第3章电火花线切割加工学生

模具制造工艺机械工程系第3章模具特种加工技术电火花线切割加工：利用细长的金属丝作为工具电极，对工件进行火花放电腐蚀，使工件达到预定形状的一种加工方法，

3.2.1电火花线切割加工原理和特点一、线切割加工原理电火花线切割加工是通过电极和工件之间脉冲放电时的电腐蚀作用，对工件进行加工的一种方法。如图1所示，工件接脉冲电源的正极，电极丝接负极。

线切割机床一、机床分类1、快速走丝线切割机：速度：v>7~10m/s；电极双向往返；φ0.08~0.30mm钼丝，加工精度0.01~0.02mm，Ra=2.5~6.3um，工作液为乳化液，便宜。2、慢速走丝线切割机：速度：v<0.2m/s；电极单向移动；φ0.10~0.35mm黄铜丝，加工精度0.005mm，Ra<0.3um，工作液为去离子水，价格贵。低速走丝线切割机床是用成卷铜丝做电极丝，经张紧机构和导丝轮形成锯弓状，没有卷丝筒，走丝速度为2~8m/min，为单向运动，电极丝一次性使用，此走丝平稳无振动，损耗小，加工精度高，得到广泛使用。二、机床组成1、机床本体（1）床身：支撑安装工作台、走丝机构等，要求一定的刚度和强度，一般床身分为铸造箱式和焊接箱式（2）坐标工作台：工件装在纵向滑板上，横向滑板可移动，能准确控制工件的坐标位置；

（3）运丝机构：使电极丝以一定的速度连续不断的通过工件电加工区

二、机床组成2、脉冲电源保证火花放电，保证高的加工速度、好的加工质量，考虑电极丝允许承载的电流，线切割采用电源功率小、脉冲宽度小、频率高、峰值电流大的晶体管脉冲电源。3、工作液循环系统——与电极丝同轴冲液方式工作液：1）一定的介电能力2）较好的消电、灭弧能力3）生产率高，稳定性好3、工作液循环系统快速走丝：乳化液（5%~15%油酸钾乳化液），能自动排除短路现象慢速走丝：去离子水（水通过离子交换树脂净化器，去除水中离子），冷却速度快，流动性好，不易燃循环过滤装置：及时去除电蚀产物，供给清洁工作液，保证放电过程稳定

一、数字程序控制原理数控线切割加工时，计算机要不断进行计算，并向驱动工作台的步进电机发出脉冲信号，通过步进电机控制工作台（工件）按预定的要求运动，线切割加工的大部分图形可分解成由斜线和圆弧组成，直线和圆弧的加工过程普遍采用逐点比较法。

图3工作节拍方框图

脉冲当量：一个进给脉冲，工作台只进给一步距离，是机床精度的重要参数。（1）偏差判别

判别加工点对规定图形的偏离位置（如加工圆弧时，判别加工点在圆弧内还是在圆弧外），以决定工作台的走向。（2）工作台进给根据判断结果，控制工作台在X或Y方向进给一步，以使加工点向规定图形靠拢。（3）偏差计算在加工过程中，工作台每进给一步，都由机床的数控装置根据数控程序计算出新的加工点与规定图形之间的偏差，作为下一步判断的依据。（4）终点判别每当进给一步并完成偏差计算之后，就判断是否已加工到图形的终点，若加工点已到终点，便停止加工。由上述可知，工作台每进给一步，都要经过四个节拍的循环。其中终点判断实际上是用来自动控制工件图形的加工长度。而加工长度的控制是通过控制加工图形在X、Y轴上的投影长度来实现的，该投影长度就是工作台在X（或Y）方向的进给总长度，也称为计数长度。计数长度控制为了进行终点判断，在计算机中设有一个计数器，加工前将X（或Y）向总长度送入计数器，加工过程中，工作台沿X（或Y）向进给一步，计数器就减1，当计数器为0时，表示已到终点。选取工作台在X方向的进给长度来记数时称为计X，即计数方向为X向，用GX表示；选取Y方向来计数时称为计Y，用Gy表示；计数方向Gx或Gy若选取不正确，就可能漏走，影响加工精度，为防止漏走，必须正确选取计数方向；无论圆弧还是直线，计数方向取决于终点坐标

计数方向的确定

根据计数方向，选取直线或圆弧在该方向上的投影总和（绝对值），单位µm

计数长度J：按直线或圆弧在计数方向上的投影长度之和；对圆弧来讲，它可能跨越几个象限。

二、程序编制方法3B格式程序编制

1、程序格式

见表所示。

（1）分隔符号B

X、Y、J均为数码，用分隔符号（B）将其隔开，以免混淆。B后数字若为0，可以不写0,但分隔符号保留。BXBYBJGZ分隔符号

X坐标值

Y坐标值

计数长度

计数方向加工指令（2）坐标值（X、Y）X,Y,J均取绝对值，单位为um加工斜线时，起点为原点，（X、Y）为终点坐标；X（或Y）值为0时，可以不写，但必须保留分隔符号。加工平行于坐标轴的直线时，取X=Y=0；可不写，加工圆弧时，圆心为原点，（X、Y）为起点坐标。（3）计数方向G

选取X方向进给总长度进行计数的称为计X，用表示；选取Y方向进给总长度进行计数的称为计Y，用表示。（4）计数长度J指被加工图形在计数方向上的投影长度（即绝对值）的总和，以μm为单位，必须写6位，不足6位，前面补零（5）加工指令（Z）共有12种指令，见图4。

a）当被加工的斜线在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限时，分别用L1，L2，L3，L4表示，与＋X、＋Y、－X、－Y轴重合的直线用L1，L2，L3，L4表示。b）当加工顺时针圆弧，起点在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限时，分别用SR1、SR2、SR3、SR4表示。c）当加工逆时针圆弧，起点在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限时，分别用NR1、NR2、NR3、NR4表示。

图加工指令看走向，看起点象限图

加工指令的确定范围a）加工直线时的指令范围b）加工圆弧时的指令范围3、加工程序编制注意：1）正确选择穿丝孔和电极丝切入的位置穿丝孔是电极丝相对于工件运动的起点，同时也是程序执行的起点，也称“程序起点”。一般选在工件上的基准点外，也可设在离型孔边缘2~5mm处。2）所编制的程序不是工件的轮廓，而是电极丝中心相对工件的移动轨迹，两者之间的距离为f（补偿量）：f=（1/2）d+δδ—单边放电间隙；d—电极丝直径

图8间隙补偿加工凸模时,电极丝的中心轨迹应在工件轮廓之外,加工凹模时,电极丝的中心轨迹应在工件轮廓之内.如图8间隙补偿

电极丝中心轨迹间隙补偿量：f

=电极丝半径r+放电间隙δ

3、加工程序编制注意：3）确定切割线路合理选择切割加工的起点和方向，一般在开始加工时应沿着离开工件夹具的方向进行切割，最后再转向夹具方向。避免出现接痕和工件变形。4）工件尺寸一般都有公差要求,编程时应取公差带的中心为编程计算尺寸，应采用中差尺寸编程。中差尺寸的计算公式为：中差尺寸=基本尺寸+（上偏差+下偏差）/25）根据图样及加工条件，选择图形的对称轴为坐标系的坐标轴，将电极丝中心轨迹分割成平滑的直线和单一的圆弧线，按型孔或凸模的平均尺寸计算出各线段的交点。3.2.4电火花线切割加工工艺及应用线切割工艺工程如图图10线切割加工工艺过程1．模坯准备（1）工件材料及毛坯（2）模坯准备工序：凹模的准备工序

下料→锻造→退火→刨平面→磨平面→划线→铣漏料孔→孔加工→淬火与高温回火→磨平面→线切割

1）下料：用锯床切割所需材料2）锻造：改善内部组织，并锻成所需的形状。3）退火：消除锻造内应力，改善加工性能。4）刨（铣）：刨六面，厚度留余量0.4~0.6mm。5）磨：磨出上下平面及相邻两侧面，对角尺。6）划线：划出刃口轮廓，孔（螺孔、销孔、穿丝孔等）的位置。7）加工形孔部分：当凹模较大时，为减少线切割加工量，需将型孔漏料部分铣（车）出，只切割刃口高度；对淬透形差的材料，可将型孔的部分材料去除，留3~5mm切割余量。8）孔加工：加工螺孔、销孔、穿丝孔等。9）淬火：达设计要求。10）磨：磨削上下平面及相邻两侧面，对角尺。11）退磁处理。

穿丝孔应在淬火前加工好线切割加工变形问题的处理当加工较大型孔时，应留有少许的切削加工余量应合理安排切削加工起点和加工路径选用透气性好、热处理变形较小的材料毛坯图

切割起点与切割路线的安排3.3超声波和激光加工3.3.1超声波加工一、超声波加工基本原理和特点1、基本原理利用工具端面作超声频振动，并通过悬浮液中的磨料，以较大的速度和加速度撞击、抛磨被加工表面，使工件局部材料粉碎成很细的微粒，并从工件中撞击下来。（磨粒的的机械撞击和抛磨作用）如图20所示。

图20超声加工原理示意图1—工件2—工具3—变幅杆4—超声换能器5—超声发生器频率:16000Hz~25000Hz一、超声波加工基本原理和特点2、加工特点

（1）适用于加工硬脆材料，特别是不导电的非金属材料（2）工具可用较软的材料作成复杂的形状（3）不需工具对工件作复杂运动，机床结构简单、操作维修也比较方便。（4）材料去除靠磨料撞击运动，宏观作用力小，不会引起变形和烧伤表面粗糙度可达0.8~0.1um，可加工薄壁、窄缝、低刚性零件四、超声波加工的应用1、型孔、型腔加工：适合于加工薄壁零件及工件的窄缝、小孔。

2、切割加工

3、超声波抛磨

3.3.2激光加工一、激光加工原理和特点

1、原理激光是一种强度高、方向性好、单色性好、发散角小的相干光，激光焦点处的功率密度高，温度高10000℃，材料在高温下急剧熔化和汽化，并爆炸性高速喷出同时产生冲击波，材料在高温熔融和冲击波作用下实现打孔和切割。即利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，依靠光热效应来加工各种材料。光能快速转换成热能使材料迅速溶化、汽化