电火花线切割LY12硬铝实验分析 1. 1实验研究背景 电火花线切割加工在非传统材料的加工中被广泛采用，非传统材料的加工是电火花加工的一种独特应用。电火花加工的适用条件只要工件具有的导电性，即只要工件是导电的，其加工过程不受工件硬度、韧性与脆性的限制…第六章 螺柱焊 将金属螺柱或类似的其它金属紧固件（栓、钉等）焊到工件（一般为板件）上去的方法叫做螺柱焊。螺柱焊可以代替铆接或钻孔螺丝紧固等。 实现螺柱焊的方法有电阻焊、摩擦焊、爆炸焊及电弧焊等多种，这里指的是电弧法螺柱焊。电弧法螺柱焊在使用设备及焊接…第3 0 卷 第6期 年 6 西 安 交 通 大 学 学 报 vo l . 30 M ? 6 199 6 月 ‘ JO U R N A L O F X l A N JIA O T O N G U N IV E R S IT Y Ju n 1996 大…
电火花线切割LY12硬铝实验分析1. 1实验研究背景电火花线切割加工在非传统材料的加工中被广泛采用，非传统材料的加工是电火花加工的一种独特应用。电火花加工的适用条件只要工件具有的导电性，即只要工件是导电的，其加工过程不受工件硬度、韧性与脆性的限制，因此适合加工难切削材料，例如模具钢、硬质合金、高温合金、石墨或者导电性陶瓷与等材料。电火花线切割加工是一种非接触式加工，在加工过程中不受切削力与切削变形的影响。在加工过程中电极丝张紧力通过张力控制装置保持恒定，本套机器采用的是重锤张紧，避免由于电极丝的振动而产生的工件加工精度误差。电极丝材料通常为黄铜、涂锌铜、钼、钨等，电极丝的直径通常为0.02-0.3mm，微细切割时电极丝直径可达20-30um，因此线切割加工可以使工件的拐角半径可以很小，可以满足精密加工的要求。加工复杂精密工件以及通孔类零件时线切割加工技术的优异特性得到了很好地展现。电火花线切割可用于加工冲压模具，间距细小的引线框模具，微细机械零件，上下异形模具等。电火花成型加工中用的许多特殊形状的电极都是由电火花线切割方法加工，比如在航空航天领域中的闭式整体涡轮叶盘加工所需要的成型电极大部分是采用电火花线切割加工。电火花线切割加工也广泛应用于模具、微电子、航空航天和医疗器械等领域。按照电极丝的运行方向和运丝速度大小等特点，人们把线切割机床分为两类：一 类是往复走丝线切割机床，另一类是单向走丝线切割机床。往复走丝线切割机 床又分为快走丝线切割机床和中走丝线切割机床。该类型机床的电极丝可以双向运行循环使用，其走丝速度一般为8-10 m/s，加工效率可达到180 mm2/min， 加工工件的的最佳表面质量可以达到粗糙度Ra =1.2-1.25 um，多次切割可达到Ra = 0.8 um左右，尺寸精度一般在0.01mm 左右。往复走丝线切割机床是我国独创的线切割加工模式，其加工精度和表面质量虽然不及单向走丝线切割机床，其价格优势使其广泛应用在中小企业中。单向走丝线切割机床一些关键技术被借鉴于中走丝线切割机床，其加工质量要优于快走丝线切割机床；单向走丝线切割机床顾名思义即电极丝朝单一方向运行加工后不再使用，其走丝速度一般低于0.2m/s，切割效率最快可达500 mm2/min，最佳表面粗糙度可达Ra < 0.05 um。这是国外生产和使用的主要机种。据统计目前国内外的电火花线切割机床在电加工机床中所占的比例已大于 60%。值得指出的是，单向走丝电火花线切割机床由于其加工工件表面质量好、加工精度高等特点，在电加工行业被誉为“皇冠上的明珠”，因此研究单向走丝线切割加工更具有深远的意义。1.2电火花加工机理每个脉冲放电的微观过程是电场力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。这一过程大致可以分为四个连续阶段:极间介质的电离、击穿,形成放电通道;介质热分解,电极材料馆化、汽化热膨胀;电极材料的抛出;极间介质的消电离。(1)极间介质的电离、击穿,形成放电通道当脉冲电压施加于电极与工件之间时,两极间形成一个电场。工件与电极的微观表面凹凸不平,极间距离又很小,因而极间电场强度很不均勻,两极间离得最近的突出或尖端处的电场强度最大。电场强度最大的地方发生电子发射,电子从阴极表面逸出,电场的存在使电子不断加速,电子高速向阳极运动,在运动过程中,电子撞击放电介质的中性分子和原子,产生碰撞电离,形成正负粒子,导致带电粒子急速增多。当电子到达阳极时,介质被击穿,产生火花放电,形成导通通道,随后电源能量沿放电通道注入到两极放电点及间隙中。(2)介质热分解,电极材料焰化、汽化热膨胀极间介质一旦被电离、击穿,形成放电通道后,脉冲电场使通道内的电子高速向正 极移动,正离子移向负极,使电能转化为动能,通过带电粒子对相应电极的材料的高速碰撞将动能转变为热能。于是在通道内正极和负极表面分别产生瞬时热源,使温度升高。正负极表面的高温除使工作液汽化、热分解外,也使金属材料焰化甚至沸腾汽化,这些汽化的工作液和金属蒸汽,瞬时体积猛增,在放电间隙内形成气泡,迅速热膨胀。(3)电极材料的抛出通道内的正负电极表面的瞬时高温,使工作液汽化并使得电极表面金属材料溶化、 汽化。通道内的热膨胀产生很高的瞬时压力,使汽化了的气体体积不断向外膨胀,从而将溶化或汽化的金属材料推挤、抛出而使其进入工作液中,抛出的两极带电荷的材料在放电通道内汇集后进行中和及凝聚,最终形成了细小的中性圆球颗粒,成为电火花加工烛除产物。实际上溶化和汽化了的金属在抛离电极表面时,向四处飞溅,绝大部分金属被抛入工作液中收缩成小颗粒,小部分金属飞溅、镀覆、吸附在电极表面上。金属飞溅、键覆、吸附在电极表面可以补偿电极损耗,有在一定条件下有积极意义.(4)极间介质的消电离脉冲电压结束后,脉冲电流迅速降为零,此后需要一段间隔时间,使间隙介质消除 电离,并且将通道内已经形成的电蚀产物及一些中和的带电微粒尽可能排出通道,恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度,以及降低电极表面温度等,从而避免由于此放电通道绝缘强度较低,下次放电仍可能在此击穿而导致的总是重复在同一处击穿产生电弧放电现象的出现。1.3放电状态辨识研究现状近几十年,随着电加工放电状态检测技术的不断发展,放电状态辨识的研究也成为电加工研究的一个热点问题。由于放电过程涉及到热、电、磁等物理多场耦合过程,因而电加工的间隙放电过程是一个极其复杂的过程。虽然加工过程中的影响因素(电参数和非电参数)是来自多方面,但最终的表现形式都可以用放电状态来描述,而这直接影响到电加工的工艺效果和零件质量。因此正确的识别电加工放电状态,才能实现加工过程的优化和自动控制,改善工艺效果和提高产品质量。电加工的间隙放电波形主要分为开路、火花放电、电弧放电和短路四种[10-11], 由于电火花线切割加工中区别不是非常大,将过渡电弧也归类为电弧放电状态。下面简要地介绍一下这四种放电状态。(a) 开路:也称为空载,为放电通道间隙未能被击穿时的放电状态,此时间隙的 电压很大,只有微弱电流或者没有电流通过该间隙。(b) 火花放电:伴随有击穿延时,之后极间间隙的屯离层被击穿,形成放电通道。 火花放电为正常放电,它是电加工中期望的放电状态。(c) 电弧放电:包括过渡电弧放电和电弧放电。过渡电弧放电的电压波形仍有少 量高频成分,一般情况下,这种状态可以自行或通过伺服控制恢复为正常放电状态。稳定电弧放电的电压和电流的波形都很光滑,高频成分基本已经消失,电压较低,没有击穿延时,此种状态下的加工蚀除量很小,工件表面质量很差,它不是电加工中期望的放电状态。(d) 短路:此时电火花加工电压基本上接近于零,而且放电波形光滑,加工电流 很大。在放电加工中,短路不仅大量消耗电能,而且烛除率基本为零,没有正常的加工作用,同时还会因短路电流过大,容易造成WEDM断丝和电源部件损坏,这种 状态是电加工中严禁的状态,一般电加工机床数控系统都会对其严密监控。 图1.1加工间隙放电波形2. 多线电火花线切割加工效率实验 表2-1电火花线切割加工效率实验参数表试验参数 参数数值 脉宽 14us脉间 4
6us进给速度 3步/s电极丝 D=0.18mm
表面涂有金刚砂的钼丝丝速 5.8m/s材料厚度 50mm切割材料 LY12硬质铝合金电解液 工业电解液 图2.1 脉间为4us时的切片 图2.2脉间为5us时切片表面 图2.3 脉间为6us时的切缝当其他条件一定时，脉冲间隔为4us时，将LY12铝整片切下共历时3小时16分钟，加工过程中电压为90v电流为1.7A与电压为55v电流为4.7A及电压为60v电流为2A交替出现，说明在此加工过程中正常放电加工，短路加工与弧光加工是交替出现的，此时加工效率比较慢，加工硬质铝合金表面质量比较差；当其他条件一定时，脉冲间隔为5us时，加工过程基本呈正常电火花放电状态，此时显示加工电压85-90v，加工电流1.5A左右，将整片铝合金切下只需2小时44分钟即可，这种条件下加工的硬质铝合金表面质量比较好切线切割加工效率比较高；当其他条件一定时，脉冲间隔为6us时，当线切割放电加工持续到36分钟时便不在放电，此时出现弧光放电现象，此时显示电压为60v，电流为2A，且弧光放电线线一直持续。分析出现此现象的原因：当脉冲间隔为4us时，出现短路与弧光切割现象比较多的原意可能是由于脉冲间隔过小而影响电火花线切割的蚀除物的排出与加工过程的消电离，由于蚀除物无法顺利排出时的线锯与蚀除物接触的机会增加，从而导致短路现象与弧光切割现象的增加；当脉冲间隔为6us时，在一个加工周期内工件进给大于脉冲间隔5us时一个加工周期内的进给，使得工件与线锯接触机会增加导致弧光放电现象增加。 表2-2电火花线切割加工效率实验参数表试验参数 参数数值脉宽14 24 34间隔比 3:1进给速度 5步/s电极丝 钼丝 D=0.18mm丝速 5.8m/s材料厚度 50mm切割材料 LY12铝电解液 工业电解液 图2.4
脉宽为14us时的切片 图2.5
脉宽为24us时的切片
脉宽为34us时的切片当其他条件一定时，脉宽为14us时将整片铝片切下需要3小时30分钟，此时加工放电电压与电流分别为80-90v,1-2A，弧光切割电压电流60v，2.5A,短路电压电流50V,3.5A,即加工过程中正常放电加工，弧光加工，短路加工交替并存；当其他条件一定时，加工脉冲宽度为24us时，将硬质铝合金整片切下只需3小时3分钟，此时正常加工电压为80-90V,电流为1-2A,同时也会出现弧光放电与短路切割现象，但其加工效率较脉宽为14us时效率高；当脉宽为34us时，切割现象如图2.6所示，电火花线切割正常放电2小时后无法正常放电且此时出现弧光放电现象。每个脉冲周期电火花放电能量E= TOU t i t dt
（1）由于电火花放电切割时其极间加工脉冲电压电流呈爬坡时增加，当间隔比及其他条件一定时，一定时间与范围内脉宽越大的其电压电流所需爬坡时间越小，一段时间内能量对电压电流的积分值越大，故产生脉冲能量越大，故脉冲宽度为24us时加工效率要高于脉冲宽度为14us时；当脉冲宽度继续增加，工件时初速度继续增大且切缝深度越深蚀除物排屑越困难；导致当脉冲宽度34us时工件去除速度无法跟上蚀除物排出速度，导致切片无法顺利切下。 表2-2电火花线切割加工效率实验参数表试验参数 数值脉宽 24us间隔比 8us进给速度 4 5 6步/s电极丝 钼丝
D=0.18mm丝速 5.8m/s材料厚度 50mm切割材料 LY12硬质铝合金电解液 工业电解液 T1 图2.7 不同进给速度时的切缝用以上参数加工工件时，切片均不能顺利切下，且当放电不能顺利进行时其最大加电流不过2A，其原因是由于进行电火花线切割时汽化的铝粉遇到冷电解液直接凝华，并随着电解液一道流入水槽，多次切割后，水槽中积累的铝粉越来越多而导致电解液绝缘性变差，使得加工时极间放电性能变差，导致时放电电流与放电电压减小，使得加工变得困难。用不同的进给速度来进行试验是为了探究进给速度与电极蚀除工件速度的关系，当电极进给速度小于工件蚀除速度时，空载现象与弧光加工出现会比较频繁；当电极进给速度与工件蚀除速度相当时，工件加工速度最快，加工过程中基本表现为正常放电加工状态；当电极进给速度大于工件蚀除速度，加工过程中会出现较的短路现象，即电极丝会频繁与工件接触，短路现象出现后系统会自动回退或自动降速，从而使加工速度减慢。
电火花线切割LY12硬铝实验分析 1. 1实验研究背景 电火花线切割加工在非传统材料的加工中被广泛采用，非传统材料的加工是电火花加工的一种独特应用。电火花加工的适用条件只要工件具有的导电性，即只要工件是导电的，其加工过程不受工件硬度、韧性与脆性的限制…电火花线切割LY12硬铝实验分析 1. 1实验研究背景 电火花线切割加工在非传统材料的加工中被广泛采用，非传统材料的加工是电火花加工的一种独特应用。电火花加工的适用条件只要工件具有的导电性，即只要工件是导电的，其加工过程不受工件硬度、韧性与脆性的限制…电火花线切割LY12硬铝实验分析 1. 1实验研究背景 电火花线切割加工在非传统材料的加工中被广泛采用，非传统材料的加工是电火花加工的一种独特应用。电火花加工的适用条件只要工件具有的导电性，即只要工件是导电的，其加工过程不受工件硬度、韧性与脆性的限制…百度搜索“就爱阅读”,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网92to.com,您的在线图书馆
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第一章 零件的工艺分析
1.1竞赛件考核的目的 1
1.2零件的工艺分析 2
第二章 零件工艺规程 8
2.1零件机械加工工艺规程的设定 8
2.1.1确定毛坯的制造形式 8
2.1.2铝的分类 8
2.2基准的选择 11
2.2.1粗基准的选择 11
2.2.2精基准的选择 12
第三章 零件的加工工艺制订 18
3.1三轴加工方案 18
3.2四轴加工方案 19
第四章 机床、工艺装备和最终加工工艺路线的确定 18
4.1机床设备的确定 18
4.2机床的主要技术参数 19
4.3夹具的选择 19
4.4刀具的选择 19
4.4.1刀具材料的选择 19
4.4.2刀具类型的选择 19
4.5量具的选择 19
第五章 零件机械加工余量、工序尺寸及其毛坯尺寸确定的原则 18
5.1加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定 18
5.2各道工序切削量确定 19
5.3基本工时定额的确定 19
第六章 加工程序 19
6.1导轨的加工程序 18
6.2罩盖的加工程序 19
6.3基座的加工程序 19
参考文献 21
1.1竞赛件考核的目的
该竞赛试题件考核零件的结构是由平面加工与轮廓加工、沟槽加工（镂空槽和柱面槽）、复杂曲面、孔系加工（镗孔、铰孔、刚性攻丝和螺纹铣削等）、雕刻加工和功能部件的配合加工等综合要素构成的。
数控技能竞赛考核的是数控工艺、程序编制数控机床技能的综合应用，在竞赛规定的时间内比理论知识的应用、比毅力、比技巧、比经验。由于此竞赛课题件需要运用综合的数控理论知识和数控机床的操作技能，在编制加工工艺过程时要充分注意到各道工序的定位基准是否统一，工艺安排的是否具有合理性，能否满足课题件的尺寸精度、表面粗糙度及形位公差的要求，应用通用夹具和常规的夹紧方式能否满足定位原理的基本要求。能否在规定的时间内完成竞赛件的加工，取决于工艺安排的是否合理。
此竞赛课题件的综合工艺含量的水平较高，要求具有四轴加工性能的数控机床加工，应该说代表了现代数控技术的发展方向。竞赛要求每位选手完成一套组合件，并应按技术要求达到配合精度。本人以此课题件作为毕业设计论文的基本素材，以现有的三轴联动的数控铣床试验性地编写其加工工艺过程并操作数控机床完成此课题件的加工。其后编制四轴加工的工艺及程序。
第二章 零件工艺规程
2．1零件机械加工工艺规程的设计
零件机械加工工艺过程是工艺规程设计的中心问题。把机械加工工艺过程和操作方法过程和操作方法按规定的图表或文字形式书写成的工艺文件就成为机械加工工艺规程。
在制订工艺路线时，应该考虑的问题有：
1.合理选择定位基准；
2.正确选择各加工表面的加工方法；
3.加工阶段的划分；
4.确定工序的集中与分散程度；
5.机械加工顺序的安排；
6.热处理工序及辅助工序的安排等。
2.1.1确定毛坯的制造形式
毛坯制造形式的选择从理论上讲主要依据四个方面的因素：
第一，设计图纸规定的材料和机械性能；
第二，零件的结构形状和尺寸大小；
第三，零件的制造经济性；
第四，生产纲领。毛坯制造形式的选择应使材料、毛坯制造和零件的各项加工费用之和最小。
工艺设计时，毛坯制造形式的选择应全面考虑下述因素的影响：
1）零件的材料及对材料组织和性能的要求；
2）零件的结构形状外形尺寸；
3）生产纲领的大小；
4）具体生产条件。
毛坯的选择原则是：毛坯的形状和尺寸，越接近零件，那么毛坯的精度就越高，则零件的机械加工余量就越小，同时材料的消耗也就越少，机械加工的生产率也可以提高，零件的成本降低了，但毛坯的成本却提高了。
因此，确定毛坯要从机械加工和毛坯制造两个方面综合来考虑，以求得最佳的方案。毛坯的类型有很多，如锻，压制，冲压，焊接，冷轧，热轧，型材和板材等。因本工件为单件生产，且为一般性轴类零件，考虑其复杂程度，所以本零件毛坯选棒料。因为棒料的经济性好，加工余量小，而且成本较低。适于单件生产。
本设计所选定的材料是以我校现有的教学条件而定为LY12（硬铝）。
铝的用途：铝可以从其它氧化物中置换金属（铝热法）。其合金质轻而坚韧，是制造飞机、火箭、汽车的结构材料。纯铝大量用于电缆。广泛用来制作日用器皿。
2.1.2铝的分类
1）纯铝：纯铝按其纯度分为高纯铝、工业高纯铝和工业纯铝三类。焊接主要是工业纯铝，工业纯铝的纯度为99. 7％^}98. 8％，纯铝的导电导热性随其纯度降低而变差，所以纯度是纯铝材料的重要指标。其牌号有L1、L2、L3、L4、L5、L6等六种。
2）铝合金：往纯铝中加入合金元素就得到了铝合金。根据铝合金的加工工艺特性，可将它们分作形变铝合金和铸造铝合金两类。形变铝合金塑性好，适宜于压力加工。
　　铝合金按照其性能特点和用途可分为防锈铝（LF）、硬铝（LY）、超硬铝（LC）和锻铝（LD）四种。铸造铝合金按加入主要合金元素的不同，分为铝硅系（AL-Si）、铝铜系（Al-Cu）、铝镁系（Al-Mg）和铝锌系（Al-Zn）四种。
2.2 基准的选择
正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容，也是保证零件加工精度的关键。定位基准分为粗基准、细基准和辅助基准。根据其作用不同又可分为设计基准和工艺基准。在最初的加工工序中，只能用毛坯尚未加工的表面作为定位基准（粗基准）。在后续的工序中，则使用已加工的表面作为定位基准（精基准）。在制定工艺规程中，首先考虑了选择怎样的精基准以保证达到工精度的要求并把各个加工表面加工出来，然后考虑了怎样选择合适的粗基准把精基准面加工出来。在前诉的零件特点、设计基准以及技术要求的基础上，根据粗、精基准的选择原则，合理的选定零件加工过程中的定位基准。
2.2.1粗基准的选择
作为定位基准的表面，如是未经加工的毛坯表面，则称为粗基准。
粗基准的选择原则：
1）当必须保证不加工表面与加工表面间相互位置关系时，应选择该不加工表面为粗基准。
2）对于有较多加工表面而不加工表面与加工表面位置要求不严格的零件，粗基准的选择应能保证合理地分配各加工表面的余量。
3）选作粗基准的毛坯表面应尽量光滑平整，不应有浇口、胃口的残迹及飞边等缺陷，以免增大定位误差，并使零件夹紧可靠。
4）粗基准应尽量避免重复使用，原则上只能在第一道工序中使用。因为多次使用同一粗基准会造成很大定位误差。
2.2.2精基准的选择
精基准的选择应该符合“基准重合”、“基准统一”、“互为基准”、“自为基准”四条原则。选择主要应该考虑基准重合的原则，而当设计基准与工序基准不重合时，应进行尺寸的换算。精基准的选择要求定位准确、夹具结构简单、夹紧可靠，使每个工序都有合适的基准和定位夹紧方式，以便正确解决所有工序的基准选择问题。
1）基准重合原则：就是尽可能选用工序基准作为定位基准，以减少因基准不重合而引起的定位误差；
2）基准统一原则：如果工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工出其它各表面时，则应尽可能在大多数工序中都采用这组精基准进行定位；
3）自为基准原则：当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀时，或是在某些特殊情况下，应选择加工表面本身作为精基准。但该表面与其他表面之间的相互位置精度，则要求由先行工序保证；
4）互为基准原则：当需要获得均匀的加工余量或较高的互相位置精度时，有时还要遵循互为基准、反复加工的原则；
5）精基准的选择应使定位基准、夹具结构简单、夹紧可靠。
在实际工作中，定位基准的选择要符合上述所有的原则有时是不可能的，因此应根据具体情况进行分析，选出最有利的定位基准。
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