第三章先進(jìn)制造工藝

第三章先進(jìn)制造工藝2023/12/28第三章先進(jìn)制造工藝主要內(nèi)容概述電火花加工電化學(xué)加工高能束加工超聲波加工2第三章先進(jìn)制造工藝1.1特種加工的產(chǎn)生與發(fā)展第二次世界大戰(zhàn)后，特別是進(jìn)入20世紀(jì)50年代以來，隨著生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，對(duì)機(jī)械制造部門提出了下列新的要求：(1)解決各種難切削材料的加工問題。(2)解決各種特殊復(fù)雜表面的加工問題。(3)解決各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問題。3第三章先進(jìn)制造工藝4第三章先進(jìn)制造工藝5第三章先進(jìn)制造工藝1.2特種加工的概念隨著社會(huì)生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，20世紀(jì)40年代，前蘇聯(lián)科學(xué)家拉扎連柯夫婦研究開關(guān)觸點(diǎn)遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被腐蝕掉，開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工。6第三章先進(jìn)制造工藝1.2特種加工的概念由于各種先進(jìn)技術(shù)的不斷應(yīng)用，產(chǎn)生了多種有別于傳統(tǒng)機(jī)械加工的新加工方法。這些新加工方法從廣義上定義為特種加工(NTM，Non-TraditionalMachining)，也被稱為非傳統(tǒng)加工技術(shù)，其加工原理是將電、熱、光、聲、化學(xué)等能量或其組合施加到工件被加工的部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料去除。

7第三章先進(jìn)制造工藝1.3特種加工的特點(diǎn)及發(fā)展

與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，特種加工的不同點(diǎn)是：(1)不是主要依靠機(jī)械能，而是主要用其他能量(如電、化學(xué)、光、聲、熱等)去除金屬材料。(2)加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力，故加工的難易與工件硬度無關(guān)。(3)各種加工方法可以任意復(fù)合、揚(yáng)長避短，形成新的工藝方法，更突出其優(yōu)越性，便于擴(kuò)大應(yīng)用范圍。如目前的電解電火花加工(ECDM)、電解電弧加工(ECAM)就是兩種特種加工復(fù)合而形成的新加工方法。8第三章先進(jìn)制造工藝特種加工與傳統(tǒng)加工的區(qū)別傳統(tǒng)加工：以硬克軟特種加工：工具的硬度不一定大于工件的硬度傳統(tǒng)加工：利用機(jī)械能特種加工：利用電能、化學(xué)能、聲能、光能等傳統(tǒng)加工方法：利用機(jī)械能和切削力來切除工件金屬而達(dá)到制造要求，其加工實(shí)質(zhì)是“以硬對(duì)軟”。9第三章先進(jìn)制造工藝正因?yàn)樘胤N加工工藝具有上述特點(diǎn)，所以就總體而言，特種加工可以加工任何硬度、強(qiáng)度、韌性、脆性的金屬或非金屬材料，且專長于加工復(fù)雜、微細(xì)表面和低剛度的零件。目前，國際上對(duì)特種加工技術(shù)的研究主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)微細(xì)化。目前，國際上對(duì)微細(xì)電火花加工、微細(xì)超聲波加工、微細(xì)激光加工、微細(xì)電化學(xué)加工等的研究正方興未艾，特種微細(xì)加工技術(shù)有望成為三維實(shí)體微細(xì)加工的主流技術(shù)。(2)特種加工的應(yīng)用領(lǐng)域正在拓寬。例如，非導(dǎo)電材料的電火花加工，電火花、激光、電子束表面改性等。1.3特種加工的特點(diǎn)及發(fā)展

10第三章先進(jìn)制造工藝(3)廣泛采用自動(dòng)化技術(shù)。充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)特種加工設(shè)備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，建立綜合參數(shù)自適應(yīng)控制裝置、數(shù)據(jù)庫等，進(jìn)而建立特種加工的CAD/CAM和FMS系統(tǒng)，這是當(dāng)前特種加工技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。用簡單工具電極加工復(fù)雜的三維曲面是電解加工和電火花加工的發(fā)展方向。目前已實(shí)現(xiàn)用四軸聯(lián)動(dòng)線切割機(jī)床切出扭曲變截面的葉片。隨著設(shè)備自動(dòng)化程度的提高，實(shí)現(xiàn)特種加工柔性制造系統(tǒng)已成為各工業(yè)國家追求的目標(biāo)。 1.3特種加工的特點(diǎn)及發(fā)展

11第三章先進(jìn)制造工藝我國的特種加工技術(shù)起步較早。20世紀(jì)50年代中期我國工廠已設(shè)計(jì)研制出電火花穿孔機(jī)床，60年代末上海電表廠張維良工程師在陽極—機(jī)械切割的基礎(chǔ)上發(fā)明了我國獨(dú)創(chuàng)的快走絲線切割機(jī)床，上海復(fù)旦大學(xué)研制出電火花線切割數(shù)控系統(tǒng)。但是由于我國原有的工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，特種加工設(shè)備和整體技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平有不少差距，每年還需從國外進(jìn)口300臺(tái)以上高檔電加工機(jī)床。1.3特種加工的特點(diǎn)及發(fā)展

12第三章先進(jìn)制造工藝1.4特種加工的發(fā)展方向向微細(xì)加工、納米加工方向發(fā)展

（微細(xì)電火花、超聲波、激光、電化學(xué)等）

電火花打孔φ10μm激光打孔13第三章先進(jìn)制造工藝1.4

特種加工的發(fā)展方向自動(dòng)化、柔性化、集成化、智能化概念和技術(shù)滲透到特種加工領(lǐng)域

（加工質(zhì)量和效率高、多品種小批量、設(shè)計(jì)制造一體化、智能決策）新方法、新技術(shù)

（新的加工方法、復(fù)合加工）綠色制造

（用水基液代替有污染的工作液）

14第三章先進(jìn)制造工藝1.5

特種加工的分類特種加工的分類還沒有明確的規(guī)定，一般按能量來源和作用形式以及加工原理可分為表1-1所示的形式。表1-1常用特種加工方法的分類加工方法主要能量形式作用形式符號(hào)電火花加工電火花成型加工電能、熱能熔化、氣化EDM電火花線切割加工電能、熱能熔化、氣化WEDM電化學(xué)加工電解加工電化學(xué)能金屬離子陽極溶解ECM(ELM)電解磨削電化學(xué)能、機(jī)械能陽極溶解、磨削EGM(ECG)電解研磨電化學(xué)能、機(jī)械能陽極溶解、研磨ECH電鑄電化學(xué)能金屬離子陰極沉積EFM涂鍍電化學(xué)能金屬離子陰極沉積EPM高能束加工激光束加工光能、熱能熔化、氣化LBM電子束加工光能、熱能熔化、氣化EBM離子束加工電能、機(jī)械能切蝕IBM等離子弧加工電能、熱能熔化、氣化PAM15第三章先進(jìn)制造工藝表1-1常用特種加工方法的分類物料切蝕加工超聲加工聲能、機(jī)械能切蝕USM磨料流加工機(jī)械能切蝕AFM液體噴射加工機(jī)械能切蝕HDM化學(xué)加工化學(xué)銑削化學(xué)能腐蝕CHM化學(xué)拋光化學(xué)能腐蝕CHP光刻光能、化學(xué)能光化學(xué)腐蝕PCM復(fù)合加工電化學(xué)電弧加工電化學(xué)能熔化、氣化腐蝕ECAM電解電化學(xué)機(jī)械磨削電能、熱能離子溶解、熔化、切割MEEC16第三章先進(jìn)制造工藝盡管特種加工優(yōu)點(diǎn)突出，應(yīng)用日益廣泛，但是各種特種加工的能量來源、作用形式、工藝特點(diǎn)卻不盡相同，其加工特點(diǎn)與應(yīng)用范圍自然也不一樣，而且各自還都具有一定的局限性。為了更好地應(yīng)用和發(fā)揮各種特種加工的最佳功能及效果，必須依據(jù)工件材料、尺寸、形狀、精度、生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性等情況作具體分析，區(qū)別對(duì)待，合理選擇特種加工方法。表1-2對(duì)幾種常見的特種加工方法進(jìn)行了綜合比較。1.5特種加工的分類17第三章先進(jìn)制造工藝表1-2幾種常見特種加工方法的綜合比較加工方法可加工材料工具損耗率/%(最低/平均)材料去除率/(mm3/min)(平均/最高)可達(dá)到尺寸精度/mm(平均/最高)可達(dá)到表面粗糙度Ra/μm(平均/最高)主要適用范圍電火花成型加工任何導(dǎo)電金屬材料，如硬質(zhì)合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼、淬火鋼、鈦合金等0.1/1030/30000.03/0.00310/0.04從數(shù)微米的孔、槽到數(shù)米的超大型模具、工件等，如各種類型的孔、各種類型的模具電火花線切割加工較小(可補(bǔ)償)20/200*(mm2/min)0.02/0.0025/0.32切割各種二維及三維直紋面組成的模具及零件，也常用于鉬、鎢、半導(dǎo)體材料或貴重金屬切削電解加工不損耗100/100000.1/0.011.25/0.16從微小零件到超大型工件、模具的加工，如型孔、型腔、拋光、去毛刺等18第三章先進(jìn)制造工藝電解磨削1/501/1000.02/0.0011.25/0.04硬質(zhì)合金鋼等難加工材料的磨削，如硬質(zhì)合金刀具、量具等超聲波加工任何脆性材料0.1/101/500.03/0.0050.63/0.16加工脆硬材料，如玻璃、石英、寶石、金剛石、硅等，可加工型孔、型腔、小孔等激光加工任何材料不損耗(三種加工，沒有成型用的工具)瞬時(shí)去除率很高，受功率限制，平均去除率不高0.01/0.00110/1.25精密加工小孔、窄縫及成型切割、蝕刻，如金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承等電子束加工在各種難加工材料上打微小孔、切縫、蝕刻、焊接等，常用于制造大、中規(guī)模集成電路微電子器件離子束加工很低/0.01μm/0.01對(duì)零件表面進(jìn)行超精密、超微量加工、拋光、刻蝕、摻雜、鍍覆等表1-2幾種常見特種加工方法的綜合比較19第三章先進(jìn)制造工藝2電火花加工

EDM—ElectricalDischargeMachining電火花加工的原理電火花加工的機(jī)理影響電蝕量的主要因素電火花加工的設(shè)備電火花加工的應(yīng)用電火花線切割20第三章先進(jìn)制造工藝2.1電火花加工的原理電火花加工基于電火花腐蝕原理，是在工具電極與工件電極相互靠近時(shí)，極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，使金屬局部熔化，甚至氣化，從而將金屬蝕除下來。電腐蝕現(xiàn)象的原因火花放電

→產(chǎn)生熱量

→

高溫→金屬局部熔化、氣化

→

被去除電火花加工原理演示21第三章先進(jìn)制造工藝2.1電火花加工原理－實(shí)現(xiàn)條件極間保持一定放電間隙→自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)間隙過大：不能擊穿間隙過?。憾搪方佑|瞬時(shí)的脈沖放電（10-7~10-3s）→脈沖電源連續(xù)放電：電弧放電，無法控制尺寸輸送到兩極間的能量要足夠大，即放電通道要有很大的電流密度（一般為105-1016A/cm2）

22第三章先進(jìn)制造工藝2.1電火花加工原理－實(shí)現(xiàn)條件兩電極之間必須充入介質(zhì)→工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)工作液：煤油、皂化液、去離子水工作液的作用有利于火花放電排除電蝕產(chǎn)物冷卻電極和工件對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行尺寸加工時(shí)，兩極間為液體介質(zhì)；進(jìn)行材料表面強(qiáng)化時(shí)，兩極間為氣體介質(zhì)。23第三章先進(jìn)制造工藝2.2電火花加工的機(jī)理圖2-1電火花加工機(jī)理24第三章先進(jìn)制造工藝2.2電火花加工的機(jī)理(1)極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道。工具電極與工件電極緩緩靠近，極間的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，由于兩電極的微觀表面是凹凸不平的，因此在兩極間距離最近的A、B處電場(chǎng)強(qiáng)度最大。工具電極與工件電極之間充滿著液體介質(zhì)，液體介質(zhì)中不可避免地含有雜質(zhì)及自由電子，它們?cè)趶?qiáng)大的電場(chǎng)作用下，形成了帶負(fù)電的粒子和帶正電的粒子，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，帶電粒子就越多，最終導(dǎo)致液體介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道。25第三章先進(jìn)制造工藝2.2電火花加工的機(jī)理(1)極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道。放電通道是由大量高速運(yùn)動(dòng)的帶正電和帶負(fù)電的粒子以及中性粒子組成的。由于通道截面很小，通道內(nèi)因高溫?zé)崤蛎浶纬傻膲毫Ω哌_(dá)幾萬帕，高溫高壓的放電通道急速擴(kuò)展，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波向四周傳播。在放電的同時(shí)還伴隨著光效應(yīng)和聲效應(yīng)，這就形成了肉眼所能看到的電火花。26第三章先進(jìn)制造工藝2.2電火花加工的機(jī)理極間介質(zhì)的電離、擊穿、形成放電通道

＋

－－27第三章先進(jìn)制造工藝2.2電火花加工的機(jī)理(2)電極材料的熔化、氣化熱膨脹。液體介質(zhì)被電離、擊穿，形成放電通道后，通道間帶負(fù)電的粒子奔向正極，帶正電的粒子奔向負(fù)極，粒子間相互撞擊，產(chǎn)生大量的熱能，使通道瞬間達(dá)到很高的溫度。通道高溫首先使工作液汽化，進(jìn)而氣化，然后高溫向四周擴(kuò)散，使兩電極表面的金屬材料開始熔化直至沸騰氣化。氣化后的工作液和金屬蒸氣瞬間體積猛增，形成了爆炸的特性。所以在觀察電火花加工時(shí)，可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象，并聽到輕微的爆炸聲。28第三章先進(jìn)制造工藝2.2電火花加工的機(jī)理介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹

+

－29第三章先進(jìn)制造工藝2.2電火花加工的機(jī)理(3)電極材料的拋出。正負(fù)電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象，使放電通道產(chǎn)生高溫高壓。通道中心的壓力最高，工作液和金屬氣化后不斷向外膨脹，形成內(nèi)外瞬間壓力差，高壓力處的熔融金屬液體和蒸汽被排擠，拋出放電通道，大部分被拋入到工作液中。仔細(xì)觀察電火花加工，可以看到桔紅色的火花四濺，這就是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。30第三章先進(jìn)制造工藝2.2電火花加工的機(jī)理電極材料拋出

+－存在下面三種作用熱爆炸力瞬時(shí)膨脹電動(dòng)力正負(fù)離子對(duì)電極的沖擊壓力流體動(dòng)力蒸發(fā)、分解氣體31第三章先進(jìn)制造工藝2.2電火花加工的機(jī)理(4)極間介質(zhì)的消電離。加工液流入放電間隙，將電蝕產(chǎn)物及殘余的熱量帶走，并恢復(fù)絕緣狀態(tài)。若電火花放電過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物來不及排除和擴(kuò)散，產(chǎn)生的熱量將不能及時(shí)傳出，使該處介質(zhì)局部過熱，局部過熱的工作液高溫分解、積炭，使加工無法繼續(xù)進(jìn)行，并燒壞電極。為了保證電火花加工過程的正常進(jìn)行，在兩次放電之間必須有足夠的時(shí)間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排出，恢復(fù)放電通道的絕緣性，使工作液介質(zhì)消電離。32第三章先進(jìn)制造工藝2.2電火花加工的機(jī)理一次電火花腐蝕的微觀過程（3）電極材料拋出 氣化區(qū)熔化區(qū)熱影響區(qū)無變化區(qū)33第三章先進(jìn)制造工藝2.2電火花加工的機(jī)理上述步驟(1)～(4)在一秒內(nèi)約數(shù)千次甚至數(shù)萬次地往復(fù)式進(jìn)行；即單個(gè)脈沖放電結(jié)束，經(jīng)過一段時(shí)間間隔(即脈沖間隔)使工作液恢復(fù)絕緣后，第二個(gè)脈沖又作用到工具電極和工件上，又會(huì)在當(dāng)時(shí)極間距離相對(duì)最近或絕緣強(qiáng)度最弱處擊穿放電，蝕出另一個(gè)小凹坑。這樣以相當(dāng)高的頻率連續(xù)不斷地放電，工件不斷地被蝕除，故工件加工表面將由無數(shù)個(gè)相互重疊的小凹坑組成(如圖2-2所示)。所以電火花加工是大量的微小放電痕跡逐漸累積而成的去除金屬的加工方式。34第三章先進(jìn)制造工藝2.2電火花加工的機(jī)理圖2-2電火花表面局部放大圖35第三章先進(jìn)制造工藝2.3影響材料電蝕量的主要因素極性效應(yīng)覆蓋效應(yīng)電參數(shù)金屬材料熱學(xué)常數(shù)工作液其他因素36第三章先進(jìn)制造工藝2.31極性效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響極性效應(yīng)在電火花加工時(shí)，相同材料(如用鋼電極加工鋼)兩電極的被腐蝕量是不同的。其中一個(gè)電極比另一個(gè)電極的蝕除量大，這種現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。如果兩電極材料不同，則極性效應(yīng)更加明顯。在生產(chǎn)中，將工件接脈沖電源正極(工具電極接脈沖電源負(fù)極)的加工稱為正極性加工，反之稱為負(fù)極性加工。37第三章先進(jìn)制造工藝2.31極性效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響在實(shí)際加工中，極性效應(yīng)受到電極及電極材料、加工介質(zhì)、電源種類、單個(gè)脈沖能量等多種因素的影響，其中主要原因是脈沖寬度?！罢龢O性”接線圖“負(fù)極性”接線圖38第三章先進(jìn)制造工藝2.31極性效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響在電場(chǎng)的作用下，放電通道中的電子奔向正極，正離子奔向負(fù)極。在窄脈寬度加工時(shí)，由于電子慣性小，運(yùn)動(dòng)靈活，大量的電子奔向正極，并轟擊正極表面，使正極表面迅速熔化和氣化；而正離子慣性大，運(yùn)動(dòng)緩慢，只有一小部分能夠到達(dá)負(fù)極表面，而大量的正離子不能到達(dá)；因此電子的轟擊作用大于正離子的轟擊作用，正極的電蝕量大于負(fù)極的電蝕量，這時(shí)應(yīng)采用正極性加工。39第三章先進(jìn)制造工藝2.31極性效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響在寬脈沖寬度加工時(shí)，因?yàn)橘|(zhì)量和慣性都大的正離子將有足夠的時(shí)間到達(dá)負(fù)極表面；由于正離子的質(zhì)量大，它對(duì)負(fù)極表面的轟擊破壞作用要比電子強(qiáng)，同時(shí)到達(dá)負(fù)極的正離子又會(huì)牽制電子的運(yùn)動(dòng)，故負(fù)極的電蝕量將大于正極，這時(shí)應(yīng)采用負(fù)極性加工。在實(shí)際加工中，要充分利用極性效應(yīng)，正確選擇極性，最大限度地提高工件的蝕除量，降低工具電極的損耗。40第三章先進(jìn)制造工藝2.31極性效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響＋－－＋－＋電子的質(zhì)量<正離子的質(zhì)量

電子的慣性小窄脈沖：正極性加工長脈沖：負(fù)極性加工

41第三章先進(jìn)制造工藝2.32覆蓋效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響在材料放電腐蝕過程中，一個(gè)電極的電蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極表面上，形成一定厚度的覆蓋層，這種現(xiàn)象叫做覆蓋效應(yīng)。覆蓋效應(yīng)對(duì)被覆蓋電極起到了保護(hù)和補(bǔ)償作用，改變了兩極的電蝕量，合理利用覆蓋效應(yīng)有利于降低電極損耗。在電火花加工過程中，覆蓋層不斷形成又不斷被破壞。為了實(shí)現(xiàn)電極低損耗，達(dá)到提高加工精度的目的，必須使覆蓋層形成與破壞的程度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。42第三章先進(jìn)制造工藝2.32覆蓋效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響在油類介質(zhì)中加工時(shí)，覆蓋層主要是石墨化的碳素層，其次是粘附在電極表面的金屬微粒粘結(jié)層。碳素層具有很高的耐電腐蝕性，對(duì)電極表面有一定保護(hù)作用。碳素層的生成條件主要有以下幾點(diǎn)：(1)要有足夠高的溫度，電極上待覆蓋部分的表面溫度不低于碳素層生成溫度，但要低于熔點(diǎn)，以使碳粒子燒結(jié)成石墨化的耐蝕層。(2)要有足夠多的電蝕產(chǎn)物，尤其是介質(zhì)的熱解產(chǎn)物─碳粒子。(3)要有足夠時(shí)間，以便在這一表面上形成一定厚度的碳素層。(4)一般采用負(fù)極性加工，因?yàn)樘妓貙右自陉枠O表面生成。(5)必須在油類介質(zhì)中加工。43第三章先進(jìn)制造工藝2.32覆蓋效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響影響覆蓋效應(yīng)的主要因素有如下：(1)脈沖參數(shù)與波形的影響。增大脈沖放電能量有助于覆蓋層的生長，但對(duì)中、精加工有相當(dāng)大的局限性；減小脈沖間隔有利于在各種電規(guī)準(zhǔn)下生成覆蓋層，但若脈沖間隔過小，正常的火花放電有轉(zhuǎn)變?yōu)槠茐男噪娀》烹姷奈ｋU(xiǎn)。此外，采用某些組合脈沖波加工，有助于覆蓋層的生成，其作用類似于減小脈沖間隔，并且可大大減少轉(zhuǎn)變?yōu)槠茐男噪娀》烹姷奈ｋU(xiǎn)。44第三章先進(jìn)制造工藝2.32覆蓋效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響影響覆蓋效應(yīng)的主要因素有如下：(2)電極對(duì)材料的影響。（紫銅和石墨）銅加工鋼時(shí)覆蓋效應(yīng)較明顯，但銅電極加工硬質(zhì)合金工件則不大容易生成覆蓋層。銅的熔點(diǎn)雖比鋼低，但由于導(dǎo)熱系數(shù)比較大，電蝕量一般就比鋼小；石墨的電蝕量很小，因?yàn)樗娜埸c(diǎn)、沸點(diǎn)溫度很高，且熱容量又很大。工業(yè)生產(chǎn)中，具有高耐蝕性的碳素石墨電極獲得了廣泛地應(yīng)用。45第三章先進(jìn)制造工藝2.32覆蓋效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響影響覆蓋效應(yīng)的主要因素有如下：(3)工作液的影響。油類工作液在放電產(chǎn)生的高溫作用下，生成大量的碳粒子，有助于碳素層的生成。如果用水做工作液，則不會(huì)產(chǎn)生碳素層。46第三章先進(jìn)制造工藝2.32覆蓋效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響影響覆蓋效應(yīng)的主要因素有如下：(4)工藝條件的影響。覆蓋層的形成還與間隙狀態(tài)有關(guān)。如工作液臟、電極截面面積較大、電極間隙較小、加工狀態(tài)較穩(wěn)定等情況均有助于生成覆蓋層。但若加工中沖油壓力太大，則覆蓋層較難生成。這是因?yàn)闆_油會(huì)使趨向電極表面的微粒運(yùn)動(dòng)加劇，而微粒無法粘附到電極表面上去。47第三章先進(jìn)制造工藝2.33電參數(shù)對(duì)電蝕量的影響電火花加工過程中腐蝕金屬的量(即電蝕量)與單個(gè)脈沖能量、脈沖效率等電參數(shù)密切相關(guān)。在電火花加工過程中，無論正極或負(fù)極都存在單個(gè)脈沖的蝕除量與單個(gè)脈沖能量在一定范圍內(nèi)成正比的關(guān)系。某一段時(shí)間內(nèi)的總蝕除量約等于這段時(shí)間內(nèi)各單個(gè)有效脈沖蝕除量的總和，所以正、負(fù)極的蝕除速度與單個(gè)脈沖能量、脈沖頻率成正比。48第三章先進(jìn)制造工藝2.33電參數(shù)對(duì)電蝕量的影響單個(gè)脈沖能量與平均放電電壓、平均放電電流和脈沖寬度成正比。在實(shí)際加工中，其中擊穿后的放電電壓與電極材料及工作液種類有關(guān)，而且在放電過程中變化很小，所以對(duì)單個(gè)脈沖能量的大小主要取決于平均放電電流和脈沖寬度的大小。由上可見，要提高電蝕量，應(yīng)增加平均放電電流、脈沖寬度及提高脈沖頻率。49第三章先進(jìn)制造工藝2.33電參數(shù)對(duì)電蝕量的影響但在實(shí)際生產(chǎn)中，這些因素往往是相互制約的，并影響到其它工藝指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)具體情況綜合考慮。例如，增加平均放電電流，加工表面粗糙度值也隨之增大。q：在t時(shí)間內(nèi)的總蝕除量；υ：蝕除速度，亦即工件生產(chǎn)率或工具損耗速度；Wm：單個(gè)脈沖能量；f:脈沖頻率；φ:有效脈沖利用率；t:加工時(shí)間；K:與電極材料、脈沖參數(shù)、工作液等有關(guān)的工藝參數(shù)。50第三章先進(jìn)制造工藝2.33電參數(shù)對(duì)電蝕量的影響因此提高電蝕量和生產(chǎn)率的途徑在于：提高脈沖頻率，增加單個(gè)脈沖能量或增加平均放電電流（對(duì)矩形脈沖即為峰值電流）和脈沖寬度；減小脈間并提高有關(guān)的工藝參數(shù)但脈間過短，又將產(chǎn)生電弧放電，而隨著單個(gè)脈沖能量的增加，加工表面粗糙度值也隨之增大。在生產(chǎn)中要考慮到以上各因素之間的相互制約關(guān)系和對(duì)其它工藝指標(biāo)的影響。51第三章先進(jìn)制造工藝2.34金屬材料熱學(xué)常數(shù)對(duì)電蝕量的影響正負(fù)電極表面電蝕量分配不均除了與電極極性有關(guān)外，還與電極的材料有很大關(guān)系。當(dāng)每次脈沖放電時(shí)，在通道內(nèi)以及正、負(fù)電極放電點(diǎn)都瞬時(shí)獲得大量熱能，這些熱能有一部分由于熱傳導(dǎo)而散失到電極其它部分和工作液中，其余都將消耗在比熱容、熔化熱、氣化熱中。當(dāng)脈沖放電能量相同時(shí)，金屬工件的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、氣化熱等愈高，電蝕量將愈少，愈難加工；導(dǎo)熱系數(shù)愈大的金屬，因能把較多的熱量傳導(dǎo)、散失到其它部位，故降低了本身的蝕除量。52第三章先進(jìn)制造工藝2.34金屬材料熱學(xué)常數(shù)對(duì)電蝕量的影響因此，電極的蝕除量與電極材料的導(dǎo)熱系數(shù)及其它熱學(xué)常數(shù)等有密切的關(guān)系。而且單個(gè)脈沖能量一定時(shí)，脈沖電流幅值愈小，脈沖寬度愈長，散失的熱量也愈多，使電蝕量減少；當(dāng)脈沖寬度愈短，脈沖電流幅值愈大，會(huì)使熱量過于集中而來不及傳導(dǎo)擴(kuò)散。雖然散失的熱量減少，但拋出金屬中的氣化部分比例增大，多耗了氣化熱，使得電蝕量也降低。53第三章先進(jìn)制造工藝2.35工作液對(duì)電蝕量的影響電火花加工一般在液體介質(zhì)中進(jìn)行。液體介質(zhì)通常叫做工作液。工作液作用主要是：(1)壓縮放電通道，并限制其擴(kuò)展，使放電能量高度集中在極小的區(qū)域內(nèi)，既加強(qiáng)了蝕除的效果，又提高了放電仿型的精確性。(2)加速電極間隙的冷卻和消電離過程，有助于防止出現(xiàn)破壞性電弧放電。(3)加速電蝕產(chǎn)物的排除。(4)加劇放電的流體動(dòng)力過程，有助于金屬的拋出。54第三章先進(jìn)制造工藝2.35工作液對(duì)電蝕量的影響只有絕緣介質(zhì)才能產(chǎn)生火花擊穿并且在放電結(jié)束后迅速恢復(fù)間隙絕緣狀態(tài)。液體介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度比較高，可以在較小電極間隙下?lián)舸?，從而提高仿型精度；火花放電受液體介質(zhì)的壓縮和放電磁場(chǎng)的壓縮，放電通道截面積很小，電流密度高度集中，提高了生產(chǎn)率和加工精度；在脈沖放電作用下，液體介質(zhì)急劇蒸發(fā)，產(chǎn)生局部高壓有利于金屬和電蝕產(chǎn)物的排出，液體介質(zhì)冷卻電極和工件，防止熱變形。冷卻的介質(zhì)又使電流密度加大，能量更加集中。絕緣恢復(fù)得快的液體介質(zhì)有助于減少放電后殘留離子，避免電弧放電。55第三章先進(jìn)制造工藝2.35工作液對(duì)電蝕量的影響工作液性能對(duì)加工質(zhì)量的影響很大。介電性能好，密度和粘度大的工作液有利于壓縮放電通道，提高放電能量密度，強(qiáng)化電蝕產(chǎn)物拋出；但粘度大又不利于電蝕產(chǎn)物排出，影響正常放電。目前，電火花成形加工多采用油類做工作液。機(jī)油粘度大、燃點(diǎn)高，用它做工作液有利于壓縮放電通道，提高放電的能量密度，強(qiáng)化電蝕產(chǎn)物的拋出效果，但粘度大，不利于電蝕產(chǎn)物的排出，影響正常放電；煤油粘度低，流動(dòng)性好，但排屑條件較好。56第三章先進(jìn)制造工藝2.35工作液對(duì)電蝕量的影響粗加工時(shí)脈沖能量大，加工間隙大，爆炸排屑拋出能力強(qiáng)，選用介電性能、粘度較大的機(jī)油，機(jī)油燃點(diǎn)較高，大能量加工時(shí)著火燃燒的可能性小。在半精、精加工時(shí)放電間隙小，排屑困難，選用粘度小，流動(dòng)性好，滲透性好的煤油作為工作液。用各種油類以及其它碳?xì)浠衔镒龉ぷ饕簳r(shí)，在放電過程中不可避免地產(chǎn)生大量碳黑，嚴(yán)重影響電蝕產(chǎn)物的排除及加工速度，這種影響在精密加工中尤為明顯。在精密加工中，可采用比較純的蒸餾水、去離子水或乙醇水溶液來做工作液，其絕緣強(qiáng)度比普通水高。57第三章先進(jìn)制造工藝2.36其它因素對(duì)電蝕量的影響加工過程的穩(wěn)定性，加工過程不穩(wěn)定將干擾以致破壞正常的火花放電，使有效脈沖利用率降低。隨著加工深度、加工面積的增加，或者加工型面復(fù)雜程度的增加，都將不利于電蝕產(chǎn)物的排出，影響加工穩(wěn)定性；降低加工速度，嚴(yán)重時(shí)將造成結(jié)炭拉弧，使加工難以進(jìn)行。58第三章先進(jìn)制造工藝2.36其它因素對(duì)電蝕量的影響為了改善排屑條件，提高加工速度和防止拉弧，常采用強(qiáng)迫沖油和工具電極定時(shí)抬刀等措施。電極材料對(duì)加工穩(wěn)定性也有影響，鋼電極加工鋼時(shí)不易穩(wěn)定，純銅、黃銅加工鋼時(shí)則比較穩(wěn)定。脈沖電源的波形及其前后沿陡度影響著輸入能量的集中或分散程度，對(duì)電蝕量也有很大影響。59第三章先進(jìn)制造工藝2.36其它因素對(duì)電蝕量的影響在電火花加工過程中電極材料瞬時(shí)熔化或氣化而拋出，如果拋出速度很高，就會(huì)沖擊另一電極表面使其蝕除量增大；如果拋出速度較低，則當(dāng)噴射到另一電極表面時(shí)，會(huì)反粘和涂覆在電極表面，減少其蝕除量。炭黑膜的形成也將影響到電極的蝕除量。如果工作液是以水溶液為基礎(chǔ)的，如去離子水、乳化液等，還會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)陽極溶解和陰極電鍍沉積現(xiàn)象，影響電極的蝕除量。60第三章先進(jìn)制造工藝2.5電火花加工的特點(diǎn)(1)被加工材料的可加工性主要取決于材料的電學(xué)、熱學(xué)性能，而與材料的力學(xué)性能幾乎無關(guān)。這就使電火花加工能以柔克剛，用較軟的工具加工較硬和較韌的材料，例如用紫銅或石墨的工具電極加工淬火鋼；不銹鋼、硬質(zhì)合金，甚至可以加工各種超便材料。(2)加工中工具電極與工件不直接接觸，故沒有顯著的“切削力”，適于加工各種彈性薄壁件，對(duì)于大件加工也不會(huì)出現(xiàn)因同時(shí)加工的面積大而引起加工變形的問題。(3)可以將電極的形狀“復(fù)印”到工件上．適合加工各種型孔、空間曲面及復(fù)雜形狀的表面。61第三章先進(jìn)制造工藝2.5電火花加工的應(yīng)用電火花穿孔加工演示電火花成型加工演示62第三章先進(jìn)制造工藝電火花加工表面粗糙度粗加工表面半精加工表面精加工表面63第三章先進(jìn)制造工藝2.6電火花線切割－工作原理電火花線切割是采用線狀電極通過火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割的。有時(shí)被籠統(tǒng)地稱為線切割。電火花線切割無須制作成形電極，而是采用電極絲(銅絲或鉬絲)對(duì)工件進(jìn)行切割成形。電極是銅絲或鉬絲，貯絲筒使電極絲作正反向交替移動(dòng)，工作臺(tái)帶動(dòng)工件在兩個(gè)水平坐標(biāo)方向上按預(yù)定的控制程序作伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而切割工件成形。64第三章先進(jìn)制造工藝2.6電火花線切割－工作原理電極絲與工件之間脈沖放電（正極性加工）電極絲沿其軸向作走絲運(yùn)動(dòng)（金屬絲φ0.006~0.2mm）工件相對(duì)于電極絲在X、Y平面內(nèi)作數(shù)控運(yùn)動(dòng)快走絲：走絲速度8～10m/s，往復(fù)運(yùn)動(dòng)（我國獨(dú)創(chuàng)）慢走絲：走絲速度＜0.2m/s，單向運(yùn)動(dòng)XY電源電火花線切割加工演示.65第三章先進(jìn)制造工藝2.6電火花線切割－加工過程在工件上打孔安裝鉬絲進(jìn)行切割冷卻液起著冷卻和絕緣的雙重作用加工后的零件66第三章先進(jìn)制