电火花加工工艺及应用

第一章 电火花加工基础知识……………………1

1.1 电火花加工的产生、发展及分布……………………1

1.2 电火花加工的特点……………………3

1.3 电火花加工应具备的条件……………………4

1.4 电火花加工的工艺类型及适用范围……………………5

1.5 电火花加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响……………………6

1.6 电火花放电的微观过程……………………7

1.7 电火花加工的极性效应……………………9

1.8 影响电火花加工蚀除速度的因素……………………10

1.9 蚀除(加工)速度和电极损耗的关系……………………13

1.9.1 加工速度……………………13

1.9.2 工具电极相对损耗速度和相对损耗比……………………13

1.10 影响电火花加工精度的主要因素……………………15

1.11 电火花加工的表面质量……………………16

1.11.1 表面粗糙度……………………16

1.11.2 表面变质层……………………17

1.11.3 表面力学性能……………………17

第二章 电火花成形加工设备……………………19

2.1 电火花成形加工机床的结构及组成……………………19

2.1.1 主机……………………19

2.1.2 脉冲电源……………………25

2.1.3 放电自动进给机构……………………29

2.1.4 工作液系统……………………33

2.2 电火花成形加工数控系统……………………36

2.2.1 电火花加工单轴数控系统……………………37

2.2.2 电火花成形加工多轴数控系统……………………38

2.2.3 数控摇动加工……………………38

2.2.4 电火花加工数控编程……………………38

2.3 电火花成形加工机床常用附件……………………40

2.3.1 电极夹具……………………40

2.3.2 平动头……………………43

2.3.3 油杯……………………44

2.3.4 电极自动交换装置……………………45

2.3.5 C 轴……………………45

2.4 数控电火花成形加工机床的工作精度(加工技术指标考核)……………………45

2.5 安全防护……………………46

2.5.1 电气安全……………………46

2.5.2 火灾的防止……………………46

2.5.3 有害气体的防护……………………47

第三章 数控电火花线切割设备……………………49

3.1 电火花线切割基本原理……………………49

3.2 电火花线切割加工特点……………………50

3.3 电火花线切割加工的应用范围……………………50

3.4 电火花线切割机床分类……………………51

3.4.1 高速往复走丝电火花线切割机床……………………51

3.4.2 低速单向走丝电火花线切割机床……………………52

3.5 数控电火花线切割机床主机……………………53

3.5.1 高速往复走丝电火花线切割机床基本组成……………………53

3.5.2 低速单向走丝电火花线切割机床……………………76

3.6 数控电火花线切割机床控制系统……………………90

3.6.1 高速往复走丝电火花线切割机床控制系统……………………90

3.6.2 低速单向走丝电火花线切割机床驱动系统……………………99

3.7 数控电火花线切割加工脉冲电源……………………101

3.7.1 高速往复走丝电火花线切割加工脉冲电源……………………101

3.7.2 低速单向走丝电火花线切割加工脉冲电源……………………105

3.8 典型高速往复走丝电火花线切割机控制系统……………………108

3.9 线切割编程方法及仿形编程……………………109

3.9.1 ISO代码……………………109

3.9.2 3B程序……………………112

3.9.3 自动编程系统……………………114

3.9.4 仿形编程系统……………………114

第四章 电火花成形加工的基本规律和特点……………………117

4.1 电火花成形加工的主要工艺指标及其影响因素……………………117

4.1.1 加工速度……………………117

4.1.2 电极损耗……………………118

4.1.3 表面粗糙度……………………119

4.1.4 加工精度……………………119

4.2 电火花成形加工脉冲参数选择原则……………………119

4.3 影响电火花成形加工精度和表面质量的因素……………………121

4.3.1 影响加工精度的主要因素……………………121

4.3.2 电火花加工的表面质量……………………122

4.4 加工过程中的参数控制……………………125

4.4.1 过程控制的目的……………………125

4.4.2 过程控制的难度……………………125

4.4.3 离线控制参数……………………125

4.4.4 在线控制参数……………………126

4.4.5 出现拉弧时的补救措施……………………126

4.4.6 适应控制系统……………………126

4.5 电火花成形加工中放电不稳定现象产生原因及改善……………………127

4.5.1 机床性能产生的放电不稳定现象……………………128

4.5.2 电参数调节对放电稳定性的影响……………………128

4.5.3 工作液对放电稳定性的影响……………………129

4.5.4 电极材料的种类、质量及与加工电参数匹配对放电稳定性的影响……………………129

4.5.5 工艺方法对放电稳定性的影响……………………129

4.5.6 难加工部位对加工稳定性的影响……………………130

4.5.7 加工操作的处理对加工稳定性的影响130

第五章 电火花成形加工工艺……………………132

5.1 电火花成形加工基本工艺过程……………………132

5.1.1 加工方法的选择……………………132

5.1.2 电极的准备……………………133

5.1.3 工件的准备……………………138

5.1.4 加工参数的选择……………………138

5.2 电火花穿孔加工方法……………………139

5.2.1 直接加工法……………………139

5.2.2 间接加工法……………………139

5.2.3 混合加工法……………………140

5.3 电火花型腔加工方法……………………140

5.3.1 单电极平动加工法140

5.3.2 多电极更换加工法140

5.3.3 分解电极加工法……………………141

5.3.4 电火花铣削加工……………………141

5.4 电火花成形加工的一些综合技巧……………………142

5.4.1 穿孔电极的反拷贝修正……………………142

5.4.2 电火花加工模具的后继抛光方法……………………143

5.5 电火花成形加工工艺发展与模具制造的相关性……………………143

5.6 电火花成形加工技术在模具制造中的应用……………………145

5.6.1 注塑模加工……………………145

5.6.2 冲模电火花穿孔加工……………………145

5.6.3 精密微细加工……………………145

5.7 电火花成形加工工艺分析与操作案例……………………146

5.7.1 工艺美术品凹模型腔电火花加工实例146

5.7.2 连杆锻模电火花加工实例……………………147

5.7.3 型腔模电火花加工实例……………………148

5.7.4 塑料叶轮注塑模电火花型腔加工实例……………………149

第六章 电火花高速小孔加工……………………151

6.1 电火花高速小孔加工原理……………………152

6.1.1 电火花高速小孔加工工艺特点……………………152

6.1.2 电火花高速小孔加工工艺规律……………………153

6.1.3 高速小孔加工极间正常放电状态的维持154

6.1.4 电极旋转移动放电通道避免电极烧伤……………………154

6.2 电火花高速小孔加工机床的组成……………………155

6.2.1 床身结构……………………155

6.2.2 主轴、密封旋转系统和导向器……………………155

6.2.3 工作液髙压供液系统……………………157

6.2.4 工作液系统使用操作……………………158

6.2.5 电气系统的组成与功能……………………158

6.3 电火花小孔加工工艺及故障处理……………………160

6.3.1 加工参数选择……………………160

6.3.2 非故障的异常情况处理……………………161

6.3.3 一般故障的处理……………………161

6.3.4 维护保养和检查……………………162

第七章 电火花线切割加工基本规律……………………164

7.1 切割速度……………………164

7.1.1 电参数的影响……………………164

7.1.2 非电参数的影响……………………168

7.2 表面粗糙度……………………173

7.3 加工精度……………………177

7.4 电极丝损耗及耐用度……………………180

第八章 数控电火花线切割机床操作及加工工艺……………………183

8.1 高速往复走丝电火花线切割机床搬运与安装要求……………………183

8.1.1 搬运要求……………………183

8.1.2 安装要求……………………183

8.2 高速走丝机安全操作规程……………………183

8.3 高速走丝机加工基本操作……………………184

8.3.1 上丝……………………184

8.3.2 紧丝……………………184

8.3.3 调整线臂高度……………………185

8.3.4 校正电极丝垂直……………………185

8.4 高速走丝加工应用及工艺……………………187

8.4.1 加工基本工艺路线187

8.4.2 零件图纸工艺分析187

8.4.3 工件备料……………………189

8.4.4 穿丝孔加工……………………190

8.4.5 加工路线的确定及切入点的选择……………………191

8.4.6 工件的一般装夹……………………192

8.4.7 维护与保养……………………196

8.4.8 常见故障排除……………………198

8.5 低速单向走丝电火花线切割机床操作……………………199

8.5.1 安全注意事项……………………199

8.5.2 影响机床加工的外界因素……………………200

8.5.3 机床的调整……………………203

8.5.4 加工前的检查……………………205

8.5.5 工件的安装……………………207

8.5.6 不同类型的夹具……………………208

8.5.7 典型零件的装夹方式……………………214

8.6 低速走丝加工水压、走丝速度及张力的调整……………………216

8.6.1 水压的调整……………………216

8.6.2 走丝速度的调整……………………217

8.6.3 电极丝张力大小的调整……………………217

8.7 低速走丝加工料芯的处理及无芯切割……………………217

8.8 低速走丝加工异常的处理……………………218

8.8.1 加工精度异常……………………218

8.8.2 频繁断丝……………………220

8.8.3 切割进给速度异常222

8.8.4 加工表面线痕过多222

8.8.5 加工表面粗糙度异常……………………223

第九章 高速往复走丝电火花线切割加工经验集锦……………………224

9.1 电火花线切割加工流程图……………………224

9.2 电火花线切割加工中应注意的事项……………………224

9.3 电火花线切割操作常用工具及使用方法……………………225

9.4 线切割加工跟踪最佳点的摸索……………………226

9.5 切割X 负方向(L3)时容易断丝的原因……………………227

9.6 延长电极丝使用寿命的方法……………………227

9.7 延长导轮和导轮轴承寿命的方法……………………228

9.8 断丝原因及处理方法……………………228

9.9 避免断丝后退回原点加工的方法……………………229

9.10 断丝后原地穿丝的方法……………………230

9.11 线切割加工中短路处理方法……………………230

9.12 切割表面发黑及工作液泡沫太多的处理方法……………………230

9.13 线切割“花丝”现象分析与解决……………………231

9.14 提高电火花线切割的自动对中心精度注意的问题……………………231

9.15 线切割加工中要注意保持穿丝孔的完整性……………………232

9.16 提高断丝保护功能的可靠性的方法……………………232

9.17 电火花线切割脉冲电源参数的设置……………………232

9.18 分析电火花线切割的加工误差……………………233

9.19 运丝及走丝系统异响问题的判断……………………233

9.20 机床电气故障检修的一般方法……………………233

9.21 精密模具切割时线切割程序补偿量的确定……………………234

9.22 电极丝换向条纹的处理及表面亮泽度的提高……………………234

9.23 改善线切割加工表面粗糙度的措施……………………234

9.24 大厚度工件的切割工艺……………………235

9.25 大厚度“紫铜件”切割问题……………………235

9.26 铝合金电火花线切割加工236

9.27 对于局部淬裂或加工走错模具的修补……………………237

9.28 克服切割件变形、不易装夹、裂纹的几点措施……………………238

9.29 在线切割机床上实现接刀加工的方法……………………240

9.30 超长工件加工方法……………………242

9.31 改变工件定位方式,扩大机床加工范围……………………242

9.32 一种简易线切割夹具的设计……………………243

9.33 电火花线切割用于单件、小批的薄板加工……………………244

9.34 电火花线切割用于薄带加工……………………245

9.35 电火花线切割在凸模加工中的接痕处理……………………245

9.36 小凸模在终点产生凹痕的处理方法……………………246

9.37 线切割加工对称度要求高的零件……………………246

9.38 解决线切割加工圆柱体同心度及对称度的方法……………………247

9.39 线切割表面产生沟痕及解决方法……………………247

9.40 精密冲压模线切割加工变形影响及对策……………………248

9.41 线切割加工长条形零件的工艺……………………249

9.42 多次切割预留段切割的处理方法与技巧……………………250

9.43 易变形细长凸模的多次切割方法……………………251

9.44 电火花线切割机床精度检测标准……………………253

9.45 高速走丝电火花线切割机床选择比较……………………254

9.46 国内主要电火花加工机床的生产厂……………………255

第十章 电火花线切割技术的最新进展……………………257

10.1 高效及智能型切割……………………257

10.1.1 高效切割……………………257

10.1.2 智能型高频脉冲电源……………………261

10.2 一次切割……………………262

10.3 多次切割……………………263

10.4 高速走丝机实现多次切割的基本条件……………………264

10.5 切割精度……………………266

10.5.1 实际修整量与理论修整量关系问题266

10.5.2 基于复合工作液的切割精度提高方式……………………267

10.5.3 智能电极丝张力控制系统……………………269

10.5.4 电机内置式储丝筒运丝系统……………………269

10.6 切割表面完整性的研究……………………270

10.7 高阻半导体材料的电火花加工……………………272

10.7.1 半导体电火花线切割意义与必要性……………………272

10.7.2 半导体放电模型272

10.7.3 半导体进电特性273

10.7.4 半导体体电阻的影响……………………274

10.7.5 半导体蚀除机理275

10.7.6 半导体切割实例276

10.8 工作液改进及应用导致的线切割发展……………………278

参考文献……………………280