特种加工论文

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特种加工及电火花线切割加工技术

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专业：机械设计制造及其自动化

特种加工及电火花线切割加工技术

摘要：随着科技的进步和生产的发展，出现了许多由坚硬而又难加工材料制成的、具有精密公差尺寸和低表面粗糙度的复杂零件的加工，传统的机械加工已经不能满足这些特殊要求零件的加工，从而产生了多种有别于传统机械加工的新加工方法。这些加工方法广义定义为特种加工技术，其加工原理是将电、热、光、声、化学等能量或组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料的去除。本文介绍了电火花线切割技术加工的主要特点和应用。

关键词：特种加工；电火花线切割技术；特点；应用

引言

特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。特种加工是近几十年发展起来的新工艺,是对传统加工工艺方法的重要补充与发展,目前仍在继续研究开发和改进。直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。

特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。

20世纪40年代发明的电火花加工开创了用软工具、不靠机械力来加工硬工件的方法。50年代以后先后出现电子束加工、等离子弧加工和激光加工。这些加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流进行加工。对于高硬度材料和复杂形状、精密微细的特殊零件,特种加工有很大的适用性和发展潜力,在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。

特种加工的发展方向主要是：提高加工精度和表面质量，提高生产率和自动化程度，发展几种方法联合使用的复合加工，发展纳米级的超精密加工等。

特种加工的特点

1、不用机械能，与加工对象的机械性能无关，有些加工方法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。

2、不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度，其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好

3、微细加工，工件表面质量高，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。

4、非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不。承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使刚性极低元件及弹性元件得以加工

5、两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广使用。

6、特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响。

特种加工的加工工艺

特种加工工艺是直接利用各种能量，如电能、光能、化学能、电化学能、声能、热能及机械能等进行加工的方法。

1、“以柔克刚”，特种加工的工具与被加工零件基本不接触，加工时不受工件的强度和硬度的制约，故可加工超硬脆材料和精密微细零件，甚至工具材料的硬度可低于工件材料的硬度。

2、加工时主要用电、化学、电化学、声、光、热等能量去除多余材料，而不是主要靠机械能量切除多余材料。

3、加工机理不同于一般金属切削加工，不产生宏观切屑，不产生强烈的弹、塑性变形，故可获得很低的表面粗糙度，其残余应力、冷作硬化、热影响度等也远比一般金属切削加工小。

4、加工能量易于控制和转换，故加工范围广，适应性强。

电火花线切割加工技术

电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。

1. 电火花线切割加工的基本原理

工件安装在工作台上，工作台通常由X轴和Y 轴电动机驱动。工具电极（电极丝）为直径0.02～ 0.3毫米的金属丝，由走丝系统带动电极丝沿其轴向移动。走丝方式有两种：①高速走丝，速度为9～10米/秒，采用钼丝作电极丝,可循环反复使用；②低速走丝，速度小于10米/分，电极丝采用铜丝，只使用一次。脉冲电源加在工件与电极丝之间，一般工件接正极，电极丝接负极。工件与电极丝之间用喷嘴喷入工作液(乳化液、去离子水等)。控制系统根据预先输入的工作程序输出相应的信息，使工作台作相应的移动，工件与电极丝靠近。当两者接近到适当距离时(一般为0.01～0.04毫米)便产生火花放电，蚀除金属。金属被蚀除后工件与电极丝之间的距离加大，控制系统根据这一距离的大小和预先输入的程序，不断地发出进给信号，使加工过程持续进行。

2. 电火花线切割加工的主要特点

电火花线切割加工除具有电火花加工的基本特点外，还有一些其他特点：

①不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维曲

面。

②能切割0.05毫米左右的窄缝。

③加工中并不把全部多余材料加工成为废屑，提高了能量和材料的利用率。

④在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中，由于电极丝不断更

新，有利于提高加工精度和减少表面粗糙度。

⑤电火花线切割能达到的切割效率一般为20～60毫米2/分，最高可达300

毫米2/分；加工精度一般为±0.01～±0.02毫米，最高可达±0.004毫米；

表面粗糙度一般为Rα2.5～1.25微米,最高可达Rα0.63微米；切割厚度一般为40～60毫米，最厚可达600毫米。

3. 电火花线切割加工的应用领域及研究进展

电火花线切割加工主要用于模具制造，在样板、凸轮、成形刀具、精密细小零件和特殊材料的加工中也得到日益广泛的应用。此外，在试制电机、电器等产品时，可直接用线切割加工某些零件，省去制造冲压模具的时间，缩短试制周期。

近年来电火花线切割加工无论在加工过程控制,还是改进加工工艺方面都取得了许多新的进展。主要表现在突破了许多传统观念的束缚,产生了一些新的加工方法,以及一些新的控制和检测方式,这些进展既提高了加工质量,也提高了加工效率,不仅可在去离子水中加工,也可在其他混粉电介质溶液中加工,大大扩展了这一技术的应用领域。

对于电火花线切割加工,特别是加工阶梯状的工件,断丝和加工不稳定始终是降低加工效率的主要因素。传统的方法是针对工件最薄处来设置加工参数,然而,这样虽然降低了断丝的可能性并保持了

稳定的加工,却大大降低了加工速度。因为很难在线得到工件的厚度并设置合适的加工参数,因此发展了许多近似数学模型来估计工件的厚度。这些模型表示了放电能量和材料去除率之间的关系,其中模型系数通过大量的实验获得。然而这样的静态数学模型只适用于加工厚度逐渐变化的工件,对于厚度突然增加或者减少的工件却不适用。为此,一个多输入的动态和随机模型被用来描述平均间隙电压,放电频率和机床进给速度之间的关系。对于iso 能量型的电火花线切割机床,有研究者提出了特定放电能量的概念。电火花加工过程涉及许多因素,从放电能量的观点看,每一个放电都是一个能量输出,能量分布在工件、电极丝以及在材料去除中的有效能量消耗上。它受许多因素的影响,比如:工件和电极丝之间的间隙、喷流压力、电介质的导电性以及放电持续时间等;对于典型波形的放电电压和电流,可计算出单次放电能量以及单位时间内的放电能量。考虑到放电过程中的非正常放电(电弧放电或短路) 以及实际用于材料去除的能量所占总能量的比率,可得出有效放电功率;而被定义为去除单位体积材料的特定放电能量,不但与有效放电功率有关,还受到间隙宽度、工件高度以及电极丝进给速度的影响。因此,可得出材料去除量与放电频率之间关系的等式。。其中的系数与文献中不