峰值電流一定時，脈沖寬度越大，單個脈沖的能量就大，放電腐蝕的凹坑也越大、越深，所以表面粗糙度值就越大。在脈沖寬度一定的條件下，隨著峰值電流的增加，單個脈沖能量也增加，表面粗糙度值就變大。在一定的脈沖能量下，不同的工件電極材料表面粗糙度值大小不同，熔點高的材料表面粗糙度值要比熔點低的材料小。工具電極表面粗糙度值的大小也影響工件的表面粗糙度值。例如，石墨電極表面比較粗糙，因此，用它加工出的工件表面粗糙度值也大。由于電極的相對運(yùn)動，工件側(cè)邊的表面粗糙度值比端面小。干凈的工作液有利于得到理想的表面粗糙度。因為工作液中含蝕除產(chǎn)物等雜質(zhì)越多，越容易發(fā)生積炭等不利狀況，從而影響表面粗糙度。6295．影響加工精度的主要因素電加工精度包括尺寸精度和仿形精度（或形狀精度），影響精度的因素很多，這里重點探討與電火花成形加工工藝有關(guān)的因素。（1）放電間隙在電火花成形加工中，工具電極與工件間存在著放電間隙。放電間隙隨電參數(shù)、電極材料、工作液的絕緣性能等因素變化而變化，從而影響了加工精度。間隙大小對形狀精度也有影響，間隙越大，則復(fù)制精度越低，特別是對形狀復(fù)雜的加工表面影響更大。630（2）加工斜度電火花成形加工時產(chǎn)生斜度的情況如圖所示。由于工具電極下面部分加工時間長，損耗大，所以電極變小，而入口處由于電蝕產(chǎn)物的存在，易發(fā)生由于電蝕產(chǎn)物的介入而再次進(jìn)行的非正常放電，即“二次放電”，因而產(chǎn)生加工斜度。631電火花加工時產(chǎn)生斜度的情況1—電極無損耗時工具輪廓線

2—電極有損耗而不考慮二次放電時的工件輪廓線

3—工具電極4—實際工件輪廓線5—工件（3）工具電極的損耗在電火花成形加工中，隨著加工深度不斷增加，工具電極進(jìn)入放電區(qū)域的時間是從端部向上逐漸減少的。實際上，工件側(cè)壁主要是靠工具電極底部端面的周邊加工出來的。因此，電極的損耗也必然從底部端面向上逐漸減少，從而形成了損耗錐度，如圖所示，工具電極的損耗錐度反映到工件上是加工斜度。632工具電極的損耗錐度1—工具電極2—工件四、電火花成形加工工藝的制定電火花成形加工一般作為工件加工的最后一道工序，使工件達(dá)到圖樣規(guī)定的尺寸精度、幾何精度和表面質(zhì)量。如圖所示為電火花成形加工的加工過程。633電火花成形加工的加工過程1．電極準(zhǔn)備電火花成形加工的特點主要是把電極的形狀通過電蝕工藝精確地復(fù)制到工件上。因此，工件的形狀和加工精度與電極有著密切的關(guān)系。為了保證電極符合要求，在選擇電極時，必須正確選擇電極材料和合理的幾何尺寸，同時還應(yīng)考慮電極的加工工藝性等問題。（1）電極材料在實際使用中，應(yīng)選擇導(dǎo)電性能良好、損耗小、容易加工、加工過程穩(wěn)定、效率高和價格便宜的材料作為電極。電火花成形加工常用的電極材料有純銅、黃銅、鑄鐵、鋼和石墨等。在這些材料中，每一種材料都不能完全滿足所有加工的要求，故應(yīng)根據(jù)不同的具體要求合理地選擇電極材料。634常用電極材料的性能及特點見表。635常用電極材料的性能及特點目前，國內(nèi)電火花成形加工沖模的電極材料一般選用鑄鐵和鋼，大多采用成形磨削方法制作電極。為了簡化電極的制作過程，可采用模具鋼制作沖模加工用電極，通過“鋼打鋼”的電火花成形加工方式加工沖模，事后將電極下端的放電部位切去，可作為沖頭使用。而型腔模具加工用的工具電極大多采用石墨及純銅制作而成。在大脈寬、大電流、粗加工時使用石墨電極，而精密加工時大多采用純銅電極。636（2）影響電極損耗的主要因素1）電極材料對電極損耗影響極大。熔點、沸點越高，導(dǎo)熱性越好，電極損耗就越小。銀鎢合金、銅鎢合金就屬于低損耗電極材料。選用電極材料時要綜合考慮工件要求、工藝性及生產(chǎn)成本，不能盲目追求低損耗。2）電參數(shù)對電極損耗的影響也較大。加大脈沖寬度可降低損耗，但也存在一個最佳范圍，超過這個范圍，損耗又將加大。3）極性。一般來說，粗加工時應(yīng)使用負(fù)極性加工，而精加工時要改為正極性加工。但要記住特例，即當(dāng)采用“鋼打鋼”時，無論是粗加工還是精加工，都應(yīng)采用負(fù)極性加工，才能實現(xiàn)電極低損耗加工。6374）黑膜對電極損耗的影響也不容忽視。在煤油介質(zhì)中，用純銅作為工具電極并采用負(fù)極性加工時，電極表面均有黑膜形成。隨著黑膜厚度的增大，電極損耗隨之降低。當(dāng)黑膜厚度達(dá)到一定值（約0.01mm）后，電極可實現(xiàn)低損耗。5）工具電極上大多開有沖油孔和排氣孔，可通過強(qiáng)迫沖液的方式使加工蝕除物及氣體及時排出。實踐表明：當(dāng)沖油壓力增大時，電極損耗將隨之增大。沖油壓力及介質(zhì)流速都不宜太高，以偏低些為好，通常為20～40kPa。638（3）電極結(jié)構(gòu)電極的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)型孔的大小與復(fù)雜程度、電極的加工工藝性等來確定。常用的電極結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：1）整體式電極。是指用一整塊電極材料加工出的完整電極。這是最常用的結(jié)構(gòu)形式。對于面積較大的電極，可在其上端（非工作面）上鉆一些盲孔，以減輕質(zhì)量，提高加工過程的穩(wěn)定性。2）組合電極。也稱多電極，即把多個電極裝夾在一起。3）鑲拼式電極。有些電極做成整體電極時機(jī)械加工困難，因此將它分成幾塊，加工后再鑲拼成整體。這樣可以保證電極的制造精度，得到尖銳的凹角，而且節(jié)省材料。639（4）技術(shù)要求對電極的要求是：尺寸精度應(yīng)不低于IT7級，公差一般小于工件公差的1/2，并按入體原則標(biāo)注；各表面平行度誤差在100mm長度上小于0.01mm；表面粗糙度Ra≤1.25μm。（5）電極的尺寸電極的尺寸主要包括長度尺寸和截面尺寸。6402．電極裝夾在加工之前，應(yīng)先裝夾工件，然后進(jìn)行電極的校正與定位。這些工作十分重要，它不僅直接影響加工的精度，還可能因使加工過程的穩(wěn)定性變差而影響生產(chǎn)效率。整體式電極大多數(shù)使用通用夾具直接安裝在機(jī)床主軸的下端。如圖所示為帶垂直度調(diào)節(jié)裝置的夾頭，工具電極固定在電極固定板4上（固定板下方裝鉆夾頭或其他夾具），當(dāng)工具電極的軸線與工作臺端面不垂直時，可通過夾具上前、后、左、右四個調(diào)節(jié)螺釘2進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到合格為止。例如，圓柱形電極可選用標(biāo)準(zhǔn)套筒夾具裝夾，如圖所示；直徑較小的電極可選用鉆夾頭裝夾，如圖所示；尺寸較大的電極可選用螺紋夾頭裝夾，如圖所示。641642帶垂直度調(diào)節(jié)裝置的夾頭a）結(jié)構(gòu)圖b）應(yīng)用圖1—錐柄2—調(diào)節(jié)螺釘3—絕緣墊4—電極固定板5—球頭螺釘643標(biāo)準(zhǔn)套筒夾具1—套筒2—電極鉆夾頭1—鉆夾頭2—電極644螺紋夾頭多電極通用夾具1—定位塊2—電極3—夾具體多電極可選用配置了定位塊的通用夾具加定位塊裝夾，或使用專用夾具裝夾。鑲拼式電極一般采用一塊連接板將幾塊電極連接成所需的整體后再裝夾，如圖所示為連接板夾具。為了使電極的調(diào)整更加方便，現(xiàn)在還有多種能調(diào)節(jié)垂直度與水平轉(zhuǎn)角的新型夾頭，如球面鉸鏈夾頭和電磁夾頭等。645646連接板夾具1—電極板2—連接板3—螺栓4—黏結(jié)劑3．工件準(zhǔn)備（1）工件材料、尺寸和形狀毛坯的尺寸必須適合在工作液槽內(nèi)設(shè)置，工件能夠被緊固，其硬度、剛度、塑性符合標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量在允許范圍內(nèi)；工件材料電導(dǎo)率大于0.1S/cm，并且材料不與工作液發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。應(yīng)注意以下幾點：1）工件應(yīng)均勻，形狀誤差應(yīng)合適。2）工件應(yīng)進(jìn)行退火。3）硬質(zhì)合金中碳化鈦和碳化鉭的含量應(yīng)較低。4）耐熱鋼應(yīng)進(jìn)行鹽浴硬化。5）大工件的加工應(yīng)采用合適的制冷措施。6）加工窄縫和深槽時應(yīng)采用合適的沖液措施。647（2）工件的預(yù)加工為了節(jié)約電火花成形加工的時間，提高生產(chǎn)效率，一般在電火花成形加工前要用機(jī)械加工的方法去除大部分加工余量。留下的加工余量要均勻、合適；否則會造成電極損耗不均勻，影響加工精度和表面粗糙度。（3）基準(zhǔn)面要加工的工件形狀必須有一個相對于其他形狀、孔或表面容易定位的基準(zhǔn)面，這個基準(zhǔn)面必須進(jìn)行精加工。通常，基準(zhǔn)面從水平或垂直的兩個面中選取或者從中心孔和一個底面中選取。648（4）沖液孔根據(jù)加工計劃，必須制作所需的沖液孔，其加工方法如下：1）如果工件是沒有經(jīng)過熱處理的鋼件，應(yīng)鉆孔。2）如果工件是熱處理后的鋼件，應(yīng)使用管狀電極進(jìn)行電火花成形加工或用金剛石鉆頭鉆孔。3）如果工件是硬質(zhì)合金件，應(yīng)使用管狀電極進(jìn)行電火花成形加工或預(yù)先燒結(jié)。649（5）熱處理一方面，因材料可能出現(xiàn)變形，在放電加工之前必須先對工件進(jìn)行回火；另一方面，回火對放電加工應(yīng)不產(chǎn)生任何不利因素。如果回火是在鹽浴爐中進(jìn)行的，則需要對工件進(jìn)行噴砂清理或者研磨掉約0.5mm厚的表面。（6）除銹、去磁在電火花成形加工前，必須對工件進(jìn)行除銹、去磁處理，以免工件在加工過程中吸附鐵屑，引起拉弧燒傷，影響成形表面的加工質(zhì)量。6504．工件裝夾在一般情況下工件被安放在工作臺上，與電極互相定位后，用壓板和螺釘壓緊即可，但需注意保持與電極的相互位置。5．電極的校正與定位（1）校正電極裝夾后需進(jìn)行校正，使其軸線或輪廓線垂直于機(jī)床的工作臺面。校正電極的方法很多，在此僅介紹兩種簡單而實用的方法。（2）定位電火花成形加工中的定位是指使已安裝完成的電極對準(zhǔn)工件的加工位置，以達(dá)到位置精度要求。6516．電火花成形加工方法的選擇在實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)加工對象、精度、表面粗糙度等要求和機(jī)床的性能確定加工方法。電火花成形加工的加工方法通常有以下三種：（1）單工具電極直接成形法如圖所示，單工具電極直接成形法是指采用同一個工具電極完成模具型腔的粗、中及精加工。652單工具電極直接成形法a）粗加工b）精加工型腔（左側(cè)）c）精加工型腔（右側(cè)）（2）多電極更換法多電極更換法是指根據(jù)一個型腔在粗加工、半精加工及精加工中放電間隙各不相同的特點，采用幾個不同尺寸的工具電極完成一個型腔的粗、中及精加工，如圖所示。653多電極更換法a）粗加工b）更換大電極精加工（3）分解電極加工法分解電極加工法是根據(jù)型腔的幾何形狀，把電極分解成主型腔電極和副型腔電極并分別制造。先用主型腔電極加工出主型腔，后用副型腔電極加工尖角、窄縫等部位的副型腔。此方法的優(yōu)點是能根據(jù)主型腔、副型腔不同的加工條件選擇不同的加工規(guī)準(zhǔn)，有利于提高加工速度和改善加工表面質(zhì)量，同時還可簡化電極的制造過程，便于修整電極。缺點是主型腔和副型腔間的精確定位問題較難解決。654五、典型零件的加工工藝1．冷沖模電火花成形加工——簡單方孔沖模的電火花成形加工凹模尺寸為250+0.02mm×250+0.02mm，深10mm，通孔的尺寸公差等級為IT7級，表面粗糙度Ra值為2.5～1.25μm，模具如圖所示，模具材料為40Cr鋼?，F(xiàn)采用高、低壓復(fù)合型晶體管脈沖電源進(jìn)行加工。電火花成形加工模具一般都在淬火以后進(jìn)行，并且通常先加工出預(yù)孔，如圖a所示，其余工件尺寸等要求與圖所示相同。加工沖模的電極材料一般選用鑄鐵或鋼，這樣可以采用成形磨削方法制造電極。655656模具圖電火花成形加工前的工件、工具電極圖將電極裝夾在機(jī)床主軸頭的夾具中進(jìn)行精確找正，使電極對機(jī)床工作臺面的垂直度誤差在100mm長度上小于0.01mm。將工件裝夾在夾具上，工件上、下端面保持與工作臺面平行。加工時采用下沖油方式，用粗、精加工兩擋規(guī)準(zhǔn)，并采用高、低壓復(fù)合脈沖電源，加工參考規(guī)準(zhǔn)見表。657加工參考規(guī)準(zhǔn)2．電動機(jī)轉(zhuǎn)子沖孔落料模的電火花成形加工工件材料：淬火鋼40Cr，工件如圖所示。凸模和凹模的配合間隙為0.04～0.07mm。工具電極（即沖頭）材料：淬火鋼Cr12，工具電極（沖頭）和定位心軸如圖所示。（1）工具電極在電火花成形加工之前的工藝路線（2）電火花加工工藝方法（3）使用設(shè)備（4）裝夾、校正、固定（5）加工參考規(guī)準(zhǔn)（6）加工效果658659工件1—落料孔2—預(yù)孔3—定位孔工具電極（沖頭）和定位心軸1—吊裝螺孔2—工具電極（凸模）3—定位心軸3．電火花穿孔加工實例如圖所示為中夾板落料凹模，模具材料為Cr12鋼，配合間隙為0.08～0.10mm，淬火后硬度為62～64HRC。660中夾板落料凹模（1）電火花成形加工前的工藝路線在電火花成形加工前，應(yīng)利用銑床、磨床等先把除凹模型孔以外的尺寸加工出來，并應(yīng)用銑床對凹模型孔進(jìn)行預(yù)加工，單面留電加工余量0.3～0.5mm。然后進(jìn)行淬火，使硬度達(dá)到62～64HRC。最后磨平上、下兩平面。（2）工具電極準(zhǔn)備針對此模具特點，可以利用凸模作為工具電極，采用“鋼打鋼”的方法進(jìn)行加工。（3）電火花成形加工工藝方法利用凸模加工凹模時，要將凹模底面朝上進(jìn)行加工，這樣可以利用“二次放電”產(chǎn)生的加工斜度作為凹模的漏料口，即通常所說的“反打正用”。661（4）裝夾工件，校正電極首先將工具電極（即凸模）用電極夾柄緊固，校正后固定在主軸頭上；然后將工件（凹模）放置在電火花成形加工機(jī)床的工作臺上，調(diào)整工具電極與工件的位置，使兩電極中心重合，保證加工孔口的位置精度，最后用壓板將工件凹模壓緊固定。（5）加工工藝參數(shù)采用低壓脈沖寬度2μs，脈沖間隔為20μs；低壓為80V，加工電流為3.5A；高壓脈沖寬度為5μs，高壓為173V，加工電流為0.6A；加工極性為負(fù)；下沖油方式；加工深度≥30mm。（6）加工效果加工時間約為10h；加工斜度為0.03mm（雙邊）；凸模、凹模配合間隙為0.08mm（雙邊）；表面粗糙度Ra≤2.25μm。662第三節(jié)數(shù)控線切割加工工藝663一、電火花線切割加工原理1．電火花線切割加工原理電火花線切割是指在工具電極（電極絲）和工件間施加電壓，使電壓擊穿間隙產(chǎn)生火花放電的一種工藝方法。電火花線切割加工機(jī)床與加工原理如圖所示。通常將電極絲3與脈沖電源8的負(fù)極相接，工件6與脈沖電源8的正極相接。當(dāng)脈沖電源發(fā)出一個電脈沖時，由于電極絲與工件之間的距離很小，電壓擊穿這一距離（通常稱為放電間隙）就產(chǎn)生一次電火花放電。在火花放電通道中心，溫度瞬間可達(dá)上萬攝氏度，使工件材料熔化甚至汽化。同時，噴到放電間隙中的工作液在高溫作用下也急劇汽化膨脹，如同發(fā)生爆炸一樣，沖擊波將熔化和汽化的金屬從放電部位拋出。664665電火花線切割加工機(jī)床與加工原理a）機(jī)床實物圖b）加工原理圖1—工作液箱2—儲絲筒3—電極絲4—供液管5—進(jìn)電塊6—工件7—夾具8—脈沖電源9—工作臺滑板2．電火花線切割加工的主要影響因素為確保脈沖電源發(fā)出的一串電脈沖在電極絲和工件間產(chǎn)生一個個間斷的火花放電，而不是連續(xù)的電弧放電，必須保證前、后兩個電脈沖之間有足夠的間隔時間，使放電間隙中的介質(zhì)處于充分消電離狀態(tài)，恢復(fù)放電通道的絕緣性，避免在同一部位發(fā)生連續(xù)放電而導(dǎo)致電弧的產(chǎn)生（一般脈沖間隔是脈沖寬度的1～4倍）。而要保證電極絲在火花放電時不會被燒斷，除了變換放電部位外，就是要向放電間隙中注入充足的工作液，使電極絲得到充分冷卻。由于快速移動的電極絲（絲速為5～12m/s）能將工作液不斷帶入、帶出放電間隙，既將放電部位不斷變換，又能將放電產(chǎn)生的熱量及電蝕產(chǎn)物帶走，從而使加工穩(wěn)定性和加工速度得到大幅度的提高?？焖僮呓z加工工藝問世后，我國的電火花線切割加工機(jī)床的產(chǎn)量及應(yīng)用范圍都發(fā)生了一個飛躍。666此外，為了獲得較高的表面質(zhì)量和尺寸精度，應(yīng)當(dāng)選擇適宜的脈沖參數(shù)，以確保電極絲和工件的放電是火花放電，而不發(fā)生電弧放電。由于線切割火花放電時陽極的蝕除量在大多數(shù)情況下遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陰極的蝕除量，所以，在進(jìn)行線切割加工時工件一律接脈沖電源的正極（陽極）。667二、數(shù)控電火花線切割機(jī)床的分類及用途1．分類電火花線切割機(jī)床有多種分類方法，一般可以按機(jī)床的控制方式、脈沖電源的類型、工作臺尺寸與行程、走絲速度、加工精度等進(jìn)行分類，具體見表。668電火花線切割機(jī)床的分類2．應(yīng)用范圍（1）模具加工絕大多數(shù)沖裁模都采用線切割加工而成，因為只需計算一次，編好程序后就可加工出凸模、凸模固定板、凹模及卸料板。此外，還可加工粉末冶金模、壓彎模及塑壓模等。（2）新產(chǎn)品試制進(jìn)行新產(chǎn)品試制時，一些關(guān)鍵件往往需用模具制造，但加工模具周期長且成本高，采用線切割加工可以直接切制零件，從而縮短新產(chǎn)品的試制周期。669（3）難加工零件如在精密型孔、樣板及成形刀具、精密狹槽等加工中，利用機(jī)械切削加工就很困難，而采用線切割加工則比較適宜。此外，不少電火花成形加工所用的工具電極（大多用純銅制作，機(jī)械加工性能差）也采用線切割加工而成。（4）貴重金屬下料由于線切割加工所用的電極絲尺寸遠(yuǎn)小于切削刀具尺寸（最細(xì)的電極絲尺寸可達(dá)0.02mm），用它切割貴重金屬時可節(jié)約很多切口消耗量。670三、數(shù)控線切割加工工藝的制定數(shù)控線切割加工一般作為工件加工的最后一道工序，使工件達(dá)到圖樣規(guī)定的尺寸精度、幾何精度和表面粗糙度。如圖所示為數(shù)控線切割加工的流程圖。671數(shù)控線切割加工的流程圖1．零件圖的工藝分析主要分析零件的凹角和尖角是否符合線切割加工的工藝條件，零件的加工精度、表面粗糙度是否在線切割加工所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度范圍內(nèi)。（1）凹角和尖角的尺寸分析因線電極具有一定的直徑d，加工時又有放電間隙δ，使線電極中心的運(yùn)動軌跡與加工面相距l(xiāng)，即l=d/2+δ，如圖所示為線電極與工件加工面的位置關(guān)系。因此，加工凸模類零件時，線電極中心軌跡應(yīng)放大；加工凹模類零件時，線電極中心軌跡應(yīng)縮小，如圖所示為線電極中心軌跡的偏移。672673線電極與工件加工面的

位置關(guān)系1—電極絲2—工件線電極中心軌跡的偏移a）加工凸模類零件b）加工凹模類零件1—電極絲中心軌跡2—凸模輪廓3—凹模輪廓（2）表面粗糙度及加工精度分析合理確定線切割加工表面粗糙度值是非常重要的。因為表面粗糙度值的大小對線切割速度vwi影響很大，表面粗糙度值降低一個等級將使線切割速度vwi大幅度下降。由于線切割加工所能達(dá)到的表面粗糙度值是有限的，因此，要檢查零件圖樣上是否有過小的表面粗糙度值要求。同樣，也要分析零件圖上的加工精度是否在數(shù)控線切割機(jī)床加工精度所能達(dá)到的范圍內(nèi)，根據(jù)加工精度要求的高低來合理確定線切割加工的有關(guān)工藝參數(shù)。6742．工藝準(zhǔn)備工藝準(zhǔn)備主要包括線電極準(zhǔn)備、工件準(zhǔn)備、穿絲孔的確定、切割路線的確定、工作液的配制及選用。（1）線電極準(zhǔn)備1）線電極材料的選擇。目前線電極材料的種類很多，主要有純銅絲、黃銅絲、專用黃銅絲、鉬絲、鎢絲、各種合金絲及鍍層金屬線等。2）線電極直徑的選擇。線電極直徑d應(yīng)根據(jù)工件加工的切縫寬度、工件厚度及拐角尺寸等來選擇。675（2）工件準(zhǔn)備1）工件材料的加工前處理。工件材料的選擇是在圖樣設(shè)計時確定的，為了滿足加工要求，多為CrWMn、Cr12Mo、GCr15等合金工具鋼。模具加工前，毛坯需經(jīng)鍛造和熱處理。為了避免殘余應(yīng)力帶來的變形及可能出現(xiàn)的裂紋，工件需經(jīng)兩次以上回火或高溫回火。另外，加工前還要進(jìn)行退磁處理，并去除表面氧化皮和銹斑等。2）工件加工基準(zhǔn)的選擇。為了便于線切割加工，根據(jù)工件外形和加工要求，應(yīng)準(zhǔn)備相應(yīng)的校正和加工基準(zhǔn)，并且此基準(zhǔn)應(yīng)盡量與圖樣的設(shè)計基準(zhǔn)一致，常見的有以下兩種形式：①以外形為校正和加工基準(zhǔn)。②以外形為校正基準(zhǔn)、內(nèi)孔為加工基準(zhǔn)。676（3）穿絲孔的確定1）穿絲孔的位置①切割凸模類零件。為避免將坯料外形切斷而引起變形，通常在坯料內(nèi)部外形附近預(yù)制穿絲孔。②切割凹模、孔類零件。此時，可將穿絲孔的位置選在待切割型腔（孔）內(nèi)部。2）穿絲孔的大小。穿絲孔的大小要適宜。677（4）切割路線的確定1）切割路線起始點和順序。在線切割加工工藝中，切割起始點和切割路線的確定合理與否，將影響工件變形的大小，從而影響加工精度。2）接合突尖的去除方法。由于線電極的直徑和放電間隙的關(guān)系，在工件切割面的交接處會出現(xiàn)一個高出加工表面的高線條，稱為突尖，如圖所示。678突尖1—工件2—線電極（5）工作液的配制及選用1）工作液的種類及選用。在電火花線切割加工中，可使用的工作液種類很多，有煤油、乳化液、去離子水、蒸餾水、洗滌劑、酒精溶液等，它們對工藝指標(biāo)的影響各不相同，特別是對加工速度的影響較大。2）配制方法與比例①配制方法。一般按一定比例將自來水加入乳化油中，攪拌后使工作液充分乳化成均勻的乳白色。②配制比例。根據(jù)不同的加工工藝指標(biāo)，配制比例一般在5%～20%范圍內(nèi)（乳化油為5%～20%，水為95%～80%）。一般均按質(zhì)量比配制，在稱量不方便或要求不太嚴(yán)時也可大致按體積比配制。3）正確使用。在線切割加工中，要掌握工作液的正確使用方法。6793．工件的裝夾和位置校正（1）對工件裝夾的基本要求1）工件的裝夾基準(zhǔn)面應(yīng)清潔、無毛刺，對于經(jīng)過熱處理的工件，在穿絲孔或凹模類工件擴(kuò)孔的臺階處，要清理熱處理液中的殘渣及氧化膜表面。2）夾具精度要高。工件至少用兩個側(cè)面固定在夾具或工作臺上，如圖所示。3）裝夾工件的位置要有利于工件的找正，并能滿足加工行程的需要，工作臺移動時，不得與絲架相碰。4）裝夾工件的作用力要均勻，不得使工件變形或翹起。5）加工批量零件時最好采用專用夾具，以提高效率。680681工件的固定1—工件壓板2—彈簧壓板

3—工件擋板4—工件6）細(xì)小、精密、壁薄的工件應(yīng)固定在輔助工作臺或不易變形的輔助夾具上，如圖所示。682輔助工作臺和夾具a）輔助工作臺b）夾具1—工件擋板2—輔助工作臺3—工件（2）常用夾具簡介1）壓板夾具。壓板夾具主要用于固定平板式工件，當(dāng)工件尺寸較大時，則應(yīng)成對使用。2）分度夾具。主要用于加工電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子等多型孔的旋轉(zhuǎn)形工件，可保證較高的分度精度，其結(jié)構(gòu)如圖所示。3）磁性夾具。對于一些微小或極薄的片狀工件，可采用磁力工作臺或磁性表座吸牢工件進(jìn)行加工。683684分度夾具的結(jié)構(gòu)1—電極絲2—工件3—分度轉(zhuǎn)盤4—定位銷

5—工作臺（3）常用的裝夾方式1）懸臂支承方式。如圖所示的懸臂支承方式通用性強(qiáng)，裝夾方便。但工件平面很難與工作臺面找平，工件受力時位置易發(fā)生變化。因此，只在工件加工要求低或懸臂部分小的情況下使用。2）兩端支承方式。兩端支承方式是將工件兩端固定在夾具上，如圖所示。685兩端支承方式懸臂支承方式3）橋式支承方式。橋式支承方式是在兩端支承的夾具上再架上兩塊支承墊鐵，如圖所示。此方式通用性強(qiáng)，裝夾方便，大、中、小型工件都適用。4）板式支承方式。板式支承