1、 遼寧科技學(xué)院本科生精密與特種加工(論文) 第 12 頁(yè)遼 寧 科 技 學(xué) 院（2013屆）精密與特種加工論文題目：精密與特種加工技術(shù)論述 專(zhuān)題：模具電火花加工專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)：機(jī)電姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：論文共13頁(yè)，其中：專(zhuān)題12頁(yè)，譯文0頁(yè)模具電火花加工技術(shù)摘 要在模具工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，電火花加工是當(dāng)前模具加工的重要方法之一，并有著其它加工方法無(wú)可替代的優(yōu)點(diǎn)。電火花加工技術(shù)已取得了突破性的進(jìn)展。它是一種直接利用電能和熱能進(jìn)行加工的新工藝。對(duì)于為尋求向客戶(hù)在較短的交貨時(shí)間以較低的價(jià)格提供較高質(zhì)量的產(chǎn)品的模具生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，電火花加工自動(dòng)化是一個(gè)很有吸引力的。選擇

2、電火花加工技術(shù)作為特種加工領(lǐng)域的一門(mén)重要技術(shù)，本文從電火花加工技術(shù)發(fā)展的基本現(xiàn)狀、電火花的基本原理、特點(diǎn)、電火花加工的操作過(guò)程、電火花加工新技術(shù)的發(fā)展等五個(gè)方面入手如實(shí)論述。關(guān)鍵字：電火花加工的基本現(xiàn)狀、基本原理、特點(diǎn)、操作過(guò)程、新技術(shù)的發(fā)展 目錄1 引言32 模具電火花發(fā)展的基本現(xiàn)狀42.1 精密化42.2 智能化42.3 自動(dòng)化52.4 高效化53 電火花加工基本原理64 電火花加工的特點(diǎn)85 模具電火花的加工過(guò)程96 電火花加工新技術(shù)的發(fā)展106.1 新技術(shù)的發(fā)展106.2 電火花加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)107 參考文獻(xiàn)121 引言作為先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要分支，特種加工技術(shù)，尤其是電火花加工

3、技術(shù)，自20世紀(jì)40年代開(kāi)創(chuàng)以來(lái)，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已成為先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分。尤其是進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、航空和航天技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，電火花成形加工技術(shù)也朝著更深層次、更高水平的方向發(fā)展。雖然一些傳統(tǒng)加工技術(shù)通過(guò)自身的不斷更新發(fā)展以及與其它相關(guān)技術(shù)的融合，在一些難加工材料加工領(lǐng)域，尤其在模具加工領(lǐng)域，表現(xiàn)出了加工效率高等優(yōu)勢(shì)，但這些技術(shù)的應(yīng)用沒(méi)有也不可能完全取代電火花成形加工技術(shù)在難加工材料、復(fù)雜型面、模具等加工領(lǐng)域中的地位。相反，電火花成形加工技術(shù)通過(guò)借鑒其它加工技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，正不斷向微細(xì)化、高效化、精密化、自動(dòng)化、智能化

4、等方向發(fā)展。 2 模具電火花發(fā)展的基本現(xiàn)狀模具電火花加工技術(shù)正不斷向精密化、自動(dòng)化、智能化、高效化等方向發(fā)展。如今新型數(shù)控電火花機(jī)床層出不窮，如瑞士阿奇、瑞士夏米爾、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱等機(jī)床在這方面技術(shù)都有了全面的提高。2.1 精密化電火花加工的精密核心主要體現(xiàn)在對(duì)尺寸精度、仿形精度、表面質(zhì)量的要求。時(shí)下數(shù)控電火花機(jī)床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可達(dá)±2-3m、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3m。通過(guò)采用一系列先進(jìn)加工技術(shù)和工藝方法，可達(dá)到鏡面加工效果且能夠成功地完成微型接插件、IC塑封、手機(jī)、CD盒等高精密模具部位的電火花加工。

5、從總體來(lái)看，現(xiàn)代模具企業(yè)在先進(jìn)數(shù)控電火花機(jī)床的應(yīng)用上，還沒(méi)能很好地挖掘出機(jī)床的精密加工性能。因此有必要全面推動(dòng)已有數(shù)控加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，不斷提高模具加工精度。2.2 智能化智能控制技術(shù)的出現(xiàn)把數(shù)控電火花加工推向了新的發(fā)展高度。新型數(shù)控電火花機(jī)床采用了智能控制技術(shù)。專(zhuān)家系統(tǒng)是數(shù)控電火花機(jī)床智能化的重要體現(xiàn)，它的智能性體現(xiàn)在精確的檢測(cè)技術(shù)和模糊控制技術(shù)兩方面。專(zhuān)家系統(tǒng)采用人機(jī)對(duì)話(huà)方式，根據(jù)加工的條件、要求，合理輸入設(shè)定值后便能自動(dòng)創(chuàng)建加工程序，選用最佳加工條件組合來(lái)進(jìn)行加工。在線(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、調(diào)整加工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的最優(yōu)化控制。專(zhuān)家系統(tǒng)在檢測(cè)加工條件時(shí)，只要輸入加工形狀、電極與工件材質(zhì)、加工位

6、置、目標(biāo)粗糙度值、電極縮放量、搖動(dòng)方式、錐度值等指標(biāo)，就可自動(dòng)推算并配置最佳加工條件。模糊控制技術(shù)是由計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)來(lái)判定電火花加工間隙的狀態(tài)，在保持穩(wěn)定電弧的范圍內(nèi)自動(dòng)選擇使加工效率達(dá)到最高的加工條件；自動(dòng)監(jiān)控加工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)最穩(wěn)定的加工過(guò)程的控制技術(shù)。專(zhuān)家系統(tǒng)智能技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)床操作更容易，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求更低。目前智能化技術(shù)不斷地升級(jí)，使得智能控制技術(shù)的應(yīng)用范圍更加的廣泛。隨著市場(chǎng)對(duì)電加工要求的提升，智能化技術(shù)將獲得更為廣闊的發(fā)展空間。2.3 自動(dòng)化目前最先進(jìn)的數(shù)控電火花機(jī)床在配有電極庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)電極夾具的情況下，只要在加工前將電極裝入刀庫(kù)，編制好加工程序，整個(gè)電火花加工過(guò)程便能日以赴繼地

7、自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎無(wú)需人工操作。機(jī)床的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率。但自動(dòng)裝置配件的價(jià)格比較昂貴，大多模具企業(yè)的數(shù)控電火花機(jī)床的配置并不齊全。數(shù)控電火花機(jī)床具備的自動(dòng)測(cè)量找正、自動(dòng)定位、多工件的連續(xù)加工等功能已較好地發(fā)揮了它的自動(dòng)化性能。自動(dòng)操作過(guò)程不需人工干預(yù)，可以提高加工精度、效率。普及機(jī)床的自動(dòng)化程度是當(dāng)前數(shù)控電火花機(jī)床行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一。2.4 高效化現(xiàn)代加工的要求為數(shù)控電火花加工技術(shù)提供了最佳的加工模式，即要求在保證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手機(jī)外殼、家電制品、電器用品、電子儀表等領(lǐng)域，都要求將大面積（例如100×100mm）工件的放電時(shí)間大

8、幅縮短，同時(shí)又要降低粗糙度。從原來(lái)的Ra0.8m改進(jìn)到Ra0.25m，使放電后不必再進(jìn)行手工拋光處理。這不但縮短了加工時(shí)間且省卻后處理的麻煩，同時(shí)提升了模具品質(zhì)，使用粉末加工設(shè)備可達(dá)到要求。另外減少輔助時(shí)間(如編程時(shí)間、電極與工件定位時(shí)間等)，這就需要增強(qiáng)機(jī)床的自動(dòng)編程功能，配置電極與工件定位的夾具、裝置。若在大工件的粗加工中選用石墨電極材料也是提高加工效率的好方法。最佳的加工模式是企業(yè)擴(kuò)大市場(chǎng)空間、提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的資本，其開(kāi)發(fā)而成的新產(chǎn)品、新技術(shù)亦愈受歡迎。3 電火花加工基本原理 電火花加工基于電火花腐蝕原理，是在工具電極與工件電極相互靠近時(shí)，極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產(chǎn)生瞬時(shí)高

9、溫，使金屬局部熔化，甚至氣化，從而將金屬蝕除下來(lái)。那么兩電極表面的金屬材料是如何被蝕除下來(lái)的呢？這一過(guò)程大致分為以下幾個(gè)階段(如2-1圖所示)： 圖2-1 電火花加工原理(1) 極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道(如圖2-1(a)所示)。工具電極與工件電極緩緩靠近，極間的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，由于兩電極的微觀(guān)表面是凹凸不平的，因此在兩極間距離最近的A、B處電場(chǎng)強(qiáng)度最大。工具電極與工件電極之間充滿(mǎn)著液體介質(zhì)，液體介質(zhì)中不可避免地含有雜質(zhì)及自由電子，它們?cè)趶?qiáng)大的電場(chǎng)作用下，形成了帶負(fù)電的粒子和帶正電的粒子，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，帶電粒子就越多，最終導(dǎo)致液體介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道。 放電通道是由大量高速運(yùn)動(dòng)的

10、帶正電和帶負(fù)電的粒子以及中性粒子組成的。由于通道截面很小，通道內(nèi)因高溫?zé)崤蛎浶纬傻膲毫Ω哌_(dá)幾萬(wàn)帕，高溫高壓的放電通道急速擴(kuò)展，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波向四周傳播。在放電的同時(shí)還伴隨著光效應(yīng)和聲效應(yīng)，這就形成了肉眼所能看到的電火花。(2) 電極材料的熔化、氣化熱膨脹(如圖2-1(b)、(c)所示)。液體介質(zhì)被電離、擊穿，形成放電通道后，通道間帶負(fù)電的粒子奔向正極，帶正電的粒子奔向負(fù)極，粒子間相互撞擊，產(chǎn)生大量的熱能，使通道瞬間達(dá)到很高的溫度。通道高溫首先使工作液汽化，進(jìn)而氣化，然后高溫向四周擴(kuò)散，使兩電極表面的金屬材料開(kāi)始熔化直至沸騰氣化。氣化后的工作液和金屬蒸氣瞬間體積猛增，形成了爆炸的特性。所以

11、在觀(guān)察電火花加工時(shí)，可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象，并聽(tīng)到輕微的爆炸聲。 (3) 電極材料的拋出(如圖2-1(d)所示)。正負(fù)電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象，使放電通道產(chǎn)生高溫高壓。通道中心的壓力最高，工作液和金屬氣化后不斷向外膨脹，形成內(nèi)外瞬間壓力差，高壓力處的熔融金屬液體和蒸氣被排擠，拋出放電通道，大部分被拋入到工作液中。仔細(xì)觀(guān)察電火花加工，可以看到橘紅色的火花四濺，這就是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。(4) 極間介質(zhì)的消電離(如圖2-1(e)所示)。加工液流入放電間隙，將電蝕產(chǎn)物及殘余的熱量帶走，并恢復(fù)絕緣狀態(tài)。若電火花放電過(guò)程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物來(lái)不及排除和擴(kuò)散，產(chǎn)生的熱量將不能及時(shí)傳出，使該處

12、介質(zhì)局部過(guò)熱，局部過(guò)熱的工作液高溫分解、積炭，使加工無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，并燒壞電極。因此，為了保證電火花加工過(guò)程的正常進(jìn)行，在兩次放電之間必須有足夠的時(shí)間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排出，恢復(fù)放電通道的絕緣性，使工作液介質(zhì)消電離。上述步驟(1)(4)在一秒內(nèi)約數(shù)千次甚至數(shù)萬(wàn)次地往復(fù)式進(jìn)行，即單個(gè)脈沖放電結(jié)束，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間間隔(即脈沖間隔)使工作液恢復(fù)絕緣后，第二個(gè)脈沖又作用到工具電極和工件上，又會(huì)在當(dāng)時(shí)極間距離相對(duì)最近或絕緣強(qiáng)度最弱處擊穿放電，蝕出另一個(gè)小凹坑。這樣以相當(dāng)高的頻率連續(xù)不斷地放電，工件不斷地被蝕除，故工件加工表面將由無(wú)數(shù)個(gè)相互重疊的小凹坑組成(如圖2-2所示)。所以電火花加工是大量的微小放電痕跡

13、逐漸累積而成的去除金屬的加工方式。 圖2-2 電火花表面局部放大圖4 電火花加工的特點(diǎn)電火花加工能加工高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高純度、高韌性的各種材料，而其加工機(jī)理與切削方法完全不同，具有以下特點(diǎn)：1、脈沖放電的能量密度高，便于加工用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無(wú)法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。2、脈沖放電持續(xù)時(shí)間極短，放電時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小，材料受熱影響范圍小。3、加工時(shí)，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀(guān)作用力極小。工具電極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。4、可以改革工件結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度

14、。5 模具電火花的加工過(guò)程數(shù)控電火花加工技術(shù)的發(fā)展，使得加工過(guò)程的操作更為快捷。使用ATC（自動(dòng)電極交換裝置）的數(shù)控電火花機(jī)床的操作過(guò)程為：機(jī)床在開(kāi)機(jī)后，先回到機(jī)械原點(diǎn)；然后裝夾工件，將基準(zhǔn)球固定在工作臺(tái)X、Y行程范圍內(nèi)任意位置；把要加工的電極裝入ATC電極庫(kù)，將基準(zhǔn)電極插入主軸夾頭；通過(guò)手動(dòng)控制完成基準(zhǔn)電極中心對(duì)工件零點(diǎn)的定位；接著完成基準(zhǔn)電極對(duì)基準(zhǔn)球的中心定位，將基準(zhǔn)電極的中心偏移量記憶。使用自動(dòng)編程軟件制作程序，首先輸入使用的電極號(hào)、加工深度，執(zhí)行檢索加工條件；再制作測(cè)量加工電極中心偏移量的程序與加工程序組合，保存制作好的程序；最后調(diào)出程序執(zhí)行即可開(kāi)始加工。加工過(guò)程中自動(dòng)裝入電極、自動(dòng)測(cè)

15、量加工電極中心偏移量、自動(dòng)定位、開(kāi)油加工、監(jiān)測(cè)加工。整個(gè)加工過(guò)程的重要操作步驟是在編程環(huán)節(jié)，編程時(shí)加工思路一定要清晰，輸入的數(shù)值一定要準(zhǔn)確，才能保證自動(dòng)加工過(guò)程的正確執(zhí)行。不具備ATC電極庫(kù)的數(shù)控電火花加工操作過(guò)程與上述是一樣的，只是加工中換電極、測(cè)量中心偏移量的步驟需由手動(dòng)操作完成。可見(jiàn)ATC是數(shù)控電火花加工自動(dòng)化的重要工具，它的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)加工繁瑣的操作模式。 6 電火花加工新技術(shù)的發(fā)展6.1 新技術(shù)的發(fā)展數(shù)控電火花成形機(jī)（NCSEDM機(jī)床）各項(xiàng)工藝指標(biāo)雖然已達(dá)到了很高的水平，可是在高速銑（HSM）迅速發(fā)展的今天，其發(fā)展空間仍受到了一定的擠壓。但由于HSM在加工凹型腔時(shí)還存在一定的問(wèn)題，

16、包括深槽窄縫的加工，內(nèi)清角的加工，棱邊清晰的加工，細(xì)微、復(fù)雜、精密加工，深型腔（L/D5）的加工等，還有超硬材料的加工也不是HSM的特長(zhǎng)。從實(shí)力來(lái)講國(guó)外幾個(gè)著名廠(chǎng)商還是處于領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。 日本牧野公司第一次展出電極自動(dòng)交換（AEC）和工件自動(dòng)交換（AWC）的EDGE2全自動(dòng)NCSEDM機(jī)床。AEC采用EROWA ITS系統(tǒng)、3R宏系統(tǒng)或牧野的Y形系統(tǒng)，分直接交換式和旋轉(zhuǎn)式二種。直接交換式電極容量為4根，旋轉(zhuǎn)式電極容量為832根，使用卡盤(pán)適配器交換時(shí)最大電極重量（含電極夾具）40 kg，AEC交換時(shí)間一般為20s；AWC具有通用性的工件庫(kù)和工件貨盤(pán)交換裝置，容易確認(rèn)的平面工件庫(kù)適合于復(fù)雜模具加工。采

17、用輔助工作臺(tái)，以便于大工件的自動(dòng)交換，采用工作液快速處理技術(shù)，使下一個(gè)工件的交換變得更快、更可靠。該機(jī)床還具有工作液恒溫控制（±0.5 ），Ra0.18m的超精加工技術(shù)（電極：直徑40 mm銅，工件：NAK80），R0.015mm的銳角加工技術(shù)以及添加劑為SC的混粉加工技術(shù)等。 日本沙迪克公司展出的AM45L同樣是全自動(dòng)的NCSEDM機(jī)床，具有電極和工件自動(dòng)交換功能，采用的是EROWA系統(tǒng)，也是第一次在國(guó)際模展上展出。 瑞士夏米爾公司也開(kāi)發(fā)了混粉加工技術(shù)，在國(guó)際模展上第一次展出了ROBOFORM 350混粉加工機(jī)床，該機(jī)床采用1.5 L罐裝Gamma M1×50混粉，可以用

18、混粉工作液進(jìn)行粗、精加工，并在同一臺(tái)機(jī)床上可實(shí)現(xiàn)普通工作液和混粉工作液二種加工方式，從混粉加工轉(zhuǎn)換到普通工作液加工，約需2 h的過(guò)濾時(shí)間，而從普通工作液轉(zhuǎn)換成混粉加工，只要30 min的準(zhǔn)備時(shí)間。混粉加工時(shí)不用過(guò)濾器。混粉的使用壽命為400h，甚至更長(zhǎng)一些。混粉可以實(shí)現(xiàn)Ra0.2m的精加工，即使加工面積的大小變化，也能加工出Ra0.2m的工件表面。例如，加工30mm×30mm×5mm的型腔，材料為W300鋼，用同樣的加工工藝，普通工作液Ra0.5m，而混粉工作液Ra0.18m，而且縮短了加工時(shí)間，降低了約30%的電極損耗6.2 電火花加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)未來(lái)數(shù)控電火花加工技術(shù)的發(fā)展空間是十分廣闊的。由于電火花加工過(guò)程本身的復(fù)雜性，迄今對(duì)電火花加工的機(jī)理尚未完全