1、特種加工技術(shù)教案2016學(xué)年第二學(xué)期課程類型：理實(shí)一體化課堂： 15級(jí)數(shù)數(shù)控技術(shù)課堂教師：蔡文華2016年9月11日一體教案課題名稱精密微孔零件的電火花加工理論課時(shí)間2課題目標(biāo)1 .了解電火花加工方法的原理和特征2 .了解電火花加工方法的分類3 .掌握電火花加工方法的基本工藝規(guī)則實(shí)訓(xùn)課2合計(jì)上課時(shí)間4提供日期2016.9.25教具媒體、實(shí)物、掛圖等教育重點(diǎn)電火花加工的基本原理和機(jī)理教育難點(diǎn)電火花加工的特征和分類教育評(píng)論說(shuō)明教育的過(guò)程一、組織教育。 (5分鐘)1、點(diǎn)名登記上班情況。2 .說(shuō)明注意事項(xiàng)，檢查和排除學(xué)生自身的安全危險(xiǎn)。3、讓學(xué)生組織幾個(gè)小組，以小組領(lǐng)導(dǎo)為小組負(fù)責(zé)人。二、引進(jìn)新課。 (

2、5分鐘)發(fā)生特殊加工的條件是發(fā)生了特殊加工的普通機(jī)械加工不能滿足加工的要求。 難以加工的材料、有特殊要求的零件、加工效率(生產(chǎn)率)、生產(chǎn)成本等需要特殊加工。 比較普通加工和特殊加工的不同，導(dǎo)入課題。隨著社會(huì)生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)科學(xué)家拉扎連柯夫婦研究了開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)被火花放電腐蝕的現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)火花的瞬間高溫使局部金屬熔化、氣化而腐蝕，開(kāi)始進(jìn)行火花加工，并發(fā)明了火花加工。 此后，通過(guò)各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)生了與傳統(tǒng)機(jī)械加工不同的新的加工方法。 這些新的加工方法廣義上定義為特殊加工(NTM，Non-Traditional Machining )，也稱為非傳統(tǒng)的加工技術(shù)，

3、其加工原理是將電、熱、光、聲、化學(xué)等能量及其組合添加到工件的被加工部位來(lái)實(shí)現(xiàn)材料去除。三、理論新教授。(1)電火花加工的基本原理和機(jī)理(35分鐘)(重點(diǎn)說(shuō)明)1 .電火花加工的基本原理電火花加工又稱電火花加工(electrical discharge machining，EDM )，其加工過(guò)程與傳統(tǒng)機(jī)械加工完全不同。 電火花加工是一種電能熱能加工方法。放電加工的基本原理是，利用工具和工件(正、負(fù)電極)之間發(fā)生脈沖火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象，蝕刻多馀的金屬，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件尺寸、形狀和表面質(zhì)量的加工要求。利用電腐蝕現(xiàn)象的加工條件(1)在工具電極和工件的被加工面之間確保一定的放電間隙。(2)火花放電必須在具

4、有一定絕緣性能的工作介質(zhì)中進(jìn)行。(3)火花放電不是持續(xù)電弧放電，而是瞬間的脈沖放電。2 .放電加工的機(jī)理(結(jié)合實(shí)物進(jìn)行說(shuō)明)1 )極間介質(zhì)電離、破壞、放電路徑的形成；如果在工具電極與工件之間施加脈沖電壓，則在兩極之間立即形成電場(chǎng)。 電場(chǎng)強(qiáng)度與電壓成正比，與距離成反比，隨著極間電壓的上升和極間距離的減少，極間電場(chǎng)強(qiáng)度也增大。 工具電極和工件的微觀表面有凹凸，極間距離也小，所以極間電場(chǎng)強(qiáng)度非常不均勻，兩極間最近的突出點(diǎn)和前端的電場(chǎng)強(qiáng)度一般最大。 電場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定數(shù)量時(shí)，介質(zhì)被破壞，放電間隙電阻從絕緣狀態(tài)迅速下降到幾分之一歐姆，間隙電流迅速上升到最大值。 由于通道直徑小，所以通道中的電流密度高。

5、間隙電壓從破壞電壓迅速下降到火花維持電壓(一般約2030V )，電流從0上升到某峰值電流。2 )介質(zhì)的熱分解、電極材料的熔融、氣化熱膨脹極間介質(zhì)電離、破壞后，放電路徑形成后，脈沖電源將路徑間的電子高速朝向正極，正離子朝向負(fù)極。 電能變成動(dòng)能，動(dòng)能通過(guò)碰撞又變成熱能。 于是，在通路內(nèi)正極和負(fù)極的表面分別成為瞬時(shí)熱源，達(dá)到高溫度。 通道的高溫使工作液體介質(zhì)氣化，進(jìn)一步熱分解而氣化。 這些氣化了的工作液和金屬蒸汽，具有瞬間體積急劇增加，在放電間隙內(nèi)變成氣泡，迅速熱膨脹爆炸的特性。 觀察放電加工的過(guò)程，放電間隙之間出現(xiàn)氣泡，工作液逐漸變黑，聽(tīng)到微弱輕快的爆炸聲。 電火花加工主要是通過(guò)熱膨脹和局部爆炸，

6、消融氣化的電極材料。3 )電極材料的緩慢通道和正負(fù)極表面的放電點(diǎn)瞬間變成高溫，使工作液氣化，使金屬材料熔融，氣化，在熱膨脹中產(chǎn)生高的瞬時(shí)壓力。 通道中心壓力最高，氣化的氣體不斷向外膨脹，壓力高的熔融金屬的液體和蒸汽被排斥，放出，進(jìn)入工作液中。 由于表面張力和凝聚力的作用，放出的材料具有最小的表面積，凝結(jié)時(shí)凝聚成細(xì)小的球粒子。溶解氣化了的金屬，一旦離開(kāi)電極表面，就會(huì)到處飛散，幾乎都被扔到工作液里變成小粒子，除此之外，還會(huì)略微飛散，電鍍，吸附在相反側(cè)的電極表面上。 這種相互飛散、電鍍、吸附現(xiàn)象可以用于在一定條件下減少或補(bǔ)償工具電極加工中的消耗。4 )極間介質(zhì)的離子化隨著脈沖電壓的結(jié)束，脈沖電流也迅

7、速下降到零，但之后也以一定的間隔使間隙介質(zhì)電離，即使放電路徑中的帶電粒子復(fù)合成中性粒子，恢復(fù)這次的放電路徑中的介電體的絕緣強(qiáng)度，降低電極表面溫度等，下次總是在同一地方反復(fù)放電，不引起電弧放電上述工序(1)(4)以每秒數(shù)千次至數(shù)萬(wàn)次往返式進(jìn)行，即單一脈沖的放電結(jié)束，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間間隔(即脈沖間隔)工作液恢復(fù)絕緣時(shí)，第二個(gè)脈沖再次起作用在工具電極和工件上，在該時(shí)刻極間距離相對(duì)最近，或者絕緣強(qiáng)度最弱的地方放電被破壞，另外的小凹陷被蝕刻。 這樣以非常高的頻率連續(xù)放電，工件一個(gè)接一個(gè)地被侵蝕，因此工件的加工表面由無(wú)數(shù)個(gè)小的凹陷構(gòu)成。 因此，放電加工是去除大量微小放電痕跡積累的金屬的加工方式。(2)放電加工

8、的特征和分類(20分鐘)(難點(diǎn)，用觀看視頻的方法說(shuō)明)1 .電火花加工的特征1 )火花加工適用于任何難削材料的加工，如宇宙、航空領(lǐng)域的發(fā)動(dòng)機(jī)零件、蜂窩密封構(gòu)造零件、深度窄的槽和狹縫等，特別適用于加工低剛性、薄壁工件、異形孔和復(fù)雜形狀的型腔模具、彎曲孔等。2 )放電加工時(shí)，工具電極和工件不直接接觸，兩者之間的宏觀力極小，工具電極不需要比工件材料硬，所以工具電極的制造很容易。3 )火花可以加工特殊復(fù)雜形狀的零件和表面。4 )放電加工直接利用電能，容易實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)控制和無(wú)人操作，減少機(jī)械加工工序，縮短加工周期，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，使用維護(hù)方便。2 .電火花加工技術(shù)方法的分類(3)電火花加工機(jī)的介紹(

9、15分鐘)1、HCD300K型機(jī)床介紹HCD300K型機(jī)床是中等高精細(xì)的精密特殊加工機(jī)床兼具國(guó)內(nèi)外同類機(jī)床的特征，是一種以用戶實(shí)際需要為目的而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的結(jié)構(gòu)新穎、性能可靠的精密放電成形機(jī)床，具有造型漂亮、操作方便、附件齊全等特點(diǎn)。HCD300K型機(jī)床2、HCD300K型機(jī)床的主要規(guī)格和技術(shù)參數(shù)3 .電火花加工機(jī)的結(jié)構(gòu)電火花機(jī)床主要由機(jī)床主體、脈沖電源、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工作液過(guò)濾和循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等部分組成。圖2-6電火花加工機(jī)1 )、機(jī)床主體機(jī)床主體主要由機(jī)床、立柱、主軸頭及附件、工作臺(tái)等部分組成。機(jī)床主軸頭和工作臺(tái)上經(jīng)常有可以調(diào)節(jié)工具電極角度的卡盤、平動(dòng)頭、油杯等附件。 本節(jié)主要介紹平移

10、頭。在放電加工中用一個(gè)電極進(jìn)行粗加工的情況下，在蝕刻去除了工件的大部分馀量后，底面和側(cè)壁周圍的表面粗糙度差，因此為了修正光，必須改變基準(zhǔn)，階段性地修剪。 但是，中精加工規(guī)格的放電間隙比粗加工規(guī)格的放電間隙小，所以不采取措施的話，周圍的側(cè)壁就不會(huì)變干凈。 平動(dòng)頭是為了修理光的側(cè)壁，提高其尺寸精度而設(shè)計(jì)的。平動(dòng)頭是使安裝的電極產(chǎn)生向外的機(jī)械補(bǔ)償動(dòng)作的技術(shù)附件。 平動(dòng)頭的工作原理是，利用偏心機(jī)構(gòu)使伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)軌跡保持機(jī)構(gòu)，電極上的各質(zhì)點(diǎn)以其原點(diǎn)位置為中心在水平面內(nèi)進(jìn)行平面小圓周運(yùn)動(dòng)，多個(gè)小圓的外包絡(luò)線面積形成加工截面積，如圖2-7所示，各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑稱為平運(yùn)動(dòng)量，其大小從零逐漸變大

11、圖2-7平動(dòng)頭的間隙放大原理圖(a )機(jī)械式平動(dòng)頭(b)NC平動(dòng)頭圖2-8平動(dòng)頭的外形2 )、脈沖電源在放電加工中，脈沖電源的作用是將商用頻率正弦波交流電流變成頻率高的單向脈沖電流，為工件和工具電極間的加工間隙提供必要的放電能量來(lái)蝕刻金屬。脈沖電源輸入為380 V、50 Hz的交流，其輸出應(yīng)滿足以下要求(1)如果沒(méi)有一定的脈沖放電能量，就不能使工件的金屬氣化。(2)火花放電必須是短時(shí)間的脈沖放電。 放電產(chǎn)生的熱無(wú)法擴(kuò)散到其他部分，有效地蝕刻金屬，提高成形性和加工精度。(3)脈沖波形是單向的，可以充分利用極性效應(yīng)，提高加工速度，降低工具的電極損失。(4)脈沖波形的主要參數(shù)(峰值電流、脈沖寬度、脈

12、沖間歇等)有很寬的調(diào)節(jié)范圍以滿足粗、中、精的要求。(5)有適當(dāng)?shù)拿}沖間隔時(shí)間，有充分的時(shí)間來(lái)消除放電介質(zhì)電離，沖走金屬粒子，防止引起電弧燒傷工件。四、總結(jié)(5分鐘)1 .放電加工方法的原理和特征2 .了解電火花加工方法的分類。五、實(shí)際技能(1)放電加工中的基本規(guī)律知識(shí)解說(shuō)(40分鐘)1 .影響材料放電腐蝕的因素在放電加工過(guò)程中，正極和負(fù)極都受到一定程度的電腐蝕。 即使是同樣的材料，正、負(fù)電極的電食量也不同。 這樣單純地因正、負(fù)極性的不同而電蝕刻量相互不同的現(xiàn)象被稱為極性效果。 兩電極材料不同時(shí)，極性效果變得更復(fù)雜。u極性效應(yīng)生產(chǎn)性工具損失極性效應(yīng)極性效應(yīng)的影響因素：在實(shí)際加工中，極性效應(yīng)受到電

13、極和電極材料、加工介質(zhì)、電源的種類、各個(gè)脈沖能量等各種因素的影響，其主要原因是脈沖寬度。極性選擇在電場(chǎng)的作用下，放電路徑中的電子朝正極跑，正離子朝負(fù)極跑。 在窄脈寬加工的情況下，電子慣性小，運(yùn)動(dòng)柔軟，大量的電子向正極跑動(dòng)，與正極表面沖撞，使正極表面急速熔融，氣化的正離子慣性大，運(yùn)動(dòng)緩慢，只能到達(dá)很少的部分，但由于大量的正離子不能到達(dá)， 電子的碰撞作用比正離子的碰撞作用大，正電極的電食量比負(fù)電極的電食量大，在這種情況下采用正極性加工。2、電參數(shù)對(duì)電蝕刻量的影響(結(jié)合實(shí)物進(jìn)行說(shuō)明)電氣參數(shù)：電壓脈沖寬度ti電流脈沖寬度to脈沖間隔t0脈沖頻率f峰值電流峰值電壓極性3 .金屬材料的熱學(xué)常數(shù)對(duì)電蝕刻量

14、的影響熱學(xué)常數(shù)：的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、熱傳導(dǎo)率、比熱、熔解熱、氣化熱等傳熱的道路：熱傳導(dǎo)工作液局部金屬升溫至熔點(diǎn)熔融材料的金屬液，沸點(diǎn)熔融金屬氣化金屬蒸汽升溫至過(guò)熱蒸汽.(2)放電加工操作例(與實(shí)物一起說(shuō)明) (30分鐘)1 .沖模加工材料是鋼沖模是生產(chǎn)中常用的模具，零件的尺寸精度、表面粗糙度直接取決于模具凹凸模的加工精度。 凹凸型的制造已成為生產(chǎn)上的重要技術(shù)之一。 特別是沖模，難以采用通常的機(jī)械加工方法，無(wú)法加工。 光靠鉗子修理，勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以保證質(zhì)量。 二是淬火變形常導(dǎo)致工件的廢棄。 如果采用電火花成形加工，就能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。 另一方面，火花成形加工可以在工件淬火后進(jìn)行，避免熱處理引起的工

15、件變形，另一方面不受材料硬度的限制，擴(kuò)大了模具材料的選定范圍。2 .加工工序1 )沖頭模具的加工：通過(guò)電火花線切割或成形磨削加工完成2 )沖模的加工：采用直接配合法進(jìn)行加工3 )電極、工件的卡盤：首先在機(jī)床主軸的電極卡盤上安裝選擇的電極，用直角尺向x、y方向調(diào)整，保證電極和機(jī)床臺(tái)面的垂直，然后將工件安裝到臺(tái)面上，用壓板固定。 最后移動(dòng)工作臺(tái)，保證電極中心和工件中心一致4 )電氣參數(shù)的選擇：脈沖寬度/毫秒脈沖間歇/毫秒峰值電流/702015 )工作液的選擇：采用煤油作為工作液的最后接通電源，加工深度由模具深度決定。3 .塑料葉輪注射模型室工件的形狀：在120日元的范圍內(nèi)，以其軸心為對(duì)稱中心，使6

16、片葉片的槽均勻分布。 溝的最深部的尺寸是15 mm。溝的上口寬2.2mm溝壁上有0.2mm的拔模坡度(約30)。 參照右側(cè)257葉輪的電極圖，工件中心有10 0.03mm的孔。4 .加工工序1 )工件的放電加工前的工序：車：精車10 0.03mm的孔和其他各尺寸，上下留下研磨量研：對(duì)上下兩面進(jìn)行精研最好在要加工的6個(gè)葉片部分別開(kāi)設(shè)1mm的排油孔，在加工時(shí)排油。2 )工具電極的技術(shù)要求：分別用紫銅材料加工6塊成形工具電極，嵌入固定板。 在電極固定板的中心加工10 0.03mm的孔，與工件的中心孔對(duì)應(yīng)。電火花加工前的工序：銑削或線切割：加工6個(gè)刀片電極夾具：刀片或焊接工具的電極和修補(bǔ)、研磨車：校正后加工10 0.03mm的孔。3 )工藝方法單電極并進(jìn)校正法4 )卡盤、校正、固定：準(zhǔn)備定位主軸： 45#圓鋼車長(zhǎng)為40mm，直徑10 mm的定位主軸作為修正棒工具電極：以各刀片電極的側(cè)壁為基準(zhǔn)進(jìn)行校正固定。 固定后，將定位主軸修正