特种加工技术教案

特种加工技术

一、特种加工就是当传统切削加工方法对产品(或材料)无法实施或保证不了规定的精度要求时而应用物理的(力、热、声、光、电)或化学的方法进行加工的手段。

二、特种加工与传统切削加工方法在原理上的主要区别:

1）用机械能以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到图样上全部技术要求.

2)打破传统的硬刀具加工软材料的规律,刀具硬度可低于被加工材料的硬度，可谓“以柔克

刚”。

3）在切削加工中,工具与工件不受切削力的作用。

三、特种加工的分类：

1）电能与热能作用方式有：电火花成形与穿孔加工、电火花线切割加工、电子束加工和等

离子束加工。

2)电能与化学能作用方式有：电解加工、电铸加工和刷镀加工。

3）化学能与机械能作用方式有：电解磨削、电解珩磨.

4）声能与机械能作用方式有：超声波加工

5）光能与热能作用方式有：激光加工。

6）电能与机械能作用方式有：离子束加工.

7)液流能与机械能作用方式有：挤压珩磨和水射流切割。

第一节电火花加工

一、电火花加工的原理

1、电火花加工(放电加工或电蚀加工）：

利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温来熔蚀材料。工具和工件与电源的两极相接，均浸在有一定绝缘度的流体介质(通常用煤油或矿物油)中.脉冲电压加到两极之间，在工具电极向工件电极运动中,将极间最近点的液体介质击穿，形成火花放电。由于放电通道截面积很小，通道中的瞬时高温使材料熔化和气化.单个脉冲能使工件表面形成微小凹坑，而无数个脉冲的积累将工件上的高点逐渐熔蚀。随着工具电极不断地向工件作进给运动，工具电极的形状便被复制在工件上。加工过程中所产生的金属微粒，则被流动的工作液流带走。同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上形成一定的工具损耗。

1—工件2—脉冲电源3—自动进给调节装置

4—工具 5—工作液 6—过滤器

7—工作液泵 8-被蚀除的材料

2、电火花加工应具备如下条件：

1）、工具电极和工件电极之间必须保持一定的间隙.

这可由自动进给调节装置调节.间隙可在几微米至几百微米之间,间隙过大极间电压不能击穿两极间介质而不能产生火花放电，间隙过小则会引起拉弧烧伤或短路。

由于工件不断被蚀除，工具电极也有一定的损耗，间隙将不断扩大。这就要求工具不但要随着工件材料的不断蚀除而进给，形成工件要求的尺寸和形状,而且还要不断地调节进给速度，有时甚至要停止进给或回退以保持恰当的放电间隙。

由于放电间隙很小，且位于工作液中无法观察和直接测量,因此必须要有自动进给调节系统来保持恰当的放电间隙。

2)、必须采用脉冲电源。

因火花放电必须是瞬时的脉冲放电,放电延续一段时间(通常10-7～10-8s)后，需停歇一段时间。

3）、必须在有一定绝缘性能的流动的工作液中进行火花放电。

这有利于产生脉冲性火花放电，并排除放电间隙中的电蚀物,以免间隙中电蚀产物过多而引起已加工过的侧表面间“二次放电"，影响加工精度，还可以对电极及工件表面起较好的冷却作用。

二、电火花加工的特点

(１）可加工难切削加工的导电材料,如淬火钢、硬质合金、不锈钢、工业纯铁等。 （２）工具的硬度可以低于被加工材料的硬度.

(３）加工时无显著机械切削力，有利于小孔、窄槽、型孔、曲线孔及薄壁零件加工，也适合于精密细微加工。

(４）脉冲参数可任意调节，加工中只要更换工具电极或采用阶梯形工具电极就可以在同一机床上连续进行粗、半精和精加工。

（５)通常效率低于切削加工,可先用切削加工粗加工，再用电火花精加工。

（６）放电过程中有一部分能量消耗于工具电极而导致工具电极消耗,对成形精度有一定影响。

三、电火花加工的基本工艺规律

1、加工速度和工具损耗速度

加工速度:单位时间内工件的电蚀量,即生产率;

损耗速度:单位时间内工具的电蚀量

1） 加工速度

q p —-正极的总蚀除量；

k p -—工艺系数（与电极材料、脉冲参数和工作液有关）；

w M --单个脉冲能量;

f -—脉冲频率;

t --加工时间；

v p --正极蚀除速度.

φ-—有效脉冲利用率，％；

ϕ

f w k t q v M P P P ==/

提高加工速度途径

１)提高脉冲频率：缩小脉冲停歇时间或压窄脉冲宽度。

２）增加单个脉冲能量:加大脉冲电流或增加脉冲宽度，但会影响表面质量和加工精度，

通常只用于粗、半精加工之中.

３）提高工艺参数:如合理选用电极材料、工作液及放电参数，改善工作液循环过滤方式

等,来有效地提高脉冲利用率，以达到提高工艺参数的目的。

４）正确选择工件的极性:窄脉冲加工选用正极性加工（工件接脉冲电源的正极），而采

用宽脉冲加工时,采用负极性加工（工件接电源的负极）。

2）工具的相对损耗

● 加工中衡量工具电极是否耐损耗,不仅要看工具损耗速度，还要看同时能达到的加工速

度,所以采用相对损耗（损耗比）作为衡量工具电极耐损耗之指标。

● 降低工具电极的相对损耗途径：

１)极性效应

２）覆盖效应：黑膜只能在正极表面形成,因此须采用负极性加工

３）传热效应

4)沉积效应

5)选择合适的工具电极材料

● 工具电极材料

铜：制成各种精密复杂电极,可用于中小型腔加工

钨、钼:熔点和沸点较高、损耗少,但其机械加工性能不好，价格较贵，一般仅用于线 切割。

石墨：用于型腔加工

铜碳、铜钨和银钨合金等合金材料:导热性好，熔点高，电极损耗少，价格较贵、制造成型困难，通常只用于精密电火花加工。

2、影响加工精度的主要因素

（１）放电间隙的大小和一致性

（２)工具电极的损耗及“二次放电"

● 二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电. ● 二次放电主要是在加工深度方向的侧面产生斜度和使加工棱角边变钝。

⨯=v v N /θ100%