《特种加工技术》教案

1、特种加工技术教案2016学年第二学期课程类型：理实一体化课堂： 15级数数控技术课堂教师：蔡文华2016年9月11日一体教案课题名称精密微孔零件的电火花加工理论课时间2课题目标1 .了解电火花加工方法的原理和特征2 .了解电火花加工方法的分类3 .掌握电火花加工方法的基本工艺规则实训课2合计上课时间4提供日期2016.9.25教具媒体、实物、挂图等教育重点电火花加工的基本原理和机理教育难点电火花加工的特征和分类教育评论说明教育的过程一、组织教育。 (5分钟)1、点名登记上班情况。2 .说明注意事项，检查和排除学生自身的安全危险。3、让学生组织几个小组，以小组领导为小组负责人。二、引进新课。 (

2、5分钟)发生特殊加工的条件是发生了特殊加工的普通机械加工不能满足加工的要求。 难以加工的材料、有特殊要求的零件、加工效率(生产率)、生产成本等需要特殊加工。 比较普通加工和特殊加工的不同，导入课题。随着社会生产的需要和科学技术的进步，20世纪60年代，前苏联科学家拉扎连柯夫妇研究了开关触点被火花放电腐蚀的现象和原因，发现火花的瞬间高温使局部金属熔化、气化而腐蚀，开始进行火花加工，并发明了火花加工。 此后，通过各种先进技术的应用，产生了与传统机械加工不同的新的加工方法。 这些新的加工方法广义上定义为特殊加工(NTM，Non-Traditional Machining )，也称为非传统的加工技术，

3、其加工原理是将电、热、光、声、化学等能量及其组合添加到工件的被加工部位来实现材料去除。三、理论新教授。(1)电火花加工的基本原理和机理(35分钟)(重点说明)1 .电火花加工的基本原理电火花加工又称电火花加工(electrical discharge machining，EDM )，其加工过程与传统机械加工完全不同。 电火花加工是一种电能热能加工方法。放电加工的基本原理是，利用工具和工件(正、负电极)之间发生脉冲火花放电时的电腐蚀现象，蚀刻多馀的金属，实现对零件尺寸、形状和表面质量的加工要求。利用电腐蚀现象的加工条件(1)在工具电极和工件的被加工面之间确保一定的放电间隙。(2)火花放电必须在具

4、有一定绝缘性能的工作介质中进行。(3)火花放电不是持续电弧放电，而是瞬间的脉冲放电。2 .放电加工的机理(结合实物进行说明)1 )极间介质电离、破坏、放电路径的形成；如果在工具电极与工件之间施加脉冲电压，则在两极之间立即形成电场。 电场强度与电压成正比，与距离成反比，随着极间电压的上升和极间距离的减少，极间电场强度也增大。 工具电极和工件的微观表面有凹凸，极间距离也小，所以极间电场强度非常不均匀，两极间最近的突出点和前端的电场强度一般最大。 电场强度增大到一定数量时，介质被破坏，放电间隙电阻从绝缘状态迅速下降到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大值。 由于通道直径小，所以通道中的电流密度高。

5、间隙电压从破坏电压迅速下降到火花维持电压(一般约2030V )，电流从0上升到某峰值电流。2 )介质的热分解、电极材料的熔融、气化热膨胀极间介质电离、破坏后，放电路径形成后，脉冲电源将路径间的电子高速朝向正极，正离子朝向负极。 电能变成动能，动能通过碰撞又变成热能。 于是，在通路内正极和负极的表面分别成为瞬时热源，达到高温度。 通道的高温使工作液体介质气化，进一步热分解而气化。 这些气化了的工作液和金属蒸汽，具有瞬间体积急剧增加，在放电间隙内变成气泡，迅速热膨胀爆炸的特性。 观察放电加工的过程，放电间隙之间出现气泡，工作液逐渐变黑，听到微弱轻快的爆炸声。 电火花加工主要是通过热膨胀和局部爆炸，

6、消融气化的电极材料。3 )电极材料的缓慢通道和正负极表面的放电点瞬间变成高温，使工作液气化，使金属材料熔融，气化，在热膨胀中产生高的瞬时压力。 通道中心压力最高，气化的气体不断向外膨胀，压力高的熔融金属的液体和蒸汽被排斥，放出，进入工作液中。 由于表面张力和凝聚力的作用，放出的材料具有最小的表面积，凝结时凝聚成细小的球粒子。溶解气化了的金属，一旦离开电极表面，就会到处飞散，几乎都被扔到工作液里变成小粒子，除此之外，还会略微飞散，电镀，吸附在相反侧的电极表面上。 这种相互飞散、电镀、吸附现象可以用于在一定条件下减少或补偿工具电极加工中的消耗。4 )极间介质的离子化随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅

7、速下降到零，但之后也以一定的间隔使间隙介质电离，即使放电路径中的带电粒子复合成中性粒子，恢复这次的放电路径中的介电体的绝缘强度，降低电极表面温度等，下次总是在同一地方反复放电，不引起电弧放电上述工序(1)(4)以每秒数千次至数万次往返式进行，即单一脉冲的放电结束，经过一定时间间隔(即脉冲间隔)工作液恢复绝缘时，第二个脉冲再次起作用在工具电极和工件上，在该时刻极间距离相对最近，或者绝缘强度最弱的地方放电被破坏，另外的小凹陷被蚀刻。 这样以非常高的频率连续放电，工件一个接一个地被侵蚀，因此工件的加工表面由无数个小的凹陷构成。 因此，放电加工是去除大量微小放电痕迹积累的金属的加工方式。(2)放电加工

8、的特征和分类(20分钟)(难点，用观看视频的方法说明)1 .电火花加工的特征1 )火花加工适用于任何难削材料的加工，如宇宙、航空领域的发动机零件、蜂窝密封构造零件、深度窄的槽和狭缝等，特别适用于加工低刚性、薄壁工件、异形孔和复杂形状的型腔模具、弯曲孔等。2 )放电加工时，工具电极和工件不直接接触，两者之间的宏观力极小，工具电极不需要比工件材料硬，所以工具电极的制造很容易。3 )火花可以加工特殊复杂形状的零件和表面。4 )放电加工直接利用电能，容易实现加工过程的自动控制和无人操作，减少机械加工工序，缩短加工周期，降低劳动强度，使用维护方便。2 .电火花加工技术方法的分类(3)电火花加工机的介绍(

9、15分钟)1、HCD300K型机床介绍HCD300K型机床是中等高精细的精密特殊加工机床兼具国内外同类机床的特征，是一种以用户实际需要为目的而设计开发的结构新颖、性能可靠的精密放电成形机床，具有造型漂亮、操作方便、附件齐全等特点。HCD300K型机床2、HCD300K型机床的主要规格和技术参数3 .电火花加工机的结构电火花机床主要由机床主体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、数控系统等部分组成。图2-6电火花加工机1 )、机床主体机床主体主要由机床、立柱、主轴头及附件、工作台等部分组成。机床主轴头和工作台上经常有可以调节工具电极角度的卡盘、平动头、油杯等附件。 本节主要介绍平移

10、头。在放电加工中用一个电极进行粗加工的情况下，在蚀刻去除了工件的大部分馀量后，底面和侧壁周围的表面粗糙度差，因此为了修正光，必须改变基准，阶段性地修剪。 但是，中精加工规格的放电间隙比粗加工规格的放电间隙小，所以不采取措施的话，周围的侧壁就不会变干净。 平动头是为了修理光的侧壁，提高其尺寸精度而设计的。平动头是使安装的电极产生向外的机械补偿动作的技术附件。 平动头的工作原理是，利用偏心机构使伺服电机的旋转运动通过轨迹保持机构，电极上的各质点以其原点位置为中心在水平面内进行平面小圆周运动，多个小圆的外包络线面积形成加工截面积，如图2-7所示，各质点的运动轨迹的半径称为平运动量，其大小从零逐渐变大

11、图2-7平动头的间隙放大原理图(a )机械式平动头(b)NC平动头图2-8平动头的外形2 )、脉冲电源在放电加工中，脉冲电源的作用是将商用频率正弦波交流电流变成频率高的单向脉冲电流，为工件和工具电极间的加工间隙提供必要的放电能量来蚀刻金属。脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流，其输出应满足以下要求(1)如果没有一定的脉冲放电能量，就不能使工件的金属气化。(2)火花放电必须是短时间的脉冲放电。 放电产生的热无法扩散到其他部分，有效地蚀刻金属，提高成形性和加工精度。(3)脉冲波形是单向的，可以充分利用极性效应，提高加工速度，降低工具的电极损失。(4)脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉

12、冲间歇等)有很宽的调节范围以满足粗、中、精的要求。(5)有适当的脉冲间隔时间，有充分的时间来消除放电介质电离，冲走金属粒子，防止引起电弧烧伤工件。四、总结(5分钟)1 .放电加工方法的原理和特征2 .了解电火花加工方法的分类。五、实际技能(1)放电加工中的基本规律知识解说(40分钟)1 .影响材料放电腐蚀的因素在放电加工过程中，正极和负极都受到一定程度的电腐蚀。 即使是同样的材料，正、负电极的电食量也不同。 这样单纯地因正、负极性的不同而电蚀刻量相互不同的现象被称为极性效果。 两电极材料不同时，极性效果变得更复杂。u极性效应生产性工具损失极性效应极性效应的影响因素：在实际加工中，极性效应受到电

13、极和电极材料、加工介质、电源的种类、各个脉冲能量等各种因素的影响，其主要原因是脉冲宽度。极性选择在电场的作用下，放电路径中的电子朝正极跑，正离子朝负极跑。 在窄脉宽加工的情况下，电子惯性小，运动柔软，大量的电子向正极跑动，与正极表面冲撞，使正极表面急速熔融，气化的正离子惯性大，运动缓慢，只能到达很少的部分，但由于大量的正离子不能到达， 电子的碰撞作用比正离子的碰撞作用大，正电极的电食量比负电极的电食量大，在这种情况下采用正极性加工。2、电参数对电蚀刻量的影响(结合实物进行说明)电气参数：电压脉冲宽度ti电流脉冲宽度to脉冲间隔t0脉冲频率f峰值电流峰值电压极性3 .金属材料的热学常数对电蚀刻量

14、的影响热学常数：的熔点、沸点、热传导率、比热、熔解热、气化热等传热的道路：热传导工作液局部金属升温至熔点熔融材料的金属液，沸点熔融金属气化金属蒸汽升温至过热蒸汽.(2)放电加工操作例(与实物一起说明) (30分钟)1 .冲模加工材料是钢冲模是生产中常用的模具，零件的尺寸精度、表面粗糙度直接取决于模具凹凸模的加工精度。 凹凸型的制造已成为生产上的重要技术之一。 特别是冲模，难以采用通常的机械加工方法，无法加工。 光靠钳子修理，劳动强度大，难以保证质量。 二是淬火变形常导致工件的废弃。 如果采用电火花成形加工，就能很好地解决这个问题。 另一方面，火花成形加工可以在工件淬火后进行，避免热处理引起的工

15、件变形，另一方面不受材料硬度的限制，扩大了模具材料的选定范围。2 .加工工序1 )冲头模具的加工：通过电火花线切割或成形磨削加工完成2 )冲模的加工：采用直接配合法进行加工3 )电极、工件的卡盘：首先在机床主轴的电极卡盘上安装选择的电极，用直角尺向x、y方向调整，保证电极和机床台面的垂直，然后将工件安装到台面上，用压板固定。 最后移动工作台，保证电极中心和工件中心一致4 )电气参数的选择：脉冲宽度/毫秒脉冲间歇/毫秒峰值电流/702015 )工作液的选择：采用煤油作为工作液的最后接通电源，加工深度由模具深度决定。3 .塑料叶轮注射模型室工件的形状：在120日元的范围内，以其轴心为对称中心，使6

16、片叶片的槽均匀分布。 沟的最深部的尺寸是15 mm。沟的上口宽2.2mm沟壁上有0.2mm的拔模坡度(约30)。 参照右侧257叶轮的电极图，工件中心有10 0.03mm的孔。4 .加工工序1 )工件的放电加工前的工序：车：精车10 0.03mm的孔和其他各尺寸，上下留下研磨量研：对上下两面进行精研最好在要加工的6个叶片部分别开设1mm的排油孔，在加工时排油。2 )工具电极的技术要求：分别用紫铜材料加工6块成形工具电极，嵌入固定板。 在电极固定板的中心加工10 0.03mm的孔，与工件的中心孔对应。电火花加工前的工序：铣削或线切割：加工6个刀片电极夹具：刀片或焊接工具的电极和修补、研磨车：校正后加工10 0.03mm的孔。3 )工艺方法单电极并进校正法4 )卡盘、校正、固定：准备定位主轴： 45#圆钢车长为40mm，直径10 mm的定位主轴作为修正棒工具电极：以各刀片电极的侧壁为基准进行校正固定。 固定后，将定位主轴修正