環(huán)狀溝槽電解線切割機床及工藝分析(共39頁)

1、 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc421055679 1 緒論 PAGEREF _Toc421055679 h 1 HYPERLINK l _Toc421055680 1.1電化學(xué)加工的研究與發(fā)展 PAGEREF _Toc421055680 h 1 HYPERLINK l _Toc421055681 1.2線切割技術(shù)的研究與發(fā)展 PAGEREF _Toc421055681 h 1 HYPERLINK l _Toc421055682 1.3研究的意義和目的 PAGEREF _Toc421055682 h 2 HYPERLINK l _Toc421055683

2、 1.4本文的主要研究內(nèi)容 PAGEREF _Toc421055683 h 3 HYPERLINK l _Toc421055684 1.5本章小結(jié) PAGEREF _Toc421055684 h 3 HYPERLINK l _Toc421055685 2 電解加工機理 PAGEREF _Toc421055685 h 4 HYPERLINK l _Toc421055686 2.1 電解加工的基本原理 PAGEREF _Toc421055686 h 4 HYPERLINK l _Toc421055687 2.1.1 電解加工成形原理 PAGEREF _Toc421055687 h 4 HYPERL

3、INK l _Toc421055688 2.1.2 法拉第定律 PAGEREF _Toc421055688 h 6 HYPERLINK l _Toc421055689 2.2 電解加工的工藝參數(shù) PAGEREF _Toc421055689 h 7 HYPERLINK l _Toc421055690 2.2.1 電解加工的工藝特點 PAGEREF _Toc421055690 h 8 HYPERLINK l _Toc421055691 2.2.2微尺度間隙流場的理論基礎(chǔ) PAGEREF _Toc421055691 h 9 HYPERLINK l _Toc421055692 2.3 電解成形加工中促

4、進電液循環(huán)的方法 PAGEREF _Toc421055692 h 12 HYPERLINK l _Toc421055693 2.3.1沖液方法 PAGEREF _Toc421055693 h 12 HYPERLINK l _Toc421055694 2.3.2旋轉(zhuǎn)電極 PAGEREF _Toc421055694 h 14 HYPERLINK l _Toc421055695 2.3.3階躍進給 PAGEREF _Toc421055695 h 14 HYPERLINK l _Toc421055696 2.4本章小結(jié) PAGEREF _Toc421055696 h 15 HYPERLINK l _T

5、oc421055697 3 環(huán)狀溝槽電解線切割加工機床 PAGEREF _Toc421055697 h 17 HYPERLINK l _Toc421055698 3.1機床的設(shè)計構(gòu)想 PAGEREF _Toc421055698 h 17 HYPERLINK l _Toc421055699 3.2機床的總體方案及布局 PAGEREF _Toc421055699 h 18 HYPERLINK l _Toc421055700 3.3運動進給系統(tǒng) PAGEREF _Toc421055700 h 22 HYPERLINK l _Toc421055701 3.3.1運動平臺 PAGEREF _Toc421

6、055701 h 22 HYPERLINK l _Toc421055702 3.3.2工件陽極旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng) PAGEREF _Toc421055702 h 22 HYPERLINK l _Toc421055703 3.4 工藝裝置 PAGEREF _Toc421055703 h 24 HYPERLINK l _Toc421055704 3.4.1旋轉(zhuǎn)夾具的設(shè)計 PAGEREF _Toc421055704 h 24 HYPERLINK l _Toc421055705 3.4.2陰極沖液裝置設(shè)計 PAGEREF _Toc421055705 h 24 HYPERLINK l _Toc42105570

7、6 3.5本章小結(jié) PAGEREF _Toc421055706 h 28 HYPERLINK l _Toc421055707 4 環(huán)狀溝槽電解線切割工藝分析 PAGEREF _Toc421055707 h 29 HYPERLINK l _Toc421055708 4.1影響加工工藝指標(biāo)的因素 PAGEREF _Toc421055708 h 29 HYPERLINK l _Toc421055709 4.2進給參數(shù)對加工的影響 PAGEREF _Toc421055709 h 30 HYPERLINK l _Toc421055710 4.3電參數(shù)對加工的影響 PAGEREF _Toc42105571

8、0 h 32 HYPERLINK l _Toc421055711 4.4線電極直接對加工的影響 PAGEREF _Toc421055711 h 33 HYPERLINK l _Toc421055712 4.5本章小結(jié) PAGEREF _Toc421055712 h 34 HYPERLINK l _Toc421055713 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc421055713 h 35 HYPERLINK l _Toc421055714 致謝 PAGEREF _Toc421055714 h 371 緒論(xln)1.1電化學(xué)加工的研究(ynji)與發(fā)展在20世紀(shj)50年代之前，蘇聯(lián)

9、科學(xué)家就以 “以金屬局部高速溶解為基礎(chǔ)的電化學(xué)加工”的試驗研究。我國西安昆侖機械廠的深孔和膛線加工是最早研究并成功應(yīng)用電化學(xué)加工技術(shù)的。20世紀70年代電化學(xué)加工技術(shù)被廣泛推廣，進入高速發(fā)展年代。80年代計算機技術(shù)開始進入電解加工，北京工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、西安工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)先后開始可對電解加工研究探索。在國外，英國的人R,R公司電解加工葉片全自動生產(chǎn)線、荷蘭飛利浦的電工剃須刀全自動電解加工生產(chǎn)線、美國CE公司的五軸數(shù)控電解加工機床為現(xiàn)在電解加工設(shè)備水平的代表。目前，由于電解加工加工間隙中的電場、磁場、流場及陽極溶解動力學(xué)的因素的交互影響，電解加工的過程非常復(fù)雜，使電解加工技術(shù)的

10、縱深發(fā)展受到阻礙。除了個別應(yīng)用對象外，還沒有通用的在線直接檢測加工間隙的有效手段。電解加工技術(shù)是一種無應(yīng)力的高效加工方法，這一點在其加工槍管膛線和深孔時表現(xiàn)的尤為突出。電解加工既有能力高效加工大而復(fù)雜的零件，由于其電化學(xué)離子級的蝕除機理，使其在微細加工中很有潛質(zhì)。1.2線切割技術(shù)的研究與發(fā)展在20世紀50年代電火花線切割技術(shù)在電火花加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，開始時時通過銅絲做成的現(xiàn)狀刀具對工件進行電火花放電加工。其主要的技術(shù)有：加工控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)、脈沖電源、走絲機構(gòu)。電火花線切割加工原理與電火花成型技術(shù)原理基本相同，其原理為把工頻交流電轉(zhuǎn)換成特定頻率的脈沖電流，通過電極絲轉(zhuǎn)換成電火花來蝕

11、除金屬。其中電流的頻率、電壓等電參數(shù)對電火花加工的加工速度、加工過程、生產(chǎn)率、工藝質(zhì)量及電極的消耗等有很大關(guān)系。電火花線切割技術(shù)的走絲機構(gòu)是其不可或缺的組成部分，在進行電火花切割時，電極絲安裝固定在絲筒上，在控制系統(tǒng)的控制下以給定進給速度做勻速的往返運動。由于電火花的濺射效果，在實際中，加工表面會出現(xiàn)坑洞，其加工的表面質(zhì)量和精度都不理想。在慢走絲加工技術(shù)中，雖然加工的工藝水平達標(biāo)，但是加工速度慢，電極絲只能用一次。其生產(chǎn)效率慢，慢走絲機床的技術(shù)含量高，生產(chǎn)成本較高，以上因素導(dǎo)致其經(jīng)濟效益不高，很難大面積推廣。電火花切割加工中的工作液時循環(huán)使用的，所以工作液必須配有回收處理再運用的裝置，這樣(z

12、hyng)能充分的利用工作液，加快工作液的流動速度，使其連續(xù)不斷，快速的補充工作液及時沖走電火花加工中除下來的電蝕物，并且冷卻電極絲和加工工件，保證加工的穩(wěn)定性?？刂?kngzh)系統(tǒng)則如所有機床的一樣，在與控制加工精度，實現(xiàn)自動化加工。1.3研究的意義(yy)和目的金屬的特種加工一直是當(dāng)今制造業(yè)高度關(guān)注的問題。在金屬切割方面，日益增長的需求是傳統(tǒng)加工技術(shù)很難滿足的，雖然現(xiàn)在已經(jīng)有激光，電子束和電火花切割技術(shù)，但是這些技術(shù)的經(jīng)濟效益，工藝水平很難滿足現(xiàn)有的要求。在制造中要求加工技術(shù)能有較高的加工效率，適合成批的生產(chǎn)；機床的技術(shù)要求低，生產(chǎn)成本低，適合快速廣泛推廣；機床的加工工藝水平又能滿足現(xiàn)有

13、的工藝要求。發(fā)展新型的金屬切割加工技術(shù)已經(jīng)刻不容緩。電化學(xué)加工技術(shù)在大深寬比的環(huán)形金屬切割技術(shù)中，由于其刀具為非接觸刀具，切割加工中在不受刀具自身剛度的影響，所以對刀具的幾何形狀并不受加工剛度的影響，電極絲很容易加工出大深寬比的溝槽。但是在加工大深寬比溝槽時，其流場，電場的相關(guān)理論并不完善，在這方面的技術(shù)方面還有許多有待解決的問題。在電解加工中，深孔的加工已經(jīng)有較為成熟的理論基礎(chǔ)，對于半徑100mm8000mm等深空的加工中，電解加工的精度可達0.01mm0.02mm，表面粗糙度Ra0.016m0.08m，而在大深寬比金屬切割問題中遇到了與深空加工相同的問題，即傳統(tǒng)刀具的加工受到刀具幾何形狀，

14、剛度的影響，在加工范圍有局限性。電化學(xué)金屬切割技術(shù)（Metal Wire Cut Electrochemical Machining,MWEM）是將電化學(xué)電解加工技術(shù)與金屬切割技術(shù)相聯(lián)合的一種新工藝。它有電化學(xué)加工中非接觸復(fù)制加工，加工表面質(zhì)量好的電化學(xué)加工的優(yōu)勢，是在解決大厚度金屬切割切口傾斜問題而開展的探索性基礎(chǔ)研究。MWEM是以電化學(xué)電解加工原理為基礎(chǔ)，其非接觸性，無應(yīng)力的加工的基礎(chǔ)理論使其在大深寬比溝槽金屬切割方面有很大的發(fā)展?jié)撃堋Ａ硗猓F(xiàn)在金屬大深寬比切割技術(shù)存在著局限與不足：如電火花切割中電極絲的損耗嚴重，損耗機理復(fù)雜，補償困難，加工精度低；慢走絲電火花加工的工藝周期長，加工成本高

15、；激光加工的加工精度低，會出現(xiàn)錐度，再鑄層；傳統(tǒng)加工的金屬切割加工受刀具影響無法進行大深寬比溝槽的加工。相比之下，大深寬比電解線切割則有加工精度高，加工成本低，刀具無損耗，加工工件不受其硬度的影響等理論上的優(yōu)勢。該加工方法既可以制造帶有微槽道微縫的零件、又可以制造兩維復(fù)雜形狀高深寬比的微小零件。例如：電渦流傳感器或其它微型電磁元件中需要的微型平面線圈、微型化學(xué)反應(yīng)器中的微流道板、某些異型化噴絲板、微齒輪(chln)、微撥叉、微縫網(wǎng)板、以及微小型系統(tǒng)以及宏觀尺度系統(tǒng)中的很多微小零部件。1.4本文(bnwn)的主要研究內(nèi)容設(shè)計(shj)旋轉(zhuǎn)工件電解線切割回轉(zhuǎn)工件的加工工藝裝備。針對大深寬比環(huán)狀溝槽

16、的電解線切割的理論分析，設(shè)計適合的軸向沖液電極和旋轉(zhuǎn)夾具，改善了加工縫寬小于100m，深2000m環(huán)形溝槽加工間隙電解液循環(huán)更新困難的問題。設(shè)計了環(huán)形溝槽電解線切割機床。對其進行了總體設(shè)計、布局設(shè)計、主要零部件的設(shè)計。進行環(huán)狀溝槽電解線切割加工的工藝研究，掌握加工電壓，進給參數(shù)，電解液濃度，沖液速度對環(huán)狀溝槽電解線切割加工精度、加工穩(wěn)定性和表面質(zhì)量的影響規(guī)律。1.5本章小結(jié)（1）從電解加工的發(fā)展進程論證了微細電解加工是電解加工未來的一個發(fā)展趨勢。（2）在對傳統(tǒng)加工與電解加工的比較中，電解加工有無加工應(yīng)力，非接觸加工，加工能耗低，能在離子級進行加工的優(yōu)勢。（3）在現(xiàn)在存在的微細機構(gòu)加工中出現(xiàn)的問

17、題(wnt)進行新工藝方法的探索進行論述時，引入了電解加工在微細加工中的優(yōu)越性，并確定了本文的主要研究內(nèi)容，加工縫寬小于100m，深2000m環(huán)形溝槽及其加工裝備的設(shè)計，加工工藝(gngy)的分析。2 電解加工(ji gng)機理2.1 電解加工的基本原理2.1.1 電解加工成形原理用金屬陰極與工件陽極在一定的電壓下，通過電解池，在兩極之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)，工具陽極蝕除工件陰極即為電化學(xué)加工。 圖2.1 電解加工示意圖 電解加工時，陽極為工件接直流電源陽極，工件為陰極接直流電源負極，電壓在兩極作用(一般8V-24V)，通過控制工具陰極與工件陽極的微小間隙 (通常0.11mm)，在特

18、定壓力的作用下(0.52MPa)微小間隙中形成電解液流場，作為陽極的工件發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子以離子狀態(tài)進入電解液中，而作為陰極的工件發(fā)生還原反應(yīng)得到電子，在電解液中形成電流。以Me表示金屬原子，有如下電解化學(xué)反應(yīng)方程式：陰極(ynj)：Me-neMen+陽極(yngj)：2H+2eH2。由于電解液中流場的作用，反應(yīng)產(chǎn)生的沉積物質(zhì)和焦耳熱能隨著電解液的流動被帶走，工具(gngj)陰極在機床系統(tǒng)的帶動下做緩慢的進給運動 (進給速度02mmmin20mmmin)，慢慢的使工件陽極蝕除成形。圖22中的細豎線用來表示加工過程中的電流，電流的密度用豎線的疏密程度來表示。在剛開始電解加工是，在工件與工具距離

19、較近的地方通過的電流密度較大，電解液的流速也常較高，陽極溶解的速度也就較快，如圖2.2所示。由于工具相對于工件以均勻速度不斷進給，陽極工件表面按照陰極的形狀不斷溶解，電解產(chǎn)物不斷被電解液沖走，直到工件的形狀和尺寸均達到加工要求為止。圖2.2 電解加工成形原理2.1.2 法拉第定律電解加工作為一種加工工藝方法，人們所關(guān)心的不僅是其加工原理，而且在實踐上更關(guān)心其加工過程中工件尺寸、形狀以及被加工表面質(zhì)量的變化規(guī)律。而既可以定性分析、又能夠定量計算，能夠深刻揭示電解加工工藝規(guī)律的基本定律就是法拉第定律。法拉第定律包括以下兩項內(nèi)容：（1）法拉第第一(dy)定律：電流通過電解質(zhì)溶液時，在電極的兩相界面處

20、(如金屬(jnsh)溶液界面上)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)(huxu fnyng)的物質(zhì)質(zhì)量與通過其界面上的電量成正比。（2）拉第第二定律：在電極上溶解或析出1mol當(dāng)量任何物質(zhì)所需要的電量是一樣的，與該物質(zhì)的本性無關(guān)。根據(jù)法拉第第一定律和第二定律，電解加工時，如果陽極金屬以理論的確定原子價溶解，則陽極溶解的金屬的質(zhì)量用公式表示如下： m=kQ=kIt=AzFist （2-1）式中 m 電化學(xué)反應(yīng)溶解或析出的物質(zhì)質(zhì)量（g）； 電流效率； k 元素的質(zhì)量電化學(xué)當(dāng)量（g/As）； Q 通過兩相界面的電量（C）； I 電流強度（A）； t 加工時間（s）； A 相對原子質(zhì)量； z 化合價 F 法拉第常數(shù)（964

21、87C/mol）； i 陰、陽極之間的電流密度（A/cm2）； s 加工面積（cm2）實際電解加工過程中，通常采用垂直于加工表面方向上的陽極金屬(工件)蝕除速度來表示電解加工速度的快慢： Va=di (2-2)式中 Va 陽極蝕除速度（cm/s）； 電流效率； i 電流密度（A/cm2）；2.2 電解加工的工藝(gngy)參數(shù)電解加工是利用電化學(xué)陽極溶解的原理的將工件成形加工。只有維持均勻穩(wěn)定的小加工間隙，才能獲得高的生產(chǎn)效率(xio l)、加工精度和表面質(zhì)量。加工間隙和電解液是電解加工的兩個核心工藝要素，它們是設(shè)計工具陰極和選擇加工參數(shù)的主要依據(jù)。在常規(guī)(chnggu)的電解加工中，電解加工

22、的精度在0.1mm左右，在加工中側(cè)面間隙是加工垂直度的直接影響因素，在加工中必須維持一個較小的側(cè)面間隙。而端面間隙則是加工效率的重要指標(biāo)，需維持在一個較小的值。在通常的電解線切割中主要使用的薄片狀電極和電極絲，其加工示意圖如下圖。 （a）薄片工具陰極 （b）電極絲圖2.3電解線切割時的加工間隙用薄片電極加工時，其側(cè)面加工間隙可有如下表達式 s=b2h+bb （2-3）式中的h為加工時的工具進給深度從式（2-3）可以看出，加工深度的增加會使側(cè)面間隙加大垂直度變壞，加工切口呈喇叭形。加工精度得不到保證。若采用線狀電極加工時其表達式可改寫為： s=b2b+bb （2-4）一般(ybn)線電極的半徑選

23、用0.10.2mm，其加工深縫時，電極絲半徑遠小于加工深度，其側(cè)面間隙(jin x)可以保持在很小的值，在大深寬比環(huán)狀溝槽的加工中，電極絲的半徑為510m，這樣在加工中就有能保證(bozhng)非常高的精度。2.2.1 電解加工的工藝特點加工間隙的影響因素眾多如：電場、流場以及加工過程中產(chǎn)生的氣泡、熱量、電解產(chǎn)物。端面平衡間隙和法向平衡間隙計算公式分別為 b=UR （2-5） =URcos （2-6） 加工間隙的取值范圍，在不同的加工方式下加工間隙的取值范圍：電流模式為直流電流，電解液為線性電解液，加工間隙取值范圍為0.20.5mm；電流模式為直流電流，電解液為非線性電解液，或混氣電解液，加工

24、間隙取值范圍為0.10.2mm；電流模式為脈沖電流，陰極采用連續(xù)進給方式，加工間隙取值范圍為0.030.1mm；電流模式為脈沖電流，陰極采用振動進給方式，加工間隙取值范圍為00.05mm；電流模式為脈沖電流，陰極采用周期進給方式，加工間隙取值范圍為00.05mm。2.2.2微尺度間隙流場的理論基礎(chǔ)微米尺度的間隙流場與宏觀的間隙流場有一定的區(qū)別，宏觀流體力學(xué)有三個方程基于質(zhì)量守恒原理的連續(xù)性方程基于動量守恒原理的連續(xù)性方程基于能量守恒原理的連續(xù)性方程并且宏觀流體理論的研究范圍往往在遠大于分子運動尺度的范圍下進行而不考慮流體分子的個別行為因此可以將宏觀流體視為連續(xù)介質(zhì)具有以下特性：宏觀流體是連續(xù)分

25、布的介質(zhì)，可以無限分割為具有均布質(zhì)量的宏觀微元體，這樣的微元體是研究宏觀流體力學(xué)的最小單位，稱之為微流體團，就是指宏觀上無限小而微觀上無限大的質(zhì)量體；不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和離解等非平衡熱力學(xué)過程的流動流體中，微元體內(nèi)流動狀態(tài)(zhungti)服從熱力學(xué)關(guān)系。除了特殊面外，宏觀流體的力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)再時空中是連續(xù)分布(fnb)的，并且通常認為是無限可微的。在細微尺寸下尺寸范圍會對流體特征產(chǎn)生影響，宏觀流體特征與微觀流體特征存在明顯的不同，主要(zhyo)的表現(xiàn)在：（1）微米尺度范圍內(nèi)間隙有極大的面積/體積比,導(dǎo)致了表面效應(yīng)；（2）微米尺度范圍內(nèi)間隙有極大的面積/體積比,導(dǎo)致了表面效應(yīng)。綜上所述，宏觀的

26、流體理論在微光流體在并不能客觀描述其規(guī)律。在微細尺寸的電解線切割微小間隙流場模型中流動的主要問題在于粘性力對微細尺寸流體的流動的影響。流體的內(nèi)部層與層之間具有切向力即為流體的粘性。流體的流動狀態(tài)用雷諾數(shù)值判別： Re=L/ （2-7）式中Re雷諾數(shù) 流速 L流體所在的特征尺寸 流體的粘度從上式中可以看出，在細微間隙中特征尺寸L的取值非常微小，Re的值也變小，這樣細微間隙中的流體一直處于層流狀態(tài)。同時由于流體的體積與L3，表面積與L3成正比，流路表面的影響相對的增加。微流體流場特性只要受其邊界層的影響，而吸附能力主要取決與微流體分子的特性與固體表面的自由能的高低（固體表面鍵能的強弱）。微細流體邊

27、界層的粘性系數(shù)可用如下關(guān)系方程表示： =0+yn （2-8）式中 0普通微流體的粘性系數(shù)； 固體表面性質(zhì)n指數(shù)y固體表面(biomin)距離式中固體(gt)表面距離y是對其粘性系數(shù)影響最大的因數(shù)，從而影響細微流體(lit)特性最大的就是細微流體邊界層，因為固體表面對細微流體的粘性里成為流體流動的最大阻力。細微尺寸的微流體我們可以做下面這樣的假設(shè)：（1）各向同性；（2）細微流體是不可以被壓縮的；（2）微流體的導(dǎo)電率與粘度在每個部分是不變的。電解線切割的流場可用圖2.4（a）作說明，在加工區(qū)域的具體流場規(guī)律如圖2.4（b），由于加工的尺寸為數(shù)十微米的微小間隙，可以將細微電解線切割的流場特征轉(zhuǎn)化為對

28、不可壓縮二維定常流邊界層內(nèi)流體速度的分布規(guī)律的計算。圖2.4 微細電解線切割流場示意圖在對其流場特征進行分析時我們主要對不可壓縮二維定常流邊界層的動量方程和連續(xù)方程做簡化處理。在細微電解加工中，用平行窄縫的微流體流動模擬細微間隙的微流體運動。固體壁面對細微流體的粘性作用力遠大于自由流體粘度的作用，根據(jù)以上的微細流體流場分析，再利用不可壓縮二維定常流邊界層的動量方程和連續(xù)方程整理求解，可得到如下方程。 uy=-1n+1n+2dpdxH+n+1y(H-y)n+1 （2-9）u為流體沿電極軸向的速率；n為指數(shù)；x為工件厚度；H為定常數(shù)； 為固體表面性質(zhì)。分析上式中的因素可以看出，線電極，工件的表面粘

29、力，流體的運動速度，固體表面的性質(zhì)，與工件的厚度是微細電解線切割中的主要(zhyo)粘性力來源。通過上述的分析我們發(fā)現(xiàn)，在實際的微細尺寸電解線切割加工中，加沉積與加工焦耳熱的排出，主要是取決于加工間隙中的電解液的流動速度(sd)。因為，加工件的厚度，固體表面性質(zhì)和其他的影響因素是不容易改變的，對其做出改變是不現(xiàn)實的。然而加快流體的流動速度會與提高加工精度（縮小加工間隙）是相互矛盾的，要解決這個問題就必須通過外加的運動的方式，改變細微加工中的流體速度，而不影響其加工精度。在實際的加工中，有許多的方法可以控制或者消除邊界層，減小流體的流動(lidng)阻力。如：（1）固壁滑移；（2）抽吸；（3）注

30、射不同氣體；（4）冷卻壁面等。在實際的電解微細線切割中，由于加工間隙在微米甚至納米尺寸，對其進行抽吸和注射不同氣體是不容易達成的，這樣做的實際效果也不明顯。邊界層的形成是流體分子對固體邊壁的引力與摩擦形成的，流體分子吸附在固體壁面形成一道水膜與壁面相對靜止和壁面一起運動，這層流體是固壁的一部分，導(dǎo)致流體層間出現(xiàn)速度差，所以盡量消除這個速度差，使固壁隨著流體一起運動，極端地使固壁具有流體主流相同的速度，就能大大減小邊界層的厚度甚至能避免邊界層的形成。通過上面的敘述，使工件陽極與工件之間做相對的運動，就能改善細微電解加工中的流場，從而很好的提高了加工的穩(wěn)定性，對于微細電解線切割加工中微尺度間隙流場

31、中流體的運動速度有如下的估算公式。 uy=U0-120dpdxy(H-y) （2-10）從式中可以得出結(jié)論，固壁的性質(zhì)只對相對U0（相對滑移速度）有影響，對邊界層內(nèi)的流體沒有速度上的影響。通過對上式的分析，在細微電解加工中電極絲的軸向運動有利于間隙中的沉積物排出，改善流場特性，提高細微電解線切割的加工穩(wěn)定性。2.3 電解成形加工中促進電液循環(huán)的方法上面的章節(jié)我們從細微流體運動的角度，在理論上論證了在細微電解線切割中工件的與工具的相對運動對微細間隙流場的改善。在實際電解成形加工生產(chǎn)中，促進電解液循環(huán)的方法有沖液方法、旋轉(zhuǎn)螺旋電極、階躍進給等方法。2.3.1沖液方法(fngf)沖液方法主要用于小孔

32、，深孔。在深孔加工中電解隨著加工深度的增加電解液的循環(huán)更新變得十分困難，使用中心中空的管道作為(zuwi)陰極，電解液的流場示意圖如圖2.5所示。圖2.5 正流式小孔加工(ji gng)示意圖在加工多個孔或者孔深較大時，正流式的沖液設(shè)計則不能保證很好的加工穩(wěn)定性和加工精度，此時常用反流式的加工沖液方法。其加工示意圖如圖2.6圖2.6 反流式多孔加工(ji gng)示意圖電解液先進入密封腔體，在液壓的推動下擠入加工間隙，最后倒流入陰極座。在液壓腔內(nèi)的電解液均勻而起穩(wěn)定的高壓力狀態(tài)。保證了能穩(wěn)定、均速的從深孔流向陰極座。在多孔、深孔的加工中電解液穩(wěn)定，均衡十分重要，而反流式?jīng)_液在實踐生產(chǎn)(shng

33、chn)中證明其在多孔，深孔的加工中有非常高的加工穩(wěn)定性。2.3.2旋轉(zhuǎn)(xunzhun)電極電解加工中電解液的流動有排屑，降溫，提高加工穩(wěn)定性的作用。去了上一小節(jié)論述的強制沖吸電解液的方式，根據(jù)上面分析過的細微流場理論，使工具和工件發(fā)生相對運動不失為促進電解液循環(huán)的可行方案。旋轉(zhuǎn)陰極的設(shè)計思路即是在微細的工具陰極加工出螺旋的溝槽，在電解加工時，選裝工具陰極，在孔內(nèi)形成泵效應(yīng)。工件陰極的外側(cè)做絕緣處理提高加工的垂直度。在實際加工中常選用梯階形鉆頭，其剛度大，能很好的克服切削部分的擺動。旋轉(zhuǎn)螺旋電極的加工刀具方便安裝制造，有很好的實際加工效益。其加工原理圖如圖2.7所示。圖2.7 旋轉(zhuǎn)螺旋(lu

34、xun)電極加工示意圖這種方法(fngf)在加工的時候，電極中心的速度理論為零，沒有相對運動造成了其附近的加工產(chǎn)物很難排除，有鉆頭細長，加工時又做旋轉(zhuǎn)運動，對鉆頭的直線度要求高，旋轉(zhuǎn)時的徑向跳動時影響加工精度的主要因素。2.3.3階躍進(yujn)給階躍進給的排屑理論根據(jù)與旋轉(zhuǎn)螺旋電極的基本相同，即使工件陽極與工具陰極發(fā)生相對運動，消除或控制邊界層。不同的事階躍進給時周期性的軸向進給，從而產(chǎn)生吸泵的效果，促進電解液的循環(huán)。其工作示意圖如圖2.8，圖2.8 陰極周期階躍進給加工示意圖從圖中可以(ky)看出（a）時，加工開始，加載加工電壓，主軸(zhzhu)進給，加工區(qū)域的電解液新鮮，（b）時，加

35、工結(jié)束，卸載加工電壓，主軸停止進給，加工沉積大量產(chǎn)生(chnshng)，熱量增加。（c）時，加工電極開始向上復(fù)位運動，運動速度高，對孔中的電解液有吸抽效果，帶出加工后的加工廢屑，新的電解液涌入。（e）電極復(fù)位開始下一個加工周期。階躍進給的加工方式有兩種狀態(tài)，一種是加載加工電壓刀具陰極做加工進給運動，一種是卸載加工電壓，刀具陰極做復(fù)位運動更新電解液。這種加工方法與一般的加工手段相比能夠獲得較小的加工間隙，加工效率高。階躍周期短。有較高的垂直度。2.4本章小結(jié)（1）進行微細電解線切割的加工基本理論的建立，論證了電解線切割的可實現(xiàn)性。（2）對大深寬比溝槽的加工方法做了介紹，論證了線電極在加工溝槽時比

36、片狀電極好，因為其能獲得更好的表面垂直度。（3）對電解線切割的流場理論進行了建立分析，得出了固壁滑移效果是線切割中最有可能實現(xiàn)的工藝方法的結(jié)論。（4）對現(xiàn)有電解加工的電解液促進循環(huán)系統(tǒng)進行了介紹，為沖液夾具的設(shè)計做了理論鋪墊。3 環(huán)狀溝槽(u co)電解線切割加工機床3.1機床(jchung)的設(shè)計構(gòu)想（1）機床的設(shè)計(shj)指標(biāo)本機床用于在圓柱體外表面加工成形一個縫寬小于0.1mm，深2mm以上的環(huán)狀溝槽，加工的深寬比大，加工間隙小，容易出現(xiàn)火花短路現(xiàn)象，嚴重時可能出現(xiàn)陰極損壞。加工材料主要為鋼材，鋼材中如果含有重金屬元素在加工電解中可能產(chǎn)生有毒產(chǎn)物，如用硝酸鈉做電解液加工高鉻鋼會產(chǎn)生有毒

37、的鉻離子。電液在還原反應(yīng)后大多具有氧化腐蝕能力，在機床的設(shè)計時要考慮到設(shè)備應(yīng)具有良好的耐腐蝕性。電解加工雖然是無加工應(yīng)力，但是機床傳動要保證很好的傳動精度。應(yīng)保證很好的剛性強。主軸的等效靜負荷下，滑枕最大懸伸時，陰極安裝板軸向形變位移12m或0.01m /KN，側(cè)向變形位移小于0.5微米。進給速度特性硬，調(diào)速寬。為保證動態(tài)變載荷(zi h)下的小加工間隙，進給速度從空載到滿載變化量應(yīng)小于2微米(wi m)。（2）刀具(doj)進給運動在上一章節(jié)已經(jīng)分析過了薄片電極與線電極的加工，線電極加工擁有較好的加工垂直度，故機床選用線電極加工。在細微流體間隙的分析中，我們得出固壁滑移是細微線切割中提高加工

38、精度行之有效的工藝方法。在電火花加工中，通常使用走絲機構(gòu)提高工件與工具的相對運動速度，從而提高加工的穩(wěn)定性和加工精度。在實際加工中，將環(huán)狀溝槽的成形運動分解為刀具陰極與工件陽極的合成時，應(yīng)優(yōu)先保證工件陽極運動，這樣就可以不用走絲機構(gòu)。而且工件陽極的體積遠大于工具線電極，在實際的加工中工件運動造成的流場運動效果更好。綜上所述，我們可以環(huán)狀溝槽成形加工運動做如下的設(shè)計。由于是回轉(zhuǎn)體的加工，其加工成形運動可以模仿傳統(tǒng)車削加工，如果把陰極電極絲看成是車削刀具，進行X軸進給；工件陽極做旋轉(zhuǎn)運動。刀具與工件的相對運動軌跡即為螺旋線加工軌跡。（3）機床主體結(jié)構(gòu)由于機床的剛性要求高，大部分的鋼材并不能滿足其要

39、求，而且機床要求很好的耐腐蝕性，鋼材的選用受到很大的限制，初步的構(gòu)想是選用精密測量中經(jīng)常使用的大理石作為機床的主體支撐部件的材料。對于微細加工等高精度的機床要確保工具陰極與工件之間相對位置精度，這是采用電極CAD/CAM技術(shù)的基本條件，國外多采用這種方法。機床精度指標(biāo)主要有：滑枕全行程內(nèi)陰極安裝板相對工作臺的位置精度（平行度、垂直度和同軸度）。工作臺，陰極安裝板定位面平行度。工作臺、陰極安裝板上定位孔、定位鍵槽精度。（4）工藝裝備對于微米級的加工，加工深度在100m，寬度小于20m的溝槽，固壁滑移工藝不能很好的滿足加工需要，所欲工藝裝備需要構(gòu)造新的工藝系統(tǒng)，以注入新的電解液，排出電解產(chǎn)物促進加

40、工中的電液循環(huán)。在構(gòu)造工藝裝備有如下要求：在加工中，由于縫隙的深寬比大，電解中金屬沉積物，氫氣等必須及時排出，否則會發(fā)生短路、火花，輕者影響加工穩(wěn)定性，重則損壞電極絲，所以加工電極的設(shè)計要有很好的電液循環(huán)裝置，使加工產(chǎn)物和氣體能平穩(wěn)流暢的從加工間隙中排出。由于加工的尺寸在微米級，工件本身就很小，微小的振動和誤差(wch)都會對加工造成很大的影響，在工件夾具的設(shè)計時必須保證很好的同軸度，加工時能很好的控制工件旋轉(zhuǎn)時的徑向跳動。3.2機床(jchung)的總體方案及布局在上一章加工(ji gng)性能的分析之后，機床做了如圖3.1的布局。3-1 環(huán)狀溝槽電解線切割機床總體布局圖機床的選用立式機床C

41、型，其加工額定電流為10A，在微細加工中的電流為上百毫安左右，在考慮機床尺寸小型化后其加工載荷依然富裕，由于C型機床的剛度較差，而細微加工對機床剛度的要求高，在設(shè)計中參照雙立柱龍門機床機構(gòu)對其做調(diào)整，最終選用做如圖3-2。將Y、Z兩軸放置在龍門框架上，電解液槽至于水平位移的滑動工作臺上，工作臺至于龍門機床底座上，這樣保證了機床的剛度，方便電解液槽的放置。由于底座由大理石制成，不僅保證了很好的精度，還能防止電解液的腐蝕。在大理石與水平滑動工作臺之間加上絕緣防震墊很好的隔絕了來自地面振動對加工精度的影響。-3-2立柱橫梁(hn lin)設(shè)計參考車床布局(bj)的設(shè)計，最終選用X軸滑動(hudng)

42、工作臺和三爪卡盤旋轉(zhuǎn)夾持裝置。加工采用弱壓力沖液系統(tǒng)，在加工中沖液的反作用里十分小，所以在陰極設(shè)計時，可以忽略不計。前面已經(jīng)敘述過，電解加工屬于非接觸，無應(yīng)力加工，在電解過程中沒有傳統(tǒng)切削加工的加工應(yīng)力，所以在陰極的設(shè)計中對自身剛度并沒有過高要求。圖3-2為本機床的三維模型圖，圖3-3為加工陰極三維模型。3-2環(huán)狀溝槽電解線切割機床(jchung)三維模型3-3沖液陰極(ynj)三維模型3.3運動(yndng)進給系統(tǒng)3.3.1運動(yndng)平臺伺服進給(jn i)的裝置稱為運動平臺，進給的裝置稱為運動平臺，對于環(huán)狀溝槽的電機線切割，要求進給的位移精度在0.1m左右。直流伺服電機低速性能好

43、，在低速下仍能輸出較大的扭矩，調(diào)速范圍寬，可控性好，可以從快速直接轉(zhuǎn)到工作速度而無超速，這些優(yōu)點正好適合電解加工需要，電動機工作可靠、穩(wěn)定時其突出優(yōu)點，采用者種電機可以大大簡化進給 系統(tǒng)可以直接用傳動絲桿不需要減速器，提高了進給的精度，一臺電機可以完成工作進給和快速進給，成本低，經(jīng)濟性好，時中小電解加工的最佳方案。在伺服電機中，通常以扭矩或者力來衡量電機大小，所以選電機首先要計算出折算到電機軸端負載扭矩或者力的大小。計算出扭矩以后需要留出一部分余量，一般選擇電機連續(xù)扭矩=1.3倍負載扭矩，這樣能保證電機可靠的運行。除此外還需要計算折算到軸端負載慣量的大小，一般選擇負載慣量：電機轉(zhuǎn)子慣量5：1，

44、以保證伺服系統(tǒng)響應(yīng)的快速性。本機構(gòu)選用直流伺服電機加絲杠進給的方案，采用光柵尺反饋閉環(huán)控制。綜合上述因素，選用德國PI公司的直線位移控制工作臺，其型號為M-126PD。其伺服性能指標(biāo)如表3.1所示：表3.1 M-126PD伺服性能指標(biāo)型號行程（mm）分辨率（m）單向重復(fù)精度（m）雙向重復(fù)精度（m）導(dǎo)軌直線度（m）導(dǎo)軌平面度（m）最大運行速度（m）M-126PD2501250.112/1002/100153.3.2工件陽極旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)在環(huán)狀溝槽的電解線切割中，工件做低速旋轉(zhuǎn)運動，要求電機能長期穩(wěn)定的輸出較低的速度，旋轉(zhuǎn)速度過高可能會使加工間隙過小，不利于生產(chǎn)產(chǎn)物的排出，容易短路；速度過低會使加工

45、的垂直度受到影響，降低加工精度。降低加工交流伺服電機功率小，低速性能好，恒扭矩；系統(tǒng)剛性較好；速范圍寬；體積小，壽命長，可靠性好。這些性能能很好的滿足需求。在工件陰極的電機選擇時，由于陰極旋轉(zhuǎn)運動時成形加工的輔助運動，其運動速度，動精度對并不是影響加工間隙的主要因素，所以對電機的分辨率要求并不高，其傳動系統(tǒng)時直接通過電機軸傳動到陽極工件夾具，不需要加入絲桿等傳動部件增加傳動的精度。由于電解加工的無應(yīng)力特性，加上在傳動過程中沒有(mi yu)復(fù)雜的傳動精度，電機本身的加工載荷極小，功率要求低。所以在電機的選擇時額定功率、額定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子慣量不在是選擇電機的首要參數(shù)。陰極旋轉(zhuǎn)電極(dinj)靠近電解

46、池，其主軸直接連接旋轉(zhuǎn)夾具，其三維圖如圖3-4。由于臥式的設(shè)計電解液不會主軸浸入電機，而起加裝了防護外蓋，但濕度依然很高，需要(xyo)電機有一定耐濕能力。在安裝上，由于機床的總體尺寸很小，所以電機的整體尺寸小。綜合上述因素選用ST系列110ST-M02030.其主要參數(shù)如下表。表3.2 ST系列110ST-M02030主要參數(shù)型號額定功率（Kw）額定轉(zhuǎn)速（Rpm）絕緣等級使用環(huán)境110ST-M020300.63000B濕度小于90度電機的三維轉(zhuǎn)配模型如圖3-4圖3-4陽極旋轉(zhuǎn)電機三維模型3.4 工藝(gngy)裝置3.4.1旋轉(zhuǎn)夾具(jij)的設(shè)計在前文中已經(jīng)介紹了環(huán)狀溝槽的電解線切割的成形

47、運動，以及工件做旋轉(zhuǎn)運動對工藝的必要性，考慮到加工的工件為圓柱或者類似圓柱的回轉(zhuǎn)體，在夾具設(shè)計(shj)可以借鑒機床三爪卡盤的夾具設(shè)計。夾具中帶陽電的金屬零件表面會被雜散電流點蝕，或者在不同金屬材料之間發(fā)生原電池電流腐蝕，在選擇材料時非金屬材料最好，但是為了保證夾具的剛度選用錫鋅青銅合金。在電火花加工中絕緣件常使用玻璃剛，其零件加工精度可達2微米，符合夾具所需的精度。裝夾裝置的三維模型圖如圖3.5。玻璃鋼絕緣墊錫鋅銅合金圖3.5旋轉(zhuǎn)夾具三維造型圖 3.4.2陰極沖液裝置設(shè)計陰極沖液裝置是電極絲的固定裝置。在微米級的電解線切割中，旋轉(zhuǎn)陽極的方法已經(jīng)不能很好的滿足加工的需求了，在除了旋轉(zhuǎn)陽極增加固

48、壁滑移效果時還必須添加電解液循環(huán)促進系統(tǒng)。加工中的產(chǎn)物是否能快速順暢的排出，只要取決與電解液的促進循環(huán)系統(tǒng)。在第二章我們已經(jīng)介紹過，在加工大深寬比結(jié)構(gòu)時的電解液循環(huán)方法，如在加工深孔時，可以通過旋轉(zhuǎn)陰極的方法促進電解液的循環(huán)，也可以通過階躍式進給造成的泵吸效果加速電解液的循環(huán)，但這兩種方法要求陰極有較大的體積尺寸，顯然不適合線切割。在線割加工中，電火花加工通過沖液電極絲夾具的方法促進電解液的循環(huán)，這種方法可以借鑒，在電解線切割中，沖液陰極夾具也是可以實現(xiàn)的。線電極(dinj)的制作在對縫寬0.1mm，深2mm以上的環(huán)狀溝槽電解線切割中電極絲選用可以(ky)參照如下的理論計算公式。圖3.6加工間

49、隙(jin x)狀態(tài)示意圖圖中d為線電極的直徑。b為加工端面尺寸，s為加工側(cè)面尺寸。A處的金屬蝕除速度為： A=dydt=Ux （3-1）得 xdx=Udt （3-2）為電流效率，為電化學(xué)當(dāng)量，為導(dǎo)電率，U為加載電壓。當(dāng)t=0時x=x0，解得： x22=Ut=x022 （3-3）在通用電解理論中的線電極平衡進給速度c=Ub。取線電極進給量h 等于微米尺度線電極直徑d 時，進給時間t為： t=hc （3-4）此時(c sh)有： s=x （3-5)從式（3-1）（3-3）和（3-5）可以得到(d do)如下表達式： S=2s+d2Uc2db+1+d （3-6）在加工(ji gng)中用30%硝酸

50、鈉溶液作為電解液，對45剛進行加工，可以查得實際電化學(xué)當(dāng)量80.1mm3/Ah，加工間隙S為0.1mm，加工電壓U為5V，電解液的導(dǎo)電率為和進給速度會在下面的工藝分析中做介紹。通過上述的論述我們知道電極絲的直徑與加工縫隙，電壓等參數(shù)有關(guān)系，必須逐一而論。電極絲夾持工具的設(shè)計電極絲的直徑一般在20100m之間，電解液的沖擊容易引起電極絲的顫動，從而改變加工間隙影響加工，為了盡量的減小電極絲的顫動，在設(shè)計沖液夾具時，選擇軸向沖液，電極液方向為沿著電極絲方向。如圖3.7圖3.7沖液電解線切割加工示意圖電極絲在加工中必須保持繃緊以減小其振動，在夾持工具的設(shè)計中選擇組合式的夾具以保證其繃勁，夾具的三維模

51、型如下圖3-8。圖3.8電極絲夾具(jij)的三維造型圖螺釘起到了固定線電極和導(dǎo)電的雙重作用；線電極夾具由非金屬材料制成，可以阻斷加工回路的電流傳遞到運動(yndng)系統(tǒng)中。在設(shè)計的沖液夾具上裝絲的具體過程是：砝碼懸掛法（即將電極絲掛上比其所能承受的最大重量略輕的砝碼，使電極絲獲得最大張緊力后，將其固定）將電極絲纏繞(chnro)在夾具基體上，然后再將夾具組裝成形。使用該方法裝夾能使電極絲獲得合適的張緊力，且多次重復(fù)裝夾張緊力一致，保證了工藝的可重復(fù)性。電解液循環(huán)系統(tǒng)主要由儲液箱、過濾器、泵、流量調(diào)節(jié)閥，流量計和凈化裝置組成。電解加工的示意圖如下所示。圖3.9電解(dinji)加工單元示意圖

52、從沖液泵泵出的帶有壓力的電解液經(jīng)過流量控制閥后，以一定的流量從沖液夾具的入液口進入沖液夾具，經(jīng)導(dǎo)流槽后沿電極絲的軸向?qū)ぜM行沖液，其保證了電解能平穩(wěn)的進入加工區(qū)域，穩(wěn)定而流暢帶走電解產(chǎn)物，從而使加工順利的進行。電解槽中的電解液通過(tnggu)出口進入儲液箱經(jīng)過凈化裝置的凈化處理實現(xiàn)循環(huán)利用。3.5本章(bn zhn)小結(jié)（1）針對環(huán)狀溝槽電解線切割的特性，對電解線切割的機床機架進行了設(shè)計。（2）針對環(huán)狀溝槽的加工成形運動，對環(huán)狀溝槽電解機床的運動伺服系統(tǒng)進行了設(shè)計。（3）針對環(huán)狀溝槽的加工成形運動，對環(huán)狀溝槽電解機床的旋轉(zhuǎn)工件夾具進行了三維建模設(shè)計。（4）針對環(huán)狀溝槽的加工工藝特點，電極絲

53、直徑進行了理論計算分析，對電極絲沖液夾具進行了三維設(shè)計。4 環(huán)狀溝槽(u co)電解線切割工藝分析前面三章對環(huán)狀溝槽(u co)的電解加工理論和加工機床進行了論述和設(shè)計，在此基礎(chǔ)上需要通過實驗研究對機床和加工方法的工藝性能做探討。4.1影響加工(ji gng)工藝指標(biāo)的因素在提高電解機床的加工精度方面的研究一直是一個熱點問題，非接觸式的電解加工與傳統(tǒng)的接觸式加工有很大的區(qū)別，無應(yīng)力的加工方法式工件在加工中不會產(chǎn)生加工的應(yīng)力，在加工中也不會有切削痕跡、毛刺、飛邊等問題出現(xiàn)。電解加工中的誤差主要有以下幾種:一是工藝自身特點引起的誤差（以下均稱為電解加工的誤差），由三部分組成：復(fù)制誤差，即工件型面對

54、工具陰極型面的差異；遺傳誤差，即加工中未完成糾正的毛坯型面的初始誤差；重復(fù)誤差，即在同一條件下加工尺寸的分散度。二是外圍條件造成的誤差，與切削加工工藝一樣，包括：工具定位加緊誤差及其形狀位置誤差；工件定位加緊誤差；機床安裝定位面形位誤差；進給裝置的誤差。對于外圍誤差不是電解加工特有的，是一般機床加工共有的，不在本論文研究范圍之內(nèi)。我們重點討論第一種誤差，在第一種誤差中遺傳誤差是毛坯留下的誤差，電解加工的工藝手段對其沒有影響液不做討論。重復(fù)誤差在電極絲的砝碼法安裝中已經(jīng)對相應(yīng)的工藝手段有過論述，這里不在重復(fù)。復(fù)制誤差是電解加工中主要研究的問題，它與電解加工的工藝手段有密切關(guān)系，下面我們重點分析復(fù)

55、制誤差的來源和對影響復(fù)制誤差的因素做研究分析。電解加工中的加工間隙卻電解加工的一個顯著特點，也是影響電解加工工藝的只要影響因素，在電場、流場、磁場，加工中產(chǎn)生的熱、氣泡、電解產(chǎn)物都能不同程度的改變加工間隙，使陰極工具電極不能很好的復(fù)制在加工陽極上，所以電極加工的核心工藝就是對電解加工間隙的有效控制，盡量減小加工間隙改變帶來的加工誤差。加工(ji gng)間隙分為法向間隙、端面間隙、側(cè)向間隙，加工中端面間隙是加工端面與工件之間的間隙，其大小影響了加工效率和加工的表面質(zhì)量（端面間隙過小引發(fā)短路、火花，高強電流會破壞加工的表面光滑度）。而側(cè)面間隙則隨著加工深度的加深影響加工的垂直度，在環(huán)狀溝槽的加工

56、中也要保證很小的側(cè)面間隙。由式3-6可知在環(huán)狀溝槽(u co)的電解加工中，工件的成形全部取決與電解線切割中的側(cè)面間隙，而側(cè)面間隙的大小有底面間隙和電極絲的直徑來決定，加工精度直接和底面間隙相關(guān)。在電解加工中，工件由于陰極的蝕除不斷的后退，而工具(gngj)陰極不斷的進給，當(dāng)工件的溶解后退速度與工具陰極的進給速度一致時，其加工間隙保證一個不變的值，我們稱這個值為平衡間隙。其有如第二章中的式（2-5），將其全微分可得如下表達式： db=bd(+d+dURUR-d （4-1）從式（4-1）中可以看出，影響平衡間隙大小的因素有：加工電參數(shù)，進給速度等4.2進給參數(shù)對加工的影響在電極絲直徑、工件材料、

57、工件厚度以及加工參數(shù)確定的情況下，電極絲的進給速度是有理論上的上限的，當(dāng)超過上限閥值時就會發(fā)生短路，中斷加工。加工的進給速度直接影響到了加工的效率，所以在不同加工條件下，以不同的速度進給，研究其對加工精度和表面質(zhì)量的影響式有必要的。實驗的初始條件做如下的設(shè)計：線電極絲為直徑100微米的銅絲，加工圓柱的直徑為4mm的45剛，電解液用0.1mol/L的硝酸鈉溶液，加工加載10V的電壓，加工深度為2000微米，加工的側(cè)面間隙的大小s由下式?jīng)Q定: s=(DW-d)/2 （4-2）式中DW為縫寬；d為電極直徑。加工結(jié)束后在2000微米的切削深度里每隔400微米用數(shù)字顯微鏡測量微縫寬度，并將所得的五個數(shù)值

58、取平均，由此得出加工切縫寬度與電極進給速度的變化曲線如圖4.1。圖4.1電極絲進給速度(sd)與側(cè)面間隙關(guān)系圖由平衡(pnghng)公式（2-5）分析出，在電壓等參數(shù)相同的情況下，進給速度(sd)增加，端面間隙將會減小，由式（3-6）可知側(cè)面間隙的大小取決與端面間隙和電極絲的直徑大小，所以速度的增加側(cè)面間隙也會減小，在加工穩(wěn)定的情況下提高進給速度可以提高加工精度和加工效率。圖4.2是在進給速度為0.25m/s和0.15m/s顯微鏡下放大3000倍的加工縫內(nèi)側(cè)表面對比圖 （a）0.25m/s （b）0.15m/s圖4.2不同進給速度下微縫內(nèi)側(cè)顯微圖從圖中可以看出快的進給速度可以能使加工表面均勻，

59、提高了加工表面質(zhì)量。進給的速度與加工停留的時間是成反比的，換句話說，當(dāng)進給速度減小到原來的一半，加工停留的時間就會增加一倍，加工時間的加大使電極絲對加工縫隙的蝕除程度加大，使加工的精度與表面質(zhì)量都很大程度的降低。綜上所述，在理論閥值內(nèi)盡量的提高進給速度(sd)是電解加工中的重要工藝手段。4.3電參數(shù)對加工(ji gng)的影響從式（4-1）中可以知道電參數(shù)使影響工藝加工的一個因素，交流電源的加工中電壓、脈沖(michng)寬度、脈沖周期等電參數(shù)都是對電解加工工藝都影響，由于本次加工選用的是直流電源，沒有脈沖的影響，所以本次實驗只研究在進給速度、線電極直徑等參數(shù)相同的情況下，不同電壓對加工精度和

60、表面粗糙度的影響。本次實驗的初始條件如下：線電極選用50m的銅絲，工件的材料為45剛（切割深寬如上一個實驗），電解液為0.1mol/L的NaNO3溶液，電壓的幅值從3V增大到5V，得出的側(cè)面間隙的大小如下圖4.3所示圖4.3加工電壓與加工側(cè)面間隙的關(guān)系圖從圖中可以知道在加工電壓的增加下側(cè)面間隙不斷增大，電壓的增大使加工電流增大，工件上發(fā)生的蝕除效果加快，在單位的時間里蝕除的物質(zhì)量增加，但是隨著電壓的增大電化學(xué)反應(yīng)的面積也在增加，對于非加工區(qū)域的蝕除效果增加，降低了加工的精度。圖4.4為在4V和5V加工電壓下，加工端口500倍顯微鏡下的對比圖。（a）U=4V （b）U=5V圖4.4 不同加工(j