1、特種加工 第1章 概論2第1章 概論1.1 特種加工的產生及發展1.2 特種加工的分類1.3 特種加工對材料的可加工性和結構工藝性的影響31.1 特種加工的產生及發展傳統機械加工：18時世紀70年代蒸汽機的發明，但是直到汽缸鏜床的創造與改進引起了第一次產業革命。在二戰前的150年里一直是機械切削加工。特種加工：二戰后，尤其20世紀50年代，隨著生產的發展和科學實驗的需要對機械制造提出了新的要求，尤其是國防工業部門。武器、機床戰爭、經濟發展第1章 概論4對機械制造提出的新的要求1. 解決各種難加工材料的加工問題如硬質合金、鈦合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬火鋼、金剛石、寶石、石英以及鍺、硅等各種高硬度、

2、高強度、高韌性、高脆性的金屬與非金屬材料的加工。2. 解決各種特殊復雜表面的加工問題噴氣渦輪機葉片、整體渦輪、發動機機匣、鍛壓模、注射模的立體成型表面各種沖模、冷拔模上的特殊截面的型孔炮管內膛線、噴油嘴、柵網、噴絲頭上的小孔、窄縫等特殊零件3. 解決各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問題航天、航空陀螺儀、伺服閥等表面質量和精度要求較高的零件細長軸、薄壁零件、彈性零件等低剛度零件第1章 概論1.1 特種加工的產生及發展5傳統加工的本質和特點1. 依靠刀具材料比工件材料硬；2. 靠機械能把工件上多余的金屬材料切除。 當工件材料越來越硬，加工表面越來越復雜的情況下，傳統加工就顯得的無能為力了。

3、這是特種加工產生與發展的外因。第1章 概論1.1 特種加工的產生及發展6特種加工的產生時間：20世紀40年代，人物：前蘇聯拉扎林科夫婦前因事件：研究開關觸點腐蝕的原因時發現現象：利用工具和工件之間不斷的脈沖性火花放電產生的局部、瞬時的高溫把金屬蝕除下來。命名：加工過程中可看到火花電火花加工電火花加工Electrical Discharge Machining (EDM)放電加工（日本/英國/美國等）電蝕加工（前蘇聯及俄羅斯）第1章 概論1.1 特種加工的產生及發展7電火花加工產生的意義拉扎林科夫婦用銅絲在淬火鋼上加工出小孔。 （軟） （硬）意義：擺脫了傳統加工方法的束縛用軟的工具加工任何硬度的

4、金屬材料利用電能熱能來去除金屬為其他加工方法提供了新的思路第1章 概論1.1 特種加工的產生及發展8特種加工概念到目前特種加工的方法很多，采用的能量有：熱能、化學能、電化學、光能、聲能等。為了區別于原有的金屬切削加工，這些新的加工方法統稱為特種加工，國外稱作：Non-Traditional Machining (NTM，非傳統加工) Non-Conventional Machining (NCM，非常規加工)第1章 概論1.1 特種加工的產生及發展9特種加工的本質、特點本質：1. 不是主要依靠機械能，而是用其他能量來去除金屬材料；2. 工具硬度可以低于被加工材料的硬度；3. 加工過程中工具和工

5、件之間不存在顯著的機械切削力。特點：1. 可加工任何硬度、強度、韌性、脆性的金屬和非金屬材料；2. 專長于加工復雜零件、微細表面零件和低剛度零件；3. 可以用于超精加工、光整加工和納米加工。第1章 概論1.1 特種加工的產生及發展10我國特種加工的發展20世紀50年代中期，研制出電火花穿孔機床、表面強化機。建立電加工研究室20世紀50年代末期，開始批量生產電火花成型機和表面強化機20世紀60年代初，仿形電火花線切割機20世紀60年代末，高速走絲電火花線切割機及其數控系統20世紀50年代末，電解加工和超聲加工。原兵器工業部，用電解方法加工炮管膛線、噴氣發動機葉片等。20世紀60年代末到90年代，

6、特種加工技術快速發展時期，主要體現在如下幾個方面：特種加工方法和機理；特種加工工藝；特種加工設備；特種加工智能化、自動化；實際應用。第1章 概論1.1 特種加工的產生及發展11最近特種加工的發展第1章 概論1.1 特種加工的產生及發展自動化、柔性化充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統、電源系統進行優化, 加大對特種加工的基本原理、加工機理、工藝規律、加工穩定性等深入研究的力度, 建立綜合工藝參數自適應控制裝置、數據庫等( 如超聲、激光等加工) , 進而建立特種加工的CAD/CAM與FMS 系統, 使加工設備向自動化、柔性化方向發展，這是當前特種加工技術的主要發展方向。3012最近特種加工

7、的發展第1章 概論1.1 特種加工的產生及發展高效率精密化加大對特種加工的基本原理、加工機理、工藝規律、加工穩定性等進行深入研究的力度，力求高效率、低損耗。高新技術的發展促使高新技術產品向超精密化與小型化方向發展,對產品零件的精度與表面粗糙度提出更嚴格的要求。為適應這一發展趨勢, 特種加工的精密化研究已引起人們的高度重視, 大力開發用于超精加工的特種加工技術已成為重要的發展方向。13最近特種加工的發展第1章 概論1.1 特種加工的產生及發展新工藝方法及復合工藝進一步開拓特種加工技術為適應產品的高技術性能要求與新型材料的加工要求, 需要不斷開發新工藝方法, 包括微細加工和復合加工, 尤其是質量高

8、、效率高、經濟型的復合加工, 如工程陶瓷、復合材料以及聚晶金鋼石等。以多種能量同時作用, 相互取長補短的復合加工技術, 如電解磨削、電火花磨削、電解放電加工、超聲電火花加工等。需要不斷發展。141.2 特種加工的分類目前特種加工分類還沒用明確，一般按能量來源和作用形式及加工原理來分：電火花加工（EDM）電火花線切割加工（WEDM）激光加工(LBM)電子束加工(EBM)離子束加工(IBM)等離子弧加工(PAM)超聲加工(USM)化學加工(CHM)快速成型(RP)電化學加工(ECM)第1章 概論15電火花加工的零件第1章 概論1.2 特種加工的分類電火花加工葉片側面冷卻窄縫電火花混粉加工的鏡面電火

9、花成型加工16電火花線切割加工的零件第1章 概論1.2 特種加工的分類17電火花線切割加工的零件第1章 概論1.2 特種加工的分類電機凹凸沖模上下異形面凸凹樣件18電解加工的零件第1章 概論1.2 特種加工的分類電解刻蝕電解刻字電解套料加工電解加工炮管膛線19電解加工的零件第1章 概論1.2 特種加工的分類20快速成形加工的零件第1章 概論1.2 特種加工的分類紙張分層疊加快速成形小連桿21水射流加工的零件第1章 概論1.2 特種加工的分類水射流加工石材水射流加工不銹鋼零件22第1章 概論1.2 特種加工的分類超聲波加工電子束刻蝕擠壓珩磨231.3 特種加工對材料的可加工性 和結構工藝性的影響

10、提高了材料的可加工性改變了零件的典型工藝路線改變了試制新產品的模式對零件的結構設計帶來了很大影響對傳統的結構工藝性得好于壞，需要重新衡量已經成為微細加工和納米加工的主要手段第1章 概論24提高了材料的可加工性特種加工可以用軟的工具加工硬的材料，因此如：硬質合金、鈦合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬火鋼、金剛石、寶石、石英以及鍺、硅等各種高硬度、高強度、高韌性、高脆性的金屬與非金屬材料都可以加工特殊材料都可以找到特殊的加工方法第1章 概論1.3 特種加工對材料的可加工性和結構工藝性的影響25改變了零件的典型工藝路線常規加工中，除了磨削外，所有的加工都必須放在熱處理之前進行。特種加工則是在熱處理之后進行，原

11、因是可以避免熱處理變形。如線切割加工必須先淬火后加工。第1章 概論1.3 特種加工對材料的可加工性和結構工藝性的影響26改變了試制新產品的模式原來在試制新產品時，必須先設計、制造相應的刀、夾、量具和模具。采用數控線切割可以直接加工出各種標準和非標準的直齒輪，微型電動定子、轉子硅鋼片，各種變壓器鐵心，各種特殊、復雜的二次曲面零件。快速成型也是試制新產品的主要手段。可以用其他的特種加工方法加工零件。第1章 概論1.3 特種加工對材料的可加工性和結構工藝性的影響27對零件的結構設計帶來了很大影響如花鍵孔、軸、槍炮膛線的齒根部分，在設計時希望有一定的圓角，但加工用的拉刀卻不能做成圓角（拉削時排削不利，

12、易磨損），而電解加工時存在尖角變圓現象，只能加工出有圓角的結構。以前，許多結構都采用鑲拼結構（難加工），電火花、線切割的出現則很容易加工出整體結構。（如山形硅鋼片沖模、噴氣發動機渦輪）第1章 概論1.3 特種加工對材料的可加工性和結構工藝性的影響28對傳統的結構工藝性的好與壞，需要重新衡量以往對方孔、小孔、深孔、彎孔、窄縫都認為是很壞的工藝。在淬火后發現有些孔、槽等忘了加工，則零件只能作廢，現在可以用特種加工方法補救。如果因零件結構原淬火后產生變形或開裂這只能修改零件結構。現在可以調整零件的加工工序實現。現在是以零件為中心的制造。第1章 概論1.3 特種加工對材料的可加工性和結構工藝性的影響2

13、9已經成為微細加工和納米加工的主要手段近年來出現并快速發展的微細加工技術：微細電火花加工微細線切割加工微細超聲加工微細電化學加工電子束離子束激光加工用于納米加工主要有：電子束、離子束、激光、化學加工等。MEMS中主要：化學腐蝕、電子束、離子束、激光加工。第1章 概論1.3 特種加工對材料的可加工性和結構工藝性的影響30小結1.1 特種加工的產生及發展1.2 特種加工的分類1.3 特種加工對材料的可加工性和結構工藝性的影響結束特種加工 第2章 電火花加工(1)33第2章 電火花加工20世紀40年代，前蘇聯拉扎林科夫婦研究開關觸點腐蝕的原因時發現：利用工具和工件之間不斷的脈沖性火花放電產生的局部、

14、瞬時的高溫把金屬蝕除下來。由于加工過程中可以看到火花，故稱電火花加工Electrical Discharge Machining (EDM)34本章內容2.1 電火花加工基本原理及其分類2.2 電火花加工機理2.3 電火花加工基本規律2.4 電火花加工脈沖電源第2章 電火花加工352.1 電火花加工基本原理及其分類2.1.1 電火花加工的原理2.1.2 電火花加工的設備組成2.1.3 電火花加工的特點2.1.4 電火花加工的應用2.1.5 電火花加工工藝方法分類第2章 電火花加工362.1.1 電火花加工的原理必要條件(1)：必須使工具和工件被加工表面之間始終保持一定的放電間隙；過大不能擊穿，

15、過小容易短路；間隙距離：幾微米到幾百微米。第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類距離過大距離過小工件電極工件電極工具電極工具電極工件電極工具電極距離合適372.1.1 電火花加工的原理必要條件(2)：必須是瞬時的脈沖性的放電，放電持續一段時間后，需停歇一段時間；凹坑疊加去除材料，凹坑“體積小、數量多、分布廣”要求脈沖性放電；停歇時間溫度降低避免放電集中。第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類脈沖電源電壓波形電壓時間峰值電壓脈沖寬度脈沖間隔脈沖周期工件蝕坑疊加382.1.1 電火花加工的原理必要條件(3)：必須在有一定絕緣性能的液體介質中進行；絕緣性有利于產生分散的脈

16、沖性的放電液體介質可以將放電蝕除產物懸浮排出且對兩極有冷卻作用氣體介質中也可進行加工第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類工件電極工具電極電蝕產物排出示意圖工作液392.1.1 電火花加工的原理加工過程描述：1.加脈沖電壓、擊穿放電、形成凹坑；2.脈沖間隔恢復絕緣、再次放電形成凹坑；3.凹坑增多并重疊、間隙增大、電極進給，得到需要的零件。第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類第一次放電ABAB第二次放電加工完成402.1.2 電火花加工的設備組成第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類脈沖電源及檢測裝置進給裝置工具電極工作液工作液循環系統工件電極根據檢測

17、信號決定進給或回退提供脈沖電壓1、保持一定的放電間隙；排出蝕除物，冷卻兩極2、瞬時的、脈沖性的放電，需停歇一段時間；3、一定絕緣性能的液體介質質中放電；412.1.3 電火花加工的特點優點：適合于加工很多難切削材料突破了傳統切削加工對刀具的限制；可加工性取決于導電性及熱學特性（電阻率、熔點、沸點、比熱、導熱性等），幾乎不受力學性能（硬度、強度等）的限制。可以加工特殊及復雜形狀的表面和零件有微觀切削力，沒有宏觀切削力。工具電極硬度要求小，制作較容易。數控技術使簡單電極加工復雜形狀可行。第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類422.1.3 電火花加工的特點局限性：主要用于導電材料加工

18、在一定條件下可以加工半導體和非導體材料加工速度較慢材料去除靠大量凹坑的疊加作用實現，所以較慢存在電極損耗在某些情況下可盡量減小第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類432.1.4 電火花加工的應用第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類俄羅斯研制的火箭發動機的一體化轉子單元是采用電火花加工的彎曲、狹窄、復雜的通道加工難點：1、材料硬度非常高；2、形狀復雜；442.1.4 電火花加工的應用第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類加工難點：1、異形孔；2、窄縫的寬度只有幾十微米；3、深度和直徑的比值達到幾十。452.1.4 電火花加工的應用應用領域：廣泛應用于

19、機械（特別是模具制造）、航天、航空、電子、電機電器、精密機械、儀器儀表、汽車拖拉機、輕工業等行業，解決難加工材料及復雜形狀零件的加工問題。零件尺寸范圍：小到：幾個微米的小軸、細孔、窄縫大到：幾米超大型模具和零件第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類462.1.5 電火花加工工藝方法分類按工具電極和工件相對運動的方式和用途來分：1. 電火花穿孔成型加工：型腔加工，工具電極形狀與工件形狀互補，有一個或多個相對的進給運動；穿孔加工，工具電極只有一個相對的伺服進給運動。第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類472.1.5 電火花加工工藝方法分類按工具電極和工件相對運動的方式

20、和用途來分：2. 電火花線切割加工 下料/截斷/窄縫第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類工件電極絲導向輪電火花線切割加工示意圖三軸聯動分度線切割加工扭轉四方錐臺 加工原理示意圖外形圖扭轉錐臺a)b)xy482.1.5 電火花加工工藝方法分類按工具電極和工件相對運動的方式和用途來分：3.電火花內孔、外圓和成型磨削4.電火花同步共軛回轉加工第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及其分類492.1.5 電火花加工工藝方法分類按工具電極和工件相對運動的方式和用途來分：5.電火花高速小孔加工大于0.3mm細管電極6.電火花表面強化與刻字第2章 電火花加工2.1 電火花加工基本原理及

21、其分類電火花高速小孔加工示意圖高壓工作液管電極導向器工件金屬表面電火花強化502.2 電火花加工的機理即電火花加工的微觀過程，金屬材料究竟是怎樣被蝕除下來的。這一過程大體可分為4個階段：極間介質的電離、擊穿，形成放電通道介質熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹電極材料的拋出極間介質的消電離第2章 電火花加工1234511、極間介質的電離、擊穿，形成放電通道(1)第2章 電火花加工2.2 電火花加工的機理施加電壓距離電場強度不均勻性局部場強105V/mm(100V/m)場致電子發射電子運動碰撞電離帶電粒子雪崩式增多介質擊穿形成放電通道123425V52345521、極間介質的電離、擊穿，形成放電通道

22、(2)放電通道的特點：建立時間：0.1s間隙電阻：幾分之一歐姆通道電流密度：103-104 A/mm間隙電壓：約25 V中心溫度：10000初始壓強：數十兆帕通道數量：單通道、多通道（一個脈沖多次擊穿或通道游動）第2章 電火花加工2.2 電火花加工的機理532、介質熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹第2章 電火花加工2.2 電火花加工的機理電子離子高速運動產生動能產生碰撞熱能局部瞬時高溫工作液介質氣化分解金屬材料熔化氣化產生爆炸特性負極正極熔化區域熔化區域氣泡放電通道543、電極材料的拋出第2章 電火花加工2.2 電火花加工的機理膨脹產生氣泡金屬液體和氣體被排擠拋出液體介質膨脹的慣性氣泡繼續擴大

23、瞬時壓力內部壓力驟減產生相對負壓金屬材料再被拋出554、極間介質的消電離第2章 電火花加工2.2 電火花加工的機理電蝕產物不及時排除熱量不及時傳出粒子自由能不易降低減少復合幾率放電通道不能順利轉移局部介質過熱穩定電弧放電燒傷電極降低絕緣強度56微觀過程還需要進一步研究人們對電火花加工的微觀過程了解還很不夠：工作液成分的作用間隙介質的擊穿放電間隙內的狀況正負電極間能量的轉換與分配材料的拋出整個過程中的電場、磁場、熱場、流場、力場等的變化通道的結構及其振蕩等等第2章 電火花加工2.2 電火花加工的機理572.1 電火花加工基本原理及其分類 2.1.1 電火花加工的原理 2.1.2 電火花加工的設備

24、組成 2.1.3 電火花加工的特點 2.1.4 電火花加工的應用 2.1.5 電火花加工工藝方法分類2.2 電火花加工機理小結結束特種加工 第2章 電火花加工(2)韋東波 遲關心機械制造及其自動化602.3 電火花加工一些基本規律2.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素2.3.2 電火花加工的加工速度和工具損耗速度2.3.3 影響加工精度的主要因素2.3.4 電火花加工的表面質量第2章 電火花加工612.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素極性效應電參數對電蝕量的影響金屬材料熱學常數對電蝕量的影響工作液對電蝕量的影響影響電蝕量的其他因素第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律622.3.1

25、 影響材料放電腐蝕的主要因素 - 極性效應極性效應電火花加工過程中正負極都會受到電腐蝕，即使材料相同,其電腐蝕程度也不同。這種由于正負極不同而引起電腐蝕量不一樣的現象，稱為極性效應。第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律632.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素 - 極性效應極性定義：電火花加工分“正極性加工” 和“負極性加工” 。通常定義以電極為準：“正極性加工”工件接正極“負極性加工”工件接負極,也稱反極性在日本定義正好相反，以電極為準。(發表論文時，一定要注明工件接的極性)第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律642.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素 - 極性效應極

26、性效應產生的原因：正極表面受到電子的轟擊，負極表面受到離子的轟擊，所以兩極表面分配的能量不一樣，熔化、氣化拋出材料的量也就不同。由于電子和離子的質量不同，其加速時間不同。電子在很短的時間內可以到達正極表面，而離子則需要較長的時間到達負極表面短脈沖用正極性加工，長脈沖用負極性加工。第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律652.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素 - 極性效應碳黑保護膜：由于加工過程中，產生游離碳，在一定條件下，正極會吸附工作液中的游離碳，而形成碳黑膜，從而保護正極，并減小電極損耗，此時應采用負極性加工。第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律662.3.1 影響

27、材料放電腐蝕的主要因素 - 極性效應損耗規律（銅加工鋼時）：第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律碳黑膜對粗加工有利，精加工時會影響尺寸的穩定672.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素 - 極性效應合理利用極性效應極性效應是較為復雜的問題：不僅脈寬、脈間有影響，脈沖峰值電流、放電電壓、工作液以及電極和工件材料都會有影響。從加工角度來看：我們希望加工效率越高、電極損耗越小越好，即希望極性效應越顯著越好。要想合理利用極性效應就要根據電極和工件的材料、選擇最佳的加工參數，正確地選擇極性。第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律682.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素 - 電參數主

28、要指：電壓脈沖寬度ti電流脈沖寬度te脈沖間隔t0脈沖頻率f峰值電流ie峰值電壓i極性第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律692.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素 - 電參數研究結果表明：單個脈沖能量與單個脈沖蝕除量在一定范圍內成正比。總蝕除量是有效脈沖蝕除量的總和。由此，蝕除量與單個脈沖能量WM、脈沖有效率和脈沖頻率f有關。單個脈沖能量對于晶體管電源，脈沖電流可近似為矩形波，則：第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律702.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素 - 電參數蝕除量蝕除速度第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律712.3.1 影響材料放電腐蝕的主要

29、因素 - 熱學常數熱學常數：熔點、沸點、熱導率、比熱容、汽化熱等。直接影響單個脈沖蝕除量通道內的熱量：除一部分由于熱傳導散失到電極、工件和工作液中使局部金屬材料溫度升高至熔點(金屬比容熱)使局部金屬材料熔化（熔化熱）使熔融金屬溫度升高至沸點(熔融金屬比容熱)使熔融金屬材料氣化（氣化熱）使金屬蒸汽變成過熱蒸汽(金屬蒸汽比容熱)第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律722.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素 - 熱學常數當脈沖能量一定時，每種材料都會存在一個最佳的脈寬使得蝕除量最大。第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律732.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素 - 工作液工作

30、液的作用：形成火花放電通道，并在放電結束后迅速恢復間隙的絕緣狀態；對放電通道產生壓縮效應；幫助電蝕產物的拋出和排除；對工具電極和工件的冷卻作用。工作液的好壞對電蝕量有較大的影響一般選用粘度小、流動性好、滲透性好的煤油為工作液。第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律742.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素 - 其他因素加工穩定性：不穩定則有效放電脈沖減少。加工深度：加工深度越深，蝕除產物就越不容易排出，影響穩定性。加工面積：小面積大電流，會使局部蝕除產物濃度過高，放電點不容易轉移，局部過熱，形成電弧，破壞加工穩定性。電極對材料：鋼加工鋼時，加工不容易穩定；銅加工鋼時，加工較穩定碳黑的

31、保護：蝕除產物的反粘和涂覆都會影響蝕除量。第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律752.3 電火花加工一些基本規律2.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素2.3.2 電火花加工的加工速度和工具損耗速度2.3.3 影響加工精度的主要因素2.3.4 電火花加工的表面質量第2章 電火花加工762.3.2 電火花加工的加工速度和工具損耗速度加工速度：單位時間內工件的電蝕量（生產率）損耗速度：單位時間內工具的電蝕量一般采用體積加工速度(vw，mm3/min)來表示 vw =V/t為了方便測量，也有用質量加工速度(vM，g3/min)表示 vM=M/t如何提高加工速度呢？提高脈沖頻率增加單個脈沖的

32、能量提高工藝系數提高有效脈沖放電率第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律772.3.2 電火花加工的加工速度和工具損耗速度生產中，用工具的相對損耗來衡量工具電極是否耐損耗。降低相對損耗的措施：1、正確選擇極性和脈寬2、利用吸附效應3、利用傳熱效應4、選擇合適的工具材料(鎢鉬/銅/石墨/銀/銀鎢合金)第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律782.3.2 電火花加工的加工速度和工具損耗速度粗加工低損耗實現的條件：根據實際生產經驗，在煤油中采用負極性加工時脈沖電流幅值與放電時間的比值滿足如下條件可獲得低損耗：石墨加工鋼銅加工鋼鋼加工鋼第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規

33、律792.3 電火花加工一些基本規律2.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素2.3.2 電火花加工的加工速度和工具損耗速度2.3.3 影響加工精度的主要因素2.3.4 電火花加工的表面質量第2章 電火花加工802.3.3 影響加工精度的主要因素除通常的加工誤差（機床、工件和電極的制造、定位和安裝誤差）外，還有與電火花加工的工藝有關的誤差：放電間隙的大小及其穩定性工具電極的損耗及其穩定性第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律812.3 電火花加工一些基本規律2.3.1 影響材料放電腐蝕的主要因素2.3.2 電火花加工的加工速度和工具損耗速度2.3.3 影響加工精度的主要因素2.3.4 電

34、火花加工的表面質量第2章 電火花加工822.3.4 電火花加工的表面質量表面質量主要包括：表面粗糙度表面變質層表面力學性能第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律832.3.4 電火花加工的表面質量 - 表面粗糙度電火花加工表面是由無數的小坑和硬凸所組成的，有利于保存潤滑油。第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律842.3.4 電火花加工的表面質量 - 表面粗糙度與傳統加工方法一樣，表面粗糙度用：微觀平面度的平均算術偏差Ra表示平面度最大高度值Rmax表示對表面粗糙度影響最大的是單個脈沖的能量，實驗公式：第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律852.3.4 電火花加

35、工的表面質量 - 表面粗糙度電火花加工的表面質量與加工速度之間存在很大的矛盾，如從Ra2.5m提高到Ra1.25m，加工速度要下降十多倍。加工面積對對表面粗糙度也有影響工件材料對表面粗糙度也有影響精加工時，工具電極的表面粗糙度也影響加工粗糙度。第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律862.3.4 電火花加工的表面質量 - 表面變質層電火花加工由于瞬時高溫和工作液的快速冷卻作用下，材料的表面層發生了很大的變化，主要分為：熔化凝固層和熱影響層熔化凝固層3處于工件表面，是一種淬火鑄造組織，與內層結合不牢固。由馬氏體、大量晶粒極細的殘余奧氏體和某些碳化物組成。熱影響層2機體1顯微裂紋會出現在

36、溶化層第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律872.3.4 電火花加工的表面質量 - 表面力學性能顯微硬度及耐磨性：表面層的硬度一般均比較高，對某些淬火鋼可能稍低于基體硬度。電火花加工表面最外層的硬度比較高，耐磨性好。對于滾動摩擦，由于是交變載荷，尤其干摩擦，則因熔化凝固層和基體的結合不牢固，容易剝落而磨損。因此，有些要求高的模具需把電火花加工后的表面變質層研磨掉。殘余應力：大部分表現為拉應力。殘余應力的大小和分布，主要和材料在加工前的熱處理狀態及加工時的脈沖能量有關。因此，對表面層要求質量較高的工件，應盡量避免使用較大的加工規準。耐疲勞性能表面存在著較大的拉應力；還可能存在顯微裂紋

37、，其耐疲勞性能比機械加工表面低許多倍。采用回火處理、噴丸處理等，有助于降低殘余應力或使殘余拉應力轉變為壓應力，從而提高其耐疲勞性能。第2章 電火花加工2.3 電火花加工一些基本規律88小結影響材料放電腐蝕的主要因素極性效應/電參數/金屬材料熱學常數/工作液/影響電蝕量的其他因素電火花加工的加工速度和工具損耗速度影響加工精度的主要因素放電間隙的大小及其穩定性/工具電極的損耗及其穩定性電火花加工的表面質量表面粗糙度/表面變質層/表面力學性能第2章 電火花加工結束特種加工 第2章 電火花加工(3)韋東波 遲關心機械制造及其自動化912.4 電火花加工脈沖電源2.4.1 脈沖電源的作用2.4.2 對脈

38、沖電源的要求2.4.3 脈沖電源分類2.4.4 脈沖電源的工作原理2.4.5 實例第2章 電火花加工922.4.1 脈沖電源的作用功能：工頻交流電源 一定頻率的脈沖電源(提供電極放電所需要的能量)作用：電火花加工中的關鍵：對生產率、表面質量、加工精度、加工過程穩定性和工具電極損耗等技術經濟指標影響很大。第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源932.4 電火花加工脈沖電源2.4.1 脈沖電源的作用2.4.2 對脈沖電源的要求2.4.3 脈沖電源分類2.4.4 脈沖電源的工作原理2.4.5 實例第2章 電火花加工942.4.2 對脈沖電源的要求總體要求較高的加工速度工具電極損耗低加工過程穩定

39、性好工藝范圍廣第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源952.4.2 對脈沖電源的要求具體要求脈沖應該是單向的，沒有負半波或負半波很小：這樣才能：利用極性效應，提高生產率和減少工具電極的損耗。脈沖電壓波形的前后沿應該較陡：這樣才能：減少電極間隙的變化及油污程度等對脈沖放電寬度和能量等參數的影響，使工藝過程較穩定。一般常采用矩形波脈沖電源。脈沖的主要參數應能在很寬的范圍內可以調節：以滿足粗、中、精加工的要求。（峰值電流、脈沖寬度、脈沖間隔等）工作穩定可靠、成本低、壽命長、操作維護方便和體積小等，還要節能。間隙檢測有足夠的靈敏度、有拉弧保護、有油污程度檢測等等第2章 電火花加工2.4 電火花加

40、工脈沖電源962.4 電火花加工脈沖電源2.4.1 脈沖電源的作用2.4.2 對脈沖電源的要求2.4.3 脈沖電源分類2.4.4 脈沖電源的工作原理2.4.5 實例第2章 電火花加工972.4.3 脈沖電源分類按主回路中的主要元器件種類RC線路馳張式晶體管式大功率集成電路式按輸出脈沖波形矩形波梳狀波/高頻分組脈沖階梯波高低壓復合按間隙狀態對脈沖參數的影響獨立式非獨立式按工作回路數目單回路多回路第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源982.4 電火花加工脈沖電源2.4.1 脈沖電源的作用2.4.2 對脈沖電源的要求2.4.3 脈沖電源分類2.4.4 脈沖電源的工作原理2.4.5 實例第2章

41、 電火花加工992.4.4 脈沖電源的工作原理RC線路脈沖電源晶體管脈沖電源其他派生脈沖電源高低壓復合脈沖電源多回路脈沖電源等能量脈沖電源高頻分組和梳狀波脈沖電源階梯波脈沖電源晶體管RC復合脈沖電源自選加工規準和智能化、自適應控制脈沖電源第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源1002.4.4 工作原理：RC線路脈沖電源又稱RC脈沖電源 / 馳張式脈沖電源利用電容器充電和瞬時放電非獨立式脈沖電源第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源優點：結構簡單，工作可靠，成本低； 小功率可獲得很窄的脈沖，常用于精加工。缺點：電能利用率低； 生產率低； 工藝參數不穩定。1012.4.4 工作原理：晶

42、體管脈沖電源晶體管脈沖電源特點：脈沖頻率高；脈沖參數容易調節；脈沖波形好；易于實現多回路和自適應控制。第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源1022.4.4 工作原理：高低壓復合脈沖電源第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源1032.4.4 工作原理：多回路脈沖電源第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源1042.4.4 工作原理：等能量脈沖電源第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源1052.4.4 工作原理：階梯波脈沖電源第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源1062.4.4 工作原理：晶體管RC復合脈沖電源第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源1072.4

43、.4 工作原理：高頻分組和梳狀波脈沖電源第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源108自選加工規準功能此功能為軟件實現，需要加工工藝庫。智能化/自適應控制根據用戶輸入的信息和間隙狀態的檢測等自動控制脈沖參數（有限調整），抬刀參數，伺服參考電壓等，以避免拉弧，并達到高效穩定加工。2.4.4 工作原理：自選加工規準和智能化、自適應控制脈沖電源第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源1092.4 電火花加工脈沖電源2.4.1 脈沖電源的作用2.4.2 對脈沖電源的要求2.4.3 脈沖電源分類2.4.4 脈沖電源的工作原理2.4.5 實例第2章 電火花加工110SPAC 電源專門用來粉碎短路搭

44、橋、以防止短路產生,提高精加工效率。2.4.5 實例瑞士夏米爾公司第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源111增大了每個脈沖的材料去除量，并減少了表面變質層：設定新質量和效率標準等(幾何) 波形脈沖技術，在保持相同放電間隙、電極損耗、表面粗糙度并具有恒定的放電凹坑幾何特征的情況下；降低電極損耗：銅或石墨電極，粗、精加工，借助于低電流和內部電壓調整 。生產率高：不論在標準應用場合,還是在加工窄深槽的場合, 。2.4.5 實例阿奇公司APG Spirit全數字化脈沖電源第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源112瑞士阿奇公司的專家系統( EXPORT) ：對同一件工件可以向操作者提供1

45、2 種加工方案供選用，而不是過去的一種。瑞士夏米爾公司的放電專家系統( PILOTEXPERT3)編程專家系統( PRO2GRAMEXPERT)，北京電加工所在B35 數控電火花成形機上的自動編程專家系統與工藝專家系統：均可根據加工目標和電極對數據選擇自適應加工參數，并可根據加工狀態變化實時調整放電參數以優化加工效果。2.4.5 實例專家系統( EXPORT)第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源113日本牧野公司通過電源的選項功能來提高加工速度：一種稱為Super Spark 的選項功能，包括RProcess2 Control 和Spark Jump功能,RProcess2 Contr

46、ol可按加工深度預測側面擴大量，可以在達到一半加工深度之前自動增強加工條件；Spark Jump則在抬刀期間也能進行放電，使放電區分散在電極多處，有利于排屑。可以縮短粗、精加工的時間達30%50%。還特別有利于加工多個窄深槽、斜面以及那些不能采用高速抬刀的形狀。2.4.5 實例日本牧野公司Super Spark 第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源114無電阻節能型數控脈沖電源(LN1/ LN10) 超精加工的SQ 電源，可進行表面粗糙度Ry0.5m的鏡面加工；硬質合金加工的STP電源，對加工硬質合金和鈦合金具有良好的效果。2.4.5 實例日本沙迪克公司第2章 電火花加工2.4 電火花

47、加工脈沖電源115日本三菱公司的FP2 電源中設有專用于加工無光澤表面的PS 電源,還設有在Rmax 10m 時保持超低電極損耗的2SC 電源等等。2.4.5 實例日本三菱公司的FP2 電源第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源116小結2.4.1 脈沖電源的作用2.4.2 對脈沖電源的要求2.4.3 脈沖電源分類2.4.4 脈沖電源的工作原理2.4.5 實例第2章 電火花加工2.4 電火花加工脈沖電源結束特種加工 第3章 線切割加工119第3章 電火花線切割加工3.1 電火花線切割加工原理、特點及應用范圍3.2 電火花線切割加工設備3.3 電火花線切割控制系統和編程技術3.4 影響線切

48、割工藝指標的因素3.5 線切割加工工藝及其擴展應用1203.1 原理、特點及應用范圍定義電火花線切割加工（WEDM）：用線狀電極（鉬絲 / 鎢絲 / 銅絲），靠火花放電切割工件，簡稱線切割加工。第3章 電火花線切割加工3.1 電火花線切割加工原理、特點及應用范圍1213.1 原理、特點及應用范圍分類根據電極絲的運行速度分為兩大類：高速走絲（快走絲）電火花線切割機床WEDM-HS高速往復走絲(810m/s)，我國獨創低速走絲（慢走絲）電火花線切割機床WEDM-LS單向低速走絲(0.2m/s)，國外生產和使用過去曾靠仿形和光電跟蹤控制，現在都已采用數字控制第3章 電火花線切割加工3.1 電火花線切

49、割加工原理、特點及應用范圍1223.1 原理、特點及應用范圍分類蘇州三光的快走絲和慢走絲機床第3章 電火花線切割加工3.1 電火花線切割加工原理、特點及應用范圍1233.1 原理、特點及應用范圍特點與電火花加工的共性：電壓、電流波形與電火花加工基本相似，加工機理、生產率、表面粗糙度等工藝規律基本相似，材料可加工性與電火花加工基本相似。第3章 電火花線切割加工3.1 電火花線切割加工原理、特點及應用范圍1243.1 原理、特點及應用范圍特點與電火花加工的不同：平均加工電流、脈沖寬度不能太大，加工工藝參數范圍小，屬于中、精加工，正極性加工(電極采用直徑較小的細絲)采用水或水基工作液，有明顯的電解電

50、流。不會起火，易于實現無人運行。電解效應存在有利于改善表面粗糙度。一般沒有穩定電弧放電（有相對運動）第3章 電火花線切割加工3.1 電火花線切割加工原理、特點及應用范圍1253.1 原理、特點及應用范圍特點電極與工件之間存在“疏松接觸”式輕壓放電現象省掉了成形的工具電極，大大降低了成形電極的設計和制造電極絲較細，可以加工微細異型孔、窄縫和復雜形狀的工件采用移動的長電極絲進行加工，單位長度上電極絲的損耗較低，對精度影響小（慢走絲的電極絲一次性使用，不影響精度）第3章 電火花線切割加工3.1 電火花線切割加工原理、特點及應用范圍1263.1 原理、特點及應用范圍應用范圍線切割加工適于加工各種直紋面

51、的工件，其應用如下：加工模具各種形狀的沖模，只需要一次編程加工電火花成型加工用的電極加工零件用于試制新產品，單件小批量生產，特殊難加工材料的加工第3章 電火花線切割加工3.1 電火花線切割加工原理、特點及應用范圍127第3章 電火花線切割加工3.1 電火花線切割加工原理、特點及應用范圍3.2 電火花線切割加工設備3.3 電火花線切割控制系統和編程技術3.4 影響線切割工藝指標的因素3.5 線切割加工工藝及其擴展應用1283.2 電火花線切割加工設備主要組成：機床本體脈沖電源控制系統工作液循環系統機床附件第3章 電火花線切割加工在老式單板機系統中脈沖電源和控制系統是分離的，而在新型的系統中控制系

52、統集成于脈沖電源柜之中，但功能上還是獨立的。1293.2 設備高速走絲第3章 電火花線切割加工3.2 電火花線切割加工設備1303.2 設備慢走絲第3章 電火花線切割加工3.2 電火花線切割加工設備1313.2 設備走絲機構地位：在線切割設備中，走絲機構是關鍵部件之一。作用：走絲系統使電極絲以一定速度運動并保持一定張力。快走絲機床上：電極絲是卷繞在貯絲筒上，絲的張力與卷繞時的拉緊力有關。采用恒張力機構。慢走絲機床上：電極絲一次使用。有一個收絲輪、一個張緊電機。收絲輪負責拉動電極絲使其運動，張緊電機使電極絲保持一定的恒張力。不論快走絲還是慢走絲都有斷絲保護裝置第3章 電火花線切割加工3.2 電火

53、花線切割加工設備1323.2 設備慢走絲機構示意圖第3章 電火花線切割加工3.2 電火花線切割加工設備1333.2 設備錐度切割裝置目前實現錐度切割的方法有兩種：偏移式絲架快走絲上使用，絲架沿著導輪的徑向平移和軸向旋轉雙坐標聯動裝置采用兩軸工作臺，帶動上導絲嘴運動第3章 電火花線切割加工3.2 電火花線切割加工設備1343.2 設備四軸聯動錐度切割裝置1 X軸驅動電機2 Y軸驅動電機3 控制裝置4 數控紙帶5 V軸驅動電機6 U軸驅動電機7 上導向器8 工件9 下導向器第3章 電火花線切割加工3.2 電火花線切割加工設備1353.2 設備脈沖電源與成形機脈沖電源的差別：由于能量小，脈寬小只能正

54、極性加工。脈沖波形采用等頻率波形或高頻分組波形常用的脈沖電源：晶體管矩形波脈沖電源高頻分組脈沖電源并聯電容型脈沖電源第3章 電火花線切割加工3.2 電火花線切割加工設備1363.2 設備晶體管矩形波脈沖電源第3章 電火花線切割加工3.2 電火花線切割加工設備1373.2 設備高頻分組脈沖電源第3章 電火花線切割加工3.2 電火花線切割加工設備1383.2 設備并聯電容型脈沖電源第3章 電火花線切割加工3.2 電火花線切割加工設備1393.2 設備并聯電容型脈沖電源波形第3章 電火花線切割加工3.2 電火花線切割加工設備1403.2 設備降低損耗的措施實驗表明：成形加工中，精加工時，當脈沖的前后

55、沿變緩后可以降低電極的損耗。因此采用如下方法實現：采用階梯波脈沖波形：前階梯/后階梯/前后階梯采用串聯電感線切割加工正好和成形加工的精加工條件相同，可以采用上述方法。第3章 電火花線切割加工3.2 電火花線切割加工設備141第3章 電火花線切割加工3.1 電火花線切割加工原理、特點及應用范圍3.2 電火花線切割加工設備3.3 電火花線切割控制系統和編程技術3.4 影響線切割工藝指標的因素3.5 線切割加工工藝及其擴展應用1423.3 電火花線切割控制系統和編程技術線切割控制系統包括：軌跡控制：電極絲相對于工件的運動軌跡。加工控制：伺服速度、電源、走絲、工作液，故障、安全。編程技術：對零件加工軌

56、跡進行編程，零件形狀分：柱面/錐度/上下異型使用的數控指令格式：3B(4B,5B) / ISO / EIA，目前我國廣泛使用的是：3B 和 ISO兩種第3章 電火花線切割加工1433.3.1 線切割控制系統線切割控制系統包括：軌跡控制精確控制電極絲相對于工件的運動軌跡，包括直線插補和圓弧插補。在電火花加工中由于需要回退必須具有反向插補功能。加工控制伺服進給：根據間隙的狀態(壓頻轉換和間隙電壓檢測)進行；脈沖電源：設定脈沖參數；走絲機構：控制走絲機構的動作；工作液循環：啟停；走絲速度：控制絲速；絲的張力：控制絲的張力。第3章 電火花線切割加工3.3 電火花線切割控制系統和編程技術1443.3.2

57、 編程技術對零件加工軌跡進行編程即數控編程技術。線切割中零件形狀分為：柱面 / 錐度 / 上下異型數控指令格式：3B(4B,5B)ISO（國際標準化組織）EIA（美國電子工業協會）目前我國廣泛使用的是：3B 和 ISO兩種如何進行數控編程？手動編程與自動編程第3章 電火花線切割加工3.3 電火花線切割控制系統和編程技術1453.3.2 編程技術數控編程-3B3B編程格式：Bx By BJ G Zx,y直線的終點坐標或圓弧的起點坐標絕對值，單位mJ計數長度G計數方向Z加工指令直線L（L1,L2,L3,L4）順圓弧SR(SR1,SR2,SR3,SR4)逆圓弧NR(NR1,NR2,NR3,NR4)所

58、有坐標都是相對的第3章 電火花線切割加工3.3 電火花線切割控制系統和編程技術1463.3.2 編程技術直線編程-3B格式：Bx By BJ G(x,y) L(1,2,3,4)第3章 電火花線切割加工3.3 電火花線切割控制系統和編程技術 L1 X Y L2 L3 L4 (1000,1000) X Y B1000 B1000 B1000 Gx L1 (-2000,1000) X Y B2000 B1000 B2000 Gx L2 1473.3.2 編程技術直線數控編程-3BB10000 B10000 B10000 Gx L1B0 B20000 B20000 Gy L2B10000 B10000

59、 B10000 Gx L2B10000 B10000 B10000 Gx L3B0 B20000 B20000 Gy L4B10000 B10000 B10000 Gx L4Bx By BJ G(x,y) L(1,2,3,4)第3章 電火花線切割加工3.3 電火花線切割控制系統和編程技術1483.3.2 編程技術直線圓弧數控編程-3B逆圓：Bx By BJ G(x,y) NR(1,2,3,4)順圓：Bx By BJ G(x,y) SR(1,2,3,4)第3章 電火花線切割加工3.3 電火花線切割控制系統和編程技術 (1000,50) (-1000,-50) X Y B1000 B50 B200

60、2 Gy NR1 R=1001 (1000,50) (-1000,-50) X Y B1000 B50 B2002 Gy SR3 R=1001 坐標原點：圓心x, y：起點坐標J：軸上投影值，絕對值累加G：終點坐標絕對值小的方向1493.3.2 編程技術直線圓弧數控編程-3BB0 B4000 B4000 Gy NR4B0 B2000 B2000 Gy L2B4000 B0 B4000 Gx NR1B2000 B0 B2000 Gx L3B0 B4000 B4000 Gy NR2B0 B2000 B2000 Gy L4B4000 B0 B4000 Gx NR3B2000 B0 B2000 Gx