《特种加工技术》教案设计2Word文件下载.docx

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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律。

实训课时

合计课时

4

授课日期

2016.9.25

教具

媒体、实物、挂图等

教学重点

电火花加工的工艺规律。

教学难点

电火花加工的自动进给调节系统。

教学回顾

说明

教学过程

一、组织教学。

（5分钟）

1、点名并登记好出勤情况。

2、讲解注意事项、检查学生自身安全隐患并排除。

3、让学生合编成几个小组、以小组组长为每组负责人。

二、导入新课。

特种加工产生的条件，之所以产生特种加工普通机械加工满足不了加工的要求。

一些难加工的材料、一些有特殊要求的零件、加工效率（生产率）、生产成本等等都需要特种加工。

比较普通加工与特种加工的区别来引入课题。

随着社会生产的需要和科学技术的进步，20世纪40年代，前苏联科学家拉扎连柯夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被腐蚀掉，开创和发明了电火花加工。

后来，由于各种先进技术的不断应用，产生了多种有别于传统机械加工的新加工方法。

这些新加工方法从广义上定义为特种加工（NTM，Non-TraditionalMachining），也被称为非传统加工技术，其加工原理是将电、热、光、声、化学等能量或其组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除。

三、理论新授。

（一）电火花加工的工艺规律（35分钟）（重点讲解）

1、电火花加工的脉冲电源

对电火花加工用脉冲电源总的要求：

1）有较高的加工速度

2）工具电极损耗低

3）加工过程稳定性好

4）工艺范围广

对电火花加工用脉冲电源的具体要求是：

1）所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或负半波很小，这样才能最大限度地利用极性效应，提高生产率和减少工具电极的损耗。

2）脉冲电压波形的前后沿应该较陡，这样才能减少电极间隙的变化及油污程度等对脉冲放电宽度和能量等参数的影响，使工艺过程较稳定。

因此一般常采用矩形波脉冲电源。

3）脉冲的主要参数，如峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔等应能在很宽的范围内调节，一满足粗、中、精加工的要求。

4）脉冲电源不仅要考虑工作稳定可靠、成本低、寿命长、操作维修方便和体积小等问题，还要考虑节省电能。

2、RC线路脉冲电源（结合实物讲解）

RC线路脉冲电源的最大优点：

1）结构简单，工作可靠，成本低。

2）在小功率时可以获得很窄的脉宽（小于0.1μs）和很小的单个脉冲能量，可用作光整加工和精微加工。

RC线路脉冲电源主要用于小功率精微加工或简式电火花加工机床中。

RC线路脉冲电源的缺点是：

1）电能利用效率很低，计算证明最大不超过36%，因大部分电能经过电阻时转化为热能损失掉了，这在大功率加工时是很不经济的。

2）生产效率低，因为电容的充电时间比放电时间长50倍以上，脉冲间歇系数太大。

3）直流电源与放电间隙之间没有开关元件隔离，影响稳定性，此外还不能独立形成脉冲。

为了克服上述缺点，可采用改进型的晶体管控制的Tr-RC脉冲电源，其原理是用一大功率的晶体管Tr代替限流电阻。

3、晶体管式脉冲电源

利用功率晶体管作为开关元件获得单向脉冲。

具有脉冲频率高，参数易调节，脉冲波形好，易实现多回路加工和自适应控制等自动化要求。

广泛用于中、小型脉冲电源。

（二）电火花加工的自动进给调节系统（20分钟）（难点，通过观看视频方法讲解）

1、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类

自动进给调节系统的任务在于维持所需的“平均”放电间隙S,保证电火花加工正常进行，以获得较好的加工效果。

步进电机、伺服电机系统

2、自动进给调节系统的组成部分

直接测量电极间隙大小及其变化是很困难的，都是采用测量与放电间隙成比例关系的电参数来间接反映放电间隙的大小。

因为当间隙较大、开路时，间隙电压最大或接近脉冲电源的峰值电压；

当间隙为零、短路时，间隙电压为0，虽不成正比，但有一定的相关性。

常用的信号检测方法由两种：

一种是平均间隙电压测量法；

另一种是利用稳压管来测量脉冲电压的峰值信号。

比较环节用以根据进给量或间隙平均电压的“设定值”（称作伺服参考电压）来调节进给速度，以适应粗、中、精不同的加工规准。

它实质上是把从测量环节得来的信号和“给定值”的信号进行比较，再按此差值来控制加工过程。

大多数比较环节包含或合并在测量环节之中。

由测量环节获得的信号一般都很小，难于驱动执行元件，必须要有一个放大环节，通常称它为放大器。

为了获得足够的驱动功率，放大器要有一定的放大倍数。

然而，放大倍数过高也不好，它将会使系统产生过大的超调，即出现自激现象，使工具电极进进退退，调节不稳定。

常用的放大器主要是各类晶体管放大器件。

（三）电火花加工机床（15分钟）

1、电火花加工机床主体

我国国标规定，电火花成型机床均用D71加上机床工作台面宽度的1/10表示。

例如D7132中，D表示电加工成型机床（若该机床为数控电加工机床，则在D后加K，即DK）；

71表示电火花成型机床；

32表示机床工作台的宽度为320mm。

在中国大陆外，电火花加工机床的型号没有采用统一标准，由各个生产企业自行确定，如日本沙迪克（Sodick）公司生产的A3R、A10R；

瑞士夏米尔（Charmilles）技术公司的ROBOFORM20/30/35；

台湾乔懋机电工业股份有限公司的JM322/430；

北京阿奇工业电子有限公司的SF100等。

按其大小可分为：

小型（D7125以下）、中型（D7125～D7163）和大型（D7163以上）；

按数控程度：

非数控、单轴数控和三轴数控。

随着科学技术的进步，国外已经大批生产三坐标数控电火花机床，以及带有工具电极库、能按程序自动更换电极的电火花加工中心，我国的大部分电加工机床厂现在也正开始研制生产三坐标数控电火花加工机床。

2、电火花加工机床结构

1）结构形式

2）机床主体组成

电火花加工机床主体主要由床身、立柱、主轴头及附件、工作台等组成，是用来实现工件和工具电极的装夹固定和运动的机械系统。

脉冲电源

脉冲电源是电火花加工机床的重要组成部分，其作用是将50Hz、220V或380V的交流工频电流转换为电火花加工所需要的频率较高的单向电脉冲，提供极间产生火花放电的能量。

四、小结（5分钟）

1、电火花加工方法的原理与特点；

2、了解电火花加工方法的分类。

五、实操

（一）节电火花穿孔成型加工知识讲解（40分钟）

1、冲模的电火花加工工艺方法

对冲模，配合间隙是一个很重要的质量指标，它的大小与均匀性都直接影响冲件的质量及模具的寿命，在加工中必须给予保证。

达到配合间隙的方法有很多种，电火花穿孔加工常用“钢打钢”直接配合法。

此法是直接用凸模作为电极直接加工凹模。

加工时将凹模刃口端朝下形成向上的“喇叭口”，加工后将工件反过来使“喇叭口”向下作为凹模，电极也倒过来时把损耗都分切除或用很低熔点合金浇固作为凸模。

2、工具电极（结合实物讲解）

（1）电极材料的选择

凸模一般选优质高碳钢T8A、T10A或铬钢Cr12、GCr15，硬质合金等。

应注意凸凹模不要选用同一种钢材型号，否则电火花加工时不易稳定。

（2）电极的设计

凹模的精度主要决定于工具电极的精度，要求工具电极的尺寸精度和表面粗糙度比凹模高一级，一般不低于IT7，Ra小于1.25μm，工具电极应有足够的长度。

（3）电极的制造

冲模电极的制造，一般先经普通机械加工，然后成形磨削。

3、工件的准备

电火花加工前，工件（凹模）型孔部分要加工预孔，并留适当的电火花加工余量的大小应能补偿电火花加工的定位、找正误差及机械加工误差。

一般情况下，单边余量为0.3~1.5mm为宜，并力求均匀。

对形状复杂的型孔，余量要适当加大。

（二）电火花加工操作实例（结合实物讲解）（30分钟）

1、腔模的电火花加工

型腔模的电火花加工---盲孔加工

型腔模：

锻模、压铸模、胶木模、塑料模、挤压模等。

对型腔模的电火花加工，既要求蚀除量大，加工速度高，又要求电极损耗低，并保证所要求的精度和表面粗糙度。

型腔模电火花加工方法主要有单电极平动法、多电极更换法、分解电极加工法等。

2、型腔模加工用工具电极

（1）电极材料的选择

纯铜、铜钨合金以及石墨电极等。

纯铜的优点：

1）不容易产生电弧，在较困难的条件下也能稳定加工。

2）精加工比石墨电极损耗小。

3）采用精微加工能达到优于Ra1.25μm的表面粗糙度。

4）用过的和废铜电极经锻造后还可做其他型腔加工用的电极，材料利用率高。

石墨的优点：

1）机械加工成形容易，容易修正。

2）电火花加工的性能也很好，在宽脉冲大电流情况下具有更小的电极损耗。

加工型腔模时的工具电极尺寸，一方面与模具的大小、形状、复杂程度有关，而且与电极材料、加工电流、深度、余量及间隙等因素有关。

当采用平动法加工时，还应考虑所选用的平动量。

（3）排气孔和冲油孔设计

型腔加工一般均为不通孔加工，排气、拍屑状况将直接影响加工速度、稳定性和表面质量。

一般情况下，在不易拍屑的拐角、窄缝处应有冲油孔；

而在蚀除面积较大以及电极端部有凹入的部位开排气孔。

冲油孔和排气孔的直径一般为ø

1-ø

2mm。

若孔过大，则加工后残留的凸起太大，不易清除。

孔的数目应以不产生蚀除物堆积为宜。

孔距在20-40mm左右，孔要适当错开。

3、工作液强迫循环的应用

型腔加工是不通孔加工，电蚀产物的排除比较困难，电火花加工时产生的大量气体如果不能及时排除，积累起来就会产生“放炮”现象。

采用的冲油压力一般为20kPa左右，可随深度的增加而有所增加。

冲油对电极损耗有影响，随着冲油压力的增加，电极损耗也增加。

冲油压力和流速不宜过高。

电极的损耗又将影响到型腔模的加工精度，故对要求很高的锻模往往不采用冲油而采用定时抬刀的方法来排除电蚀产物，以保证加工精度，但生产率有所降低。

4、电规准的选择、转换，平动量的分配

在粗加工时，要求高生产率和低电极损耗，这时应优先考虑采用较宽的脉冲宽度，然后选择合适的脉冲峰值电流，并应注意加工面积和加工电流之间的配合关系。

中规准与精规准之间并没有明显的界限。

一般选用脉冲宽度为20~400μs、电流峰值为10~25A进行中加工。

精加工窄脉宽时，电极损耗率较大，一般为10%~20%，好在加工留量很小，一般单边不超过0.1~0.2mm。

表面粗糙度应优于Ra2.5μm，一般都选用窄脉宽（2~20μs）、小电流峰值（＜10A）进行加工。

六、实操小结。

（3分钟）

电火花加工中应注意的一些问题

七、课后作业。

（2分钟）

电火花成型加工主要方法？

八、整理清洁。

1、设备恢复和整理

2、整理工量具

3、教学场地的清洁

4、人走五关（关门、关窗、关灯、关风扇、关工具箱）