电火花特种加工技术及应用

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电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲 放电时产生的电腐蚀作用蚀除导电工件材料的特种 加工方法 , 又称放电加工或电蚀加工 。 电火花加工 的对象既可以是一般材料的工件 , 也可以是传统切 削方法难以加工的各种高熔点 、高强度 、高韧性的金 属材料及精度要求较高的工件 , 尤其适合模具零件 的加工 。 随着 电火花技术在生 产过程中的不 断发 展 , 除了电火花成形加工 、电火花线切割加工外 , 还 出现了许多其他的电火花特种加工方法 , 现将几种 典型的加工方法介绍如下 。
3 电火花表面强化和刻字加工
电火花表面强化是直接利用电能的高能量密度 对金属表面进行强化的工艺 , 采用硬质合金 、 石墨 、 合金钢等导电材料作为工具电极 , 在空气中或特殊 气体中 , 使电极与被强化的金属工件间产生火花放 电 , 利用放电时释放出的能量 , 使电极材料熔渗到 金属工件表层 , 从而形成表面强化层 , 改善工件表
极管的孔中 。 加工
时电极做回转运动
和轴 向 进 给 运 动 ,
如图 7 所示, 作回 转运动可使端面损
图 7 深小孔高速电火花 加工原理示意图
耗比较均匀 , 不会因受高压 、高速工作液的反作用力
而偏斜 。 管电极中的高压工作液通过电极内的毛细
管直接注入到加工区 , 使火花放电间隙中的电蚀产
物被高速流动的工作液迅速冲走 , 这样就不会出现
2 电火花同步共轭回转加工螺纹
一般加工螺纹是使用车床 、丝锥 、加工中心等进 行加工 , 而在硬质合金或已淬硬的模具钢等这些难 加工材料的工件上加工螺纹孔 , 采用这些方法几乎 不能加工 。 而采用电火花同步共轭回转加工螺纹可 解决此问题 。共轭回转加工法采用工件与电极同向 同步旋转 , 工件与工具电极各对应点之间始终保持
关键词 :电火花 ;特种加工 ;难加工材料 中图分类号 :TG 661 文献标志码 :A
Special Machining Technology and Application of EDM
W AN G Ho ng xia , Z HU F enfang , W U Yanhua (W ux i Institute of Communicatio ns T echno lo gy , W uxi 214046, China) Abstract:EDM techno log y plays an impo r ta nt ro le in the M anufacturing field, and it is the effectiv e method to realize dif ficultly processing materials and co mplicated par t precision manufacture .T his pa per introduced the processing principle , char acte ristics and applicatio n of EDM g rinding 、EDM inter nal thread、ED M lettering technolog y and the deep-small hole drilling by EDM . Key words:EDM , Special pro cessing , Difficulty pro ce ssing mate rials
排屑困难的问题 。 这种加工方法加工速度高 , 一般
可达 20 ~ 60 m m/ min 左右 , 最适合加工直径为 0.3 ~ 3 mm 左右的小孔 , 深径比可超过 100 , 有的甚至 可达 1 000 。
高速加工深小孔所采用的管状电极为特殊冷拔
的双孔管状电极 , 截面为 2 个半月形的孔 , 这样就避 免了用一般空心管状电极加工小孔时在工件上留下
面的物理 , 化学性能和力学性能 , 提高工件表面的 硬度 、 耐磨 性 、 耐蚀性等 , 延长工 件的使用 寿命 。 例如 :采用 WC 、TiC 等硬质合金电极材料强化高速 钢和合金工具钢材料的工件 , 强化表面能形成显微 硬度 1 500 H M 以上的耐磨 、耐பைடு நூலகம்和有红硬性的强 化层 , 使工件的使用寿命明显提高 。 图 4 为电火花 表面强化原理图 。
其加工特点是用金属丝做工具电极 , 不一定要 求工具电极的硬度要比工件的硬度高 , 此外电火花 磨削工具电极与工件不接触 , 因此无切削力 , 工件不 会因受到切削力而产生变形 , 但其缺点是生产效率 相对来说还较低[ 2] 。 电极丝通常用紫铜制作 , 直径 一般为 0.5 ~ 2 mm , 电火花小孔磨削的精度一般为 0.002 ~ 0.005 mm 。 小孔电火花磨削适用于磨削直 径为 5 mm 以下的深小孔和锥孔 , 可用于加工微型 轴承 、组合夹具 、弹簧夹头 、钻套 、模具和阀体等零件 的小孔 。
图 5 电火花刻字装置线路图
电火花刻字技术能在金属表面刻划黑白 2 种不 同颜色的图纹或字母符号 , 同时也能在夹具制造中 划线条及图纹的尺寸 , 其宽度和深浅度能任意调节 , 从而获得字迹清晰 , 线条匀称的理想效果 。电火花 刻字技术能在任何导电的金属表面刻字 , 还能够对 超高硬度的材质进行刻印 , 而且不影响工件平整度 。 采用市场上的电火花刻字笔进行操作 , 灵活简便 、使 用可靠 , 而且被刻工件不会变形损伤 。
热加工工艺技术与材 料研究
电火花特种加工技术及应用
王宏霞 , 朱芬芳 , 吴燕华
(江苏省无锡交通高等职业技 术学校 , 江苏 无锡 214046)
摘 要 :电火花加工技术在制造业中占有很重要地位 , 是实现难加工材料 、复杂零件精密加工的有效 方法 。本文重点介绍了电火花小孔磨削 、电火花加工螺纹 、电火花表面强化和刻字及深小孔电火花加工 的原理 、特点及应用 。
毛刺料心 。 要加工出表面质量好 、精度高的小孔 , 所采用的
工艺条件有很多 , 如水质工作液 、管状电极 、强迫排 屑 、导向器装置 、机床的运动精度 、刚度好 、小峰值电 流 、小脉冲能量等 。 这些参数必须要根据实际加工 孔径的大小 、深度等因素确定 。 由于在航天 、航空 、 国防等行业中 要求进行深小孔加工的 零件越来越 多 , 因此高速电火花小孔加工在国内外都受到了重 视 。目前国内关于高速 加工深小孔的 研究方向很 多 , 对不同材料加工深小孔的主要参数进行试验优 选 、研制新的电极加工方法 、开发专用电火花加工设 备 、高速电火花深小孔加工的孔内自导向 、电火花深 小孔的夹具设计等 。
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对应重合关系 , 同时工件作径向进给来实现 。 进行 加工时先在被加工工件上用电火花或线切割方法加 工出螺纹底孔 , 再用螺纹成形电极进行螺纹加工 , 电 极穿过工件底孔 , 保持两者轴线平行 , 然后使电极和 工件以相同的方向和转速旋转 , 同时工件向工具电 极径 向 切 入 进 给 , 从而复制出所要求 的内螺纹[ 3-4] , 如图 2 所示 。图 3 为电 火花加工硬质合金 内螺 纹 示 意 图 , 如 图中在电火花机床 图 2 电火花 加工螺纹示意图 夹头上固定一块带螺纹孔的板 , 板上的螺纹孔与所 要求加工的螺纹孔大小相同 , 用紫铜车制的电极螺 钉作为工具电极 。
5 结语
电火花加工由于自身加工的优势 , 被广泛应用 于各种金属模具制造 、产品的模型制造以及硬质材 料产品加工 、特殊型腔及型体加工等 。
参考文献
图 6 深小 孔高速电火花加工装置示意图
采用空 心的管
状电 极为 工 作 电
极, 用高压泵将工
作液(自来水 、去离
子水 、蒸馏水 、乳化
液或煤 油)注 入 电
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4 深小孔高速电火花加工
微小孔的加工方法按照加工原理不同可以分为 机械加工和特种加工 2 种 , 通常采用的方法有机械 钻削 、磨 、超声 、激光 、电解 、电火花等加工技术 。 其 中电火花技术在切削金属材料小孔的加工中 , 有着 成本低 、切削力小 、加工形状不受限制等优势 。
图 3 电火花加工硬质合金螺纹装置示意图
电火花同步共轭回转加工螺纹特点 :由于电极 外径小于工件内径 , 放电区域四周有足够的空间 , 加 上电极与工件同步旋转时对工作液的搅拌作用非常 有利于电蚀产物和气泡的排除 , 所以加工质量可以 提高 , 维持高的稳定性 , 有利于实现超精加工 , 易得 到较好的表面粗糙度 。 加工过程中 , 电极贯穿工件 两轴线并始终保持平行 , 不会出现用电火花攻丝所 产生的喇叭口 。 但加工面积较小 , 生产效率比较低 。 利用共轭回转运动 , 再加上辅助运动 , 能加工各种复 杂型面 。 该法常用于加工螺纹量规 、螺纹板牙 、硬质 合金复杂成形刀具 、滚压模具 、小直径滚珠丝杠 、螺 母以及硬质合金齿轮等 。
1 电火花磨削
电火花磨削分为电火花成形磨削 、电火花小孔 内圆磨削 、电火花铲磨 、电火花刃磨和电火花螺纹磨 削等几种加工方法 。 其中前 2 种加工方法应 用较 广 , 这里只介绍电火花小孔内圆磨削 。
对于精度和表面粗糙度要求较高 , 而工件材料 (如磁钢 、硬质合金 、耐热合金等)的力学加工性能又 很差的深小孔加工 , 采用研磨方法加工时生产率太 低 , 采用内圆磨床磨削由于砂轮轴比较细 、刚度差 , 磨出的孔会呈喇叭形而且砂轮的转速难以满足 , 从 而导致磨削效率下降 , 表面粗糙度较大 , 而采用电火 花磨削加工则是比较有效的加工工艺 。
图 4 电火花表面强化加工原理图
电火花强化工艺方法简单 、经济 、效果好 , 该工 艺在国内外广泛应用于模具 、刃具 、量具 、凸轮等易 磨损件的表面强化 , 显著提高刃具 、模具 、易磨损件 的使用寿命 。
电火花表面强化 的原理也可用于在产品上刻 字 、打印记 。 以前都是通过涂蜡及仿形铣在产品上 刻字 , 然后用硫酸等酸洗腐蚀 , 有的是用钢印打字 。 不仅工序多 , 生产效率低 , 而且劳动环境差 。目前国 内外采用电火花刻字技术在刃具 、量具 、模具 、夹具 、 轴承等产品上刻字 、打印记 , 得到了一致好评 。 电火 花刻字技术是利用电火花原理在金属表面刻出发黑 或发白标识 。图 5 为电火花刻字装置线路图 。 工具 电极钨丝接负极 , 工件接正极 , 可以刻出黑色字迹 , 如果工件是发黑或表面发蓝处理过的 , 可把工件接 负极 , 钨丝接正极 , 可以刻出银白色的字迹 。根据被 刻字的材料(如钢 、铜或铝), 工具电极还可选用铜 、 铝等不同材料 。
小孔电火花磨削是用电火花加工原理与机械磨 削运动相结合的方式达到工件尺寸要求的一种加工 方法 。要实现小孔的电火花磨削加工 , 必须具备被
加工工 件与工具电 极丝之 间的相对磨 削运动和进给运 动[ 1] 。将 电 极丝 水 平 放 置 或 垂 直 放 图 1 小孔电火花磨削示意图 置 , 工 件作旋转运 动 , 并沿电极丝作往复运动 , 同时电极丝向工件(或 工件向电极丝)作进给运动 , 如图 1 所示 。
电火花加工深小孔的主要困难是加工中的蚀除 产物和热量不易排除[ 5] 。随着加工深度的增加 , 不 仅加工稳定性变差而且加工速度下降 , 这些都给加 工带来困难 。同时有大量的蚀除金属颗粒沉积在孔 的底部 , 工具电极与金属沉积层之间放电 , 加快电极 损耗 , 所以要保证小孔的正常加工 , 就要用不断流动 的工作液将蚀除的产物排除 , 同时还要保持高电流 密度 , 连续正常放电 。其加工装置如图 6 所示 。
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