淺談機(jī)械加工中的新工藝方法

1、<p>　　淺談機(jī)械加工中的新工藝方法</p><p>　　摘要：本文以電火花成型加工，電火花線切割加工，激光加工為研究對(duì)象，首先闡述了各種新型加工工藝的原理，之后重點(diǎn)介紹了各種工藝的特點(diǎn)及應(yīng)用</p><p>　　中圖分類號(hào)：TH161+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）15-0224-01</p><p><b>

2、　　1.電火花成型加工</b></p><p>　　1.1 電火花成型加工原理</p><p>　　電火花加工又稱為放電加工（Electrical Discharge Machining，簡(jiǎn)稱為EDM），是一種直接利用電能和熱能進(jìn)行加工的新工藝。</p><p>　　在電火花加工時(shí)，脈沖電源的一極接工具電極，再將另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度

3、的液體介質(zhì)（常用煤油或礦物油或去離子水）中。工具電極由自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置控制，從而保證工具與工件在正常加工時(shí)維持一很小的放電間隙（0.01～0.05mm）。當(dāng)脈沖電壓加到兩極之間，可將當(dāng)時(shí)條件下極間最近點(diǎn)的液體介質(zhì)擊穿，形成放電通道。通道的截面積很小，放電時(shí)間極短，使得能量高度集中（10～107W/mm），放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫使材料熔化甚至蒸發(fā)，形成一個(gè)小凹坑。多次反復(fù)進(jìn)行放電，隨著工具電極不斷進(jìn)給，逐漸蝕除了材料，工具電極的輪廓形狀即

4、可復(fù)印在工件上，從而實(shí)現(xiàn)成型加工，整個(gè)表面是由無(wú)數(shù)凹坑組成的。由此看出，進(jìn)行電火花加工有三個(gè)條件：必須采用脈沖電源；必須采用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，來(lái)保持工具電極與工件電極間微小的放電間隙；火花放電必須在具有一定絕緣強(qiáng)度（10～107Ω?m）的液體介質(zhì)中進(jìn)行。</p><p>　　1.2電火花成型加工的工藝特點(diǎn)與應(yīng)用</p><p>　　1.2.1電火花成型加工的工藝特點(diǎn)</p>

5、<p>　　任何高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性以及高純度的導(dǎo)電材料都可以加工；加工時(shí)無(wú)明顯機(jī)械力，適用加工低剛度工件和微細(xì)結(jié)構(gòu)：根據(jù)需要調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)，能在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工；電火花加工后的表面的凹坑，有利于貯油和降低噪聲；生產(chǎn)效率低于切削加工；放電過(guò)程有部分能量會(huì)消耗在工具電極上，電極容易損耗，影響成形精度。</p><p>　　1.2.2電火花成型加工的應(yīng)用</p>

6、<p>　　電火花加工主要用于模具生產(chǎn)中的型孔、型腔加工，這種方法已經(jīng)成為模具制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法，不斷推動(dòng)著模具行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。電火花加工零件的數(shù)量在3000件以下時(shí)，比模具沖壓零件在經(jīng)濟(jì)上更加合理。根據(jù)工藝過(guò)程中工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和用途可將電火花加工大體分為：電火花成形加工、電火花線切割加工、電火花磨削加工、電火花展成加工、非金屬電火花加工和電火花表面強(qiáng)化等。電火花成形加工該方法是指通過(guò)工具電極相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

7、，將工件電極的形狀和尺寸復(fù)制在工件上，從而加工出所需要的零件。有電火花型腔加工和穿孔加工兩種。電火花型腔加工主要是用于加工各類熱鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模和膠木膜的型腔。電火花穿孔加工主要用于型孔（圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔）、曲線孔（彎孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。</p><p>　　2 電火花線切割加工</p><p>　　2.1 電火花線切割原理</p><

8、;p>　　電火花線切割加工與電火花成形加工的基本原理一樣，都是基于電極間脈沖放電時(shí)的電火花腐蝕原理，來(lái)完成零部件的加工。區(qū)別在于，電火花線切割加工不需要制造復(fù)雜的成形電極，而是將移動(dòng)的細(xì)金屬絲（鉬絲或銅絲）作為工具電極，按照預(yù)定的軌跡來(lái)“切割”工件，獲得所需的各種尺寸和形狀。</p><p>　　電火花線切割加工。該方法是用移動(dòng)的細(xì)金屬絲作為工具電極，按預(yù)定的軌跡進(jìn)行脈沖放電切割。工具電極（電極絲）為直徑0

9、.02～0.3毫米的金屬絲，走絲系統(tǒng)帶動(dòng)電極絲沿軸向移動(dòng)。控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先輸入的工作程序輸出相應(yīng)的信息，使工作臺(tái)作按軌跡移動(dòng)，工件與電極絲靠近。當(dāng)兩者接近到適當(dāng)距離時(shí)（一般為0.01～0.04毫米）便產(chǎn)生火花放電，蝕除金屬。金屬被蝕除后工件與電極絲之間的距離會(huì)加大，控制系統(tǒng)根據(jù)這一距離的大小和預(yù)先輸入的程序，不斷地發(fā)出進(jìn)給信號(hào)，從而使加工過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。</p><p>　　2.2 電火花線切割的特點(diǎn)與應(yīng)用<

10、/p><p>　　2.2.1電火花線切割的特點(diǎn)</p><p>　　不需要制造形狀復(fù)雜的工具電極，就能加工出以直線為母線的任何二維曲面。加工中不會(huì)將全部多余材料變成廢屑，從而提高能量和材料的利用率。在電極絲不循環(huán)使用的低速走絲電火花線切割加工中，由于電極絲會(huì)不斷更新，這樣可以提高加工精度和減少表面粗糙度。 電火花線切割能達(dá)到的切割效率一般為20～60平方毫米/分，最高可達(dá)300平方毫米/分；加

11、工精度一般為±0.01～±0.02毫米，最高可達(dá)±0.004毫米；表面粗糙度一般為Rα2.5～1.25微米，最高可達(dá)Rα0.63微米；切割厚度一般為40～60毫米，最厚可達(dá)600毫米。工作液一般會(huì)采用水基乳化液或純水，這樣成本低，而且不會(huì)發(fā)生火災(zāi)。利用四軸或五軸聯(lián)動(dòng)，可加工錐度、上下面異形體或回轉(zhuǎn)體等零件。電極絲比較細(xì)，這樣有利于加工微細(xì)異形孔、窄縫和復(fù)雜截面的型柱、型孔。切縫很窄，實(shí)際金屬去除量很少，使得

12、材料的利用率很高。對(duì)加工、節(jié)約貴重金屬有重要意義。</p><p>　　2.2.2電火花線切割的應(yīng)用</p><p>　　試制新產(chǎn)品，在新產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中需要單件的樣品，利用線切割直接切割出零件，無(wú)需模具，這樣可以大大縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期同時(shí)降低試制成本。加工特殊材料，切割某些高硬度，高熔點(diǎn)的金屬時(shí)，使用機(jī)加工的方法幾乎是不可能的，而采用線切割加工既經(jīng)濟(jì)又能保證精度。加工模具零件，電火花線切

13、割加工主要應(yīng)用于沖模、擠壓模、塑料模、電火花型腔模的電極加工等，由于電火花線切割加工速度和精度的迅速提高，目前已達(dá)到可與坐標(biāo)磨床相競(jìng)爭(zhēng)的程度。</p><p><b>　　3 激光加工</b></p><p>　　3.1 激光加工原理</p><p>　　如圖1-7所示，激光具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性。激光照射在工件的加工部位使得

14、工件材料迅速被熔化甚至氣化，激光能量會(huì)不斷被吸收，材料凹坑內(nèi)的金屬蒸氣迅速膨脹，壓力突然增大，熔融物爆炸式地高速噴射出來(lái)，在工件內(nèi)部形成方向性很強(qiáng)的沖擊波。因此，激光加工是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生高溫熔融和受沖擊被拋出的綜合作用過(guò)程。</p><p>　　3.2 激光加工的特點(diǎn)與應(yīng)用</p><p>　　3.2.1激光加工的特點(diǎn)</p><p>　　激光具有高亮度、方向

15、性強(qiáng)、單色性好、相干性好、空間控制和時(shí)間控制性好等優(yōu)越性能，容易獲得超短脈沖和小尺寸光斑，能夠產(chǎn)生極高的能量密度和功率密度，幾乎能加工所有的材料。而且也十分適用于加工自動(dòng)化，對(duì)被加工材料的形狀、尺寸和加工環(huán)境要求很低。無(wú)接觸加工。加工質(zhì)量好，加工精度高。加工效率高。材料利用率高，經(jīng)濟(jì)效益高。</p><p>　　3.2.2激光加工的應(yīng)用</p><p>　　激光快速成型技術(shù)。激光快速成型技

16、術(shù)不同于傳統(tǒng)加工“去除”成型加工工藝，將其改為“堆積”成型加工工藝，這在加工領(lǐng)域具有劃時(shí)代的意義。激光焊接技術(shù)，激光焊接是利用高能量激光束照射焊接工件，工件受熱融化，冷卻后得到焊接的目的。激光打孔技術(shù)，激光打孔技術(shù)具有精度高、通用性強(qiáng)、效率高、成本低和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。激光切割技術(shù)，其切割范圍廣、切割速度高、切縫窄、切割面粗糙度低、熱影響區(qū)域小、加工柔性好、可實(shí)現(xiàn)眾多復(fù)雜零件的切割等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用越來(lái)越廣。激光打標(biāo)技術(shù)，激光打標(biāo)是

17、利用高能量密度的激光對(duì)工件進(jìn)行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記。激光存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)信息以反射/非反射帶（正常表面和凹坑）的序列編碼，實(shí)現(xiàn)到信息存儲(chǔ)。激光劃線技術(shù)，在激光對(duì)劃片材料幾乎不產(chǎn)生機(jī)械沖力和壓力的情況下，加上激光光斑小、劃縫窄，特別適宜于對(duì)細(xì)小部件作各種精密加工。激光清洗技術(shù)，這種技術(shù)的使用有效地解決了集成電路的清洗。激光熱處理，是指利用激光高能量密度的能量照射金屬材料表面時(shí)，材料表層溫度迅速