机械加工工艺教学课件作者武友德11.ppt

教学单元11 零件的特种加工工艺设计 11. 1任务引入 11. 2相关知识 11. 3任务实施 复习与思考题 11. 1任务引入 图11-1和图11-2分别为冲裁模的凸凹模和卡箍落料模凹模零件。分析其结构特点，采用常规的机械加工方法难度大或根本无法加工，只有采用特殊的加工方法和工艺加以解决。特种加工是直接利用电能、热能、光能、化学能、电化学能、声能等进行加工的工艺方法，与传统的切削加工方法相比，其加工机理完全不同。在模具生产中常用的有电火花成形加工、电火花线切割加工、电铸加工、电解加工、超声加工和化学加工等。本单元主要讲述特种加工方法中较为通用的一种方式:数控电火花成形加工和数控电火花线切割加工工艺，其主要任务是通过完成图11-1和11-2所不零件的特种加工工艺设计分析，使学生掌握特种加工工艺设计方法。 11. 2相关知识 11. 2. 1电火花成形加工 电火花成形加工又称放电加工(Electrical Discharge Machining，简称EDM),它是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来。 一、电火花成形加工的原理、机理和特点 (一)电火花成形加工的原理 电火花成形加工的原理是基于工具和工件(正、负电极)之间脉冲火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。要达到这一目的，必须创造下列条件: 11. 2相关知识 (1)必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距离以形成放电间这个间隙的大小与加工电压、加工介质等因索有关，一般为0. 01 ~ 0. 1 mm左在加工过程中还必须用工具电极的进给和调节装置来保持这个放电间隙，使脉冲放电能连续进行。 (2)脉冲波形基本是单向的，如图11-3所示放电延续时间ti称为脉冲宽度， ti应小于10﹣3s，以使放电产生的热量来不及从放电点过多传导扩散到其他部位，只在极小的范围之内使金属局部熔化，直至气化。相邻脉冲之间的间隔时间ti称为脉冲间隔，它使放电介质有足够的时间恢复绝缘状态，以免引起持续电弧放电，烧伤加工表面。T = ti+to称为脉冲周期。 11. 2相关知识 (3)放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行液体介质能够将电蚀产物从放电间隙中排出，还可对电极表面进行较好的冷却。 目前大多数电火花成形机床采用煤油做工作液进行穿孔和型腔加工。在大功率工作条件下(如大型复杂型腔模的加工)，为了避免煤油着火，采用燃点较高的机油、煤油与机油的混合油等作为工作液。近年来，新开发的水基工作液可使粗加工效率大幅度提高。 (4)有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属熔化或气化图11-4为电火花加工系统原理图。自动进给调节装置能使工件和工具电极保持给定的放电间隙。脉冲电源输出的电压加在液体介质中的工件和工具电极(以下简称电极)上。当电压升高到间隙中介质的击穿电压时，会使介质在绝缘强度最低处被击穿，产生火花放电，如图11-5所示瞬间高温使工件和电极表面都被蚀除掉一小块材料，形成小的凹坑。 11. 2相关知识 (二)电火花成形加工的机理 火花放电时，电极表面的金属材料被蚀除的微观物理过程即所谓电火花加工的机理，了解这一微观过程，有助于掌握电火花成形加工的基本规律。 一次脉冲放电过程大致可分为以下四个连续的阶段:极间介质的电离、击穿，形成放电通道;介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀;电极材料的抛出;极间介质的消电离。 (1)极间介质的电离、击穿，形成放电通道当脉冲电压施加于工具电极与工件之间时，两极之间立即形成一个电场。电场强度与电压成正比，与距离成反比，随着极间电压的升高或是极间距离的减小，极间电场强度也将随着增大，最终在最小间隙处使介质击穿而形成放电通道，电子高速奔向阳极，正离子奔向阴极，并产生火花放电，形成放电通道。放电状况如图11-5所示 11. 2相关知识 (2)电极材料熔化、汽化热膨胀由于放电通道中电子和离子高速运动时相互碰撞，产生大量的热能。两极之间沿通道形成了一个温度高达7 0 000℃~7 2 000℃的瞬时高温热源，电极和工件表面层金属会很快熔化，甚至汽化。汽化后的工作液和金属蒸气瞬时间体积猛增，迅速热膨胀，具有爆炸的特性。 (3)电极材料的抛出通道和正负极表面放电点瞬时高温使工作液气化和金属材料熔化、气化，热膨胀产生很高的瞬时压力。通道中心的压力最高，使气化的气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的“气泡”，气泡上下、内外的瞬时压力并不相等，压力高处的熔融金属液体和蒸气就被排挤、抛出而进人工作液中冷却，凝固成细小的圆球状颗粒，其直径视脉