《機(jī)械制造工藝》第八章課件

1、第八章 特種加工工藝8.1 電火花加工8.2 電解加工8.3 其他特種加工特種加工又稱為非傳統(tǒng)加工或非常規(guī)加工，是指不屬于傳統(tǒng)加工工藝范疇的加工工藝方法。特種加工不使用刀具、磨具等工具切除金屬，而采用電、磁、聲、光等物理、化學(xué)能量或組合能量作用于被加工的表面上，使材料被去除、變形或改變性能等。特種加工工具的硬度可以低于被加工材料的硬度，即能做到“以柔克剛”；在特種加工過(guò)程中，工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力；特種加工主運(yùn)動(dòng)的速度一般都較低；加工后的表面邊緣無(wú)微觀毛刺和殘留。特種加工尺寸加工表面加工用途8.1 電火花加工電火花加工是一種利用脈沖放電產(chǎn)生的熱能進(jìn)行加工的方法，它利用工具電極和工

2、件間火花放電時(shí)瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫，使工件表面的局部金屬腐蝕去除而對(duì)工件進(jìn)行加工。8.1.1 電火花加工原理和特點(diǎn)1電火花加工原理電火花加工原理如右圖所示，工件與工具電極分別與脈沖電源的兩端相連接，兩極之間有一個(gè)很小的放電間隙，間隙由自動(dòng)進(jìn)給裝置調(diào)節(jié)和保證，兩極間充滿具有一定絕緣性能的液體（工作液）。電火花加工原理其加工過(guò)程為：當(dāng)脈沖電壓接入兩極，在間隙最小處或絕緣強(qiáng)度最低處擊穿工作液，并產(chǎn)生火花放電，瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫足以使工件表面的金屬局部熔化、氣化而被蝕除，在工件表面上形成微小的凹坑。放電過(guò)程可見到火花，故稱之為電火花加工。加在兩極上的脈沖電壓脈沖放電結(jié)束后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間間隔，工作液恢復(fù)絕緣，第二

3、個(gè)脈沖電壓又加在兩極上，又會(huì)在電極間隙相對(duì)小或絕緣強(qiáng)度最低處擊穿放電，重復(fù)上述過(guò)程。這樣，依次下去，工具電極不斷向工件進(jìn)給，工件表面的金屬將會(huì)不斷被蝕除，工具電極的形狀就會(huì)復(fù)制在工件上，從而加工出所需零件的型孔或型腔。這種放電循環(huán)每秒能夠重復(fù)數(shù)千次到數(shù)萬(wàn)次。電火花加工原理電火花加工的放電過(guò)程是非常短暫而復(fù)雜的，每次脈沖放電蝕除材料的微觀過(guò)程是電力、磁力、熱力和流體動(dòng)力等綜合作用的過(guò)程。這一放電過(guò)程大致分為以下幾個(gè)連續(xù)階段：介質(zhì)擊穿通道放電熔化、氣化、熱膨脹電蝕產(chǎn)物的拋出極間介質(zhì)消電離。由于工具電極和工件表面存在著微觀的凹凸不平，在兩者相距最近處電場(chǎng)強(qiáng)度最大，其間的工作液絕緣性能較低而最先被擊穿

4、，即工作液電離成離子和電子。在電場(chǎng)力的作用下，電子高速奔向正極，離子奔向負(fù)極，并產(chǎn)生火花放電，形成放電通道。這時(shí)，放電間隙的電阻由原來(lái)絕緣狀態(tài)的幾兆歐驟降到導(dǎo)電狀態(tài)的幾歐甚至幾分之一歐，通過(guò)的電流由零增加到相當(dāng)大的數(shù)值，放電間隙的電壓由擊穿電壓下降到20 V左右的火花維持電壓，如下圖所示。電火花加工原理矩形波脈沖放電電壓與放電電流波形電火花加工與機(jī)械加工相比具有以下特點(diǎn)。 電火花加工是利用火花放電破壞材料的原理來(lái)工作的。由于脈沖放電能量密度高，因此可用普通切削加工難以加工或無(wú)法加工的金屬材料，如淬火鋼、硬質(zhì)合金鋼、耐熱鋼等，甚至可以加工超硬材料，如聚晶金剛石、立方氮化硼等。 加工時(shí)，工具電極與

5、工件不直接接觸，沒有機(jī)械加工的切削力，沒有因切削力而產(chǎn)生的工藝問(wèn)題，因此適宜微細(xì)加工及加工低剛度工件，也適宜加工小孔、窄槽以及各種復(fù)雜形狀的型孔和型腔，特別是數(shù)控技術(shù)電火花加工可以簡(jiǎn)單形狀的電極加工復(fù)雜形狀的零件。2電火花加工的工藝特點(diǎn) 工具電極的材料不必比工件硬，能以柔克剛。因此，工具電極容易制造。目前電極材料多采用紫銅或石墨。 電火花加工主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料，在一定條件下也可以加工半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料。 電火花加工工藝靈活性大，本身有“正極性加工”（工件接電源正極）和“負(fù)極性加工”（工件接電源負(fù)極）加工之分；還可與其他工藝結(jié)合，形成復(fù)合加工，如與電解加工復(fù)合等。 電火花加工可直接利用電

6、能、熱能進(jìn)行加工，便于實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)化。 電火花加工時(shí)，脈沖能量作用在材料上的時(shí)間極短，而流動(dòng)的工作液起到散熱的作用，工件幾乎不受熱作用，保證了工件的加工精度不受熱變形的影響。8.1.2 電火花加工的分類及其應(yīng)用類別工藝特點(diǎn)用途備注 電火花穿孔成形加工 工具和工件間只有一個(gè)相對(duì)的伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 工具為成形電極，與被加工表面有相同的截面或形狀 型腔加工：加工各類型腔模及各種復(fù)雜的型腔零件 穿孔加工：加工各種沖模、擠壓模、冶金模、各種異形孔及微孔等 約占電火花機(jī)床總數(shù)的30%，典型機(jī)床有D7125，D7140等電火花穿孔成形機(jī)床等 電火花線切割加工 工具電極為順電極絲軸線移動(dòng)著的線狀電極 工具與

7、工件在兩個(gè)水平方向同時(shí)有相對(duì)伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 切割各種沖模和具有直紋面的零件 下料、截割和窄縫加工 約占電火花機(jī)床總數(shù)的60%，典型機(jī)床有DK7725，DK7732數(shù)控電火花線切割機(jī)床等 電火花內(nèi)孔、外圓和成形磨削 工具與工件有相對(duì)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 工具與工件間有徑向和軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 加工高精度、良好表面粗糙度的小孔，如拉絲模、擠壓模、微型軸承內(nèi)環(huán)、鉆套等 加工外圓、小模數(shù)滾刀等 約占電火花機(jī)床總數(shù)的3%，典型機(jī)床有D6310電火花小孔內(nèi)圓磨床等電火花加工工藝方法分類前五類屬于電火花成形和尺寸加工，用于改變零件的形狀、尺寸，最后一類屬于表面加工方法。類別工藝特點(diǎn)用途備注 電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工 成形工具

8、與工件均作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但二者角速度相等或成整倍數(shù)，相對(duì)應(yīng)接近的放電點(diǎn)可有切向相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 工具相對(duì)工件可作縱、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 以同步回轉(zhuǎn)、展成回轉(zhuǎn)、倍角速度回轉(zhuǎn)等不同方式，加工各種復(fù)雜型面的零件，如高精度的異形齒輪，精密螺紋環(huán)規(guī)，高精度、良好表面粗糙度的內(nèi)、外回轉(zhuǎn)體表面等 約占電火花機(jī)床總數(shù)的1%，典型機(jī)床有JN-2，JN-8內(nèi)外螺紋加工機(jī)床等 電火花高速小孔加工 采用細(xì)管（f0.3 mm）電極，管內(nèi)沖入高壓水基工作液 細(xì)管電極旋轉(zhuǎn) 穿孔速度極高，大于60 mm/min 加工線切割預(yù)穿絲孔 加工深徑比很大的小孔，如噴咀等 約占電火花機(jī)床總數(shù)的1%，典型機(jī)床有D7003A電火花高速小孔加工機(jī)床等 電

9、火花表面強(qiáng)化、刻字 工具在工件表面上振動(dòng) 工具相對(duì)工件移動(dòng) 模具、刀具、量具刃口表面強(qiáng)化和鍍覆 電火花刻字、打印記 約占電火花機(jī)床總數(shù)的2%3%，典型機(jī)床有D9105電火花強(qiáng)化機(jī)床等電火花加工工藝方法分類8.1.3 電火花加工的基本規(guī)律電火花加工的工藝指標(biāo)主要有加工精度、加工表面質(zhì)量、加工速度以及工具電極的相對(duì)損耗。研究電火花加工的基本規(guī)律，對(duì)于提高電火花加工速度、改善加工表面質(zhì)量、降低工具電極的損耗是極為重要的。加工精度主要包括尺寸精度和形狀精度。與普通的機(jī)械加工一樣，電火花加工中，機(jī)床本身的制造精度、工件與電極的裝夾定位誤差等，都會(huì)影響加工精度，但除此之外影響其加工精度的主要因素為放電間隙

10、的大小、工具電極的損耗及其穩(wěn)定性等。1影響加工精度的主要因素1）尺寸精度電火花加工中，工具電極與工件間存在一個(gè)放電間隙，如果加工過(guò)程中放電間隙能保持不變，則可獲得較高的尺寸精度。但是，放電間隙的大小隨著電參數(shù)、電極材料、工作液絕緣性能的變化而變化，要使放電間隙保持相對(duì)穩(wěn)定，就必須使電參數(shù)、工作液的絕緣性能甚至機(jī)床的精度、剛度保持穩(wěn)定。間隙均勻性對(duì)加工的尺寸精度也有影響，尤其是對(duì)形狀復(fù)雜的加工表面，如棱角部位，電場(chǎng)強(qiáng)度分布不均勻，間隙越大，這種分布不均勻的影響越嚴(yán)重。因此，為了減少加工誤差，應(yīng)該采用較小的電規(guī)準(zhǔn)，縮小放電間隙，減小放電間隙變化量，提高尺寸精度。此外，工具電極的損耗、加工過(guò)程的穩(wěn)定

11、性對(duì)尺寸精度也有影響。目前，電火花加工的精度一般為0.0050.01 mm。2）形狀精度影響電火花加工形狀精度的主要因素是工具電極損耗和二次放電。（1）工具電極損耗工具電極的損耗是指單位時(shí)間內(nèi)工具電極被蝕除的金屬量。工具電極損耗會(huì)使工具電極產(chǎn)生斜度，因?yàn)楣ぞ唠姌O的下端加工時(shí)間長(zhǎng)，絕對(duì)損耗量大，而上端加工時(shí)間短，絕對(duì)損耗量小，所以工具電極損耗后會(huì)形成一個(gè)有斜度的錐形電極。電火花加工時(shí)，工具電極上的尖角或凹角，很難精確地復(fù)制在工件上，而是形成一個(gè)小圓角，如下圖所示。原因是當(dāng)工具電極為尖角時(shí)，由于尖角處的放電等距性，工件上只能加工出以尖角頂點(diǎn)為圓心、放電間隙為半徑的圓?。划?dāng)工具電極為凹角時(shí)，凹角尖點(diǎn)

12、根本不起放電作用，同時(shí)由于積屑，也會(huì)使工件尖端倒圓。電火花加工時(shí)的圓角（a）加工外表面 （b）加工內(nèi)表面一般說(shuō)來(lái)，在同一電極上，角上的損耗最大，棱邊其次，端面損耗最小。在電火花加工工藝上，采用高頻窄脈沖精加工，放電間隙小，圓角半徑可以明顯減小，一般可以獲得圓角半徑小于0.01 mm的尖棱。二次放電是指在已加工表面上，由于電蝕產(chǎn)物的介入，使極間實(shí)際距離減少或使極間工作液絕緣性能降低，再次發(fā)生非正常放電現(xiàn)象，使間隙擴(kuò)大。在進(jìn)行深度加工時(shí)，側(cè)面上部入口處加工時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生二次放電機(jī)會(huì)多，間隙擴(kuò)大，因而會(huì)產(chǎn)生加工斜度，如下圖所示。電火花加工時(shí)的加工斜度1電極無(wú)損耗時(shí)工具輪廓線；2有損耗而不考慮二次放電時(shí)

13、的工件輪廓線二次放電次數(shù)越多，單個(gè)脈沖能量越大，加工斜度越大。因此應(yīng)該從工藝上采取措施及時(shí)排除電蝕產(chǎn)物，使加工斜度減少，目前電火花精加工的斜度可控制在10以下。（2）二次放電電火花加工后的表面質(zhì)量包括表面粗糙度、表面變質(zhì)層、顯微裂紋及表面力學(xué)性能。2影響加工質(zhì)量的主要因素1）表面粗糙度電火花加工的表面與機(jī)械加工不同，機(jī)械加工表面由刀具切削痕跡構(gòu)成，且具有方向性；而電火花加工表面由無(wú)數(shù)微小凹坑和光滑的凸邊組成。在相同的表面粗糙度和有潤(rùn)滑油的條件下，電火花加工表面的潤(rùn)滑性能和耐磨性能比機(jī)械加工表面好。電火花加工表面粗糙度一般用表面微觀算術(shù)平均偏差Ra表示，也可以用輪廓最大高度Rz表示。影響電火花加

14、工表面粗糙度的因素有單個(gè)脈沖能量、脈沖持續(xù)時(shí)間和峰值電流、加工速度、工件材料的性能以及工具電極表面粗糙度。其中影響最大的是單個(gè)脈沖能量的大小。單個(gè)脈沖能量大，每次脈沖放電的蝕除量大，放電凹坑既大又深，表面粗糙度值大。因此，要減小表面粗糙度值，必須減小單個(gè)脈沖能量，使脈沖電流幅值和脈沖寬度減小。目前，電火花加工的表面粗糙度，粗加工時(shí)，Ra值為12.525 m；精加工時(shí)，Ra值可達(dá)到0.83.2 m；微細(xì)加工時(shí)，Ra值可達(dá)到0.20.8 m。但改善電火花加工的表面粗糙度會(huì)使加工速度明顯降低，因此，一般加工到Ra為0.632.5 m后，采用研磨方法改善其表面粗糙度更為經(jīng)濟(jì)。工件材料的性能對(duì)表面粗糙度

15、也有影響，在脈沖能量相同時(shí)，熔點(diǎn)高的材料（如硬質(zhì)合金），其表面粗糙度比熔點(diǎn)低的材料（如鋼）好；但熔點(diǎn)高的材料，其加工速度會(huì)減小。由于電極的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工件側(cè)面的表面粗糙度比底面好。精加工時(shí)，工具電極的表面粗糙度會(huì)影響工件加工表面的粗糙度。由于石墨電極的表面很難加工到非常光滑的程度，因此石墨電極加工的表面粗糙度較差。2）表面變質(zhì)層電火花加工過(guò)程中，由于火花放電時(shí)的高溫及隨后工作液的快速冷卻，材料的表面會(huì)產(chǎn)生變質(zhì)層，包括凝固層和熱影響層，其物理、化學(xué)及力學(xué)性能均有所變化，有時(shí)還會(huì)伴隨產(chǎn)生顯微裂紋。凝固層：位于電火花加工表面的最上層，它是材料表面被火花放電瞬間產(chǎn)生的高溫熔化，隨后又受到工作液的快速冷卻

16、而形成的。它與基體金屬的組織不同，是一種淬火組織，與內(nèi)層金屬結(jié)合不甚牢固。凝固層的厚度隨脈沖能量的增大而增厚，一般為0.010.1 mm。熱影響層：是位于凝固層和基體金屬之間的一層金屬層。熱影響層只是受熱影響而改變金相組織，并沒有熔化，與基體組織沒有明顯界限。不同金屬材料的熱影響層金相組織是不同的；不同的溫度場(chǎng)分布和冷卻速度下，熱影響層的厚度也是不同的。顯微裂紋：電火花加工表面由于受高溫作用后又迅速冷卻會(huì)產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力足夠大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)微細(xì)裂紋。不同材料對(duì)裂紋的敏感性是不同的，硬脆材料容易產(chǎn)生裂紋。淬火鋼表面殘余拉應(yīng)力比未淬火鋼大，所以淬火鋼表面質(zhì)量不高時(shí)，更容易產(chǎn)生裂紋。脈沖能量對(duì)顯

17、微裂紋的影響非常明顯，能量越大，顯微裂紋越寬、越深，并會(huì)擴(kuò)展到熱影響區(qū)；脈沖能量較小時(shí)，一般不出現(xiàn)顯微裂紋。因此，對(duì)表面層質(zhì)量要求高的工件應(yīng)盡量避免使用較大的脈沖能量，并注意工件加工前的熱處理質(zhì)量。減少工件表面的殘余應(yīng)力是消除裂紋的有效措施。3）表面力學(xué)性能表面力學(xué)性能包括表面層顯微硬度、殘余應(yīng)力以及耐疲勞性能。電火花加工過(guò)程中，加工的電參數(shù)、冷卻條件和工件材料的熱處理狀態(tài)不同，加工后表面層的硬度也不同。一般說(shuō)來(lái)，加工表面凝固層的硬度比較高，耐磨性好；熱影響區(qū)硬度次之，基體材料硬度最低。在電火花線切割加工中，加工區(qū)有可能暴露在空氣中，含碳量較高的材料會(huì)因表面脫碳造成工件表面凝固區(qū)的硬度大大降低

18、。因此，對(duì)于要求高的零件，應(yīng)把電火花加工后的表面層預(yù)先研磨掉。電火花加工后的表面由于存在著較大殘余拉應(yīng)力，甚至存在顯微裂紋，其耐疲勞性能比機(jī)械加工的表面低很多。采用回火處理、噴丸處理等有助于降低殘余應(yīng)力，或使殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，從而提高其耐疲勞性能。電火花加工中，工具電極的損耗是產(chǎn)生加工誤差的主要原因。影響工具電極損耗的因素十分復(fù)雜，研究表明，工具電極的損耗與極性效應(yīng)、電參數(shù)、工作液、電極材料、工件材料的熱物理常數(shù)等都有著密切的關(guān)系。3影響工具電極損耗的因素1）極性效應(yīng)極性效應(yīng)是指電火花加工中正、負(fù)極電蝕量不同的現(xiàn)象。在電火花加工中，無(wú)論是正極還是負(fù)極，都會(huì)受到不同程度的電蝕，即使是相同的

19、材料（如鋼加工鋼），正、負(fù)極的電蝕量也是不同的；如果正、負(fù)極材料不同，其極性效應(yīng)更加復(fù)雜。生產(chǎn)中，通常把工件接脈沖電源的正極、工具接負(fù)極，稱為“正極性”加工；把工件接脈沖電源的負(fù)極、工具接正極，稱為“負(fù)極性”加工，也稱為“反極性”加工。一般來(lái)說(shuō)，為了減小電極損耗，寬脈沖粗加工時(shí)采用負(fù)極性加工，窄脈沖精加工時(shí)采用正極性加工。不同脈沖寬度t與相對(duì)損耗的關(guān)系如下圖所示。當(dāng)峰值電流一定時(shí)，不論是正極性加工還是負(fù)極性加工，隨著脈沖寬度的增加，電極的相對(duì)損耗都下降；而在脈寬小于15 s的窄脈寬范圍內(nèi)，正極性加工的相對(duì)損耗比負(fù)極性加工要小。電火花加工時(shí)的圓角2）電參數(shù)（電規(guī)準(zhǔn)）電參數(shù)是指在電火花加工過(guò)程中的

20、脈沖波形、電壓、脈沖寬度、脈沖間隔、峰值電流、極性等參數(shù)。一般認(rèn)為，電火花加工中，無(wú)論正極還是負(fù)極，都存在單個(gè)脈沖的蝕除量與單個(gè)脈沖能量在一定的范圍內(nèi)成正比的關(guān)系，工件電極在單位時(shí)間內(nèi)的蝕除量就是電火花加工的生產(chǎn)率。脈沖電流波形ti脈沖寬度；to脈沖間隔；T脈沖周期；Ie電流峰值單個(gè)脈沖放電所釋放的能量W取決于極間放電電壓、放電電流和放電持續(xù)時(shí)間。脈沖電流的波形如圖8-6所示。電火花加工中，火花維持電壓與電極材料及工作液有關(guān)，其在煤油中，用純銅加工鋼時(shí)約為25 V，用石墨加工鋼時(shí)約為3035 V；在乳化液中，用銅加工鋼時(shí)約為1618 V。因此，對(duì)具體電極材料，工件的蝕除量與平均放電電流和脈沖寬

21、度成正比。3）工作液工作液對(duì)電蝕量有較大的影響。電火花加工中，工作液的作用有： 形成火花擊穿電通道，并在放電結(jié)束后迅速恢復(fù)間隙的絕緣狀態(tài)； 對(duì)放電通道產(chǎn)生壓縮作用，有利于脈沖能量充分作用； 幫助電蝕產(chǎn)物拋出和排除； 工作液的流動(dòng)對(duì)工具、工件有冷卻作用。目前，電火花成形加工主要采用油類為工作液。粗加工時(shí)，采用的脈沖能量大、加工間隙較大、爆炸排屑拋出能力強(qiáng)，一般選用介電性能和黏度較大的機(jī)油作為工作液；中、精加工時(shí)，放電間隙較小、排屑比較困難，故一般選用黏度小、流動(dòng)性好、滲透性好的煤油作為工作液。用煤油等碳?xì)浠衔镒鞴ぷ饕簳r(shí)，在放電過(guò)程中，工作液將發(fā)生熱分解產(chǎn)生大量的游離碳，它們能和金屬結(jié)合形成中性

22、金屬碳化物微粒，稱為膠團(tuán)。中性的膠團(tuán)經(jīng)電離后會(huì)產(chǎn)生帶負(fù)電荷的碳膠粒。碳膠粒在電場(chǎng)作用下向正極移動(dòng)，并吸附在正極表面。此時(shí)，如果電極表面溫度合適（高于400，低于電極熔點(diǎn)）且能保持一定時(shí)間，則能形成一定厚度的化學(xué)吸附層，通常稱為黑膜。黑膜的存在對(duì)電極起著保護(hù)和補(bǔ)償?shù)淖饔?，從而?shí)現(xiàn)低損耗加工。由于黑膜只能吸附在正極，因此此時(shí)必須采用負(fù)極性加工。實(shí)驗(yàn)表明，峰值電流一定時(shí)，脈沖間隔不變，黑膜厚度隨脈沖寬度的增加而增加；在脈沖寬度不變時(shí)，黑膜厚度隨脈沖間隔的增加而減薄。4）電極材料電火花加工中，選擇合適的電極材料，對(duì)減小電極損耗、保證電火花加工質(zhì)量有著重要的意義。電火花加工用的電極材料要求熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱性

23、好、加工穩(wěn)定性好、損耗小。其中，銀鎢、銅鎢合金熔點(diǎn)高、沸點(diǎn)高、加工穩(wěn)定性好、損耗?。汇~的熔點(diǎn)較低，但它的導(dǎo)熱性好，因此損耗也小；石墨熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱性好，而且在長(zhǎng)脈寬粗加工時(shí)，能形成黑膜保護(hù)層，電極損耗也小。在常用電極材料中，黃銅損耗最大。5）工件材料的熱物理常數(shù)金屬材料的熱物理常數(shù)一般指比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、熱導(dǎo)率等。比熱容：使單位質(zhì)量的金屬材料溫度升高1 K所需的熱量（J/(kgK)）。熔化潛熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的金屬熔化時(shí)所需熱量（J/kg）。氣化潛熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的金屬氣化時(shí)所需熱量（J/kg）。熱導(dǎo)率：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位面積、溫差為1 K時(shí)所傳遞的熱量（W/(mK)）。熱導(dǎo)率越大，表明

24、傳熱能力越強(qiáng)。當(dāng)脈沖放電能量相同時(shí)，金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱愈高，熔化和氣化所需熱量越多，蝕除量就愈少，工件就愈難加工。另一方面，金屬的熱導(dǎo)率愈大，表示金屬傳遞熱量的能力愈大，放電處瞬時(shí)獲得的熱能較多地傳散到工件的其他部分，因此，加工速度較低。4電火花的加工速度在電火花加工中，正極和負(fù)極同時(shí)受到不同程度的腐蝕，單位時(shí)間內(nèi)工件的蝕除量稱為加工速度，又稱為生產(chǎn)率。如果蝕除量以體積表示，就稱為體積加工速度（mm3/min），如果蝕除量以質(zhì)量表示，就稱為質(zhì)量加工速度（g/min）。加工速度的計(jì)算公式為 或式中： 體積加工速度（mm3/min）； 工件被蝕除的體積（mm3）； t 單

25、位時(shí)間（min）； 質(zhì)量加工速度（g/min）； G 工件被蝕除的質(zhì)量（g）。8.1.4 電火花線切割加工電火花線切割加工是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的工藝形式，是用線狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割，故稱為電火花線切割，簡(jiǎn)稱為線切割。它已獲得廣泛的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)外線切割機(jī)床已占電加工機(jī)床的60%以上。電火花線切割加工與電火花成形加工一樣，都是基于電極間脈沖放電時(shí)的電腐蝕原理；但它有別于電火花成形加工的是不需要制作復(fù)雜的成形電極，而是用一根很細(xì)的電極絲作工具電極。1線切割加工的工作原理與特點(diǎn)右圖所示為高速走絲電火花線切割工藝及裝置的示意圖。它利用電極絲作工具電極進(jìn)行切割，將

26、電極絲5裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的貯絲筒9上，經(jīng)過(guò)絲架以一定的速度作正反向交替移動(dòng)，加工能源由脈沖電源供給。電極絲接高頻脈沖電源的負(fù)極，工件接脈沖電源的正極，以煤油或乳化液作為工作液。電火花線切割加工示意圖1坐標(biāo)工作臺(tái)；2夾具；3工件；4脈沖電源；5電極絲；6導(dǎo)輪；7絲架；8工作液箱；9貯絲筒當(dāng)電極絲和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)并接近工件時(shí)，工作液被擊穿而形成火花放電，工件表面的金屬瞬時(shí)熔化和氣化。若電極絲按規(guī)定的方向移動(dòng)，且移動(dòng)速度與電極絲對(duì)工件的電腐蝕速度一致，即能達(dá)到切割加工的目的。工作臺(tái)在水平面兩個(gè)坐標(biāo)方向各自按預(yù)定的控制程序，根據(jù)火花間隙狀態(tài)作伺服進(jìn)給移動(dòng)，從而合成各種曲線軌跡，使工件切割成形。與電火花成形加

27、工相比，電火花線切割加工有如下特點(diǎn)。 采用水或水基工作液不會(huì)引燃起火，容易實(shí)現(xiàn)安全無(wú)人運(yùn)轉(zhuǎn)，而且工作液的電阻率遠(yuǎn)比煤油小。 采用一根很細(xì)的金屬絲做工具電極，不需要再制作復(fù)雜的成形電極，且被加工工件一般不需要預(yù)加工，降低了成本，縮短了生產(chǎn)周期，對(duì)新產(chǎn)品試制非常有利。 能方便加工任意形狀的復(fù)雜型孔、窄槽、微縫和小孔，可加工最小切縫寬0.04 mm，最小圓角半徑R為0.03 mm，表面粗糙度值Ra為0.41.6 m，加工精度可達(dá)0.005 mm；且實(shí)際金屬去除量很少，材料的利用率和能量利用率都很高。這尤其對(duì)加工貴重金屬有重要意義。 采用移動(dòng)的長(zhǎng)電極絲進(jìn)行加工，單位長(zhǎng)度電極絲的損耗少，對(duì)加工精度的影響

28、小，特別在低速走絲線切割加工時(shí)，電極絲一次使用，電極損耗對(duì)加工精度的影響更小。 加工電流小，屬半精、精加工范圍，采用正極性加工。在加工時(shí)，一般采用一個(gè)規(guī)準(zhǔn)一次加工成形，中途不轉(zhuǎn)換規(guī)準(zhǔn)。 機(jī)床的自動(dòng)化程度較高，編制的程序可以重復(fù)使用，而且可以利用間隙補(bǔ)償來(lái)加工不同要求的工件。 在實(shí)體部分開始切割時(shí)，需要預(yù)先加工出穿絲用的孔。正因?yàn)橛性S多突出的長(zhǎng)處，電火花線切割加工在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快，得到了廣泛的應(yīng)用。但電火花線切割不能加工盲孔類零件表面和階梯成形表面。線切割加工為零件（特別是精密零件）的加工制造、新產(chǎn)品試制以及模具制造找到了一條新的工藝途徑，主要應(yīng)用于以下三個(gè)方面。2線切割加工的應(yīng)用范圍1）加工零

29、件在零件制造方面，線切割可用于加工品種多、數(shù)量少的零件，特殊難加工材料的零件，材料試驗(yàn)樣件，如各種型孔、凸輪、樣板、成形刀具等。在試制新產(chǎn)品時(shí)，可用線切割在板料上直接割出零件，如切割特殊微電機(jī)硅鋼片定、轉(zhuǎn)子鐵心等，由于不需另行制造模具，可大大縮短制造周期、降低成本。線切割加工薄件時(shí)，還可多片疊在一起加工；同時(shí)，還可進(jìn)行微細(xì)加工或異形槽的加工等。2）加工電火花成形加工用的電極一般，銅鎢、銀鎢合金類材料的電極、帶錐度型腔的電極等，用線切割加工特別經(jīng)濟(jì)；同時(shí)，線切割也適用于加工微細(xì)復(fù)雜形狀的電極。3）加工模具線切割適用于加工各種形狀的沖模；調(diào)整不同的間隙補(bǔ)償量，只需一次編程就可以切割凸模、凸模固定板

30、、凹模及卸料板等，其模具配合間隙、加工精度通常都能達(dá)到要求。此外，線切割還可加工擠壓模、粉末冶金模、彎曲模、塑壓模等帶錐度的模具。3電火花線切割機(jī)床1）電火花線切割機(jī)床的類型電火花線切割機(jī)床按電極絲運(yùn)行方式分為往復(fù)走絲和單向走絲兩種。這兩類線切割機(jī)床在加工范圍、加工工藝水平、機(jī)床的自動(dòng)化程度、價(jià)格等方面都有較大差別。往復(fù)走絲機(jī)床又稱為快速走絲或高速走絲線切割機(jī)床（WEDM-HS），是我國(guó)使用和生產(chǎn)的主要機(jī)型。它通常采用直徑0.080.25 mm的鉬絲或0.3 mm左右的銅絲作電極；走絲速度約810 m/s，通過(guò)貯絲筒和絲架往復(fù)運(yùn)動(dòng)；工作液采用5%的乳化液或去離子水。電極絲的快速運(yùn)動(dòng)能把工作液帶

31、進(jìn)狹窄的加工縫隙，并把電蝕產(chǎn)物及時(shí)帶出，不但生產(chǎn)率高，而且可穩(wěn)定地加工較厚的工件。快速走絲速度一般不超過(guò)10 m/s，目前能達(dá)到的加工精度為0.01 mm，表面粗糙度Ra為0.632.5 m，最大切割速度可達(dá)50 mm3/min，切割厚度最大可達(dá)500 mm，可滿足不同零件的加工要求。單向走絲機(jī)床又稱為慢速走絲或低速走絲線切割機(jī)床（WEDM-LS），它是國(guó)外使用和生產(chǎn)的主要機(jī)型，我國(guó)也在進(jìn)行開發(fā)生產(chǎn)。慢速走絲線切割機(jī)床采用直徑0.030.35 mm的銅絲作電極；走絲速度為312 m/min；電極絲只是單向通過(guò)間隙，不重復(fù)使用，這樣可避免電極損耗對(duì)加工精度的影響；工作液主要是去離子水和煤油。慢速

32、走絲線切割機(jī)床的加工精度可達(dá)到0.001 mm，表面粗糙度可達(dá)到Ra 0.32 m以下。這類機(jī)床還能自動(dòng)穿電極絲和自動(dòng)卸除加工廢料，自動(dòng)化程度高；但電蝕產(chǎn)物排除較困難，不易切割厚工件，其售價(jià)比快速走絲線切割機(jī)床要高得多。2）電火花線切割機(jī)床的組成快速走絲電火花線切割加工機(jī)床1貯絲筒；2走絲溜板；3絲架；4縱向滑板；5橫向滑板；6床身；7控制箱低速走絲電火花線切割加工機(jī)床1脈沖電源；2工件；3工作液箱；4去離子水；5泵；6新絲放絲卷筒；7工作臺(tái)；8x軸電動(dòng)機(jī)；9數(shù)控裝置；10y軸電動(dòng)機(jī)；11廢絲卷筒下面兩個(gè)圖分別為快速和低速走絲線切割加工機(jī)床組成圖。下面主要以我國(guó)快速走絲線切割機(jī)床為例介紹電火花

33、線切割機(jī)床的組成?？焖僮呓z線切割機(jī)床主要由機(jī)床本體、脈沖電源、數(shù)控系統(tǒng)等三部分組成，它是通過(guò)坐標(biāo)工作臺(tái)與電極絲的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成對(duì)工件加工的。機(jī)床本體主要由床身、坐標(biāo)工作臺(tái)、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)以及工作液循環(huán)系統(tǒng)等組成。床身：是坐標(biāo)工作臺(tái)、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)支承和固定的基礎(chǔ)，一般是用鑄鐵做成的箱體件。其內(nèi)部還可安置脈沖電源和工作液箱，因而要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度。坐標(biāo)工作臺(tái)：安置在床身上，它由縱向滑板、橫向滑板、導(dǎo)軌、滾珠絲杠和螺母運(yùn)動(dòng)副等組成。工件裝在十字滑板上，加工時(shí)通過(guò)十字滑板在x，y方向上的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的進(jìn)給。坐標(biāo)工作臺(tái)有很高的定位精度和移動(dòng)精度，傳動(dòng)副之間必須消除間隙。（1）機(jī)床本體運(yùn)絲機(jī)構(gòu)：主要由貯絲筒

34、和絲架組成，它們的作用是保證電極絲以一定的速度往復(fù)循環(huán)運(yùn)行。在走絲時(shí)，電極絲整齊地排繞在貯絲筒上，并通過(guò)換向裝置作正反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在運(yùn)絲過(guò)程中，電極絲由絲架支承和導(dǎo)向，并依靠導(dǎo)輪保持其與工作臺(tái)面垂直或傾斜成一定角度（錐度切割）。工作液及其循環(huán)系統(tǒng)：對(duì)電火花線切割加工的切割速度、切割精度、切割表面粗糙度等工藝指標(biāo)影響很大。低速走絲線切割機(jī)床大多采用去離子水作工作液，在特殊精加工時(shí)才使用絕緣性能較高的煤油?？焖僮呓z線切割機(jī)床大都采用專用的乳化液，生產(chǎn)中也可根據(jù)加工的具體條件進(jìn)行選擇。由于線切割切縫很窄，順利排除電蝕產(chǎn)物極為重要，對(duì)快速走絲機(jī)床，通常采用澆注式供液；而對(duì)低速走絲機(jī)床，近年來(lái)有些采用浸泡

35、式供液方式。目前用于電火花線切割的高頻脈沖電源主要是晶體管脈沖電源。它的工作原理與電火花成形加工中所用的脈沖電源相同，不同的是電源的功率較小、頻率較高。由于電火花線切割的電極絲直徑很小，線切割的蝕除量很少，一般都用于精規(guī)準(zhǔn)正極性加工成形。因此，高頻輸出端電壓為100 V左右，加工電流15 A，脈沖寬度0.560 s，單個(gè)脈沖能量較小，并在維持火花放電的前提下，盡量縮短脈沖間隔。電火花線切割的脈沖電源頻率、脈沖寬度、脈沖間隔、峰值電流等均應(yīng)根據(jù)加工需要進(jìn)行調(diào)整。（2）脈沖電源數(shù)控系統(tǒng)是進(jìn)行電火花線切割加工的重要環(huán)節(jié)。它的主要作用是按加工要求自動(dòng)控制電極絲相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡和進(jìn)給要求，實(shí)現(xiàn)工件形狀

36、和尺寸的加工。電火花線切割機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡控制系統(tǒng)已普遍采用數(shù)字程序控制，并進(jìn)入到微型計(jì)算機(jī)直接控制階段。電火花線切割的數(shù)控控制過(guò)程是把圖樣上的工件形狀和尺寸編制成程序信號(hào)，通過(guò)鍵盤、或使用穿孔紙帶或磁帶，輸送給電子計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入指令控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)精密絲桿，使工件相對(duì)于電極絲作軌跡運(yùn)動(dòng)。如下圖所示為數(shù)控過(guò)程方框圖。（3）數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控過(guò)程方框圖電火花線切割機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)能夠控制加工同一平面上由直線和圓弧組成的任何圖形的工件，這是最基本的控制系統(tǒng)。此外，還有帶錐度切割、間隙補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償、圖形編程、圖形顯示等功能的控制。4電火花線切割編程技術(shù)電火花線切割加工過(guò)程是數(shù)控加工的一種

37、。目前，高速走絲線切割機(jī)床一般采用3B，4B數(shù)控程序格式，而以3B格式用得最多。而低速走絲切割機(jī)床通常采用國(guó)際上通用的ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）或EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）格式。我國(guó)生產(chǎn)的線切割控制系統(tǒng)也將逐步采用ISO代碼。數(shù)控編程的方法手工編程計(jì)算機(jī)編程手工編程是數(shù)控編程的基本功。1）程序格式常見的平面圖形很多都是由直線或圓弧線段組成的。任何復(fù)雜的圖形都要分解為直線段和圓弧段依次編程。編程時(shí)需用的參數(shù)有五個(gè)：起點(diǎn)或終點(diǎn)坐標(biāo)值X，Y；計(jì)數(shù)長(zhǎng)度J（切割長(zhǎng)度在X軸或Y軸上的投影長(zhǎng)度）；計(jì)數(shù)方向G；軌跡的類型（被稱為加工指令）Z。我國(guó)數(shù)控線切割機(jī)床統(tǒng)一采用五指令3B程序格式，如下表所示。BXBYBJ

38、GZ分隔符號(hào)X坐標(biāo)值分隔符號(hào)Y坐標(biāo)值分隔符號(hào)計(jì)數(shù)長(zhǎng)度計(jì)數(shù)方向加工指令3B程序格式（1）分隔符號(hào)B因?yàn)閄，Y，J均為數(shù)碼，故用分隔符號(hào)B將其隔開。（2）坐標(biāo)值X，Y為了簡(jiǎn)化數(shù)控裝置，規(guī)定只輸入坐標(biāo)的絕對(duì)值，其單位為m，當(dāng)X，Y為零時(shí)，可以不寫，但必須保留分隔符號(hào)B。加工斜線（不與X，Y軸重合的直線段）時(shí)，取加工起點(diǎn)為坐標(biāo)的原點(diǎn)，X，Y值為斜線終點(diǎn)坐標(biāo)值；加工與X，Y軸重合的直線段時(shí)，Y值或X值為零；加工圓弧時(shí)，取圓心為切割坐標(biāo)系的原點(diǎn)，X，Y為圓弧切割起點(diǎn)的坐標(biāo)值。允許將X，Y值同時(shí)放大或縮小相同的倍數(shù)。在同一工件加工過(guò)程中，X，Y坐標(biāo)軸的方向保持不變，即X滑板和Y滑板的運(yùn)動(dòng)方向保持不變。加工不

39、同的曲線時(shí)，取的坐標(biāo)原點(diǎn)不同，坐標(biāo)只能平移，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，即每加工一段圓弧或斜線都要把坐標(biāo)系平移到圓弧的圓心或斜線的起點(diǎn)。（3）計(jì)數(shù)方向G加工斜線時(shí)，斜線在哪個(gè)坐標(biāo)軸上的投影長(zhǎng)度最長(zhǎng)就取該坐標(biāo)軸的方向?yàn)橛?jì)數(shù)方向，即斜線在X軸上的投影長(zhǎng)度最長(zhǎng)時(shí)，計(jì)數(shù)方向?yàn)閄方向，用Gx表示；在Y軸上的投影長(zhǎng)度最長(zhǎng)時(shí)，計(jì)數(shù)方向?yàn)閅方向，用Gy表示；在X軸和Y軸上的投影長(zhǎng)度相等時(shí)，可任意選擇取Gx或Gy。（4）計(jì)數(shù)長(zhǎng)度J計(jì)數(shù)長(zhǎng)度（控制長(zhǎng)度）是從起點(diǎn)加工到終點(diǎn)時(shí)某一拖板進(jìn)給的總長(zhǎng)度，即加工圖形在計(jì)數(shù)方向的投影長(zhǎng)度（絕對(duì)值）總和，以m為單位。對(duì)于計(jì)數(shù)長(zhǎng)度不足六位的，應(yīng)寫成六位，如1 949 m，應(yīng)寫成001949（近年生產(chǎn)

40、的線切割機(jī)床，由于數(shù)控功能較強(qiáng)，也可不必補(bǔ)足六位，只寫有效位數(shù)即可）。（5）加工指令Z加工指令Z有12種，根據(jù)被加工圖形的形狀、所在象限和加工方向等的不同，加工指令可分為直線L與圓弧R兩大類。直線按走向和終點(diǎn)所在象限可分為L(zhǎng)1，L2，L3，L4四種，如下圖所示。直線加工指令（a）斜線 （b）與坐標(biāo)軸重合的直線 圓弧按第一步進(jìn)入的象限及走向的順時(shí)針、逆時(shí)針劃分，依順時(shí)針走向的圓分為SR1，SR2，SR3，SR4；依逆時(shí)針走向的圓分為NR1，NR2，NR3，NR4，如下圖所示。圓弧加工指令（a）順時(shí)針 （b）逆時(shí)針2）直線的編程方法 把直線的起點(diǎn)作為坐標(biāo)的原點(diǎn)； 把直線的終點(diǎn)坐標(biāo)值作為X，Y，可用

41、公約數(shù)將X，Y縮小整倍數(shù)； 計(jì)數(shù)長(zhǎng)度J按計(jì)數(shù)方向Gx或Gy取X值或Y值，通常，計(jì)數(shù)長(zhǎng)度和計(jì)數(shù)方向一起考慮； 加工指令按前面所述方法確定，與X，Y軸重合的直線編程時(shí)，X，Y均可作0，且在B后可不寫。3）圓弧的編程方法 把圓弧的圓心作為坐標(biāo)原點(diǎn)； 把圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo)值作為X，Y，均取絕對(duì)值，單位為m； 計(jì)數(shù)長(zhǎng)度J應(yīng)取計(jì)數(shù)方向從起點(diǎn)到終點(diǎn)拖板移動(dòng)的總距離，即圓弧在計(jì)數(shù)方向坐標(biāo)軸（取X或Y軸上）的投影值上投影長(zhǎng)度的總和。 計(jì)數(shù)方向取終點(diǎn)坐標(biāo)絕對(duì)值較小的方向，這與直線是相反的。一般地，取與該圓弧終點(diǎn)走向較平行的軸向作為計(jì)數(shù)方向，以減少編程和加工誤差。 加工指令按前面所述方法確定，即用SR(14)表示順時(shí)針

42、圓弧，用NR(14)表示逆時(shí)針圓弧。8.2 電解加工如下圖所示，將兩片金屬（Fe，Cu）插入導(dǎo)電溶液中（如NaCl溶液），兩者將出現(xiàn)電位差，形成所謂“原電池”，然后用導(dǎo)線把兩金屬片連接起來(lái)，就會(huì)有電流從導(dǎo)線中通過(guò)，并出現(xiàn)了鐵的加速溶解。當(dāng)按原電流方向加上一個(gè)直流電源時(shí)，電流加大，鐵的溶解也加快。8.2.1 概述電化學(xué)加工原理電解質(zhì)溶液是靠溶液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)而導(dǎo)電的。溶液中的正離子移向陰極并在陰極上得到電子進(jìn)行還原反應(yīng)，負(fù)離子移向陽(yáng)極并在陽(yáng)極表面失去電子進(jìn)行氧化反應(yīng)。這種在陽(yáng)極、陰極表面產(chǎn)生得、失電子的化學(xué)反應(yīng)稱為電化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)可從工件上去除或鍍覆金屬材料，這種工藝稱為電化學(xué)加

43、工。根據(jù)電化學(xué)加工原理，電化學(xué)加工可分為以下三類。 電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，工件作為陽(yáng)極溶解去除金屬材料來(lái)進(jìn)行加工，包括電解加工和電解拋光。 電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，工件作為陰極表層沉積金屬來(lái)進(jìn)行加工，包括電鍍、電鑄、電刷鍍。 電化學(xué)加工與其他加工方法相結(jié)合的電化學(xué)復(fù)合加工工藝，主要有電解磨削、電解電火花復(fù)合加工等。8.2.2 電解加工原理及其特點(diǎn) 電解加工示意圖如下圖所示為電解加工原理示意圖。加工時(shí)，工件接直流電源的正極，工具電極接直流電源的負(fù)極。工具電極向工件緩慢進(jìn)給，使兩極之間保持較小的間隙（0.11 mm），這時(shí)陽(yáng)極工件的金屬被逐漸電解腐蝕。同時(shí)，具有一定壓力（0.52 MPa）的電解液從間隙中高

44、速（550 m/s）流過(guò)，將電解產(chǎn)物沖走。1電解加工原理電解加工成形原理加工剛開始時(shí)，工件加工面的初始形狀與工具電極（陰極）不同，工件上各加工點(diǎn)距工具表面的距離不相同，如下圖（a）所示，陰極與陽(yáng)極距離較近的地方通過(guò)的電流密度較大，電解液的流速也較高，陽(yáng)極溶解的速度較快；而陰極與陽(yáng)極距離較遠(yuǎn)的地方，電流密度小，且電解液的流速也較慢，陽(yáng)極溶解速度較慢。（a） （b）由于工具電極相對(duì)工件不斷進(jìn)給，工件表面上各點(diǎn)就以不同的溶解速度進(jìn)行溶解，電解產(chǎn)物不斷被電解液沖走，使工件表面逐漸接近工具電極表面的形狀，直到把工具電極表面形狀復(fù)印在工件上，如下圖（b）所示。電解加工與其他加工方法相比較，具有以下特點(diǎn)。

45、加工范圍廣。電解加工的加工范圍不受金屬材料本身硬度、強(qiáng)度以及加工表面復(fù)雜程度的限制，如可以加工硬質(zhì)合金、淬火鋼、不銹鋼、耐熱合金等高硬度、高強(qiáng)度及高韌性金屬材料，也可加工葉片、鍛模等各種復(fù)雜型面。 生產(chǎn)率高。電解加工可一次進(jìn)給，進(jìn)給速度可達(dá)0.315 mm/min，直接成形，無(wú)需粗、精加工分開，生產(chǎn)率約為電火花加工的510倍。在某些情況下，電解加工比切削加工的生產(chǎn)率還高，且生產(chǎn)率不受加工精度和表面粗糙度的直接限制。2電解加工特點(diǎn) 表面質(zhì)量好。電解加工過(guò)程不存在機(jī)械切削力和切削熱作用，故加工表面無(wú)殘余應(yīng)力和飛邊、毛刺，表面粗糙度為Ra 0.21.25 m、平均加工精度為0.1 mm，電解微細(xì)加工

46、鋼件的精度可達(dá)1070 m。 加工過(guò)程中陰極工具理論上不會(huì)耗損，可長(zhǎng)期使用。 電解加工受諸多因素的影響，技術(shù)難度高，不易達(dá)到較高的加工精度和保證加工穩(wěn)定性。加工細(xì)的窄縫、小孔及小棱角比較困難，一般圓角半徑大于0.2 mm。 電解液對(duì)設(shè)備、工裝有腐蝕作用，電解產(chǎn)物必須妥善處理，否則將污染環(huán)境。 電解加工的附屬設(shè)備比較多，占地面積較大，機(jī)床需有足夠的剛性和防腐蝕性能，造價(jià)較高，因此單件小批生產(chǎn)時(shí)成本比較高。8.2.3 電解液電解液是電解加工的工作液，對(duì)電解加工的各項(xiàng)工藝指標(biāo)有很大影響。正確選擇電解液，對(duì)保證電解加工的正常進(jìn)行有重要作用。電解液的主要作用如下。 作為導(dǎo)電介質(zhì)，傳遞電流。 在電場(chǎng)作用下

47、進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，使陽(yáng)極溶解能順利而有控制地進(jìn)行。 將加工間隙內(nèi)產(chǎn)生的電解產(chǎn)物及熱量及時(shí)帶走，起到更新和冷卻的作用。1電解液的作用電解加工對(duì)電解液總的要求是保證加工精度要高、加工表面質(zhì)量好、加工效率高、實(shí)用性好。具體要求如下。 具有足夠的蝕除速度。電解質(zhì)在溶液中應(yīng)具有較高的溶解度和離解度，電解液中所含的陰離子應(yīng)具有較正的標(biāo)準(zhǔn)電位，以免在陽(yáng)極上產(chǎn)生析氧等副反應(yīng)，降低電流效率。例如，NaCl在水溶液中幾乎能完全離解為Na+和 離子，并能與水中的H+ 和 離子共存。2對(duì)電解液的基本要求 具有較高的加工精度和表面質(zhì)量。電解液中的金屬陽(yáng)離子不應(yīng)在陰極上產(chǎn)生放電反應(yīng)而沉積到陰極工具上，以免改變工具電極的形狀

48、和尺寸，影響加工精度和表面質(zhì)量。因此，所用電解液中的金屬陽(yáng)離子必須具有較負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，如Na+，K+等活潑金屬離子。 陽(yáng)極反應(yīng)的最終產(chǎn)物應(yīng)是不溶性的化合物。最終產(chǎn)物為不溶性化合物，可保證不再進(jìn)入加工區(qū)域，保持電解過(guò)程和精度的穩(wěn)定；同時(shí)便于收集處理，避免陽(yáng)極溶解下來(lái)的金屬陽(yáng)離子在陰極上沉積。 電解液性能要穩(wěn)定，操作安全，對(duì)設(shè)備的腐蝕性小，價(jià)格便宜。NaCl是強(qiáng)電解質(zhì)，在水溶液中幾乎完全電離，導(dǎo)電能力強(qiáng)；電解液中含有活性 離子，陽(yáng)極工件表面不易生成鈍化膜，所以具有較大的蝕除速度，電流效率高，表面粗糙度也??；價(jià)格便宜，貨源充足；腐蝕性小，使用時(shí)較安全，所以是應(yīng)用最廣泛的一種電解液，但其復(fù)制精度較

49、差。3常用電解液的種類電解液中性鹽溶液酸性溶液堿性溶液常用的有NaCl，NaNO3，NaClO3三種電解液。1）NaCl電解液NaNO3電解液是一種鈍化型電解液，非加工區(qū)由于處于鈍化狀態(tài)受到鈍化膜的保護(hù)，可以減少雜散腐蝕，提高加工精度。它主要用于高精度、小間隙、細(xì)長(zhǎng)孔以及鍺、鉬、鈮等難溶金屬的加工。2）NaNO3電解液NaClO3電解液散蝕小，加工精度高，當(dāng)加工間隙達(dá)1.25 mm以上時(shí)，陽(yáng)極溶解幾乎完全停止，能獲得較小的表面粗糙度；它有很高的溶解度，導(dǎo)電能力強(qiáng)；但對(duì)人體有所損害，且會(huì)生成難溶性陽(yáng)極薄膜，影響陽(yáng)極溶解，因此僅用于加工鎢、鉬等金屬材料。3）NaClO3電解液電解加工主要用于切削加

50、工難以完成的領(lǐng)域，如硬質(zhì)合金、淬火鋼等硬度高、韌性大的材料和復(fù)雜的型面，在航空、航天行業(yè)和軍工機(jī)械制造生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、渦輪轉(zhuǎn)子、槍管和炮管的膛線加工等。1葉片的加工8.2.4 電解加工的應(yīng)用葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中最關(guān)鍵的零件，其形狀復(fù)雜、壁薄易變形、材料難加工、精度要求高，且為批量生產(chǎn)，特別適合電解加工。葉片電解加工工藝路線如下圖所示。其特點(diǎn)是加工效率高、生產(chǎn)周期短、手工勞動(dòng)量小。葉片的電解加工工藝路線2槍炮管膛線加工膛線是在槍炮內(nèi)膛表面加工出的一組從彈膛到管口始終貫穿的、均布于圓周方向的螺旋凹槽，如下圖所示，其斷面多為矩形。槍炮管膛線的電解加工在專用的機(jī)床上進(jìn)行，槍

51、、炮管接直流電源正極，工具電極接負(fù)極，從工具電極中噴出高壓電解液，工具電極從彈膛移動(dòng)到管口，移動(dòng)的同時(shí)作旋轉(zhuǎn)。炮管膛線剖面圖a陽(yáng)線寬度；d陽(yáng)線直徑；B陰線寬度；D陰線直徑；R根部圓弧半徑與傳統(tǒng)的膛線加工工藝相比，膛線電解加工質(zhì)量好、效率高、經(jīng)濟(jì)效果好。3深孔、擴(kuò)孔加工固定式：工件和工具電極之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，適合于孔徑較小、深度不大的工件；移動(dòng)式：工具電極在零件內(nèi)孔作軸向移動(dòng)，主要用于深孔加工。深孔、擴(kuò)孔加工固定式移動(dòng)式工具電極的運(yùn)動(dòng)形式4型孔加工對(duì)一些形狀復(fù)雜、尺寸較小的四方、六方、橢圓、半圓等形狀的通孔或不通孔，機(jī)械加工很困難，可采用電解加工。5型腔加工對(duì)消耗量較大、精度要求一般的礦山機(jī)械、

52、汽車、拖拉機(jī)等的曲軸鍛模，可采用電解加工。電解加工鍛模可以獲得較高的生產(chǎn)率和較低的表面粗糙度值，其尺寸精度為0.150.3 mm。采用混氣電解加工鍛?？纱蟠蠛?jiǎn)化陰極工具設(shè)計(jì)，且加工精度可以控制在0.1 mm之內(nèi)。6電解拋光電解拋光是一種電化學(xué)表面光整加工方法，用于改善工件的表面粗糙度和表面物理性能，而不用于對(duì)工件進(jìn)行形狀和尺寸加工。電解拋光是利用在電解液中發(fā)生陽(yáng)極溶解現(xiàn)象而對(duì)工件表面進(jìn)行腐蝕拋光的。電解拋光時(shí)，陽(yáng)極一方面發(fā)生溶解，另一方面生成薄薄的一層陽(yáng)極黏膜，工件表面凹陷處黏膜較厚、電阻較大、溶解速度慢，而凸起處黏膜較薄，電阻較小，溶解速度快。于是工件表面的粗糙度就逐漸改善，并且出現(xiàn)較強(qiáng)的光

53、澤。電解拋光不需要成形電極，也不需要相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，工具與工件之間距離較大（40100 mm），電流密度較小。電解加工還可用于在工件上刻印文字或標(biāo)記等，即所謂電解刻印。它具有經(jīng)濟(jì)、迅速的特點(diǎn)。另外，電解加工與其他加工相結(jié)合的電解復(fù)合加工，如電解磨削、電解研磨、超聲電解加工、電解電火花研磨加工等方法，在硬質(zhì)合金刀具、量具、模具及特殊零件的加工方面顯示出很好的綜合應(yīng)用效果。8.3 其他特種加工超聲加工也稱為超聲波加工，特別適合對(duì)導(dǎo)體、非導(dǎo)體等脆硬材料的加工。電火花加工和電解加工只能加工導(dǎo)電材料，而超聲加工不僅能加工硬質(zhì)合金、淬火鋼等導(dǎo)電的脆硬金屬材料，而且更適合加工玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、鍺、硅片、寶石、金剛石等不導(dǎo)電的非金屬脆硬材料，是對(duì)特種加工工藝的有益補(bǔ)充。目前，超聲加工的主要工藝有打孔、切割、清洗、焊接、探傷等。8.3.1 超聲加工1超聲加工的基本原理超聲波是指高于人耳聽覺頻率上限的一種振動(dòng)波，其頻率包括高于16 kHz以上的所有頻率。加工用的超聲波頻率為1625 kHz，其特點(diǎn)是頻率高、波長(zhǎng)短、能量大，具有很強(qiáng)的能量傳遞能力，能夠在傳播方向上施加壓力。超聲波加工是利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，通過(guò)磨料懸浮液對(duì)