精密与特种加工论文讲解.docx

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1、辽宁科技学院（2013 届）精密与特种加工论文题目：精密与特种加工技术论述专题：模具电火花加工专业：机械设计制造及其自动化班级：机电姓名：学号：指导教师：论文共13页，其中：专题12页，译文0页辽宁科技学院本科生精密与特种加工（论文）第7 M模具电火花加工技术在模具工业技术快速发展的新形势下，电火花加工是当前模具加工的重要方法之一，并有着其它加工方法无可替代的优点。电火花加工技术已取得了突破性的进展。它是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。对于为寻求向客户在较短的交货时间以较低的价格提供较高质量的产品的模具生产商来说，电火花加工自动化是一个很有吸引力的。选择电火花加工技术作为特种加工领域的

2、一门重要技术，本文从电火花加工技术发展的基本现状、电火花的基本原理、特点、电火花加工的操作过程、电火花加工新技术的发展等五个方面入手如实论述。关键字：电火花加工的基本现状、基本原理、特点、操作过程、新技术的发展目录1引言32模具电火花发展的基本现状 42.1 精密化42.2 智能化42.3 自动化52.4 高效化53电火花加工基本原理 64电火花加工的特点 85模具电火花的加工过程 96电火花加工新技术的发展 106.1 新技术的发展106.2 电火花加工技术的发展趋势 107参考文献121引言作为先进制造技术的一个重要分支，特种加工技术，尤其是电火花加工技术，自20世纪40年代开创以来，历经

3、半个多世纪的发展，已成为先进制造技术领域不可或缺的重要组成部分。尤其是进入 20世纪90年代后，随着信息技术、网络技术、航空和航天技术、材料科学技术等高新技术的发展，电火花成形加工技术也朝着更深层次、更高水平的方向发展。虽然一些传统加工技术通过自身的不断更新发展以及与其它相关技术的融合，在一些难加工材料加工领域，尤其在模具加工领域， 表现出了加工效率高等优势，但这些技术的应用没有也不可能完全取代电火花成形加工技术在难加工材料、复杂型面、模具等加工领域中的地位。相反，电火花成形加工技术通过借鉴其它加工技术的发展经验，正不断向微细化、高效化、精密化、自动化、智能化等方向发展。2模具电火花发展的基本

4、现状模具电火花加工技术正不断向精密化、自动化、智能化、高效化等方向发展。如今新型 数控电火花机床层出不穷，如瑞士阿奇、瑞士夏米尔、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱等 机床在这方面技术都有了全面的提高。2.1 精密化电火花加工的精密核心主要体现在对尺寸精度、仿形精度、表面质量的要求。时下数控电火花机床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可达2-3 pm底面拐角R值可小于0.03mm,最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3科m5通过采用一系列先进加工技术和工艺方法，可达到镜面加工效果且能够成功地完成微型接插件、IC塑封、手机、CD盒等高精密模具部位的电火花加工。 从总体来看，现代模具企业在先进数控电火花

5、机床的应用上，还没能很好地挖掘出机床的精密加工性能。因此有必要全面推动已有数控加工技术的进一步发展，不断提高模具加工精度。2.2 智能化智能控制技术的出现把数控电火花加工推向了新的发展高度。新型数控电火花机床采用了智能控制技术。专家系统是数控电火花机床智能化的重要体现，它的智能性体现在精确的检测技术和模糊控制技术两方面。专家系统采用人机对话方式，根据加工的条件、要求，合 理输入设定值后便能自动创建加工程序，选用最佳加工条件组合来进行加工。在线自动监测、调整加工过程，实现加工过程的最优化控制。 专家系统在检测加工条件时，只要输入加工形状、电极与工件材质、加工位置、目标粗糙度值、电极缩放量、摇动方

6、式、锥度值等指标， 就可自动推算并配置最佳加工条件。模糊控制技术是由计算机监测来判定电火花加工间隙的 状态，在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件；自动监控加工过程，实现最稳定的加工过程的控制技术。专家系统智能技术的应用使机床操作更容易，对操作人员的技术水平要求更低。目前智能化技术不断地升级，使得智能控制技术的应用范围更 加的广泛。随着市场对电加工要求的提升，智能化技术将获得更为广阔的发展空间。2.3 自动化目前最先进的数控电火花机床在配有电极库和标准电极夹具的情况下，只要在加工前将电极装入刀库，编制好加工程序，整个电火花加工过程便能日以赴继地自动运转，几乎无需人工操作。机

7、床的自动化运转降低了操作人员的劳动强度、提高生产效率。但自动装置配件的价格比较昂贵，大多模具企业的数控电火花机床的配置并不齐全。数控电火花机床具备的自动测量找正、自动定位、多工件的连续加工等功能已较好地发挥了它的自动化性能。自动操作过程不需人工干预，可以提高加工精度、效率。普及机床的自动化程度是当前数控电火 花机床行业的发展趋势之一。2.4 高效化现代加工的要求为数控电火花加工技术提供了最佳的加工模式，即要求在保证加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手机外壳、家电制品、电器用品、电子仪表等领域， 都要求将大面积（例如 100X 100mm工件的放电时间大幅缩短，同时又要降低粗糙度。从 原

8、来的Ra0.8科m改进到Ra0.25科m,使放电后不必再进行手工抛光处理。这不但缩短了加 工时间且省却后处理的麻烦，同时提升了模具品质，使用粉末加工设备可达到要求。另外减少辅助时间（如编程时间、电极与工件定位时间等），这就需要增强机床的自动编程功能，配置电极与工件定位的夹具、装置。若在大工件的粗加工中选用石墨电极材料也是提高加工效 率的好方法。最佳的加工模式是企业扩大市场空间、提升市场竞争力的资本， 其开发而成的新产品、新技术亦愈受欢迎。3电火花加工基本原理电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气

9、化，从而将金属蚀除下来。那么两电极表面的金属材料是如何被蚀除下来的呢？这一过程大致分为以下几个阶段（如2-1图所示）：跋抻电ff1具噌极工杵电搬图2-1电火花加工原理（1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道（如图2-1（a）所示）。工具电极 与工件电极缓缓靠近，极间的电场强度增大，由于两电极的微观表面是凹凸不平 的，因此在两极间距离最近的 A、B处电场强度最大。工具电极与工件电极之间充满着液体介质， 液体介质中不可避免地含有杂质 及自由电子，它们在强大的电场作用下，形成了带负电的粒子和带正电的粒子， 电场强度越大，带电粒子就越多，最终导致液体介质电离、击穿，形成放电通道。放电通道是由大量高速运

10、动的带正电和带负电的粒子以及中性粒子组成 的。由于通道截面很小，通道内因高温热膨胀形成的压力高达几万帕，高温高压的放电通道急速扩展，产生一个强烈的冲击波向四周传播。 在放电的同时还伴随 着光效应和声效应，这就形成了肉眼所能看到的电火花。（2）电极材料的熔化、气化热膨胀（如图2-1（b）、（c）所示）。液体介质被电 离、击穿，形成放电通道后，通道间带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子奔向 负极，粒子间相互撞击，产生大量的热能，使通道瞬间达到很高的温度。通道高 温首先使工作液汽化，进而气化，然后高温向四周扩散，使两电极表面的金属材 料开始熔化直至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增，形成了

11、爆 炸的特性。所以在观察电火花加工时，可以看到工件与工具电极间有冒烟现象， 并听到轻微的爆炸声。辽宁科技学院本科生精密与特种加工(论文)第7页(3)电极材料的抛出(如图2-1(d)所示)。正负电极间产生的电火花现象， 使放电通道产生高温高压。通道中心的压力最高，工作液和金属气化后不断向外 膨胀，形成内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸气被排挤，抛出放电通道，大部分被抛入到工作液中。 仔细观察电火花加工，可以看到橘红色的火花 四溅，这就是被抛出的高温金属熔滴和 碎屑。(4)极间介质的消电离(如图2-1(e)所示)。加工液流入放电间隙，将电蚀 产物及残余的热量带走，并恢复绝缘状态。若电火花放

12、电过程中产生的电蚀产物 来不及排除和扩散，产生的热量将不能及时传出，使该处介质局部过热，局部过热的工作液高温分解、积炭，使加工无法继续进行，并烧坏电极。因此，为了保 证电火花加工过程的正常进行，在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产 物充分排出，恢复放电通道的绝缘性，使工作液介质消电离。上述步骤(1)(4)在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行，即单个脉 冲放电结束，经过一段时间问隔(即脉冲间隔)使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲 又作用到工具电极和工件上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击 穿放电，蚀出另一个小凹坑。这样以相当高的频率连续不断地放电，工件不断地被蚀除，故工件加工表面

13、将由无数个相互重叠的小凹坑组成 (如图2-2所示)。所 以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。(a)单脉冲放电凹坑图2-2电火花表面局部放大图辽宁科技学院本科生精密与特种加工（论文）第9 M4电火花加工的特点电火花加工能加工高熔点、高硬度、高强度、高纯度、高韧性的各种材料，而其加工机理与切削方法完全不同，具有以下特点：1、脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特 殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。2、脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。3、加工时，工具电极与工件材料不接

14、触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不 需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。4、可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。5模具电火花的加工过程数控电火花加工技术的发展，使得加工过程的操作更为快捷。使用ATC （自动电极交换装置）的数控电火花机床的操作过程为：机床在开机后，先回到机械原点；然后装夹工件，将基准球固定在工作台 X、Y行程范围内任意位置；把要加工的电极装入 ATC电极库，将基 准电极插入主轴夹头； 通过手动控制完成基准电极中心对工件零点的定位；接着完成基准电极对基准球的中心定位，将基准电极的中心偏移量记忆。使用自动编程软件制作程序，首先输入使用的电

15、极号、加工深度，执行检索加工条件；再制作测量加工电极中心偏移量的程序与加工程序组合，保存制作好的程序；最后调出程序执行即可开始加工。加工过程中自动装入电极、自动测量加工电极中心偏移量、自动定位、 开油加工、监测加工。整个加工过程的重要操作步骤是在编程环节，编程时加工思路一定要清晰，输入的数值一定要准确，才能保证自动加工过程的正确执行。不具备ATC电极库的数控电火花加工操作过程与上述是一样的，只是加工中换电极、 测量中心偏移量的步骤需由手动操作完成。可见 ATC是数控电火花加工自动化的重要工具，它的应用打破了传统加工繁琐的操作模式。辽宁科技学院本科生精密与特种加工（论文）第11页6电火花加工新技

16、术的发展6.1 新技术的发展数控电火花成形机（NCSEDML床）各项工艺指标虽然已达到了很高的水平，可是在高 速铳（HSM迅速发展的今天，其发展空间仍受到了一定的挤压。但由于HSME加工凹型腔时还存在一定的问题， 包括深槽窄缝的加工， 内清角的加工，棱边清晰的加工，细微、复杂、 精密加工，深型腔（L/D皂5）的加工等，还有超硬材料的加工也不是HSM勺特长。从实力来讲国外几个著名厂商还是处于领先优势。日本牧野公司第一次展出电极自动交换（AEQ和工件自动交换（AWC的EDGE如自动NCSEDM1床。AEC采用EROWA IT繇统、3R宏系统或牧野的 Y形系统，分直接交换式和旋 转式二种。直接交换式

17、电极容量为 4根，旋转式电极容量为 832根，使用卡盘适配器交换 时最大电极重量（含电极夹具）40 kg, AEC交换时间一般为 20s； AW（M有通用性的工件库和工件货盘交换装置，容易确认的平面工件库适合于复杂模具加工。采用辅助工作台，以便于大工件的自动交换，采用工作液快速处理技术，使下一个工件的交换变得更快、更可靠。该机床还具有工作液恒温控制（土 0.5 ） , Ra0.18m的超精加工技术（电极：直径 40 mm 铜，工件：NAK80）, R0.015mm的锐角加工技术以及添加剂为科SC的混粉加工技术等。日本沙迪克公司展出的 AM45L同样是全自动的 NCSEDML床，具有电极和工件自

18、动交换 功能，采用的是 EROWA统，也是第一次在国际模展上展出。瑞士夏米尔公司也开发了混粉加工技术，在国际模展上第一次展出了ROBOFORM 350混粉加工机床，该机床采用1.5 L罐装Gamma M1 50混粉，可以用混粉工作液进行粗、精加工，并在同一台机床上可实现普通工作液和混粉工作液二种加工方式，从混粉加工转换到普通工作液加工，约需 2 h的过滤时间，而从普通工作液转换成混粉加工，只要 30 min的 准备时间。混粉加工时不用过滤器。混粉的使用寿命为400h,甚至更长一些。混粉可以实现Ra0.2 m的精加工，即使加工面积的大小变化， 也能加工出Ra0.2科m的工件表面。例如， 加工30

19、mme 30mme 5mm的型腔，材料为 W300IW,用同样的加工工艺， 普通工作液 Ra0.5科m, 而混粉工作液 Ra0.18m,而且缩短了加工时间，降低了约30%勺电极损耗6.2 电火花加工技术的发展趋势未来数控电火花加工技术的发展空间是十分广阔的。由于电火花加工过程本身的复杂性，迄今对电火花加工的机理尚未完全弄清楚，大多研究成果是建立在大量系统的工艺实验基础上完成的，所以对电火花加工机理的深入研究，并以此直接指导和应用于实践加工是数控电火花加工技术发展的根本。在现有技术水平的基础上，不断开发新工艺将是数控电火花加工技术发展方向。如数控电火花铳削加工是一种还不成熟的技术，值得继续研究的

20、新工艺。数控电火花机床在结构设计、 脉冲电源的开发方面将朝更合理、更具优势化的方向全面发展，辽宁科技学院本科生精密与特种加工（论文）第11 M提高加工性能，同时考虑降低机床制造的成本。数控电火花加工在控制技术上将朝自动化、智能化方面的更高层次发展，数控电火花加工的网络管理技术在高档机床上已有初步应用，将逐步被推广及应用，获取更好的系统管理效果。总之，数控电火花加工技术以提高加工质量、提高加工效率、扩大加工范围、降低加工成本等为目标在模具工业中不断发展。在模具工业技术快速发展的新形势下，数控电火花加工技术已取得了突破性的进展，其不仅在过去及和现在的模具制造中被广泛应用，相信在今后的模具加工中其也必将发挥重要作用。手机模具电火花机床加工案例辽宁科技学院本科生精密与特种加工（论文）第12页7参考文献1张辽远，等.现代加工技术M.北京：机械工业出版社，2008.72张学仁，等，数控电火花线切割加工技术J. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2000.3金涤尘、宋放之，等.现代模具制造技术.机械工业出版社，2001.024狄士春、王强、赵万生、于滨，等航空精密制造技术哈尔滨工业大学出版社，2002