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，激光加工為研究對象，首先闡述了各種新型加工工藝的原理，之后重點介紹了各種工藝的特點及應(yīng)用</p><p>　　中圖分類號：TH161+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，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)時條件下極間最近點的液體介質(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)生的瞬時高溫使材料熔化甚至蒸發(fā)，形成一個小凹坑。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，從而實現(xiàn)成型加工，整個表面是由無數(shù)凹坑組成的。由此看出，進(jìn)行電火花加工有三個條件：必須采用脈沖電源；必須采用自動進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，來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與應(yīng)用</p><p>　　1.2.1電火花成型加工的工藝特點</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；加工時無明顯機(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；放電過程有部分能量會消耗在工具電極上，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，比模具沖壓零件在經(jīng)濟(jì)上更加合理。根據(jù)工藝過程中工具與工件相對運動的特點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工具電極相對于工件作進(jìn)給運動

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的電火花腐蝕原理，來完成零部件的加工。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“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)帶動電極絲沿軸向移動。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，使工作臺作按軌跡移動，工件與電極絲靠近。當(dāng)兩者接近到適當(dāng)距離時（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，從而使加工過程持續(xù)進(jìn)行。</p><p>　　2.2 電火花線切割的特點與應(yīng)用<

10、/p><p>　　2.2.1電火花線切割的特點</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。工作液一般會采用水基乳化液或純水，這樣成本低，而且不會發(fā)生火災(zāi)。利用四軸或五軸聯(lián)動，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，實際金屬去除量很少，使得

12、材料的利用率很高。對加工、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)過程中需要單件的樣品，利用線切割直接切割出零件，無需模具，這樣可以大大縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期同時降低試制成本。加工特殊材料，切割某些高硬度，高熔點的金屬時，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)磨床相競爭的程度。</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，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程。</p><p>　　3.2 激光加工的特點與應(yīng)用</p><p>　　3.2.1激光加工的特點</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化，對被加工材料的形狀、尺寸和加工環(huán)境要求很低。無接觸加工。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。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、可實現(xiàn)眾多復(fù)雜零件的切割等優(yōu)點而應(yīng)用越來越廣。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。激光存儲技術(shù)，通過信息以反射/非反射帶（正常表面和凹坑）的序列編碼，實現(xiàn)到信息存儲。激光劃線技術(shù)，在激光對劃片材料幾乎不產(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，材料表層溫度迅速