哈尔滨工业大学特种加工节PPT课件

1、第一章 概论 第一节特种加工的产生及发展 第二节特种加工的分类 第三节特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响 第一节特种加工的产生及发展 (1) 解决各种难切削材料的加工问题如硬质合金、钛合金、耐热 钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、宝石、石英以及锗、硅等各种高硬 度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工。 (2) 解决各种特殊复杂表面的加工问题如喷气涡轮机叶片、整体 涡轮、发动机机匣、锻压模和注塑模的立体成型表面，各种冲模、 冷拔模上特殊截面的型孔，炮管内膛线，喷油嘴、栅网、喷丝头上 的小孔、异形小孔、窄缝等的加工。 (3) 解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题如对 表面

2、质量和精度要求很高的航天、航空陀螺仪、伺服阀，以及细长 轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。 (3) 解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题 1) 不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量(如电、化学、光、声、热等) 去除金属材料。 2) 工具硬度可以低于被加工材料的硬度，如激光、电子束等加工时甚至没有 成形的工具。 3) 加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力，如电火花、线切割、 电解加工时工具与工件不接触。 第二节特种加工的分类 线切割加工的金属去除率按惯例均用mm2/min为单位。但单向 走丝和往复走丝机床间指标差异较大。 这类工艺，主要用于精微和超精微加工，不能单

3、纯比较材料去 除率。 表1-1常用特种加工方法分类表 特种加工方法能量来源及形式作 用 原 理英 文 缩 写 电火花加工电火花成形加工电能、热能熔化、气化EDM 电火花线切割加 工 电能、热能熔化、气化WEDM 电化学加工电解加工电化学能金属离子阳极溶 解 ECM 电解磨削电化学、机械能阳极溶解、磨削EGM(ECG) 电解研磨电化学、机械能阳极溶解、研磨ECH 电铸电化学能金属离子阴极沉 积 EFM 涂镀电化学能金属离子阴极沉 积 EPM 表1-1常用特种加工方法分类表 激光加工激光切割、打孔光能、热能熔化、气化LBM 激光打标记光能、热能熔化、气化LBM 激光处理、表面 改性 光能、热能熔化

4、、相变LBT 电子束加工切割、打孔、焊 接 电能、热能熔化、气化EBM 离子束加工蚀刻、镀覆、注 入 电能、动能原子撞击IBM 等离子弧加工切割(喷镀)电能、热能熔化、气化(涂 覆) PAM 超声加工切割、打孔、雕 刻 声能、机械能磨料高频撞击USM 表1-1常用特种加工方法分类表 特种加工方法能量来源及形式作用原理英文缩写 化学加工化学铣削化学能腐蚀CHM 化学抛光化学能腐蚀CHP 光刻光、化学能光化学腐蚀PCM 快速成形液相固化法光、化学能增材法加工SL 粉末烧结法光、热能 纸片叠层法光、机械能 电、热、机械能 熔丝堆积法 表1-2几种常用特种加工方法的综合比较 加工方法可加工材 料 工具

5、损耗 率 (%) 最低/平均 平均/最高 可达到尺 寸 精度/mm 平均/最高 可达到表 面粗 糙度/m 平均/最高 主 要 适 用 范 围 表1-2几种常用特种加工方法的综合比较 电火花加 工 任何导 电的金属 材料如硬 质合金、 耐热钢、 不锈钢、 淬火钢、 钛合金等 01/1030/3000003/00 03 10/004从数微 米的孔、 槽到数米 的超大型 模具、工 件等。如 圆孔、方 孔、异形 孔、深孔、 微孔、弯 孔、螺纹 孔以及冲 模、锻模、 压铸模、 塑料模、 拉丝模， 还可刻字、 表面强化、 涂覆加工 表1-2几种常用特种加工方法的综合比较 电火花线 切 割加工 较小 (可补

6、偿) 20/50 m/min 002/00 02 5/004切割各 种冲模、 塑料模、 粉末冶金 模等二维 及三维直 纹面组成 的模具及 零件。可 直接切割 各种样板、 磁钢、硅 钢片冲片。 也常用于 钼、钨、 半导体材 料或贵重 金属的切 割 表1-2几种常用特种加工方法的综合比较 电解加工不损耗100/1000001/001125/01 6 从细小 零件到1t的 超大型工 件及模具。 如仪表微 型小轴、 齿轮上的 毛刺，蜗 轮叶片、 炮管膛线， 螺旋花键 孔、各种 异形孔， 锻造模、 铸造模， 以及抛光、 去毛刺等 表1-2几种常用特种加工方法的综合比较 电解磨削1/501/100002/

7、00 01 125/00 4 硬质合 金等难加 工材料的 磨削。如 硬质合金 刀具、量 具、轧辊、 小孔、深 孔、细长 杆磨削， 以及超精 光整研磨、 珩磨 表1-2几种常用特种加工方法的综合比较 加工方法可加工材 料 工具损耗 率 (%) 最低/平均 平均/最高 可达到尺 寸 精度/mm 平均/最高 可达到表 面粗 糙度/m 平均/最高 主 要 适 用 范 围 超声加工任何脆 性材料 01/101/50003/00 05 063/01 6 加工、 切割脆硬 材料。如 玻璃、石 英、宝石、 金刚石、 半导体单 晶锗、硅 等。可加 工型孔、 型腔、小 孔、深孔 以及切割 等 表1-2几种常用特种

8、加工方法的综合比较 激光加工任何材料不损耗 (三种加工， 没有成形 的工具) 瞬时去 除率很高， 受功率限 制，平均 去除率不 高 001/00 01 10/125精密加 工小孔、 窄缝及成 形切割、 刻蚀。如 金刚石拉 丝模、钟 表宝石轴 承、化纤 喷丝孔镍、 不锈钢板 上打小孔， 切割钢板、 石棉、纺 织品、纸 张，还可 焊接、热 处理 电子束加 工 离子束加 工 表1-2几种常用特种加工方法的综合比较 很/001m/001 水射流切 割 钢铁、石 材 无损耗30002/0120/5下料、 成形切割、 剪裁 快速成形增材加工，无可比性03/0110/5快速制 作样件、 模具 第三节特种加工

9、对材料可加工性和结构工艺性等的影响 (1) 提高了材料的可加工性以往认为金刚石、硬质合金、淬火钢、 石英、玻璃、陶瓷等是很难加工的，现在已广泛采用金刚石、聚晶 (人造)金刚石、硬质合金制造的刀具、工具、拉丝模具，可用电火 花、电解、激光等多种方法来加工它们。 (2) 改变了零件的典型工艺路线以往除磨削外，其他切削加工、 成形加工等都必须安排在淬火热处理工序之前，这是一切工艺人员 决不可违反的工艺准则。 (3) 特种加工改变了试制新产品的模式以往试制新产品的关键零 部件时，必须先设计、制造相应的刀、夹、量具和模具，以及二次 工装，现在采用数控电火花线切割，可以直接加工出各种标准和非 标准直齿轮(

10、包括非圆齿轮、非渐开线齿轮)，微型电动机定子、转 子硅钢片，各种变压器铁心，各种特殊、复杂的二次曲面体零件。 (4) 特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响主要有零件 上尖角与圆角、零件与部件拼镶结构或整体结构的选定，例如，花 键孔、轴，枪炮膛线的齿根部分，从设计观点为了减少应力集中， 最好做成小圆角，但拉削加工时刀齿做成圆角对排屑不利，容易磨 损，刀齿只能设计与制造成清棱清角的齿根，而用电解加工时由于 存在尖角变圆现象，非采用小圆角的齿根不可。 (5) 对传统的结构工艺性的好与坏，需要重新衡量过去将方孔、 小孔、深孔、弯孔、窄缝等认为是工艺性很“坏”的典型，对工艺、 设计人员是非常忌讳的

11、，有的甚至是禁区。 (6) 特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段近年来出 现并快速发展的微细加工和纳米加工技术，主要是电子束、离子束、 激光、电火花、电化学等电物理、电化学特种加工技术，学习和掌 握了特种加工技术，使设计和工艺技术人员能够采用更小的结构， 甚至微细结构。 电火花加工 第一节电火花加工的基本原理及其分类 第二节电火花加工的机理 第三节电火花加工中的一些基本规律 第四节电火花加工用的脉冲电源 第五节电火花加工的自动进给调节系统 第六节电火花加工机床 第七节电火花穿孔成形加工 第八节其他电火花加工 第一节电火花加工的基本原理及其分类 一、电火花加工的原理和设备组成 二、电火花

12、加工的特点及其应用 三、电火花加工工艺方法分类 一、电火花加工的原理和设备组成 1) 必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，这一间 隙随加工条件而定，通常约为0.020.1mm。 2) 火花放电必须是瞬时的脉冲性放电(图2-1)。 3) 火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如煤油、皂化液或 去离子水等。 图2-1晶体管脉冲电源电压、电流波形 图2-3电火花加工表面局部放大图 二、电火花加工的特点及其应用 1.主要优点 2.电火花加工的局限性 1.主要优点 (1) 适合于任何难切削导电材料的加工由于加工中材料的去除是靠放电时的 电热作用实现的，材料的可加工性主要取

13、决于材料的导电性及其热学特性， 如熔点、沸点、比热容、热导率、电阻率等，而几乎与其力学性能(硬度、强 度等)无关。 (2) 可以加工特殊及复杂形状的表面和零件由于加工中工具电极和工件不直 接接触，没有机械加工宏观的切削力，因此适宜加工低刚度工件及作微细加 工。 2.电火花加工的局限性 1) 主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非导 体材料。 2) 一般加工速度较慢。 3) 存在电极损耗。 表2-1电火花加工工艺方法分类 类别工艺方法特点用途备注 电火花穿孔成 形加工 1工具和工 件间主要只有一 个相对的伺服进 给运动 2工具为成 形电极，与被加 工表面有相同的 截面和相

14、反的形 状 1型腔加工： 加工各类型腔模 及各种复杂的型 腔零件 2穿孔加工： 加工各种冲模、 挤压模、粉末冶 金模、各种异形 孔及微孔等 约占电火花机 床总数的30%， 典型机床有D712 5、D7140等电火 花穿孔成形机床 表2-1电火花加工工艺方法分类 类别工艺方法特点用途备注 电火花线切割 加工 1工具电极 为顺电极丝轴线 方向移动着的线 状电极 2工具与工 件在两个水平方 向同时有相对伺 服进给运动 1切割各种 冲模和具有直纹 面的零件 2下料、截 割和窄缝加工 约占电火花机 床总数的60%， 典型机床有DK7 725、DK7740数 控电火花线切割 机床 表2-1电火花加工工艺方

15、法分类 电火花内孔、 外圆和成形磨削 1工具与工 件有相对的旋转 运动 2工具与工 件间有径向和轴 向的进给运动 1加工高精 度、表面粗糙度 小的小孔，如拉 丝模、挤压模、 微型轴承内环、 钻套等 2加工外圆、 小模数滚刀等 约占电火花机 床总数的3%， 典型机床有D631 0电火花小孔内 圆磨床等 表2-1电火花加工工艺方法分类 电火花同步共 轭回转加工 1成形工具 与工件均作旋转 运动，但二者角 速度相等或成整 倍数，相对应接 近的放电点可有 切向相对运动速 度 2工具相对 工件可作纵、横 向进给运动 以同步回转、 展成回转、倍角 速度回转等不同 方式，加工各种 复杂型面的零件， 如高精度

16、的异形 齿轮，精密螺纹 环规，高精度、 高对称度、表面 粗糙度小的内、 外回转体表面等 约占电火花机 床总数不足1%， 典型机床有JN 2、JN8内外螺 纹加工机床 表2-1电火花加工工艺方法分类 电火花高速小 孔加工 1采用细管 (?03mm)电极， 管内冲入高压水 基工作液 2细管电极 旋转 3穿孔速度 较高(60mm/min) 1线切割穿 丝预孔 2深径比很 大的小孔，如喷 嘴等 约占电火花机 床2%，典型机 床有D703A电火 花高速小孔加工 机床 电火花表面强 化、刻字 1工具在工 件表面上振动 2工具相对 工件移动 1模具刃口， 刀、量具刃口表 面强化和镀覆 2电火花刻 字、打印记

17、 约占电火花机 床总数的2%3 %，典型设备有 D9105电火花强 化器等 第二节电火花加工的机理 一、极间介质的电离、击穿，形成放电通道 二、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀 三、电极材料的抛出 四、极间介质的消电离 图2-4极间放电电压 和电流波形 a) 电压波形b) 电流波形 图2-5放电间隙状况示意图 1正极2从正极上熔化并抛出金属的区域3放电通道4气泡5在负极上熔 化并抛出金属的区域6负极7翻边凸起8在工作液中凝固的微粒 9工作液10放电形成的凹坑 第三节电火花加工中的一些基本规律 二、电火花加工的加工速度和工具的损耗速度 三、影响加工精度的主要因素 四、电火花加工的表面质量 图

18、2-6单个脉冲放电痕 剖面放大示意图 1无变化区2热影响层3翻边 凸起4放电通道5气化区 6熔化区7熔化凝固层 2.电参数对电蚀量的影响 表2-2常用材料的热学物理常数 热学物理常 数 材料 铜石墨(碳)钢钨铝 熔点/C1083372715353410657 比热容c/J(k gK 393561674769501549110048 熔化热/Jk179258420934015909843851856 沸点/C25954830300059302450 气化热/Jk53042569460548006290667108940536 热导率/W (mK 39980800081617002378 热扩散率

19、a/c11790217015005680920 密度/gc892279193254 二、电火花加工的加工速度和工具的损耗速度 1.加工速度 2.工具相对损耗 1.加工速度 2.工具相对损耗 (1) 正确选择极性和脉宽一般在短脉冲精加工时采用正极性加工(即 工件接电源正极)，而在长脉冲粗加工时则采用负极性加工。 (2) 利用吸附效应在用煤油之类的碳氢化合物作工作液时，在放电 过程中将发生热分解，产生大量的碳微粒，它能和金属结合形成金属 碳化物的胶团。 (3) 利用传热效应对电极表面温度场分布的研究表明，电极表面放 电点的瞬时温度不仅与瞬时放电的总热量(与放电能量成正比)有关， 而且与放电通道的截

20、面积有关，还与电极材料的导热性能有关。 (4) 减少工具电极损耗，选用合适的电极工具材料钨、钼的熔点和 沸点较高，损耗小，但其机械加工性能不好，价格又贵，所以除线切 割外很少采用。 图2-7电极相对损耗与极性、脉宽的关系 1正极性加工2负极性加工 三、影响加工精度的主要因素 图2-8电火花加工时的加工斜度 1电极无损耗时工具轮廓线2电 极有损耗而不考虑二次 放电时的工件轮廓线 四、电火花加工的表面质量 1.表面粗糙度 2.表面变质层 3.表面力学性能 图2-9电火花加工时尖角变圆 1工件2工具 1.表面粗糙度 2.表面变质层 (1) 熔化凝固层位于工件表面最上层，它被放电时瞬时高温熔化 而又滞

21、留下来，受工作液快速冷却而凝固。 (2) 热影响层它介于熔化层和基体之间。 (3) 显微裂纹电火花加工表面由于受到瞬时高温作用并迅速冷却 收缩而产生拉应力，往往出现显微裂纹。 3.表面力学性能 (1) 显微硬度及耐磨性电火花加工后表面层的硬度一般均比较高， 但对某些淬火钢，也可能稍低于基体硬度。 (2) 残余应力电火花加工表面存在着由于瞬时先热膨胀后冷收缩 作用而形成的残余应力，而且大部分表现为拉应力。 (3) 耐疲劳性能电火花加工表面存在着较大的拉应力，还可能存 在显微裂纹，因此其耐疲劳性能大大低于机械加工表面。 第四节电火花加工的自动进给调节系统 一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类

22、 二、自动进给调节系统的基本组成部分 三、电液自动进给调节系统 四、电-机械式自动调节系统 一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类 (1) 有较广的速度调节跟踪范围在电火花加工过程中，加工规准、 加工面积等条件的变化，都会影响其进给速度，调节系统应有较宽 的调节范围，以适应加工的需要。 (2) 有足够的灵敏度和快速性放电加工的脉冲频率很高，放电间 隙的状态瞬息万变，要求进给调节系统根据间隙状态的微弱信号能 相应地快速调节。 (3) 有必要的稳定性由于调节系统的电蚀速度一般不高，加工进 给量也不必过大，一般每步1m，所以应有很好的低速性能，均匀、 稳定地进给，避免低速爬行，超调量要小，传动刚

23、度应高，传动链 中不得有明显间隙，抗干扰能力要强。 图2-20放电间隙、 蚀除速度和进给速度 图2-21间隙蚀除特性 与调节特性曲线 蚀除特性曲线调节特性曲线 二、自动进给调节系统的基本组成部分 1.测量环节 2.比较环节 3.放大驱动环节 4.执行环节 5.调节对象 图2-22自动进给调节系统的基本组成方框图 图2-23平均间隙电压检测电路 图2-24峰值电压检测电路 图2-25电火花加工时的5种放电状态 图2-26喷嘴-挡板式电液压自动 调节器工作原理 1油箱2溢流阀3叶片液压泵4电动机 5、13压力表6过滤器7节流孔8喷 嘴9电-机械转换器10动圈11静圈 12挡板14液压缸15活塞 1

24、6工具电极17工件 图2-27步进电动机自动调节系统的原理框图 第五节电火花加工机床 1.机床总体部分 2.主轴头 3.工具电极夹具 4.工作液循环、过滤系统 图2-28电火花穿孔成形加工机床 a) 组成部分b) 外形 1床身2工作液槽3主轴头4立柱5工作液箱6电源箱 第三章 第一节电火花线切割加工原理、特点及应用范围 第二节电火花线切割加工设备 第三节电火花线切割控制系统和编程技术 第四节影响线切割工艺指标的因素 第五节线切割加工工艺及其扩展应用 第一节电火花线切割加工原理、特点及应用范围 一、线切割加工的原理 二、线切割加工的特点 三、线切割加工的应用范围 图3-1电火花线切割原理 1绝缘

25、底板2工件3脉冲电源4钼丝5导向轮6支架7贮丝筒 二、线切割加工的特点 1.电火花线切割加工与电火花成形加工的共性表现 2.线切割加工相比于电火花加工的不同特点 1.电火花线切割加工与电火花成形加工的共性表现 1) 线切割加工的电压、电流波形与电火花加工的基本相似。 2) 线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律，材料的可加工 性等也都与电火花加工的基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。 2.线切割加工相比于电火花加工的不同特点 1) 由于电极工具是直径较小的细丝，故脉冲宽度、平均电流等不能太大，加 工工艺参数的范围较小，属中、精正极性电火花加工，工件常接脉冲电源正 极。 2)

26、采用水或水基工作液，不会引燃起火，容易实现安全无人运转，但由于工 作液的电阻率远比煤油小，因而在开路状态下，仍有明显的电解电流。 3) 一般没有稳定电弧放电状态。 4) 电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。 5) 省掉了成形的工具电极，大大降低了成形工具电极的设计和制造费用，用 简单的工具电极，靠数控技术实现复杂的切割轨迹，缩短了生产准备时间， 加工周期短，这不光对新产品的试制很有意义，对大批生产也增加了快速性 和柔性。 6) 电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。 7) 由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较少，从而 对加工精度的影响比较小，特

27、别在低速走丝线切割加工时，电极丝一次性使 用，电极丝损耗对加工精度的影响更小。 三、线切割加工的应用范围 (1) 加工模具适用于各种形状的冲模。 (2) 切割电火花成形加工用的电极一般穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加 工用的电极，以及铜钨、银钨合金之类的电极材料，用线切割加工特别经济， 同时也适用于加工微细复杂形状的电极。 (3) 加工零件在试制新产品时，用线切割在坯料上直接割出零件，例如试制 切割特殊微电机硅钢片定转子铁心，由于不需另行制造模具，可大大缩短制 造周期、降低成本。 第二节电火花线切割加工设备 一、机床本体 二、脉冲电源 三、工作液循环系统 第二节电火花线切割加工设备 图3-2往

28、复高速走丝线切割加工设备组成 1贮丝筒2走丝溜板3丝架4上滑板 5下滑板6床身7电源、控制柜 一、机床本体 1.床身 2.坐标工作台 3.走丝机构 4.锥度切割装置 图3-3低速走丝线切割加工设备组成 1脉冲电源2工件3工作液箱4去离子水5泵6新丝放丝卷筒 7工作台8x轴电动机9数控装置10y轴电动机11废丝卷筒 图3-4低速走丝系统示意图 1废丝卷丝轮2未使用的金属丝筒3拉丝模4张力电动机 5电极丝张力调节轴6退火装置7导向器8工件 图3-5低速走丝四轴联动锥度切割装置 1新丝卷筒2上导向器3电极丝 4废丝卷筒5下导向器 4.锥度切割装置 (1) 导轮偏移式丝架这种丝架主要用在高速走丝线切割

29、机床上实现锥度切割。 (2) 导轮摆动式丝架此法加工锥度不影响导轮磨损。 (3) 双坐标联动装置在电极丝有恒张力控制的高速走丝和低速走丝线切割机 床上广泛采用此类装置，它主要依靠上导向器作纵横两轴(称u、v轴)驱动，与 工作台的x、y轴在一起构成四数控轴同时控制(图3-5)。 二、脉冲电源 1.晶体管矩形波脉冲电源 2.高频分组脉冲电源 3.节能型脉冲电源 4.低速走丝线切割加工的脉冲电源 图3-6晶体管矩形波脉冲电压、电流波形及其脉冲电源 2.高频分组脉冲电源 图3-7高频分组脉冲电压波形 图3-8高频分组脉冲电源的电路原理框图 图3-9线切割节能型脉冲电源主回路和波形图 a)主回路图b)电

30、压电流波形图 第三节电火花线切割控制系统和编程技术 一、线切割控制系统 二、线切割数控编程要点 三、自动编程 一、线切割控制系统 1) 轨迹控制：精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，以获得所需的形状和 尺寸。 2) 加工控制：主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统 以及其他机床操作控制。 1.轨迹控制原理 2.加工控制功能 2.加工控制功能 (1) 进给速度控制能根据加工间隙的平均电压或放电状态的变化，通过取样、 变频电路，不定期地向计算机发出中断申请插补运算，自动调整伺服进给速 度，保持某一平均放电间隙，使加工稳定，提高切割速度和加工精度。 (2) 短路回退经常记忆电极丝经过

31、的路线。 (3) 间隙补偿线切割加工数控系统所控制的是电极丝中心移动的轨迹。 (4) 图形的缩放、旋转和平移利用图形的任意缩放功能可以加工出任意比例 的相似图形；利用任意角度的旋转功能可使齿轮、电动机定转子等类零件的 编程大大简化，只要编一个齿形的程序，就可切割出整个齿轮；而平移功能 则同样极大地简化了跳步模具的编程。 (5) 适应控制在工件厚度有变化的场合，能自动改变预置进给速度或电参数 (包括加工电流、脉冲宽度、间隔)，不用人工调节就能自动进行高效率，高精 度的稳定加工。 (6) 自动找中心使孔中的电极丝自动找正后停止在孔中心处。 (7) 信息显示可动态显示程序号、计数长度等轨迹参数，较完

32、善地采用计算 机CRT屏幕显示，还可以显示电规准参数和切割轨迹图形以及加工时间、耗 电量等。 二、线切割数控编程要点 1.程序格式 2.直线的编程 3.圆弧的编程 4.整个工件的编程举例 图3-10直线和圆弧的加工指令 2.直线的编程 1) 把直线的起点作为坐标的原点。 2) 把直线的终点坐标值作为x、y，均取绝对值，单位为m。 3) 计数长度J，按计数方向Gx或Gy取该直线在x轴或y轴上的投影值，即取x值 或y值，以m为单位。 4) 计数方向的选取原则，应取此程序最后一步的轴向为计数方向。 5) 加工指令按直线走向和终点所在象限不同分为L1、L2、L3、L4，其中与+x 轴重合的直线算作L1

33、，与+y轴重合的算作L2，与-x轴重合的算作L3，其余类推。 3.圆弧的编程 1) 把圆弧的圆心作为坐标原点。 2) 把圆弧的起点坐标值作为x、y，均取绝对值，单位为m。 3) 计数长度J按计数方向取x或y轴上的投影值，以m为单位。 4) 计数方向同样也取与该圆弧终点时走向较平行的轴向作为计数方向，以减 少编程和加工误差。 5) 加工指令对圆弧而言，按其第一步所进入的象限可分为R1、R2、R3、R4； 按切割走向又可分为顺圆S和逆圆N，于是共有8种指令，即SR1、SR2、SR3、 SR4；NR1、NR2、NR3、NR4，如图3-10所示。 图3-11编程图形 4.整个工件的编程举例 1) 加工

34、直线。 2) 加工斜线。 3) 加工圆弧。 4) 加工斜线。 表3-1程序表 程序BxByBJGZ 1 2 3 4 5 B B B B 1 30000 1 B B B B 9 40000 9 B B B B 40000 90000 60000 90000 N D(停机 码) 图3-12用扫描仪直接输入图形编程切割出的工件图形 第四节影响线切割工艺指标的因素 一、线切割加工的主要工艺指标 二、电参数的影响 三、非电参数的影响 四、合理选择电参数 五、合理调整变频进给的方法 一、线切割加工的主要工艺指标 1.切割速度 2.表面粗糙度 3.电极丝损耗量 4.加工精度 图3-13线切割表面黑白条纹及其

35、切缝形状 a)电极丝往复运动产生的黑白条纹b)电极丝入口和出口处的宽度c)电极丝不同走向处的剖 面图 1电极丝运动方向2微凹的黑色部分3微凸的白色部分 二、电参数的影响 1.脉冲宽度ti 2.脉冲间隔t0 3.开路电压i 4.放电峰值电流e 5.放电波形 三、非电参数的影响 1.电极丝及其移动速度对工艺指标的影响 2.工件厚度及材料对工艺指标的影响 3.预置进给速度对工艺指标的影响 2.工件厚度及材料对工艺指标的影响 1) 加工铜、铝、淬火钢时，加工过程稳定，切割速度高。 2) 加工不锈钢、磁钢、未淬火高碳钢时，稳定性较差，切割速度较低，表面 质量不太好。 3) 加工硬质合金时，比较稳定，切割

36、速度较低，表面粗糙度小。 四、合理选择电参数 1.要求切割速度高时 2.要求表面粗糙度好时 3.要求电极丝损耗小时 4.要求切割厚工件时 五、合理调整变频进给的方法 1.用示波器观察和分析加工状态的方法 2.用电压表和电流表观察分析加工状态的方法 3.按加工电流和短路电流的比值调节 4.计算出不同空载电压时不同的值 1.用示波器观察和分析加工状态的方法 1) 进给速度过高(过跟踪)(见图3-14a)。 2) 进给速度过低(欠跟踪)(见图3-14b)。 3) 进给速度稍低(欠佳跟踪)。 4) 进给速度适宜(正常跟踪)(见3-14c)。 图3-14加工时的几种波形 a)过跟踪b)欠跟踪c)正常跟踪

37、 表3-2根据进给状态调整变频的方法 实频状态进给状态加工面状况切割速度电极丝变频调整 过跟踪慢而稳焦褐色低略焦，老化 快 应减慢进给 速度 欠跟踪忽慢忽快 不均匀 不光洁 易出深痕 低易烧丝，丝 上 有白斑伤痕 应加快进给 速度 欠佳跟踪慢而稳略焦褐，有 条纹 较快焦色应稍增加进 给速度 最佳跟踪很稳发白，光洁最快发白，老化 慢 不需再调整 表3-3加工电流与短路电流的最佳比值 脉冲电 源空载 电压/V 405060708090100110120 加工电 流与短 路电流 最佳比 值 050606607107507808082083 第五节线切割加工工艺及其扩展应用 一、电火花线切割加工工艺及

38、机床 二、线切割工艺的扩展应用 一、电火花线切割加工工艺及机床 1.具有切割直壁二维型面的线切割加工工艺的机床 2.具有斜度切割功能，可实现等锥角三维曲面切割工艺的机床 3.可实现变锥度、上下异形面切割工艺的机床 图3-15线切割上下异形面工件 图3-16工件倾斜、数控回转线 3Z20.tif 图3-18数控移动加转动线切割加工螺旋曲面 图3-19数控往复移动加转动线切割加工正弦曲面 图3-20数控移动加转动线切割加工窄螺旋槽 图3-21数控二轴联动加分度线切割加工宝塔 图3-22数控二轴联动加 分度线切割加工太师椅 图3-23数控三轴联动加分度线切割加工扭转四方锥台 a)加工原理图b)外形图

39、 第四章 电化学加工 第一节电化学加工原理及分类 第二节电 解 加 工 第三节电 解 磨 削 第四节电铸、涂镀及复合镀加工 第一节电化学加工原理及分类 一、电化学加工的基本原理 二、电化学加工的分类 一、电化学加工的基本原理 (一) 电化学加工过程 (二) 电解质溶液 (三) 电极电位 (四) 电极的极化 (五) 金属的钝化和活化 图4-1电解液中的电化学反应 图4-2原电池示意图 图4-3活泼金属的双电层 图4-4不活泼金属的双电层 表4-1一些元素的标准电极电位(25C) 元素氧化态/还原态电 极 反 应电极电位/V L/LiL+eLi-301 R/RbR+eRb-298 /K+eK-29

40、25 B/BaB+2eBa-292 C/CaC+2eCa-284 N/NaN+eNa-2713 M/MgM+2eMg-238 T/TiT+2eTi-175 A/AlA+3eAl-166 /V+3eV-15 M/MnM+2eMn-105 Z/ZnZ+2eZn-0763 表4-1一些元素的标准电极电位(25C) C/CrC+3eCr-071 F/FeF+2eFe-044 C/CdC+2eCd-0402 C/CoC+2eCo-027 N/NiN+2eNi-023 M/MoM+3eMo-020 S/SnS+2eSn-0140 P/PbP+2ePb-0126 F/FeF+3eFe-0036 表4-1一些

41、元素的标准电极电位(25C) 元素氧化态/还原态电 极 反 应电极电位/V /H2+2e0 S/S+2+2eS+0141 C/CuC+2eCu+034 /OO+2e2O+0401 C/CuC+eCu+0522 /+2e2+0535 F/FF+eF+0771 H/HgH+2eHg+07961 A/AgA+eAg+07996 B/BB+2e2B+1065 M/MMn+4+2eM+2O+1208 C/CC+14+6e2C+7O+133 表4-1一些元素的标准电极电位(25C) C/CC+2e2C+13583 M/MMn+8+5eM+4O+1491 /+2e2S+201 /+2e2+287 (四) 电

42、极的极化 1.浓差极化 2.电化学极化 图4-5电极极化曲线 i电流密度 1阴极端2阳极端 表4-2电化学加工的分类表 类别加工方法(及原理)加 工 类 型 电解加工(阳极溶解) 电解抛光(阳极溶解) 用于形状、尺寸加工 用于表面加工，去毛刺 电镀(阴极沉积) 局部涂镀(阴极沉积) 复合电镀(阴极沉积) 电铸(阴极沉积) 用于表面加工，装饰 用于表面加工，尺寸修复 用于表面加工，磨具制造 用于制造复杂形状的电极， 复制精密、复杂的花纹模具 表4-2电化学加工的分类表 电解磨削，包括电解珩磨、 电解研磨(阳极溶解，机械刮 除) 电解电火花复合加工(阳极 溶解、电火花蚀除) 电化学阳极机械加工(阳

43、极 溶解、电火花蚀除、机械刮 除) 用于形状、尺寸加工、超 精、光整加工、镜面加工 用于形状、尺寸加工 用于形状、尺寸加工，高 速切断、下料 第二节电 解 加 工 一、电解加工过程及其特点 二、电解加工时的电极反应 三、电解液 四、电解加工的基本规律 五、提高电解加工精度的途径 六、电解加工的基本设备 七、电解加工工艺及其应用 一、电解加工过程及其特点 1) 加工范围广，不受金属材料本身力学性能的限制，可以加工硬质合金、淬 火钢、不锈钢、耐热合金等高硬度、高强度及韧性金属材料，并可加工叶片、 锻模等各种复杂型面。 2) 电解加工的生产率较高，约为电火花加工的510倍，在某些情况下，比切 削加工

44、的生产率还高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。 3) 可以达到较好的表面粗糙度(Ra1.250.2m)和0.1mm左右的平均加工精 度。 4) 由于加工过程中不存在机械切削力，所以不会产生由切削力所引起的残余 应力和变形，没有飞边毛刺。 5) 加工过程中阴极工具在理论上不会耗损，可长期使用。 1) 不易达到较高的加工精度和加工稳定性。 2) 电极工具的设计和修正比较麻烦，因而很难适用于单件生产。 3) 电解加工的附属设备较多，占地面积较大，机床要有足够的刚性和防腐性 能，造价较高。 4) 电解产物需进行妥善处理，否则将污染环境。 图4-6电解加工示意图 1直流电源2工具阴极3工

45、件阳极 4电解液泵5电解液 图4-7电解加工成形原理 二、电解加工时的电极反应 (一) 钢在NaCl水溶液中电解的电极反应 (二) 电解加工过程中的电能利用 (一) 钢在NaCl水溶液中电解的电极反应 (1) 阳极反应就可能性而言，分别列出其反应方程，按表4-1查出U0，并按 能斯特公式(式4-1)计算出电极电位U，作为分析时参考。 (2) 阴极反应按可能性为： (1) 阳极反应 1) 阳极表面每个铁原子在外电源作用下放出(被夺去)两个或三个电子，成为 正的二价或三价铁离子而溶解进入电解液中。 2) 负的氢氧根离子被阳极吸引，丢掉电子而析出氧气： 3) 负的氯离子被阳极吸引，丢掉电子而析出氯气

46、： (2) 阴极反应 1) 正的氢离子被吸引到阴极表面从电源得到电子而析出氢气 2) 正的钠离子被吸引到阴极表面，得到电子而析出Na 图4-8电解加工间隙内的电压分布 阳极压降欧姆压降阴极压降 三、电解液 (一) 对电解液的基本要求 (二) 三种常用的电解液 (三) 电解液参数对加工过程的影响 (四) 电解液的流速及流向 (五) 电解液出水口的布局 (一) 对电解液的基本要求 (1) 具有足够的蚀除速度即生产率要高，这就要求电解质在溶液中有较高的 溶解度和离解度，具有很高的电导率。 (2) 具有较高的加工精度和表面质量电解液中的金属阳离子不应在阴极上产 生放电反应而沉积到阴极工具上，以免改变工

47、具的形状及尺寸。 (3) 阳极反应的最终产物应是不溶性的化合物这主要是便于处理，且不会使 阳极溶解下来的金属阳离子在阴极上沉积，通常被加工工件的主要组成元素 的氢氧化物大都难溶于中性盐溶液，故这一要求容易满足。 (二) 三种常用的电解液 1. NaCl电解液 2. NaNO3电解液 3. NaClO3电解液 4.电解液中加添加剂 图4-9钢在NaN电解液中的极化曲线 图4-10杂散腐蚀能力比较 4Z11.TIF 4Z12.TIF 表4-3常用电解液的电导率1/(cm) 名称 温度 /电 导率 质量 分数 NaClNaNNaCl 304050603040506030405060 5%00 83

48、00 99 01 15 01 32 00 54 00 64 00 74 00 85 00 42 00 50 00 58 00 66 10%01 51 01 78 02 07 02 37 00 95 01 15 01 34 01 52 00 76 00 92 01 06 01 22 15%02 07 02 45 02 85 03 28 01 30 01 52 01 76 02 03 01 08 01 28 01 51 01 74 20%02 47 02 95 03 43 03 93 01 62 01 92 02 22 02 52 01 33 01 58 01 84 02 12 表4-4电解液配方

49、及电参数 加工材料电解液配方(质量分数) 电压/V电流密度/Ad 各种碳钢、合金钢、 耐热钢、不锈钢等 (1)NaCl10%15 % 5510200 (2)NaCl10%+Na N25% (3)NaCl10%+Na N30% 101510150 硬质合金NaCl15%+NaOH 15%+酒石酸20% 152550100 铜、黄铜、铜合金、 铝合金等 NCl18%或NaN 12% 152510100 图4-13电解液的流向 a)正向流动b)反向流动c)横向流动 图4-14出水口布局对流场的影响 图4-15流线夹角小于90时形成死水区 a)、b)正向流动c)、d)反向流动 四、电解加工的基本规律

50、(一) 生产率及其影响因素 (二) 精度成形规律 (三) 表面质量 (一) 生产率及其影响因素 1.金属的电化学当量和生产率的关系 2.电流密度和生产率的关系 3.电极间隙大小和蚀除速度的关系 表4-5一些常见金属的电化学当量 金 属 名 称密度/(gc)电化学当量 K/g(Ah/m(Ah/m(Amin 铁7861042(二价)133222 0696(三价)89148 镍8801095124207 铜8931188(二价)133222 钴8731099126210 铬690648(三价)94156 0324(六价)47078 铝2690335124207 图4-16蚀除过程示意图 1阴极工具2

51、蚀除速度 3工件 图4-17与间的双曲线关系 (二) 精度成形规律 1.端面平衡间隙 2.法向平衡间隙 3.侧面间隙 4.平衡间隙理论的应用 5.影响加工间隙的其他因素 4Z18.TIF 4Z19.TIF 图4-20-t曲线 图4-21法向进给速度 及法向间隙 图4-22侧面间隙 3.侧面间隙 4.平衡间隙理论的应用 1) 计算加工过程中各种电极间隙，例如端面、斜面、侧面的间隙。 2) 设计电极时计算阴极尺寸及修正量，亦即根据工件形状尺寸计算阴极形状 尺寸。 3) 分析加工精度，如整平比以及由于毛坯留量不均引起的误差，阴极、工件 原始位置不一致引起的误差等。 4) 选择加工参数，如电极间隙、电

52、源电压、进给速度等。 图4-23cos作图法设计阴极 图4-24尖角变圆现象 (三) 表面质量 1) 工件材料的合金成分、金相组织及热处理状态对表面粗糙度的影响很大。 2) 工艺参数对表面质量也有很大影响。 3) 阴极表面条纹、刻痕等都会相应地复印到工件表面，所以阴极表面要注意 加工。 五、提高电解加工精度的途径 (一) 脉冲电流电解加工 (二) 小间隙电解加工 (三) 改进电解液 (四) 混气电解加工 (一) 脉冲电流电解加工 1) 消除加工间隙内电解液电导率的不均匀化。 2) 脉冲电流电解加工使阴极在电化学反应中析出的氢气是断续的，呈脉冲状。 图4-25余量不均匀时 电解加工示意图 (四)

53、 混气电解加工 1.混气电解加工原理及优缺点 2.气液混合比 1.混气电解加工原理及优缺点 1) 增加了电解液的电阻率，减少了杂散腐蚀，使电解液向非线性方面转化。 2) 降低电解液的密度和粘度，增加流速，均匀流场。 图4-26混气电解加工效果对比 a)不混气b)混气 图4-27混气电解加工示意图 1工件2阴极工具3扩散部 4混合部5引导部 图4-28混气电解 加工型孔 六、电解加工的基本设备 (一) 直流电源 (二) 机床 (三) 电解液系统 1.对电解加工机床的要求 (1) 机床的刚性电解加工虽然没有机械切削力，但电解液有很高的压强， 如果加工面积较大，则对机床主轴、工作台的作用力也是很大的

54、，一般可达2 040kN。 (2) 进给速度的稳定性金属的阳极溶解量是与时间成正比的，进给速度不 稳定，阴极相对工件的各个截面的电解时间就不同，影响到加工精度。 (3) 防腐绝缘电解加工机床经常与有腐蚀性的电解液相接 触，故必须采取相应的防腐措施，以保护机床避免或减少腐 蚀。 (4) 安全措施电解加工过程中将产生大量氢气，如果不能 迅速排除，就有可能因火花短路等而引起氢气爆炸，必须相 应地采取排氢防爆措施。 (3) 防腐绝缘 条件：电网电压变化10%或负载变化25%100%； 可输出额定电流的电压范围为1224V； 外加控制柜700mm700mm2 100mm及主变压器。 表4-6国内经鉴定已

55、投入使用的几种可控硅电源 型 号 额定电 流 /A 额定电 压 /V 输入电 压 /V 冷却水 压 力/MPa 柜体尺 寸 /mm 稳压精 度 /(%) 类 型 生产厂 KGXS 3 000/6 24 3 0002438 50Hz 高2 100 宽880 深2 100 水冷、 密封 北京变 压器厂 表4-6国内经鉴定已投入使用的几种可控硅电源 KGXS 5 000/24 5 000 2438010 % 50Hz 02 03 高2 10 宽700 深1 500 1普通水 冷 (不密封 不防蚀) 上海整 流器厂 KGXS 10 000 /320 10 00020380 50Hz 上海整 流器厂 北

56、京变 压器厂 KGXS0 115 000/ 24 15 0002438010 % 50Hz 02 03 高2 10 宽1 000 深1 800 1 KGXS 20 000/1 5 20 0001510 000 50Hz 05 图4-29电解液系统示意图 1电解液槽2过滤网3管道4泵用电 动机5离心泵6加工区7过滤器 8安全阀9压力表10阀门 七、电解加工工艺及其应用 1.深孔扩孔加工 2.型孔加工 3.型腔加工 4.套料加工 5.叶片加工 6.电解倒棱去毛刺 7.电解刻字 8.电解抛光 9.数控展成电解加工 图4-30固定式阴极深孔扩孔原理图 1电解液入口2绝缘定位套3工件4工具阴极 5密封垫

57、6电解液出口 图4-31移动式阴极深孔扩孔示意图 图4-32深孔扩孔用的移动式阴极 1后引导2阴极锥体3出水孔4前引导 5密封圈6接头及入水孔 4z33.TIF 4z34.TIF 图4-35增液孔的设置 图4-36异形零件 图4-37套料阴极工具 图4-38电解加工整体叶轮 图4-39齿轮的电解去毛刺 图4-40电解刻字示意图 8.电解抛光 (1) 电解液的成分、比例对抛光质量有着决定性的影响目前从理 论上尚不能确定某种金属或合金的最适宜的电解液成分、比例，主 要是通过实验来确定。 (2) 电参数主要是阳极电位和阳极电流密度。 (3) 电解液温度及其搅拌情况对于每一种金属和合金来说，电解 液的

58、温度都有一个最适宜的范围，这一温度范围目前主要依靠实验 来确定。 (4) 金属的金相组织与原始表面状态电解抛光对于金属的金相组 织的均匀性反应十分敏感。 表4-7电解抛光常用电解液及抛光参数 适用金属电解液的质 量分数 阴极材料阳极电流密 度 /(Ad) 电解液温度 / 持续时间 /min 碳钢P70% Cr20% O10% 铜4050809058 P65% S15% O18%19% (COOH(草酸) 1%2% 铅30501520510 表4-7电解抛光常用电解液及抛光参数 不锈钢P50%10% S15%40% 丙三醇(甘油) 12%45% O23%5% 铅60120507037 P40%4

59、5% S40%35% Cr3% O17% 铜、铅40707080515 CrWMn 1Cr18Ni9Ti P65% S15% Cr5% 丙三醇(甘油) 12% O3% 铅8010035451012 铬镍合金P64mL S15mL O21mL 不锈钢6075705 表4-7电解抛光常用电解液及抛光参数 适用金属电解液的质 量分数 阴极材料阳极电流密 度 /(Ad) 电解液温度 / 持续时间 /min 铜合金P(187)670 mL S(184)100 mL O300mL 铜122010205 铜Cr60% O40% 铝、铜5101825515 表4-7电解抛光常用电解液及抛光参数 铝及合金S(1

60、84)体积 70% P(17)体积1 5% HN(14)体 积1% O体积14% 铝 不锈钢 12208095210 P(162)100g Cr10g 不锈钢585005 第三节电 解 磨 削 一、电解磨削的基本原理和特点 二、影响电解磨削生产率和加工质量的因素 三、电解磨削用电解液及其设备 四、电解磨削的应用 一、电解磨削的基本原理和特点 (1) 加工范围广，加工效率高由于它主要是电解作用，因此只要 选择合适的电解液就可以用来加工任何高硬度与高韧性的金属材料， 例如磨削硬质合金时，与普通的金刚石砂轮磨削相比较，电解磨削 的加工效率要高35倍。 (2) 可以提高加工精度及表面质量因为砂轮并不主