电火花线切割工艺.ppt

落料模凹模,各种零件的加工,多孔窄缝加工,数控线切割任务,特 种 加 工,直接利用电能、光能、声能、热能、化学能、电化学能及特殊机械能等多种形式的能量实现去除或添加材料的工艺方法来完成对零件的成型加工。,数控电火花线切割概述及工艺基础,一、电火花加工概述,电火花加工又称放电加工(ElectricalDischargeMachining，简称EDM)是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。按加工方式不同电火花加工又分为电火花成形加工、电火花线切割加工!,1、电火花加工原理,电火花成形加工原理,第一阶段：放电通道形成,第二阶段：放电通道形成高温,第三阶段：蚀除物抛出，介质恢复绝缘,电火花成形加工的基本原理: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!,由于放电过程中可见到火花，故称之为电火花加工。【日本、英国、美国称之为放电加工，俄罗斯称之为电蚀加工。】,2、电火花加工相关知识（题外话）,电腐蚀现象早在20世纪初就被人们发现，【例如：在插头或电器开关触点开、闭时，往往产生火花而把接触表面烧毛，腐蚀成粗糙不平的凹坑而逐渐损坏。】长期以来，电腐蚀一直被认为是一种有害的现象，人们不断地研究电腐蚀的原因并设法减轻和避免电腐蚀的发生。,1940年前后，前苏联科学院电工研究所拉扎连柯夫妇的研究结果表明，电腐蚀的主要原因是：电火花放电时火通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑。,但只要掌握规律，在一定条件下可以把坏事转化为好事，把有害变为有用。,这样，人们在研究抗电腐蚀办法的同时，开始研究利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工，终于在1943年拉扎连柯夫妇研制出利用电容器反复充电放电原理的世界上第一台实用化的电火花加工装置，并申请了发明专利，以后在生产中不断推广应用，拉扎连柯因此被评为前苏联科学院院士。,实践经验表明，要把有害的火花放电转化为有用的加工技术，必须创造条件，做到以下几点：,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隙； 脉冲波形是单向的； 放电必须在具在有一定绝缘性能的液体介质中进行； 有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属被熔化或气化。,初始状态,介质电离、击穿， 形成放电通道,火花放电产生熔化、 气化、热膨胀,抛出蚀除物,间隙介质消电离 （恢复绝缘状态）,3、电火花加工的特点、发展和应用,没有机械力施加在工件上、无宏观切削力,传统加工需要的较大的夹紧力,传统加工受工件材料硬度限制,不受工件材料硬度等方面的限制,EDM只须很小的夹紧力,EDM不受工件材料硬度限制,目前这一工艺技术已广泛用于加工淬火钢、不锈钢、模具钢、硬质合金等难加工材料，以及用于加工模具等具有复杂表面的零部件，在民用和国防工业中获得愈来愈多的应用，已成为切削加工的重要补充和发展。,1955年前苏联 1968年瑞士 70年代中国,极性效应,概念,火花放电时电极和工件都会被蚀除掉，但蚀除的速度是不同的，这种现象称为极性效应！,产生 原因,由于电子的质量小、离子质量大，它们在电场力作用下轰击阳极和阴极的能量不同。 长脉冲加工时，正离子对负极的轰击能量大，工件接负极（称负极性加工）。短脉冲加工时正好相反！,电极材料,常用电极材料种类,电极材料 的选用,应选择损耗小、加工过程稳 定、生产率高、机械加工性 能良好、来源丰富、价格低 廉的材料作电极材料,型腔加工常用电极材料主要是石墨； 电火花穿孔：紫铜、铸铁、钢等。 紫铜：紫铜组织致密，适用于形状复杂轮廓清晰、 精度要求较高模具。 石墨电极容易成形，密度小，宜作大、中型电极,4、电火花线切割加工原理,电火花线切割加工(WireCutEDM，简称WEDM)是在电火花加工基础上发展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极(铜丝或钼丝)靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。,电火花线切割加工的基本原理：是利用移动的细金属丝(铜丝或钼丝)作为工具电极(接高频脉冲电源的负极)，对工件(接高频脉冲电源的正极)进行脉冲火花放电、切割成形。,5、电火花线切割加工的特点,电火花线切割具有电火花加工的共性，“以柔克刚”，常用来加工淬火钢和硬质合金，对于非金属材料的加工，也正在开展研究，当前绝大多数的线切割机，都采用数字程序控制，其工艺特点为：,适合于机械加工方法难于加工的材料的加工，如淬火钢、硬质合金、耐热合金等。 以金属线为工具电极，节约了电极设计和制造费用和时间，能方便地加工形状复杂的外形和通孔，能进行套料加工。 冲模加工的凸凹模间隙可以任意调节,优点,缺点,被加工材料必须导电 不能加工盲孔,传统加工不可能获得直角,EDM很容易获得直角,1）机床分类、型号,分类,按控制方式分,按脉冲电源形式分,加工特点分,靠模仿形控制,光电跟踪控制,数字程序控制,RC电源,晶体管电源,分组脉冲电源,自适应控制电源,大、中、小型以及普通直壁切割型与锥度切割型，还有切割上下异形的线切割机床等。,6、电火花线切割加工机床简介,在加工前，预先制造出与工件形状相同的模，加工时把工件毛坯和模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧地贴着模边缘作轨迹移动，从而切割出与模形状和精度相同的工件来；,在加工前，先根据零件图样按一定放大比例描绘出一张光电跟踪图，加工时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光电头始终追随墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、机械的联动，控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动，从而切割出与图样形状相同的工件来；,用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工 【95以上】,快速走丝线切割机床,慢速走丝线切割机床,(WEDM-HS),(WEDM-LS),线切割加工机床,按电极丝的走丝速度,（1）高速走丝线切割机床,这类机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8 10ms，常用的电极丝为钼丝，加工液为乳化液。,经济性好，但运丝稳定性差，加工精度相对较低，表面较粗糙。,目前能达到的加工精度为0.01mm，表面粗糙度Ra3.20.8m,（2）低速走丝线切割机床,这类机床的电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2ms，常用的电极丝为铜丝，加工液为去离子水。,运丝稳定性好，加工精度高，表面质量好，但成本高。,加工精度可达0.00l mm，表面粗糙度Ra0.4m。,高速走丝系统示意图,低速走丝系统示意图,回忆：,机械加工工艺规程（数控加工内容选择，有错误吗？）,测试：如图所示端盖，材料：HT200，规格：170X110X50，试进行工艺分析，并完成加工程序编制！,1、装夹几次？每次如何装夹？对刀？,2、各表面的加工方案？,3、各表面的加工刀具、量具、切削用量？,4、您能绘制出每次装夹下的进给路线吗？基点坐标能确定出吗 ？,5、您认为工件坐标原点选择在哪里好些？为什么？尝试着编一下程序吧！,机械加工工艺规程（数控加工内容选择）,高速与低速走丝电火花线切割机床的主要区别,型号,国标规定的数控电火花线切割机床的型号,DK7725,基本含义为,D,如,机床的类别代号，表示是电加工机床,为机床的特性代号，表示是数控机床,K,第一个7,组代号，表示是电火花加工机床,第二个7,快走丝线切割机床为7 慢走丝线切割机床为6 电火花成型机床为1,系代号,25,基本参数代号,工作台横向行程为250 mm,1-软盘驱动器 2-电源总开关 3-键盘 4-开机按钮 5-关机按钮 6-急停按钮 7-彩色显示器 8-电压表 9-电流表 10-机床电器按钮 11-运丝机构 12-丝架 13-坐标工作台 14-床身,（1）床身,一般为铸件，是坐标工作台、绕丝机构及丝架的支承和固定基础，通常采用箱式结构，应有足够的强度和刚度。 床身内部安置电源和工作液箱，考虑电源的发热和工作液泵的振动，有些机床将电源和工作液箱移出床身外另行安放。,2）数控电火花线切割机床的基本组成,（2）坐标工作台,由步进电动机、滚珠丝杠和导轨组成。带动工件实现X、Y两个坐标方向各自的进给运动，可合成获得各种平面图形曲线轨迹。,（3）走丝机构,通过与储丝筒同轴的走丝电机的正反旋转使电极丝往复运行并保持一定的张力，储丝筒再旋转的同时做轴向移动。,（4）锥度切割装置,电极丝是由丝架支撑，当直壁切割时，电极丝与工作台面垂直。需要锥度切割时，采用偏移上下导轮的方法，可使电极丝倾斜一定的几何角度。,主要作用是在电火花线切割加工过程中，按加工要求自动控制电极丝相对工件的运动轨迹和进给速度来实现对工件的形状和尺寸加工。,（5）脉冲电源,提供工件和电极丝之间的放电加工能量。线切割加工总是用正极性加工。,（6）数控装置,思 考,线切割加工如图凹模刃口尺寸，已知材料为Cr12， 已知凸凹模双面间隙为0.010.02 mm。讨论以下问题：,落料模凹模,1.分析零件图 2.选择线电极的材料和尺寸 3.确定穿丝孔的位置 4.加工过程中应注意的问题,数控线切割工艺分析,一、电火花线切割加工工艺路线确定,电参数、工艺指标,一、审图（工艺分析）, 表面粗糙度和尺寸精度要求很高，切割后无法进行手工研磨的工件。 窄缝小于电极丝直径加放电间隙的工件，或图形内拐角处不允许带有电极丝半径加放电间隙所形成的圆角的工件。 非导电材料。 厚度超过丝架跨距的零件。 加工长度超过x、y拖板的有效行程长度，且精度要求较高的工件。,分析图样是保证工件质量和工件的综合技术指标的第一步。 在零件图的工艺分析中，首先要挑出不能进行或不宜用线切割加工的工件图样，大致有如下几种情况：,其次，对可进行数控线切割加工工件的分析,线电极轨迹与加工面距离l=d2+,线电极轨迹： 零件凹角半径： R1l=d2+ 零件尖角半径： R2= R1Z/2,尖角和凹角尺寸分析,凹、凸模的配合间隙,精度和表面粗糙度的分析,加工精度和表面粗糙度应符合要求,电火花线切割加工表面：由无方向性的无数小坑和硬凸边所组成，特别有利于保存润滑油；,电火花线切割加工表面和机械加工的表面不同,两者相比，在相同的表面粗糙度和有润滑油的情况下，其表面润滑性能和耐磨损性能均比机械加工表面好。所以，在确定加工面表面粗糙度Ra值时要考虑到此项因素。,机械加工表面：存在着切削或磨削刀痕，具有方向性。,合理确定线切割加工表面粗糙度Ra值是很重要的。,对线切割速度影响很大【？规律】,线切割的加工所能达到的表面粗糙度Ra值有限！,因此，若不是特殊需要，零件上标注的Ra值尽可能不要太小。,合理确定线切割加工的有关工艺参数,1.指定工艺路线,例如，以线切割加工为主要工艺时，钢件的加工工艺路线一般为： 下料锻造退火机械粗加工淬火与高温回火磨加工（退磁）线切割加工钳工修整。,2.工件加工基准的选择,以外形为校正和加工基准 外形是矩形的工件，一般需要有两相互垂直的基准面，并垂直于工件的上、下平面;,以外形为校正基准，内孔为加工基准,锻打后的材料，在锻打方向与其垂直方向会有不同的残余应力；淬火后也会出现残余应力。加工过程中残余应力的释放会使工件变形，从而达不到加工尺寸精度要求，淬火不当的工件还会在加工过程中出现裂纹，因此，工件需经二次以上回火或高温回火。另外，加工前还要进行消磁处理及去除表面氧化皮和锈斑等。,二、工艺准备,为了便于线切割加工，根据工件外形和加工要求，应准备相应的校正和加工基准，并且此基准应尽量与图样的设计基准一致，常见的有以下两种形式：,3.穿丝孔的确定,穿丝孔的确定,直径一般310mm,为使切割轨迹短和便于编程，穿丝孔应设在边角处、 在已知坐标尺寸的交点处或型孔中心,为避免将坯件外形切断引起变形，应在坯料内打穿丝孔,凹模、孔类零件,凸模类零件,穿丝孔 的尺寸,应尽量安排从工艺孔开始加工，避免从坯件侧面开始；,进给路线应配合工艺孔，并尽量从远离装夹位置的方向开始进行安排，最后回到靠近装夹处结束加工;,4正确选择起始点和切割路线, 加工轮廓的起点一般距离端面（侧面）约5mm左右；,在一块坯件上，需切割出两个或更多的零件时，应从不同工艺孔开始，不要连续地通过破口而一次性进行切割。,图 工作中电极丝的挠曲,二次切割,三、工件的装夹和位置校正,工件校正和装夹,夹具定位 用百分表找正 划线或其他,工件的校正,目视法,火花法,自动法,利用机床自动找正功能找孔中心,利用线电极与工件在一定间隙时发生火花放电来确定线 电极的坐标位置,直接利用目视或借助于放大镜来确定线电极的坐标位置,悬臂式,两端支撑式,桥式支撑式,工件的装夹方式,工件的找正方法,电极丝位置的调整,（使用半程移动指令G82）,电火花线切割加工，一般是作为工件加工中最后工序。要达到加工零件的加工要求，应合理控制线切割加工的各种工艺因素，同时配合选择合适工装。,目前，针对不同的零件，很多线切割机床制造商都配有自己的专用加工夹具，这些夹具可以快速准确地安装工件。例如瑞典3R夹具，如有兴趣请请上网查阅。,（1）压板夹具 由于线切割机床主要用于切割冲模的型腔，因此机床出厂时通常只提供一对夹持板形工件的压板夹具(压板、紧固螺钉等)。压板夹具主要用于固定平板状的工件，对于稍大的工件要成对使用。,（2）磁性夹具 采用磁性工作台或磁性表座夹持工件，不需要压板和螺钉，操作快速方便，定位后不会因压紧而变动。,（3）分度夹具 分度夹具是根据加工电机转子、定子等多型孔的旋转形工件设计的，可保证高的分度精度。近年来，因微机控制器及自动编程机对加工图形具有对称、旋转等功能，所以分度夹具用得较少。,专用分度夹具示意图 1-电极丝 2-工件 3-螺杆 4-压板 5-垫板 6-轴承 7-定位盘 8-定位销 9-底座 10-工作台,3R夹具,（4）3R夹具 它能给线切割机床的工作台提供x、y、z方向的固定基准。并且可以有不同的长度和不同位置的安装孔，以应用于不同的线切割机床。,3R基准导轨 1-基准导轨 2-定位块 3-安装孔(沉孔) L-基准导轨长度 P-安装孔距 D-距台架边缘的尺寸,提 问,1、如何确定穿丝孔？,2、确定切割路径需要注意什么问题？,3、常见装夹方式有哪些？如何找正工件？如何调整电极丝位置？,4、如何选择定位和加工基准？,5、什么是切割速度？,数控线切割加工参数选择,电火花线切割加工工艺指标,切割 速度,切割 精度,表面粗 糙度,单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积总和； 快走丝线为40 80mm2min； 慢走丝可达350mm2min；,快走丝线切割加工的Ra值一般为0.8 3.2m； 慢走丝线切割的Ra值可达0.4m。,快走丝线切割精度可达一般为0.015 0.02mm； 慢走丝线切割精度可达0.001mm左右；,影响切割速度的主要因素,主要电 参数,线电极,工件厚度,1）峰值电流 2）脉冲宽度 3）脉冲间隔 4) 开路电压uo 5) 放电波形,工件太薄，电极丝易产生抖动，对加工精度 和表面粗糙度不利。工件太厚，工作液难于 进入和充满放电间隙，加工稳定性差,1）直径： 2)走丝速度,学术上把脉冲定义为：在短时间内突变，随后又迅速返回其初始值的物理量。,加工精度主要受机械传动精度的影响。 其次线电极直径、放电间隙大小、工作液喷流量的大小和喷流角度。线切割中，切去的金属越多，越易造成工件材料的残余变形。 表面粗糙度主要取决于单个脉冲放电能量的大小。 线电极的走丝速度和抖动的影响也很大。,主要非 电参数,1)放电峰值电流ip,粗加工及切割厚件时，应取较大的放电峰值电流；,决定单脉冲能量的主要因素之一。,分析：ip增大,优点：单个脉冲能量亦大，线切割速度迅速提高；,缺点：表面粗糙度变差，电极丝损耗比加大甚至容易断丝；,结论：,精加工时，取较小的放电峰值电流。,2)脉冲宽度tw,主要影响切割速度和表面粗糙度Ra值。,分析：tw增大时,优点：单个脉冲能量增多，切割速度提高；,缺点：表面粗糙度变差。,粗加工及切割厚件时，取较大的脉宽；,结论：,精加工时，取较小的脉宽。,3)脉冲间隔t,直接影响平均电流。,1电参数对工艺指标的影响,分析：t减小时,优点：平均电流增大，切割速度加快；,缺点：t过小，放电产物来不及排除，放电间隙来不及充分消电离，会引起电弧和断丝；,粗加工及切割厚件时，脉冲间隔取宽些；,结论：,精加工时，取窄些。,4)开路电压uo,分析：uo增大时,优点：放电间隙增大，排屑容易，提高了切割速度和加工稳定性；,缺点：易造成电极丝振动，工件表面粗糙度变差，加工精度有所降低；,粗加工及切割厚件时，取较高的开路电压。一般uo=60150V；,结论：,精加工时，取的开路电压比粗加工低。,5)放电波形,晶体管矩形波脉冲电源,高频分组脉冲电源,脉冲电源,快走丝线切割加工脉冲参数的选择,图 高频分组脉冲波形,在相同的工艺条件下高频分组脉冲能获得较好的加工效果。,（1）精加工：脉冲宽度选择最小档，电压幅值选择低档，幅值电压为75V左右，接通一到二个功率管，调节变频电位器，加工电流控制在0.81.2A,加工表面粗糙度Ra2.5um。 （2）最大材料去除率加工：脉冲宽度选择四五档，电压幅值选取“高”值，幅值电压为100V左右，功率管全部接通，调节变频电位器，加工电流控制在4 4.5A，可获得100mm2/min左右的去除率（加工生产率）。（材料厚度在40 60mm左右）。 （3）大厚度工件加工（300mm）：幅值电压打至“高”档，脉冲宽度选五六档，功率管开45个，加工电流控制在2.5 3A,材料去除率30mm2/min。 （4）较大厚度工件加工（60 100mm）：幅值电压打至高档，脉冲宽度选取五档，功率管开4个左右，加工电流调至2.53A，材料去除率50 60mm2/min。 （5）薄工件加工：幅值电压选低档，脉冲宽度选第一或第二档，功率管开2 3个，加工电流调至1A左右。 注意，改变加工的电规准，必须关断脉冲电源输出，（调整间隔电位器RP1除外），在加工过程中一般不应改变加工电规准，否则会造成加工表面粗糙度不一样。,下列电规准实例可供使用时参考：,2.非电参数对工艺指标的影响,线电极的选择,一般情况下，快速走丝机床常用钼丝作线电极； 钨丝或其它昂贵金属丝因成本高而很少用，其它线材因抗拉强度低，在 快速走丝机床上不能使用。 慢速走丝机床上则可用各种铜丝、铁丝，专用合金丝以及镀层电极丝！,（1）线电极材料的选择,（2）线电极直径的选择,线电极直径d应根据工件加工的切缝宽窄、工件厚度及拐角尺寸大小等来选择。,（3）走丝速度,高速走丝线切割加工时的走丝速度一般以小于10m/s为宜。 慢速走丝线切割加工中，因为电极丝张力均匀，振动较小，因而加工稳定性、表面粗糙度及加工精度等均很好。,走丝速度影响加工速度。,（4）变频、进给速度,若加工带尖角、窄缝的小型模具宜选用较细的电极丝； 若加工大厚度工件或大电流切割时应选较粗的电极丝。,即预置进给速度的调节，应紧密跟踪工件蚀除速度，如果预置进给速度调得太快，超过工件可能的蚀除速度，会出现频繁的短路现象，切割速度反而低，表面粗糙度也差，上下端面切缝呈焦黄色，甚至可能断丝；反之，进给速度调得太慢，大大落后于工件的蚀除速度，极