現(xiàn)代加工技術(shù)-電加工技術(shù)課件

加工技術(shù)加工技術(shù)第五章電加工技術(shù)5.1概述5.2電火花加工技術(shù)5.3電化學(xué)加工技術(shù)第五章電加工技術(shù)5.1概述特種加工是20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的。由于材料科學(xué)、高新技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的性能要求也越來越高。各種新材料、新結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜的機(jī)械零件大量涌現(xiàn)，對(duì)機(jī)械制造業(yè)提出了一系列迫切需要解決的新問題。（如各種難切削加工材料的加工，各種結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜零件的加工、尺寸微小或特大零件的加工、薄壁或彈性元件的加工）。這些采用傳統(tǒng)加工方法十分困難，甚至無法加工。在此基礎(chǔ)上，一種區(qū)別于傳統(tǒng)加工的特種加工應(yīng)用而生。

特種加工：將電、磁、光、聲、熱等能量及其他組合施加在工件的被加工部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料的去除、變形、改變性能或被鍍覆等的非傳統(tǒng)加工方法。5.1概述---特種加工技術(shù)特種加工是20世紀(jì)40年代發(fā)展起

特種加工具有以下特點(diǎn)：（1）特種加工主要依靠電、化學(xué)、磁、聲、光、熱等能量去除材料，而不是主要依靠機(jī)械能。（2）工具硬度可低于被加工材料的硬度。（3）加工過程中工具與工件不存在顯著的機(jī)械切削力，因此不存在顯著的機(jī)械應(yīng)力，機(jī)械變形較小，形狀尺寸穩(wěn)定性較好。（4）有些特種加工，如電化學(xué)、超聲波等加工余量非常細(xì)微，因此可以用來加工尺寸微小的孔或槽，還能獲得高精度和很小的表面粗糙度。（5）兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復(fù)合加工（電化學(xué)電弧加工，超聲放電加工等）?，F(xiàn)代加工技術(shù)-電加工技術(shù)課件

特種加工分類：電火花加工、電化學(xué)加工、激光加工、電子束加工、離子束加工、等離子弧加工、超聲波加工等。

特種加工對(duì)材料可加工性和結(jié)構(gòu)工藝性的影響：

1、提高了材料的可加工性

2、改變了零件的典型工藝路線。3、改變了試制新產(chǎn)品的模式4、對(duì)產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來很大的影響5、對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性的好與壞需要重新衡量6、已經(jīng)成為微細(xì)加工和納米加工的主要手段特種加工分類：5.2.1電火花加工原理

電火花加工（electricaldischargemachining，EDM）又稱放電加工、電蝕加工，是20世紀(jì)40年代中期發(fā)展起來的。（1943年前蘇聯(lián)科學(xué)家拉扎林科夫婦發(fā)明）它是在加工過程中，使工具和工件間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電，靠放電時(shí)局部、瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫將金屬熔化、氣化而被去除而達(dá)到加工成型目的。因加工時(shí)放電過程中可看到火花，所以稱為電火花加工。5.2電火花加工技術(shù)5.2.1電火花加工原理5.2電火花加工技術(shù)電火花加工必須具備如下條件：（1）必須是瞬時(shí)脈沖性放電：脈沖寬度一般為10-7s-10-3s，相鄰脈沖之間有一個(gè)間隔，使熱量從加工區(qū)傳導(dǎo)擴(kuò)散到非加工區(qū)；（2）火花放電必須在較高絕緣強(qiáng)度的液體介液中進(jìn)行：一方面有利于電蝕物的排出；另一方面對(duì)電極和工件進(jìn)行冷卻；（3）必須有足夠的脈沖放電強(qiáng)度：一般要求電流密度達(dá)到105A/cm2-108A/cm2以上才能實(shí)現(xiàn)工件材料的局部熔化和氣化。（4）工具電極與工件表面保持一定的放電間隙。間隙過大極間電壓不能擊穿介質(zhì)而不能產(chǎn)生火花放電；間隙過小會(huì)引起拉弧燒傷或短路。電火花加工必須具備如下條件：如圖1所示。工件與工具都置于流動(dòng)工作液中，并分別與脈沖電源的正、負(fù)極相接。自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置使工具與工件保持很小的放電間隙。通過脈沖發(fā)生器，在一定條件下相對(duì)某一間隙最小處或絕緣強(qiáng)度最低處擊穿介質(zhì)，使工具與工件間產(chǎn)生脈沖放電現(xiàn)象。由于放電時(shí)間很短，且發(fā)生在放電區(qū)的小點(diǎn)上，所以能量高度集中，放電區(qū)的電流密度很大，引起金屬材料的熔化或氣化，從而達(dá)到去除材料的目的，流動(dòng)的工作液將腐蝕掉的金屬材料帶離工作區(qū)，從而達(dá)到電火花加工的目的。如圖1所示。工件與工具都置于流動(dòng)工電火花加工原理電火花加工原理

5.2.2電火花加工過程電火花加工大致可分為以下4個(gè)連續(xù)階段：（1）極間介質(zhì)的電離與擊穿，形成放電通道；（2）介質(zhì)熱分解、電極材料熔化與汽化熱膨脹；（3）電極材料的拋出；（4）極間介質(zhì)的消電離。5.2.2電火花加工過程

5.2.3電火花加工特點(diǎn)與分類

1、電火花加工方法分類按工具電極和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式和用途的不同，大致可分為電火花穿孔成型加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜磨、電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工、電火花高速小孔加工、電火花表面強(qiáng)化與刻字6大類。其中，以電火花穿孔成型加工和電火花切割應(yīng)用最為廣泛。5.2.3電火花加工特點(diǎn)與分類

2、電火花加工方法特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）適合難切削材料的加工。由于加工材料的去除是靠放電時(shí)的電熱作用實(shí)現(xiàn)的，材料的可加工性主要取決于材料的導(dǎo)電性和熱學(xué)性能，而幾乎與其硬度、強(qiáng)度等力學(xué)性能無關(guān)。這樣就可以突破傳統(tǒng)切削加工對(duì)刀具的限制，實(shí)現(xiàn)用軟的工具加工硬韌的工件。目前電極材料大多采用純銅或石墨。（2）可以加工形狀復(fù)雜的表面。可以簡單的將工具電極的形狀復(fù)制到工件上，特別使用于復(fù)雜表面形狀工件的加工，如復(fù)雜型腔模具加工等。（3）可以加工薄壁、彈性、低剛度、微細(xì)小孔等特殊要求的零件。由于加工中工具與工件不直接接觸，沒有宏觀的機(jī)械切削力，因此適用于低剛度或薄壁工件的加工。2、電火花加工方法特點(diǎn)

局限性：（1）主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料。（2）一般加工速度較慢，因此通常安排工藝時(shí)多采用切削加工來去除大部分余量，然后再進(jìn)行電火花加工來提高生產(chǎn)率。（3）存在電極損耗。電極損耗多集中在尖角或底面，影響成型精度。局限性：

5.2.4電火花加工基本規(guī)律

1、影響金屬蝕除率的主要因素（1）極性效應(yīng)：電火花加工過程中，正極和負(fù)極的表面都會(huì)受到電腐蝕，但正、負(fù)極表面的材料蝕除量是不相等的。這種由于正、負(fù)極性不同而導(dǎo)致材料蝕除量不同的現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。采用短脈沖加工時(shí)，電子的轟擊作用大于離子的轟擊作用，使正極蝕除量較大，這時(shí)工件應(yīng)接電源正極，工具接電源負(fù)極，即正極性加工。當(dāng)脈沖放電持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，正離子有足夠的時(shí)間加速達(dá)到負(fù)極，由于離子質(zhì)量大，高速運(yùn)動(dòng)的離子對(duì)負(fù)極表面的轟擊作用比較強(qiáng)，負(fù)極的蝕除量大于正極的蝕除量。這時(shí)工件應(yīng)接電源負(fù)極，工具接電源正極，即負(fù)極性加工。

一般精加工采用正極性加工，粗、中加工采用負(fù)極性加工。5.2.4電火花加工基本規(guī)律（2）電參數(shù)：是指脈沖寬度ti（或放電時(shí)間te）、脈沖間隔t0、峰值電壓和峰值電流等。放電時(shí)間和峰值電流的乘積表征單個(gè)脈沖能量EM，EM越大，蝕除率高。（3）金屬材料熱學(xué)常數(shù)對(duì)蝕除率的影響：金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、汽化熱越高，則電蝕量越小，加工難度越大。熱導(dǎo)率大的材料，由于較多的把瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)散失到其他部位，因而降低了本身的蝕除量，也不易加工。（4）其他一些因素：工作液的種類和性能、工作液的流速流量、進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定等。（2）電參數(shù)：是指脈沖寬度ti（或放電時(shí)間te）、脈沖間隔t

2、電火花加工速度和工具電極損耗速度電火花加工時(shí)，工具和工件都有不同程度的電蝕。單位時(shí)間工件的電蝕量稱為加工速度，單位時(shí)間內(nèi)工具的電蝕量稱為損耗速度。（1）加工速度通常用單位時(shí)間內(nèi)工件體積蝕除量或質(zhì)量蝕除量表示。

電火花成形加工的加工速度分別為：粗加工：200~1000mm3/min

半精加工：20~100mm3/min

精加工10mm3/min以下2、電火花加工速度和工具電極損耗速度

（2）工具電極相對(duì)損耗速度和相對(duì)損耗比衡量工具電極是否耐損耗，不僅看電極損耗速度VE，也要看能達(dá)到的加工速度Vw，因此采用相對(duì)損耗或相對(duì)損耗比θ=（VE/Vw）×100%作為衡量工具電極耐損耗的指標(biāo)。為了降低工具電極的損耗，必須很好利用電火花加工過程中的各種效應(yīng)：極性效應(yīng)、吸附效等。

①正確的選擇極性：短脈沖精加工采用正極性加工，長脈沖粗加工采用負(fù)極性加工。

②利用吸附效應(yīng)：電火花加工中，碳微粒一般帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)作用下向正極移動(dòng)并吸附在正極的表面，形成一定厚度的化學(xué)吸附層，稱為碳黑膜。由于碳的熔點(diǎn)和汽化點(diǎn)很高，可對(duì)電極起到保護(hù)和補(bǔ)償作用，從而實(shí)現(xiàn)了低損耗加工。

③選擇合適的工具電極材料鎢、鉬的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較高，損耗小，但機(jī)加工性能不好，價(jià)格較貴，主要用于電火花線切割中；銅的熔點(diǎn)雖低，但導(dǎo)熱性好，損耗也較少，可以制作各種精密、復(fù)雜的電極，長作為中、小型腔加工的工具電極；石墨電極不僅熱學(xué)性能好，而且在長脈沖粗加工時(shí)能吸附游離的碳來補(bǔ)償電極的損耗，所以相對(duì)損耗很低，目前廣泛用做型腔加工的電極。

③選擇合適的工具電極材料

3、影響電火花加工精度的主要因素影響電火花加工精度的主要因素有：放電間隙的大小和一致性，工具電極的損耗及其穩(wěn)定性。精加工的放電間隙一般為0.01mm，粗加工的放電間隙為0.5mm左右。影響電火花加工形狀精度的因素還有“二次放電”，二次放電是指已加工表面由于電蝕產(chǎn)物等介入而再次進(jìn)行的非必要的放電，它使加工深度方向產(chǎn)生斜度和棱角棱邊變鈍。3、影響電火花加工精度的主要因素

4、影響電火花加工表面質(zhì)量的主要因素（1）表面粗糙度：表面粗糙度主要取決于單個(gè)脈沖能量，單個(gè)脈沖能量越大，表面粗糙度越大。（2）表面組織變化層：電火花加工后，工件表面物理、化學(xué)和機(jī)械性能有所變化，表面變化層中存在金相組織、晶粒的變化，有時(shí)還有滲碳現(xiàn)象、顯微裂紋和氣孔等。單個(gè)脈沖能量越大，脈沖寬度越寬，變化層越深。（3）表面微觀裂紋：加工硬脆材料時(shí)，容易產(chǎn)生表面裂紋。工件材料越脆、單個(gè)脈沖能量越大、脈沖寬度越寬，越容易產(chǎn)生裂紋。4、影響電火花加工表面質(zhì)量的主要因素

5.2.5脈沖電源脈沖電源的作用是把工頻交流電流轉(zhuǎn)換為一定頻率的單向脈沖電流，供給火花放電間隙所需要的能量來蝕除金屬。其對(duì)加工生產(chǎn)率、表面質(zhì)量、加工速度和工具電極損耗等都有很大影響。脈沖電源應(yīng)滿足以下工藝要求：脈沖電源應(yīng)有足夠的輸出功率；工具電極損耗小，以保證加工精度；較小的加工表面粗糙度；脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)簡便，電源性能穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便。5.2.5脈沖電源

RC線路是馳張式脈沖電源中最簡單、最基本的一種。它由兩個(gè)回路組成：一個(gè)是充電回路，由直流電源、充電電阻和電容器組成；另一個(gè)是放電回路，由電容器、工具電極和工件組成。當(dāng)直流電源接通后，電流經(jīng)限流電阻向電容充電，電容兩端的電壓按指數(shù)逐步上升，當(dāng)電容兩端的電壓上升到等于工具電極和工件間隙的擊穿電壓時(shí)，間隙就被擊穿，電阻變得很小，電容器上儲(chǔ)存的能量瞬時(shí)釋放，形成較大的脈沖電流。電容上的能量釋放后，電壓瞬時(shí)下降到接近零，間隙中的工作液迅速恢復(fù)絕緣狀態(tài)。此后，電容器再次充電，又重復(fù)前述過程。

RC線路是馳張式脈沖電源中最簡單、最基本的

5.2.6發(fā)展動(dòng)態(tài)國外傳統(tǒng)制造強(qiáng)國如美國、日本、德國等對(duì)此進(jìn)行了深入的研究，國內(nèi)山東大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)等對(duì)此進(jìn)行相關(guān)的研究。一般主要集中在放電電流、脈寬、脈間參數(shù)等對(duì)加工效率和表面質(zhì)量的影響。同時(shí)也對(duì)電火花技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)研究，如采用向工作液中通入一定的氧氣，通過氧化反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量，有利于工件材料的熔化或氣化，并增加拋出熔融物質(zhì)的爆炸力，從而提高材料去除率；也有些學(xué)者提出使工具電極作超聲振動(dòng)，振動(dòng)可以改善間隙中雜質(zhì)的分布，有利于碎屑的排除，可以大幅度提高加工速度。發(fā)展了電火花鏡面加工技術(shù)，通過在工作液中添加一定濃度的硅、鋁等微細(xì)粉末，以改變電火花放電狀態(tài)，使電火花加工表面的粗糙度顯著降低，表面性能得到改善。5.2.6發(fā)展動(dòng)態(tài)一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)，電極損耗主要是放電初始階段的電子流造成，所以采用電流斜率控制方法控制放電初期的放電能量，使這一階段的電子流盡可能小，可有效改善電極損耗的情況。微細(xì)電火花技術(shù)，微進(jìn)給結(jié)構(gòu)和微電機(jī)制造技術(shù)是微細(xì)電火花加工技術(shù)的關(guān)鍵。日本可以加工出直徑為25um的微孔。近年來有些學(xué)者利用電火花技術(shù)加工非導(dǎo)體材料。加工原理為：在非導(dǎo)體材料表面預(yù)制一層具有導(dǎo)電性的輔助電極，然后將工具和工件一起放入工作液中，加工開始階段，由于輔助電極的導(dǎo)電性，電火花加工得以進(jìn)行，當(dāng)穿過輔助電極后，由于分解產(chǎn)生的碳沉積物附著于非導(dǎo)體表面形成一層導(dǎo)電膜，使其加工表面具有導(dǎo)電性，從而使加工繼續(xù)進(jìn)行。一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)，電極損耗主要是放1概述2加工原理、特點(diǎn)及應(yīng)用3線切割機(jī)床簡介4線切割程序編制5加工操作演示5.2.7電火花線切割加工1概述5.2.7電火花線切割加工1、概述電火花線切割加工（WireCutElectricalDischargeMachining

，簡稱WEDM）是在電火花加工基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)50年代末最早在前蘇聯(lián)發(fā)展起來的一種新的工藝形式，它是利用絲狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割，簡稱線切割。圖1線切割機(jī)床圖2切割用鉬絲1、概述電火花線切割加工（Wire線切割加工線切割加工2、加工原理電火花線切割加工的基本原理是利用快速移動(dòng)的電極絲，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電，腐蝕工件表面，使工件材料局部熔化和氣化，從而達(dá)到切割工件，去除材料的目的。圖3線切割的加工原理2、加工原理電火花線切割加工的基本原理加工的必要條件要使放電腐蝕原理用于導(dǎo)電材料的尺寸加工，必須具備以下幾個(gè)基本條件：1.必須保持一定的放電間隙2.必須采用一定頻率功率脈沖電源3.必須在一定絕緣性能的介質(zhì)中進(jìn)行放電加工的必要條件要使放電腐蝕原理用于導(dǎo)電放電加工的微觀過程放電加工時(shí)，金屬材料蝕除的微觀過程可分為以下四個(gè)連續(xù)的階段：1.極間介質(zhì)的擊穿與放電2.能量的轉(zhuǎn)換、分布與傳遞3.電極材料的拋出4.極間介質(zhì)的消電離放電加工的微觀過程放電加工時(shí)，金屬材料蝕加工特點(diǎn)電火花線切割加工屬于特種加工。它與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：1.非接觸式，適合高硬度難切削材料的加工2.十分適合復(fù)雜形孔及外形的加工3.切縫細(xì)，節(jié)省寶貴的金屬材料4.加工的尺寸精度高，表面粗糙度好5.易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制6.加工的殘余應(yīng)力較小加工特點(diǎn)電火花線切割加工屬于特種加工。它與局限性電火花線切割加工也有它的局限性。這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.僅限于金屬等導(dǎo)電材料的加工2.加工速度較慢，生產(chǎn)效率較低3.存在電極損耗和二次放電4.最小角部半徑有限制局限性電火花線切割加工也有它的局限性。應(yīng)用范圍電火花線切割加工的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，目前已廣泛應(yīng)用于機(jī)械（特別是模具制造）、航空、宇航、電子、電器電機(jī)、儀器儀表、汽車拖拉機(jī)、輕工等行業(yè)。圖4電火花線切割加工的精密零件應(yīng)用范圍電火花線切割加工的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)線切割加工件棱錐體形件多孔窄縫加工冷沖凸模的加工線切割加工件棱錐體形件多孔窄縫加工冷沖凸模的加工線切割作品線切割作品3、線切割機(jī)床簡介一臺(tái)普通的線切割機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成如右圖所示。它總體上由主機(jī)，脈沖電源，數(shù)控系統(tǒng)三部分組成。此外，機(jī)床的主機(jī)部分還附加了工作液循環(huán)系統(tǒng)。圖5數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床3、線切割機(jī)床簡介一臺(tái)普通的線切割機(jī)床的線切割機(jī)床組成主機(jī)由床身、工作臺(tái)、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、絲架和工作液系統(tǒng)等組成，是機(jī)床的主要部分。脈沖電源又稱高頻電源，其作用是把普通的50HZ交流電轉(zhuǎn)換成高頻單向脈沖電壓。數(shù)控系統(tǒng)以電腦為核心，用程序?qū)崿F(xiàn)電極絲放電加工全過程的實(shí)時(shí)控制。線切割機(jī)床組成主機(jī)由床身、工作臺(tái)、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、絲架和工線切割機(jī)床分類根據(jù)電極絲走絲方式的不同，數(shù)控線切割機(jī)床分為：快走絲線切割機(jī)床和慢走絲線切割機(jī)床。兩者的特點(diǎn)對(duì)比如下：線切割機(jī)床類型快走絲慢走絲電極絲運(yùn)行速度300—700m/min0.5～15m/min電極絲運(yùn)動(dòng)形式雙向往復(fù)運(yùn)動(dòng)單向運(yùn)動(dòng)常用電極絲材料鉬絲（Φ0.1～Φ0.2mm）銅、鎢、鉬及各種合金（Φ0.1～Φ0.35mm）工作液乳化液或皂化液去離子水、煤油尺寸精度0.015～0.02mm±0.001mm表面粗糙度Rɑ1.25～2.5μm0.16~0.8μm設(shè)備成本低廉昂貴線切割機(jī)床分類根據(jù)電極絲走絲方式的不同，圖7走絲機(jī)構(gòu)(a)快速走絲機(jī)構(gòu)1—絲架;2—導(dǎo)電器;3—導(dǎo)輪;4—電極絲;5—工件;6—工作臺(tái);7—儲(chǔ)絲筒(b)慢速走絲機(jī)構(gòu)1,4,10—滑輪;2,9—壓緊輪;3—制動(dòng)輪;5—供絲卷筒;6—卷絲筒;7—導(dǎo)向輪；8—卷絲滾輪;11,15—導(dǎo)電器;12,13—金銅石導(dǎo)向器;14—工件圖7走絲機(jī)構(gòu)(a)快速走絲機(jī)構(gòu)(b)慢速走絲機(jī)構(gòu)中走絲線切割機(jī)床

現(xiàn)以DK7732型線切割機(jī)床為例，對(duì)中走絲線切割機(jī)床作一簡要介紹。DK7732是一種數(shù)控精密型中走絲線切割機(jī)床。所謂中走絲機(jī)床目前國內(nèi)尚沒統(tǒng)一的定義標(biāo)準(zhǔn)。一般認(rèn)為，它的特點(diǎn)是加工速度接近于快走絲，而加工的質(zhì)量趨于慢走絲。其走絲速度在1.5～10m/s之間。中走絲機(jī)床加工出的零件表面粗糙度比快走絲機(jī)床好。而相比慢走絲機(jī)床，它的設(shè)備成本低，具備更好的經(jīng)濟(jì)性。中走絲線切割機(jī)床現(xiàn)以DK7732型線切割機(jī)床型號(hào)含義D

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32機(jī)床工作臺(tái)寬度為320mm特性代號(hào)，數(shù)控機(jī)床組代號(hào)，線切割加工機(jī)床系代號(hào)，快走絲線切割機(jī)床類別代號(hào)，電加工機(jī)床機(jī)床型號(hào)含義DK7732機(jī)床工作臺(tái)寬度為32機(jī)床規(guī)格及主要參數(shù)機(jī)床型號(hào)DK7732工作臺(tái)尺寸660X450工作臺(tái)行程400X320最大加工厚度400最大生產(chǎn)率≥160mm2/min最佳表面粗糙度≤1.6μm電極絲直徑Φ0.1mm~Φ0.2mm電極絲絲速調(diào)節(jié)范圍0~11m/s標(biāo)準(zhǔn)供電電源380V/50Hz最大消耗功率≤2KW機(jī)床規(guī)格及主要參數(shù)機(jī)床型號(hào)DK7732工作臺(tái)尺寸660X454、線切割程序編制線切割編程涵蓋了切割圖形、切割路徑及切割次數(shù)等工藝信息。線切割程序有著標(biāo)準(zhǔn)的指令格式。常用的有兩種：G指令和3B指令，可根據(jù)實(shí)際需要來選擇。如今的線切割機(jī)床都帶有自動(dòng)編程功能，即操作者只需將要切割的圖形在機(jī)器繪制出來并存盤，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分析并生成加工程序，避免的煩瑣的手工編程。4、線切割程序編制線切割編程涵蓋了切割圖HF線切割編程系統(tǒng)操作界面HF線切割編程系統(tǒng)操作界面5、加工操作演示線切割試件的圖紙如下。圖10凸模加工圖紙5、加工操作演示線切割試件的圖紙如下。圖10凸模加工圖紙全繪自動(dòng)編程根據(jù)圖紙要求，在機(jī)器上繪制如上圖所示的切割圖形，并添加引入引出線，待設(shè)置完切割路徑、切割次數(shù)和間隙補(bǔ)償?shù)裙に噮?shù)后，編程系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成加工程序！生成的程序段示例（G代碼）G92X-15000Y2500G01X5000Y0G01X5670Y0G02X0Y-5000I4330J-2500G01X-5670Y0…M00M02圖11線切割加工示意圖全繪自動(dòng)編程根據(jù)圖紙要求，在機(jī)器上繪制如上圖所加工操作流程調(diào)用程序設(shè)置參數(shù)啟動(dòng)走絲啟動(dòng)冷卻液啟動(dòng)放電啟動(dòng)切割加工操作流程調(diào)用程序機(jī)床維護(hù)及保養(yǎng)機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)部分必須每天加油,轉(zhuǎn)動(dòng)較少部位加固體油脂機(jī)床用畢擦拭干凈加潤滑油機(jī)床維護(hù)及保養(yǎng)機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)部分必須每天加油,轉(zhuǎn)動(dòng)較少部位加固體油電化學(xué)加工（ElectroChemicalMachining，ECM）包括從工件上去除金屬的電解加工和在工件上沉積金屬的電鑄加工兩大類。

5.3.1電化學(xué)加工原理

1、法拉第電解定律式中：m

為電極溶解或析出產(chǎn)物的質(zhì)量，g；V

為電極溶解或析出產(chǎn)物的體積，mm3；k為被電解物質(zhì)的質(zhì)量電化學(xué)當(dāng)量，g/（A·h）；ω為被電解物質(zhì)的體積電化學(xué)當(dāng)量，mm3/（A·h）；I

為電解電流，A；t

為電解時(shí)間，h5.3電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工（Electro若已知工件材料的電化學(xué)當(dāng)量，便可利用法拉第電解定律，根據(jù)電流和時(shí)間來計(jì)算工件金屬的蝕除量；相反，也可根據(jù)加工余量計(jì)算所需的電流和加工工時(shí)。實(shí)際電解加工時(shí)，某些情況下在陽極上可能還出現(xiàn)其他反應(yīng)，如氧氣或氯氣的析出；或者由部分金屬以高價(jià)離子溶解，從而額外地多消耗一些電荷量。所以被電解掉的金屬量有時(shí)會(huì)小于所計(jì)算的理論值。為此實(shí)際應(yīng)用時(shí)引入一個(gè)電流效率η

則實(shí)際蝕除量為：若已知工件材料的電化學(xué)當(dāng)量，便可利

2、電化學(xué)加工過程用兩片金屬作為電極，通電并浸入電解液中，即可形成通路，在金屬片和溶液的界面上產(chǎn)生交換電子的反應(yīng)，即電化學(xué)反應(yīng)。若所接的為直流電，溶液中的離子做定向移動(dòng)，正離子移向陰極并在陰極上得到電子進(jìn)行還原反應(yīng)，沉積得到金屬物質(zhì)；負(fù)離子將移向陽極并在陽極表面失掉電子，或者陽極金屬原子失去電子而成為正離子進(jìn)入溶液進(jìn)行氧化反應(yīng)。

陽極金屬原子由于失去電子而成為正離子進(jìn)入溶液的現(xiàn)象稱為電解蝕除，即電解加工；而溶液中的陽離子由于得到電子而在陰極上沉積的現(xiàn)象稱為鍍覆沉積，即電鑄加工。2、電化學(xué)加工過程圖5-1電解溶液中的電化學(xué)反應(yīng)1—陽極；2—電解液；3—陽離子；4—電流方向；5—電子流方向；6—陰離子；7—陰極圖5-1電解溶液中的電化學(xué)反應(yīng)

3、電解質(zhì)溶液

凡溶于水后能導(dǎo)電的物質(zhì)叫做電解質(zhì)。如鹽酸（HCl）、氫氧化鈉（NaOH）、氯化鈉（NaCl）、氯酸鈉（NaClO3）等酸、堿、鹽等。電解質(zhì)與水形成的溶液為電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液之所以能導(dǎo)電與其在水中的狀態(tài)有關(guān)。因?yàn)樗肿邮菢O性分子，可與其他帶電的粒子發(fā)生電的作用。

4、電極電位

圖5-2雙電層結(jié)構(gòu)示意圖（a）活潑金屬；（b）不活潑金屬。3、電解質(zhì)溶液圖5-2雙電層結(jié)構(gòu)示意圖由于雙電層的存在，在正、負(fù)電層之間，也就是金屬和電解液之間形成電位差。產(chǎn)生在金屬和它的鹽溶液之間的電位差稱為金屬的電極電位。因?yàn)樗墙饘僭诒旧睇}溶液中的溶解和沉積相平衡時(shí)的電位差，所以又稱為平衡電極電位。雙電層不僅在金屬本身溶液中產(chǎn)生，當(dāng)金屬浸入其他任何電解液中均會(huì)產(chǎn)生雙電層和電位差。用任何兩種金屬插入某一電解液中時(shí)，兩種金屬分別與電解液形成雙電層，兩金屬之間存在一定的電位差。其中較活潑的金屬的電位負(fù)于不活潑的金屬。若兩金屬電極間有導(dǎo)線連通，即有電流通過，則兩電極構(gòu)成了一個(gè)原電池。此時(shí)，電線上的電子由活潑金屬一端向不活潑金屬一端流去，從而使活潑金屬原子成為離子進(jìn)入金屬溶液，活潑金屬一端成為原電池的陽極。這種自發(fā)的氧化還原反應(yīng)是電化學(xué)加工的基礎(chǔ)。電化學(xué)加工時(shí)，在電極兩端加上電場(chǎng)，促進(jìn)兩電極間電子移動(dòng)過程的加速，促使活潑金屬的溶解速度加快。由于雙電層的存在，在正、負(fù)電層之間

5、電極的極化平衡電極電位發(fā)生在電極中沒有電流流過的時(shí)候。當(dāng)有電流通過時(shí)，電極的平衡狀態(tài)遭到破壞，使陽極電位正向移動(dòng)、陰極電位負(fù)向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電極極化。極化后的電機(jī)電位與平衡電位的差值稱為超電位。電化學(xué)加工時(shí)在陽極和陰極都存在離子的擴(kuò)散、遷移和電化學(xué)反應(yīng)。由離子的擴(kuò)散、遷移速度緩慢引起的電極極化被稱為濃差極化；由電化學(xué)反應(yīng)緩慢引起的電極極化被稱為電化學(xué)極化。5、電極的極化（1）濃差極化在外電場(chǎng)的作用下，如果陽極表面液層中的金屬離子的擴(kuò)散和遷移速度較慢，來不及擴(kuò)散到溶液中去，使陽極表面造成金屬離子堆積，引起電位值增大，這就是濃差極化。為了降低濃差極化，可提高電解液流速以增強(qiáng)其攪拌作用，升高電解液溫度等；（2）電化學(xué)極化電化學(xué)極化主要發(fā)生在陰極上，從電源流入的電子來不及轉(zhuǎn)移給電解液中的陽離子，在陰極上積累過多的電子使陰極電位向負(fù)移，從而形成電化學(xué)極化。電化學(xué)極化與電極材料、電解液成分、溫度和電流密度有關(guān)。溫度升高，反應(yīng)速度加快，電化學(xué)極化減??；電流密度增大，電化學(xué)極化越嚴(yán)重；（1）濃差極化

（3）鈍化和活化電化學(xué)反應(yīng)過程中，陽極表面形成了一層緊密的極薄的覆蓋層或氧的吸附層，使電流通過困難，引起陽極電位的正移，反應(yīng)減慢，稱為鈍化現(xiàn)象。由于鈍化主要產(chǎn)生在陽極表面，在利用陽極溶解原理的電化學(xué)加工時(shí)，若陽極溶解過程緩慢，會(huì)影響生產(chǎn)效率。使金屬鈍化膜破壞的過程稱為活化。影響活化的因素很多，如：將電解液加熱；通入還原性氣體；采用機(jī)械辦法破壞鈍化膜。

5.3.2電化學(xué)加工特點(diǎn)與分類

1、電化學(xué)加工分為兩大類：陽極電解蝕除陰極電鍍沉積加工

2、電化學(xué)加工特點(diǎn)：（1）電解加工是不接觸、無切削力、無應(yīng)力加工；（2）電鍍、電鑄為“增材”加工，向工件表面增加、堆積一層層的金屬材料；（3）電解加工可以加工復(fù)雜成型模具和零件；（4）電化學(xué)加工可以在大面積上同時(shí)進(jìn)行。5.3.2電化學(xué)加工特點(diǎn)與分類

5.3.3電解加工

1、電解加工過程

1—直流電源；2—工具陰極；3—工件陽極；4—電解液泵；5—電解液電解加工示意圖1—直流電源；2—工具陰極；3—工件陽極；4—電解液電解加工成形原理若工件的原始形狀與工具陰極型面不同時(shí)，則工件上各點(diǎn)距工具表面的距離就不相同，各點(diǎn)電流密度不一樣。距離近的地方，通過的電流密度就大，陽極溶解的速度就快；反之，距離遠(yuǎn)的地方，電流密度就小，陽極溶解就慢。這樣，當(dāng)工具不斷進(jìn)給時(shí)，工件表面上各點(diǎn)就以不同的溶解速度進(jìn)行溶解，工件的型面就逐步接近于工具陰極的型面，直到將工具的型面復(fù)印在工件上，得到所需要的型面。電解加工成形原理若工件的原始形狀與工具陰極型面不同

2）電解加工應(yīng)用（1）深孔擴(kuò)孔加工（2）型孔加工（3）葉片加工（4）展成電解加工（5）電解磨削

5.3.4電鑄加工電鑄加工是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陰極沉積的原理獲得制件的特種加工方法。其基本原理為：用導(dǎo)電的原模作陰極，用于電鑄的金屬作陽極，金屬鹽溶液作電鑄溶液。在直流電源作用下，電鑄溶液中的金屬離子在陰極還原成金屬，沉積于原模表面，而陽極金屬則源源不斷地變成離子溶解到電鑄液中進(jìn)行補(bǔ)充，使溶液中的金屬離子濃度保持不變。當(dāng)陰極原模電鑄層逐漸加厚達(dá)到要求的厚度時(shí)，與原模分離，即可獲得與原模型面相反的電鑄制件。

電鑄原理示意圖1-電鑄槽；2-陽極；3-電鑄層；4-直流電源；5-原模（陰極）；6-攪拌器；7-電鑄液；8-過濾器；9-加熱器；10-泵電鑄原理示意圖1-電鑄槽；2-陽極；3-電鑄層；4-

電鑄加工工藝特點(diǎn)：（1）能獲得尺寸精度高、表面粗糙度小于Ra=0.1um的復(fù)制品，同一原模生產(chǎn)的電鑄件一致性極好；（2）借助石膏、石蠟、環(huán)氧樹脂等作為原模材料，可把復(fù)雜零件的內(nèi)表面復(fù)制為外表面，外表面復(fù)制為內(nèi)表面，然后電鑄復(fù)制，適應(yīng)性廣泛；（3）可以制造多層結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，并能將多種金屬、非金屬拼鑄成一個(gè)整體。

1、電鑄加工工藝過程：

電鑄的主要工藝過程電鑄的主要工藝過程

2、電鑄加工的應(yīng)用：（1）精密微細(xì)噴嘴的電鑄加工（2）鏈輪成形模電極的電鑄（3）薄壁多孔的電鑄（4）篩網(wǎng)的制造（5）精密微器件制造

3、電鑄加工質(zhì)量控制

1）影響電鑄加工質(zhì)量的主要因素（1）加工速度：在金屬沉積的幾個(gè)階段中，離子的遷移速度決定了整個(gè)沉積速度。電解液相對(duì)于陰極表面做高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)烈對(duì)流遷移可提高沉積速度。如機(jī)械攪拌、陰極超聲振動(dòng)等。（2）鍍層均勻性（3）鍍層缺陷：由于電鑄過程中析出氫氣以及電流密度低等原因，鑄層容易出現(xiàn)麻點(diǎn)、結(jié)晶粗大、應(yīng)力等缺陷。

2）提高電鑄加工質(zhì)量的途徑（1）脈沖電流電鑄：在脈沖間隙時(shí)間內(nèi)，可降低擴(kuò)散層的有效厚度，減少濃差極化，可細(xì)化晶粒、提高鑄層致密度；（2）噴射電鑄：含有高濃度鑄層金屬離子電解液以高速噴射的形式，有選擇地噴向陰極進(jìn)行金屬電沉積。提高了金屬離子的遷移速度，降低了濃差極化。電鑄層的致密度增大；在高速液流的作用下，析出的氫氣微氣泡難以附著在陰極表面，降低了出現(xiàn)針孔和麻點(diǎn)的可能，提高了表面質(zhì)量；（3）復(fù)合電鑄：在電鑄金屬中夾雜彌散強(qiáng)化的粒子或纖維，使鑄層金屬的力學(xué)性能提高；（4）電鑄液成分及添加劑

本章作業(yè)P1991、3、6、10本章作業(yè)P199ThankyouThankyou70加工技術(shù)加工技術(shù)第五章電加工技術(shù)5.1概述5.2電火花加工技術(shù)5.3電化學(xué)加工技術(shù)第五章電加工技術(shù)5.1概述特種加工是20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的。由于材料科學(xué)、高新技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的性能要求也越來越高。各種新材料、新結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜的機(jī)械零件大量涌現(xiàn)，對(duì)機(jī)械制造業(yè)提出了一系列迫切需要解決的新問題。（如各種難切削加工材料的加工，各種結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜零件的加工、尺寸微小或特大零件的加工、薄壁或彈性元件的加工）。這些采用傳統(tǒng)加工方法十分困難，甚至無法加工。在此基礎(chǔ)上，一種區(qū)別于傳統(tǒng)加工的特種加工應(yīng)用而生。

特種加工：將電、磁、光、聲、熱等能量及其他組合施加在工件的被加工部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料的去除、變形、改變性能或被鍍覆等的非傳統(tǒng)加工方法。5.1概述---特種加工技術(shù)特種加工是20世紀(jì)40年代發(fā)展起

特種加工具有以下特點(diǎn)：（1）特種加工主要依靠電、化學(xué)、磁、聲、光、熱等能量去除材料，而不是主要依靠機(jī)械能。（2）工具硬度可低于被加工材料的硬度。（3）加工過程中工具與工件不存在顯著的機(jī)械切削力，因此不存在顯著的機(jī)械應(yīng)力，機(jī)械變形較小，形狀尺寸穩(wěn)定性較好。（4）有些特種加工，如電化學(xué)、超聲波等加工余量非常細(xì)微，因此可以用來加工尺寸微小的孔或槽，還能獲得高精度和很小的表面粗糙度。（5）兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復(fù)合加工（電化學(xué)電弧加工，超聲放電加工等）?，F(xiàn)代加工技術(shù)-電加工技術(shù)課件

特種加工分類：電火花加工、電化學(xué)加工、激光加工、電子束加工、離子束加工、等離子弧加工、超聲波加工等。

特種加工對(duì)材料可加工性和結(jié)構(gòu)工藝性的影響：

1、提高了材料的可加工性

2、改變了零件的典型工藝路線。3、改變了試制新產(chǎn)品的模式4、對(duì)產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來很大的影響5、對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性的好與壞需要重新衡量6、已經(jīng)成為微細(xì)加工和納米加工的主要手段特種加工分類：5.2.1電火花加工原理

電火花加工（electricaldischargemachining，EDM）又稱放電加工、電蝕加工，是20世紀(jì)40年代中期發(fā)展起來的。（1943年前蘇聯(lián)科學(xué)家拉扎林科夫婦發(fā)明）它是在加工過程中，使工具和工件間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電，靠放電時(shí)局部、瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫將金屬熔化、氣化而被去除而達(dá)到加工成型目的。因加工時(shí)放電過程中可看到火花，所以稱為電火花加工。5.2電火花加工技術(shù)5.2.1電火花加工原理5.2電火花加工技術(shù)電火花加工必須具備如下條件：（1）必須是瞬時(shí)脈沖性放電：脈沖寬度一般為10-7s-10-3s，相鄰脈沖之間有一個(gè)間隔，使熱量從加工區(qū)傳導(dǎo)擴(kuò)散到非加工區(qū)；（2）火花放電必須在較高絕緣強(qiáng)度的液體介液中進(jìn)行：一方面有利于電蝕物的排出；另一方面對(duì)電極和工件進(jìn)行冷卻；（3）必須有足夠的脈沖放電強(qiáng)度：一般要求電流密度達(dá)到105A/cm2-108A/cm2以上才能實(shí)現(xiàn)工件材料的局部熔化和氣化。（4）工具電極與工件表面保持一定的放電間隙。間隙過大極間電壓不能擊穿介質(zhì)而不能產(chǎn)生火花放電；間隙過小會(huì)引起拉弧燒傷或短路。電火花加工必須具備如下條件：如圖1所示。工件與工具都置于流動(dòng)工作液中，并分別與脈沖電源的正、負(fù)極相接。自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置使工具與工件保持很小的放電間隙。通過脈沖發(fā)生器，在一定條件下相對(duì)某一間隙最小處或絕緣強(qiáng)度最低處擊穿介質(zhì)，使工具與工件間產(chǎn)生脈沖放電現(xiàn)象。由于放電時(shí)間很短，且發(fā)生在放電區(qū)的小點(diǎn)上，所以能量高度集中，放電區(qū)的電流密度很大，引起金屬材料的熔化或氣化，從而達(dá)到去除材料的目的，流動(dòng)的工作液將腐蝕掉的金屬材料帶離工作區(qū)，從而達(dá)到電火花加工的目的。如圖1所示。工件與工具都置于流動(dòng)工電火花加工原理電火花加工原理

5.2.2電火花加工過程電火花加工大致可分為以下4個(gè)連續(xù)階段：（1）極間介質(zhì)的電離與擊穿，形成放電通道；（2）介質(zhì)熱分解、電極材料熔化與汽化熱膨脹；（3）電極材料的拋出；（4）極間介質(zhì)的消電離。5.2.2電火花加工過程

5.2.3電火花加工特點(diǎn)與分類

1、電火花加工方法分類按工具電極和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式和用途的不同，大致可分為電火花穿孔成型加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜磨、電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工、電火花高速小孔加工、電火花表面強(qiáng)化與刻字6大類。其中，以電火花穿孔成型加工和電火花切割應(yīng)用最為廣泛。5.2.3電火花加工特點(diǎn)與分類

2、電火花加工方法特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）適合難切削材料的加工。由于加工材料的去除是靠放電時(shí)的電熱作用實(shí)現(xiàn)的，材料的可加工性主要取決于材料的導(dǎo)電性和熱學(xué)性能，而幾乎與其硬度、強(qiáng)度等力學(xué)性能無關(guān)。這樣就可以突破傳統(tǒng)切削加工對(duì)刀具的限制，實(shí)現(xiàn)用軟的工具加工硬韌的工件。目前電極材料大多采用純銅或石墨。（2）可以加工形狀復(fù)雜的表面。可以簡單的將工具電極的形狀復(fù)制到工件上，特別使用于復(fù)雜表面形狀工件的加工，如復(fù)雜型腔模具加工等。（3）可以加工薄壁、彈性、低剛度、微細(xì)小孔等特殊要求的零件。由于加工中工具與工件不直接接觸，沒有宏觀的機(jī)械切削力，因此適用于低剛度或薄壁工件的加工。2、電火花加工方法特點(diǎn)

局限性：（1）主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料。（2）一般加工速度較慢，因此通常安排工藝時(shí)多采用切削加工來去除大部分余量，然后再進(jìn)行電火花加工來提高生產(chǎn)率。（3）存在電極損耗。電極損耗多集中在尖角或底面，影響成型精度。局限性：

5.2.4電火花加工基本規(guī)律

1、影響金屬蝕除率的主要因素（1）極性效應(yīng)：電火花加工過程中，正極和負(fù)極的表面都會(huì)受到電腐蝕，但正、負(fù)極表面的材料蝕除量是不相等的。這種由于正、負(fù)極性不同而導(dǎo)致材料蝕除量不同的現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。采用短脈沖加工時(shí)，電子的轟擊作用大于離子的轟擊作用，使正極蝕除量較大，這時(shí)工件應(yīng)接電源正極，工具接電源負(fù)極，即正極性加工。當(dāng)脈沖放電持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，正離子有足夠的時(shí)間加速達(dá)到負(fù)極，由于離子質(zhì)量大，高速運(yùn)動(dòng)的離子對(duì)負(fù)極表面的轟擊作用比較強(qiáng)，負(fù)極的蝕除量大于正極的蝕除量。這時(shí)工件應(yīng)接電源負(fù)極，工具接電源正極，即負(fù)極性加工。

一般精加工采用正極性加工，粗、中加工采用負(fù)極性加工。5.2.4電火花加工基本規(guī)律（2）電參數(shù)：是指脈沖寬度ti（或放電時(shí)間te）、脈沖間隔t0、峰值電壓和峰值電流等。放電時(shí)間和峰值電流的乘積表征單個(gè)脈沖能量EM，EM越大，蝕除率高。（3）金屬材料熱學(xué)常數(shù)對(duì)蝕除率的影響：金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、汽化熱越高，則電蝕量越小，加工難度越大。熱導(dǎo)率大的材料，由于較多的把瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)散失到其他部位，因而降低了本身的蝕除量，也不易加工。（4）其他一些因素：工作液的種類和性能、工作液的流速流量、進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定等。（2）電參數(shù)：是指脈沖寬度ti（或放電時(shí)間te）、脈沖間隔t

2、電火花加工速度和工具電極損耗速度電火花加工時(shí)，工具和工件都有不同程度的電蝕。單位時(shí)間工件的電蝕量稱為加工速度，單位時(shí)間內(nèi)工具的電蝕量稱為損耗速度。（1）加工速度通常用單位時(shí)間內(nèi)工件體積蝕除量或質(zhì)量蝕除量表示。

電火花成形加工的加工速度分別為：粗加工：200~1000mm3/min

半精加工：20~100mm3/min

精加工10mm3/min以下2、電火花加工速度和工具電極損耗速度

（2）工具電極相對(duì)損耗速度和相對(duì)損耗比衡量工具電極是否耐損耗，不僅看電極損耗速度VE，也要看能達(dá)到的加工速度Vw，因此采用相對(duì)損耗或相對(duì)損耗比θ=（VE/Vw）×100%作為衡量工具電極耐損耗的指標(biāo)。為了降低工具電極的損耗，必須很好利用電火花加工過程中的各種效應(yīng)：極性效應(yīng)、吸附效等。

①正確的選擇極性：短脈沖精加工采用正極性加工，長脈沖粗加工采用負(fù)極性加工。

②利用吸附效應(yīng)：電火花加工中，碳微粒一般帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)作用下向正極移動(dòng)并吸附在正極的表面，形成一定厚度的化學(xué)吸附層，稱為碳黑膜。由于碳的熔點(diǎn)和汽化點(diǎn)很高，可對(duì)電極起到保護(hù)和補(bǔ)償作用，從而實(shí)現(xiàn)了低損耗加工。

③選擇合適的工具電極材料鎢、鉬的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較高，損耗小，但機(jī)加工性能不好，價(jià)格較貴，主要用于電火花線切割中；銅的熔點(diǎn)雖低，但導(dǎo)熱性好，損耗也較少，可以制作各種精密、復(fù)雜的電極，長作為中、小型腔加工的工具電極；石墨電極不僅熱學(xué)性能好，而且在長脈沖粗加工時(shí)能吸附游離的碳來補(bǔ)償電極的損耗，所以相對(duì)損耗很低，目前廣泛用做型腔加工的電極。

③選擇合適的工具電極材料

3、影響電火花加工精度的主要因素影響電火花加工精度的主要因素有：放電間隙的大小和一致性，工具電極的損耗及其穩(wěn)定性。精加工的放電間隙一般為0.01mm，粗加工的放電間隙為0.5mm左右。影響電火花加工形狀精度的因素還有“二次放電”，二次放電是指已加工表面由于電蝕產(chǎn)物等介入而再次進(jìn)行的非必要的放電，它使加工深度方向產(chǎn)生斜度和棱角棱邊變鈍。3、影響電火花加工精度的主要因素

4、影響電火花加工表面質(zhì)量的主要因素（1）表面粗糙度：表面粗糙度主要取決于單個(gè)脈沖能量，單個(gè)脈沖能量越大，表面粗糙度越大。（2）表面組織變化層：電火花加工后，工件表面物理、化學(xué)和機(jī)械性能有所變化，表面變化層中存在金相組織、晶粒的變化，有時(shí)還有滲碳現(xiàn)象、顯微裂紋和氣孔等。單個(gè)脈沖能量越大，脈沖寬度越寬，變化層越深。（3）表面微觀裂紋：加工硬脆材料時(shí)，容易產(chǎn)生表面裂紋。工件材料越脆、單個(gè)脈沖能量越大、脈沖寬度越寬，越容易產(chǎn)生裂紋。4、影響電火花加工表面質(zhì)量的主要因素

5.2.5脈沖電源脈沖電源的作用是把工頻交流電流轉(zhuǎn)換為一定頻率的單向脈沖電流，供給火花放電間隙所需要的能量來蝕除金屬。其對(duì)加工生產(chǎn)率、表面質(zhì)量、加工速度和工具電極損耗等都有很大影響。脈沖電源應(yīng)滿足以下工藝要求：脈沖電源應(yīng)有足夠的輸出功率；工具電極損耗小，以保證加工精度；較小的加工表面粗糙度；脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)簡便，電源性能穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便。5.2.5脈沖電源

RC線路是馳張式脈沖電源中最簡單、最基本的一種。它由兩個(gè)回路組成：一個(gè)是充電回路，由直流電源、充電電阻和電容器組成；另一個(gè)是放電回路，由電容器、工具電極和工件組成。當(dāng)直流電源接通后，電流經(jīng)限流電阻向電容充電，電容兩端的電壓按指數(shù)逐步上升，當(dāng)電容兩端的電壓上升到等于工具電極和工件間隙的擊穿電壓時(shí)，間隙就被擊穿，電阻變得很小，電容器上儲(chǔ)存的能量瞬時(shí)釋放，形成較大的脈沖電流。電容上的能量釋放后，電壓瞬時(shí)下降到接近零，間隙中的工作液迅速恢復(fù)絕緣狀態(tài)。此后，電容器再次充電，又重復(fù)前述過程。

RC線路是馳張式脈沖電源中最簡單、最基本的

5.2.6發(fā)展動(dòng)態(tài)國外傳統(tǒng)制造強(qiáng)國如美國、日本、德國等對(duì)此進(jìn)行了深入的研究，國內(nèi)山東大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)等對(duì)此進(jìn)行相關(guān)的研究。一般主要集中在放電電流、脈寬、脈間參數(shù)等對(duì)加工效率和表面質(zhì)量的影響。同時(shí)也對(duì)電火花技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)研究，如采用向工作液中通入一定的氧氣，通過氧化反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量，有利于工件材料的熔化或氣化，并增加拋出熔融物質(zhì)的爆炸力，從而提高材料去除率；也有些學(xué)者提出使工具電極作超聲振動(dòng)，振動(dòng)可以改善間隙中雜質(zhì)的分布，有利于碎屑的排除，可以大幅度提高加工速度。發(fā)展了電火花鏡面加工技術(shù)，通過在工作液中添加一定濃度的硅、鋁等微細(xì)粉末，以改變電火花放電狀態(tài)，使電火花加工表面的粗糙度顯著降低，表面性能得到改善。5.2.6發(fā)展動(dòng)態(tài)一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)，電極損耗主要是放電初始階段的電子流造成，所以采用電流斜率控制方法控制放電初期的放電能量，使這一階段的電子流盡可能小，可有效改善電極損耗的情況。微細(xì)電火花技術(shù)，微進(jìn)給結(jié)構(gòu)和微電機(jī)制造技術(shù)是微細(xì)電火花加工技術(shù)的關(guān)鍵。日本可以加工出直徑為25um的微孔。近年來有些學(xué)者利用電火花技術(shù)加工非導(dǎo)體材料。加工原理為：在非導(dǎo)體材料表面預(yù)制一層具有導(dǎo)電性的輔助電極，然后將工具和工件一起放入工作液中，加工開始階段，由于輔助電極的導(dǎo)電性，電火花加工得以進(jìn)行，當(dāng)穿過輔助電極后，由于分解產(chǎn)生的碳沉積物附著于非導(dǎo)體表面形成一層導(dǎo)電膜，使其加工表面具有導(dǎo)電性，從而使加工繼續(xù)進(jìn)行。一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)，電極損耗主要是放1概述2加工原理、特點(diǎn)及應(yīng)用3線切割機(jī)床簡介4線切割程序編制5加工操作演示5.2.7電火花線切割加工1概述5.2.7電火花線切割加工1、概述電火花線切割加工（WireCutElectricalDischargeMachining

，簡稱WEDM）是在電火花加工基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)50年代末最早在前蘇聯(lián)發(fā)展起來的一種新的工藝形式，它是利用絲狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割，簡稱線切割。圖1線切割機(jī)床圖2切割用鉬絲1、概述電火花線切割加工（Wire線切割加工線切割加工2、加工原理電火花線切割加工的基本原理是利用快速移動(dòng)的電極絲，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電，腐蝕工件表面，使工件材料局部熔化和氣化，從而達(dá)到切割工件，去除材料的目的。圖3線切割的加工原理2、加工原理電火花線切割加工的基本原理加工的必要條件要使放電腐蝕原理用于導(dǎo)電材料的尺寸加工，必須具備以下幾個(gè)基本條件：1.必須保持一定的放電間隙2.必須采用一定頻率功率脈沖電源3.必須在一定絕緣性能的介質(zhì)中進(jìn)行放電加工的必要條件要使放電腐蝕原理用于導(dǎo)電放電加工的微觀過程放電加工時(shí)，金屬材料蝕除的微觀過程可分為以下四個(gè)連續(xù)的階段：1.極間介質(zhì)的擊穿與放電2.能量的轉(zhuǎn)換、分布與傳遞3.電極材料的拋出4.極間介質(zhì)的消電離放電加工的微觀過程放電加工時(shí)，金屬材料蝕加工特點(diǎn)電火花線切割加工屬于特種加工。它與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：1.非接觸式，適合高硬度難切削材料的加工2.十分適合復(fù)雜形孔及外形的加工3.切縫細(xì)，節(jié)省寶貴的金屬材料4.加工的尺寸精度高，表面粗糙度好5.易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制6.加工的殘余應(yīng)力較小加工特點(diǎn)電火花線切割加工屬于特種加工。它與局限性電火花線切割加工也有它的局限性。這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.僅限于金屬等導(dǎo)電材料的加工2.加工速度較慢，生產(chǎn)效率較低3.存在電極損耗和二次放電4.最小角部半徑有限制局限性電火花線切割加工也有它的局限性。應(yīng)用范圍電火花線切割加工的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，目前已廣泛應(yīng)用于機(jī)械（特別是模具制造）、航空、宇航、電子、電器電機(jī)、儀器儀表、汽車拖拉機(jī)、輕工等行業(yè)。圖4電火花線切割加工的精密零件應(yīng)用范圍電火花線切割加工的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)線切割加工件棱錐體形件多孔窄縫加工冷沖凸模的加工線切割加工件棱錐體形件多孔窄縫加工冷沖凸模的加工線切割作品線切割作品3、線切割機(jī)床簡介一臺(tái)普通的線切割機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成如右圖所示。它總體上由主機(jī)，脈沖電源，數(shù)控系統(tǒng)三部分組成。此外，機(jī)床的主機(jī)部分還附加了工作液循環(huán)系統(tǒng)。圖5數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床3、線切割機(jī)床簡介一臺(tái)普通的線切割機(jī)床的線切割機(jī)床組成主機(jī)由床身、工作臺(tái)、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、絲架和工作液系統(tǒng)等組成，是機(jī)床的主要部分。脈沖電源又稱高頻電源，其作用是把普通的50HZ交流電轉(zhuǎn)換成高頻單向脈沖電壓。數(shù)控系統(tǒng)以電腦為核心，用程序?qū)崿F(xiàn)電極絲放電加工全過程的實(shí)時(shí)控制。線切割機(jī)床組成主機(jī)由床身、工作臺(tái)、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、絲架和工線切割機(jī)床分類根據(jù)電極絲走絲方式的不同，數(shù)控線切割機(jī)床分為：快走絲線切割機(jī)床和慢走絲線切割機(jī)床。兩者的特點(diǎn)對(duì)比如下：線切割機(jī)床類型快走絲慢走絲電極絲運(yùn)行速度300—700m/min0.5～15m/min電極絲運(yùn)動(dòng)形式雙向往復(fù)運(yùn)動(dòng)單向運(yùn)動(dòng)常用電極絲材料鉬絲（Φ0.1～Φ0.2mm）銅、鎢、鉬及各種合金（Φ0.1～Φ0.35mm）工作液乳化液或皂化液去離子水、煤油尺寸精度0.015～0.02mm±0.001mm表面粗糙度Rɑ1.25～2.5μm0.16~0.8μm設(shè)備成本低廉昂貴線切割機(jī)床分類根據(jù)電極絲走絲方式的不同，圖7走絲機(jī)構(gòu)(a)快速走絲機(jī)構(gòu)1—絲架;2—導(dǎo)電器;3—導(dǎo)輪;4—電極絲;5—工件;6—工作臺(tái);7—儲(chǔ)絲筒(b)慢速走絲機(jī)構(gòu)1,4,10—滑輪;2,9—壓緊輪;3—制動(dòng)輪;5—供絲卷筒;6—卷絲筒;7—導(dǎo)向輪；8—卷絲滾輪;11,15—導(dǎo)電器;12,13—金銅石導(dǎo)向器;14—工件圖7走絲機(jī)構(gòu)(a)快速走絲機(jī)構(gòu)(b)慢速走絲機(jī)構(gòu)中走絲線切割機(jī)床

現(xiàn)以DK7732型線切割機(jī)床為例，對(duì)中走絲線切割機(jī)床作一簡要介紹。DK7732是一種數(shù)控精密型中走絲線切割機(jī)床。所謂中走絲機(jī)床目前國內(nèi)尚沒統(tǒng)一的定義標(biāo)準(zhǔn)。一般認(rèn)為，它的特點(diǎn)是加工速度接近于快走絲，而加工的質(zhì)量趨于慢走絲。其走絲速度在1.5～10m/s之間。中走絲機(jī)床加工出的零件表面粗糙度比快走絲機(jī)床好。而相比慢走絲機(jī)床，它的設(shè)備成本低，具備更好的經(jīng)濟(jì)性。中走絲線切割機(jī)床現(xiàn)以DK7732型線切割機(jī)床型號(hào)含義D

K

7

7

32機(jī)床工作臺(tái)寬度為320mm特性代號(hào)，數(shù)控機(jī)床組代號(hào)，線切割加工機(jī)床系代號(hào)，快走絲線切割機(jī)床類別代號(hào)，電加工機(jī)床機(jī)床型號(hào)含義DK7732機(jī)床工作臺(tái)寬度為32機(jī)床規(guī)格及主要參數(shù)機(jī)床型號(hào)DK7732工作臺(tái)尺寸660X450工作臺(tái)行程400X320最大加工厚度400最大生產(chǎn)率≥160mm2/min最佳表面粗糙度≤1.6μm電極絲直徑Φ0.1mm~Φ0.2mm電極絲絲速調(diào)節(jié)范圍0~11m/s標(biāo)準(zhǔn)供電電源380V/50Hz最大消耗功率≤2KW機(jī)床規(guī)格及主要參數(shù)機(jī)床型號(hào)DK7732工作臺(tái)尺寸660X454、線切割程序編制線切割編程涵蓋了切割圖形、切割路徑及切割次數(shù)等工藝信息。線切割程序有著標(biāo)準(zhǔn)的指令格式。常用的有兩種：G指令和3B指令，可根據(jù)實(shí)際需要來選擇。如今的線切割機(jī)床都帶有自動(dòng)編程功能，即操作者只需將要切割的圖形在機(jī)器繪制出來并存盤，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分析并生成加工程序，避免的煩瑣的手工編程。4、線切割程序編制線切割編程涵蓋了切割圖HF線切割編程系統(tǒng)操作界面HF線切割編程系統(tǒng)操作界面5、加工操作演示線切割試件的圖紙如下。圖10凸模加工圖紙5、加工操作演示線切割試件的圖紙如下。圖10凸模加工圖紙全繪自動(dòng)編程根據(jù)圖紙要求，在機(jī)器上繪制如上圖所示的切割圖形，并添加引入引出線，待設(shè)置完切割路徑、切割次數(shù)和間隙補(bǔ)償?shù)裙に噮?shù)后，編程系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成加工程序！生成的程序段示例（G代碼）G92X-15000Y2500G01X5000Y0G01X5670Y0G02X0Y-5000I4330J-2500G01X-5670Y0…M00M02圖11線切割加工示意圖全繪自動(dòng)編程根據(jù)圖紙要求，在機(jī)器上繪制如上圖所加工操作流程調(diào)用程序設(shè)置參數(shù)啟動(dòng)走絲啟動(dòng)冷卻液啟動(dòng)放電啟動(dòng)切割加工操作流程調(diào)用程序機(jī)床維護(hù)及保養(yǎng)機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)部分必須每天加油,轉(zhuǎn)動(dòng)較少部位加固體油脂機(jī)床用畢擦拭干凈加潤滑油機(jī)床維護(hù)及保養(yǎng)機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)部分必須每天加油,轉(zhuǎn)動(dòng)較少部位加固體油電化學(xué)加工（ElectroChemicalMachining，ECM）包括從工件上去除金屬的電解加工和在工件上沉積金屬的電鑄加工兩大類。

5.3.1電化學(xué)加工原理

1、法拉第電解定律式中：m

為電極溶解或析出產(chǎn)物的質(zhì)量，g；V

為電極溶解或析出產(chǎn)物的體積，mm3；k為被電解物質(zhì)的質(zhì)量電化學(xué)當(dāng)量，g/（A·h）；ω為被電解物質(zhì)的體積電化學(xué)當(dāng)量，mm3/（A·h）；I

為電解電流，A；t

為電解時(shí)間，h5.3電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工（Electro若已知工件材料的電化學(xué)當(dāng)量，便可利用法拉第電解定律，根據(jù)電流和時(shí)間來計(jì)算工件金屬的蝕除量；相反，也可根據(jù)加工余量計(jì)算所需的電流和加工工時(shí)。實(shí)際電解加工時(shí)，某些情況下在陽極上可能還出現(xiàn)其他反應(yīng)，如氧氣或氯氣的析出；或者由部分金屬以高價(jià)離子溶解，從而額外地多消耗一些電荷量。所以被電解掉的金屬量有時(shí)會(huì)小于所計(jì)算的理論值。為此實(shí)際應(yīng)用時(shí)引入一個(gè)電流效率η

則實(shí)際蝕除量為：若已知工件材料的電化學(xué)當(dāng)量，便可利

2、電化學(xué)加工過程用兩片金屬作為電極，通電并浸入電解液中，即可形成通路，在金屬片和溶液的界面上產(chǎn)生交換電子的反應(yīng)，即電化學(xué)反應(yīng)。若所接的為直流電，溶液中的離子做定向移動(dòng)，正離子移向陰極并在陰極上得到電子進(jìn)行還原反應(yīng)，沉積得到金屬物質(zhì)；負(fù)離子將移向陽極并在陽極表面失掉電子，或者陽極金屬原子失去電子而成為正離子進(jìn)入溶液進(jìn)行氧化反應(yīng)。

陽極金屬原子由于失去電子而成為正離子進(jìn)入溶液的現(xiàn)象稱為電解蝕除，即電解加工；而溶液中的陽離子由于得到電子而在陰極上沉積的現(xiàn)象稱為鍍覆沉積，即電鑄加工。2、電化學(xué)加工過程圖5-1電解溶液中的電化學(xué)反應(yīng)1—陽極；2—電解液；3—陽離子；4—電流方向；5—電子流方向；6—陰離子；7—陰極圖5-1電解溶液中的電化學(xué)反應(yīng)

3、電解質(zhì)溶液

凡溶于水后能導(dǎo)電的物質(zhì)叫做電解質(zhì)。如鹽酸（HCl）、氫氧化鈉（NaOH）、氯化鈉（NaCl）、氯酸鈉（NaClO3）等酸、堿、鹽等。電解質(zhì)與水形成的溶液為電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液之所以能導(dǎo)電與其在水中的狀態(tài)有關(guān)。因?yàn)樗肿邮菢O性分子，可與其他帶電的粒子發(fā)生電的作用。

4、電極電位

圖5-2雙電層結(jié)構(gòu)示意圖（a）活潑金屬；（b）不活潑金屬。3、電解質(zhì)溶液圖5-2雙電層結(jié)構(gòu)示意圖由于雙電層的存在，在正、負(fù)電層之間，也就是金屬和電解液之間形成電位差。產(chǎn)生在金屬和它的鹽溶液之間的電位差稱為金屬的電極電位。因?yàn)樗墙饘僭诒旧睇}溶液中的溶解和沉積相平衡時(shí)的電位差，所以又稱為平衡電極電位。雙電層不僅在金屬本身溶液中產(chǎn)生，當(dāng)金屬浸入其他任何電解液中均會(huì)產(chǎn)生雙電層和電位差。用任何兩種金屬插入某一電解液中時(shí)，兩種金屬分別與電解液形成雙電層，兩金屬之間存在一定的電位差。其中較活潑的金屬的電位負(fù)于不活潑的金屬。若兩金屬電極間有導(dǎo)線連通，即有電流通過，則兩電極構(gòu)成了一個(gè)原電池。此時(shí)，電線上的電子由活潑金屬一端向不活潑金屬一端流去，從而使活潑金屬原子成為離子進(jìn)入金屬溶液，活潑金屬一端成為原電池的陽極。這種自發(fā)的氧化還原反應(yīng)是電化學(xué)加工的基礎(chǔ)。電化學(xué)加工時(shí)，在電極兩端加上電場(chǎng)，促進(jìn)兩電極間電子移動(dòng)過程的加速，促使活潑金屬的溶解速度加快。由于雙電層的存在，在正、負(fù)電層之間