（中职）模具制造技术第四章-模具零件的特种加工教学课件

1、YCF正版可修改PPT（中职）模具制造技术第四章模具零件的特种加工教学课件第四章 模具零件的特种加工第一节 电火花成型加工第二节 电火花线切割加工第三节 电化学加工第四节 其他加工技术简介第四章 模具零件的特种加工本章概述随着模具行业的发展，传统的机加工工艺有时已经不能满足需求，因此近些年发展出了几种特种加工工艺。这些特种加工工艺有着很好的发展前景，我们有必要了解一下。本章介绍了几种特种加工技术和工艺，包括电火花成型加工、电火花线切割加工、电化学加工及其他几种特种加工技术。着重介绍了它们的原理、特点及应用。教学目标1.掌握电火花成型加工、电火花线切割加工、电化学加工的原理、特点及应用。2.了解

2、电火花成型加工、电火花线切割加工工艺所使用机床的结构特点。3.了解超声波加工、激光加工、电子束加工的原理、特点及应用。4.尝试综合利用本章所述几种加工工艺对不同零件进行加工。下一页返回第一节 电火花成型加工电火花加工是在液体介质中进行的，机床的自动进给调节装置使工件和工具电极之间保持适当的放电间隙，当工具电极和工件之间施加很强的脉冲电压(达到间隙中介质的击穿电压)时，会击穿介质绝缘强度最低处。由于放电区域很小，放电时间极短，所以，能量高度集中，使放电区的温度瞬时高达1000012000，工件表面和工具电极表面的金属局部熔化、甚至汽化蒸发。局部熔化和汽化的金属在爆炸力的作用下抛入工作液中，并被冷

3、却为金属小颗粒，然后被工作液迅速冲离工作区，从而使工件表面形成一个微小的凹坑。一次放电后，介质的绝缘强度恢复等待下一次放电。如此反复使工件表面不断被蚀除，并在工件上复制出工具电极的形状，从而达到成型加工的目的。下一页返回第一节 电火花成型加工一、电火花加工的原理电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使局部金属熔化，甚至汽化，从而将金属蚀除下来。这一过程大致分为以下几个阶段:上一页下一页返回第一节 电火花成型加工1.极间介质的电离、击穿，形成放电通道放电通道是由大量带正电和负电的粒子以及中型粒子组成，带电粒子高速运动，

4、相互碰撞，产生大量热能，使通道温度升高，通道中心温度可达到10000以上。由于放电开始阶段通道截面很小，而通道内有高温热膨胀形成的压力高达几万帕，高温高压的放电通道急速扩展，产生一个强烈的冲击波向四周传播。在放电的同时还伴随着光效应和声效应，这就形成了肉眼所能看到的电火花。上一页下一页返回第一节 电火花成型加工2.电极材料的熔化，汽化热膨胀液体介质被电离、击穿，形成放电通道后，通道间带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子奔向负极，粒子间相互撞击，产生大量的热能，使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使工作液汽化，进而汽化，然后高温向四周扩散，使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾汽化。汽化后的工作

5、液和金属蒸汽瞬间体积猛增，形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时，可以看到工件与工具电极间有冒烟现象并听到轻微的爆炸声。上一页下一页返回第一节 电火花成型加工3.电极材料的抛出正负电极间产生的电火花现象，使放电通道产生高温高压。通道中心的压力最高，工作液和金属汽化后不断向外膨胀，形成内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排挤，抛出放电通道，大部分被抛入到工作液中。加工中看到的橘红色火花就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。上一页下一页返回第一节 电火花成型加工4.极间介质的消电离在电火花放电加工过程中产生的电蚀产物如果来不及排除和扩散，那么产生的热量将不能及时传出，使该处介质局部过热，局部

6、过热的工作液高温分解、结碳，使加工无法进行，并烧坏电极。因此为了保证电火花加工过程的正常进行，在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排出，恢复放电通道的绝缘性，使工作液介质消电离。实际上，电火花加工的过程远比上述复杂，它是电力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。到目前为止，人们对电火花加工过程的了解还有限，需要进一步研究。上一页下一页返回第一节 电火花成型加工要使放电腐蚀原理用于对导电材料进行尺寸加工，必须具备以下几个基本条件:(1)工具电极和工件被加工表面之间必须保持一定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定，通常约为几微米至几百微米。如果间隙过小，很容易形成短路

7、接触，不能产生火花放电;如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，同样不会产生火花放电。因此，加工中必须用自动进给调节机构来保证加工间隙随工作状态而变化。(2)火花放电必须在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。液体介质又称工作液，有压缩放电通道的作用，同时液体介质还能把电火花加工过程中产生的金属屑、炭黑等电蚀产物从放电间隙中排出去，并且对电极和工件有较好的冷却作用。上一页下一页返回第一节 电火花成型加工(3)火花放电是瞬时的脉冲性放电，放电的持续时间一般为11000 s。由于放电时间短，能量集中，使放电时产生的热量来不及扩散到电极材料内部，放电点集中在很小范围内。如果放

8、电时间过长，就会形成持续电弧放电，使加工表面材料大范围熔化烧伤而无法用作尺寸加工。(4)在先后两次脉冲放电之间，应有足够的停歇时间，排除电蚀产物，使极间介质充分消电离，恢复介电性能，以保证每次脉冲放电不在同点进行，避免发生局部烧伤现象，使重复性脉冲放电顺利进行。如图4-1所示为矩形波脉冲电源的电压波形。上一页下一页返回第一节 电火花成型加工以上这些问题的解决是通过图4-2所示的电火花加工原理来实现的。工件1和工具4分别与脉冲电源2的两输出端相连接。自动进给调节装置3(此处为电动机及丝杠螺母机构)使工具和工件间经常保持一很小的放电间隙，若脉冲电压加到两极之间，便在当时条件下相对某一间隙最小处或绝

9、缘强度最低处击穿介质，在该局部产生火花放电，放电点处产生瞬时高温使工具和工件表面都蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑。脉冲放电结束后，经过一段间隔时间(即脉冲间隔)，使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。如此连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给就可把工具的形状复制到工件上，加工出所需要的零件，整个加工表面由无数个小凹坑组成。上一页下一页返回第一节 电火花成型加工二、电火花加工的分类按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为五类:利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火

10、花成型加工;利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工;利用金属丝或成型导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成型磨削的电火花磨削;用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共扼回转加工;小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。上一页下一页返回第一节 电火花成型加工三、电火花加工的特点脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难以加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件，不受材料硬度影响，不受热处理状况影响;脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小; 放电加工中，工具电极和工件不直接接触，没

11、有机械切削力，因此适合低刚度工件的加工和微细加工，由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此适用于复杂表面形状的加工;上一页下一页返回第一节 电火花成型加工直接利用电能加工，易于实现加工过程的自动控制和无人化操作，并可减少机械加工工序，劳动强度低，使用维护方便;加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小，工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域日益扩大，目前已广泛应用于机械(特别是模具制造)、航空、电子、电机电器、精密机械、仪器仪表等工业，以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。加工范围从小至

12、几微米的孔、缝、小轴到大到几米的超大型模具和零件。上一页下一页返回第一节 电火花成型加工四、电火花加工的应用基于上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项。制造冲模、塑料模、锻模和压铸模;加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔;在金属板材上切割出零件;加工窄缝;磨削平面和圆面;其他(如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等)。上一页下一页返回第一节 电火花成型加工五、电火花机床简介电火花加工机床主要由机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统等部分组成，如图4-3所示。在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是把工频正弦交流电流转变成频率较高的单向

13、脉冲电流，向工件和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。脉冲电源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、表面质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。上一页下一页返回第一节 电火花成型加工电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含伺服进给系统和参数控制系统。伺服进给系统主要用于控制放电间隙的大小，而参数控制系统主要用于控制电火花成型加工中的各种参数(如放电电流、脉冲宽度、脉冲间隔等)，以便能够获得最佳的加工工艺指标等。上一页下一页返回第一节 电火花成型加工工作液过滤和循环系统:电火花加工中的蚀除产物，一部分以气态形式抛出，其余大部分是以球状固体微粒分散地悬浮在工作液中，直径一般为几微

14、米。随着电火花加工的进行，蚀除产物越来越多，充斥在电极和工件之间，或粘连在电极和工件的表面上。蚀除产物的聚集，会与电极或工件形成二次放电。这就破坏了电火花加工的稳定性，降低了加工速度，影响了加工精度和表面粗糙度。为了改善电火花加工的条件，一种办法是使电极振动，以加强排屑作用;另一种办法是对工作液进行强迫循环过滤，以改善间隙状态。上一页返回第二节 电火花线切割加工一、电火花线切割加工的原理电火花线切割机(Wire cut Electrical Discharge Machining, WEDM )，属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时

15、高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。线切割机也于1960年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家。其基本物理原理是自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道。在这个阶段，两板间形成电流。下一页返回第二节 电火花线切割加工导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000一12000的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高。然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把熔化的物质抛出弹坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并被电介

16、液排走。然后通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求的尺寸大小及形状精度的产品。原理示意图如图4-4所示。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工电火花数控线切割加工的过程中主要包含下列三部分内容:1.电火花线切割加工时电极丝和工件之间的脉冲放电电火花线切割时电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。在正负极之间加上脉冲电源，当来一个电脉冲时，在电极丝和工件之间产生一次火花放电，在放电通道的中心温度瞬时可高达10000以上，高温使工件金属熔化，甚至有少量汽化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生汽化，这些汽化后的工作液和金属

17、蒸汽瞬间迅速热膨胀，并具有爆炸的特性。这种热膨胀和局部微爆炸，将熔化和汽化了的金属材料抛出而实现对工件材料进行电蚀切割加工。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工为了电火花加工的顺利进行，必须创造条件保证每来一个电脉冲时在电极丝和工件之间产生的是火花放电而不是电弧放电。首先，必须使两个电脉冲之间有足够的间隔时间，使放电间隙中的介质消电离。其次，为了保证火花放电时电极丝不被烧断，必须向放电间隙注入大量工作液，以便电极丝得到充分冷却。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工2.电火花线切割加工的走丝运动为了避免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断，影响加工质量和生产效率。在加工过程中电极丝沿轴向

18、作走丝运动。钥丝整齐地缠绕在储丝筒上，并形成一个闭合状态，走丝电机带动储丝筒转动时，通过导丝轮使钥丝作轴线运动。3. X,Y坐标工作台运动工件安装在上下两层的X,Y坐标工作台上，分别由步进电动机驱动作数控运动。工件相对于电极丝的运动轨迹，是由线切割编程所决定的。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工二、电火花线切割加工的分类电火花线切割机按走丝速度可分为高速往复走丝电火花线切割机(Reciprocating type High Speed Wire cut Electrical Discharge Machining俗称“快走丝”)、低速单向走丝电火花线切割机(Low Speed one-w

19、ay walk Wire cut Electrical Discharge Machining俗称“慢走丝”)和立式自旋转电火花线切割机(Vertical Wire Electrical Discharge Machining machine tool With Rotation Wire)三类。又可按工作台形式分成单立柱十字工作台型和双立柱型(俗称龙门型)。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工三、电火花线切割加工的特点1.电火花线切割加工的特点适于机械加工方法难以加工的材料的加工，如淬火钢、硬质合金、耐热合金等;线为工具电极，节约了电极设计和制造费用和时间，能方便地加工形状复杂的外形和通

20、孔，能进行套料加工，冲模加工的凸凹模间隙可以任意调节;虽然加工的对象主要是平面形状，但是除了有金属丝直径决定的内侧脚的最小直径R(金属线半径+放电间隙)这样的限制外，任何复杂的开头都可以加工;轮廓加工所需加工的余量少，能有效地节约贵重的材料;上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工可无视电极丝损耗(高速走丝切割采用低损耗脉冲电源，慢速走丝线切割采用单向连续供丝，在加工区总是保持新电极丝加工)，加工精度高;依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能，同时加工凹凸两种模具时，间隙可任意调节；无论被加工工件的硬度如何，只要是导体或半导体的材料都能实现加工;任何复杂开头的零件，只要能编制加工程序就可以

21、进行加工，因而很适合小批零件和试制品的生产加工，加工周期短，应用灵活。2.电火花线切割加工的缺点被加工材料必须导电;不能加工盲孔。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工四、电火花线切割加工的应用1.试制新产品在新产品开发过程中需要单件的样品，使用线切割直接切割出零件，无需模具，这样可以大大缩短新产品的开发周期并降低试制成本。如在冲压生产时，未开出落料模时，先用线切割加工的样板进行成型等后续加工，得到验证后再制造落料模。2.加工材料或形状特殊的零件电火花线切割加工的应用线切割广泛用于加工硬质合金、淬火钢模具零件、样板、各种形状复杂的细小零件、窄缝等。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工如形

22、状复杂、带有尖角窄缝的小型凹模的型孔可采用整体结构在淬火后加工，既能保证模具精度，也可简化模具设计和制造。此外，电火花线切割还可加工除盲孔以外的其他难加工的金属零件。3.加工模具零件电火花线切割加工主要应用于冲模、挤压模、塑料模、电火花型腔模的电极加工等，由于电火花线切割加工速度和精度的迅速提高，目前已达到可与坐标磨床相竞争的程度。例如，中小型冲模，材料为模具钢，过去用分开模和曲线磨削的方法加工，现在改用电火花线切割整体加工的方法，制造周期可缩短3/45/4，成本降低2/33/4，配合精度高，不需要熟练的操作工作。因此，一些工业发达国家的精密冲的磨削等工序，已被电火花和电火花线切割加工所代替。

23、上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工五、电火花线切割机床简介电火花线切割加工设备主要由机床本体、脉冲电源、控制系统、工作液循环系统和机床附件等几部分组成。图4-5和图4-6分别为高速和低速走丝线切割加工设备组成图。1.机床本体机床本体由床身、坐标工作台、走丝机构、丝架、工作液箱、附件和夹具等几部分组成。床身一般为铸件，是坐标工作台、走丝机构及丝架的支承和固定基础。通常采用箱式结构，应有足够的强度和刚度。床身内部安置电源和工作液箱，考虑电源的发热和工作液泵的振动，有些机床将电源和工作液箱移出床身外另行安放。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工电火花线切割机床最终都是通过坐标工作台与电极丝

24、的相对运动来完成对零件加工的。为保证机床精度，对导轨的精度、刚度和耐磨性有较高的要求。一般都采用“十”字滑板、滚动导轨和丝杆传动副将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动，通过X,Y两个坐标方向各自的进给移动，可合成获得各种平面图形曲线轨迹。为保证工作台的定位精度和灵敏度，传动丝杆和螺母之间必须消除间隙。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工在电火花线切割加工时，电极丝需要不停地移动，这个移动是由走丝机构来完成的。走丝系统使电极丝以一定的速度运动并保持一定的张力。在高速走丝机床上，一定长度的电极丝平整地卷绕在储丝筒上，丝张力与盘绕时的拉紧力有关，储丝筒通过联轴器与驱动电动机相连。电动机带动储丝

25、筒由专门的换向装置控制做正反向交替运转，同时沿轴向移动，走丝速度等于储丝筒周边的线速度，通常为810 m/s。在运动过程中，电极丝由丝架支撑，并依靠导轮保持电极丝与工作台垂直或倾斜一定的几何角度(锥度切割时)。图4-7为高速走丝线切割加工走丝系统结构示意图。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工低速走丝系统如图4-8所示。从未使用的金属丝筒2(绕有13 kg金属丝)靠废丝卷丝轮1使金属丝以较低的速度(通常0. 2 m/s以下)移动。为了提供一定的张力(225 N，在走丝路径中装有一个机械式或电磁式张力电动机4和电极丝张力调节器5。走丝系统中通常还装有断丝检测微动开关，可以实现断丝时能自动停车

26、并报警。用过的电极丝集中到卷丝筒上或送到专门的收集器中。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工为了减轻电极丝的振动，应使其跨度尽可能小(按工件厚度调整)，通常在工件的上下采用蓝宝石V形导向器或圆孔金刚石模导向器，其附近装有进电部分，工作液一般通过进电区和导向器再进入加工区，可使全部电极丝的通电部分都能冷却。近年来的机床上还装有靠高压水射流冲刷引导的自动穿丝机构，能使电极丝经一个导向器穿过工件上的穿丝孔而被传送到另一个导向器，在必要时也能自动切断并再穿丝，为无人连续切割创造了条件。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工2.脉冲电源电火花线切割加工脉冲电源与电火花成型加工所用的电源在原理上相同

27、，不过受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄(260s )，单个脉冲能量、平均电流(15A)一般较小，所以线切割加工总是采用正极性加工。脉冲电源的形式种类很多，如晶体管矩形波脉冲电源、高频分组脉冲电源、并联电容型脉冲电源和低损耗电源等，快、慢走丝线切割机床的脉冲电源也有所不同。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工3.工作液循环系统在线切割加工中，工作液对加工工艺指标的影响很大，如对切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有影响。电火花线切割对工作液的要求是:有一定的介电能力、较好的消电离能力和灭弧能力、渗透性好、生产效率高、稳定性好、对电极丝寿命的影响小，还应有

28、较好的洗涤性能、防腐蚀性能、润滑性能，对人体无害、价格便宜、使用安全等。低速走丝线切割机床大多采用去离子水做工作液，只有在特殊精加工时才采用绝缘性能较高的煤油。高速走丝线切割机床使用的工作液是专用乳化液，目前商品化供应的乳化液有DX-1,DX-2, DX-3等多种，各有其特点，有的适于快速加工，有的适于大厚度切割，也有的是在原来工作液中添加某些化学成分来改善其切割表面粗糙度或增加防锈能力等。上一页下一页返回第二节 电火花线切割加工工作液循环系统与过滤装置是电火花线切割机床不可或缺的一部分，其作用是及时地从加工区域中排除电蚀产物，并连续地充分供给清洁的工作液。工作液循环装置一般由工作液泵、液箱、

29、过滤器、管道和流量控制阀等组成。对高速走丝机床，通常采用浇注式供液方式，而对低速走丝机床，近年来有些采用浸泡式供液方式。上一页返回第三节 电化学加工电化学加工(Electro Chemical Machining, ECM)是利用电极在电解液中发生的电化学作用对金属材料进行成型加工，已经被广泛地应用于复杂型面、型孔的加工以及去毛刺等工艺。一、电化学加工的原理图4 -9所示为电化学加工的原理。两片金属铜(Cu)板浸在导电溶液，例如氯化铜( CuCl2)的水溶液中，此时水(H2O)离解为氢氧根负离子OH和氢正离子H+ , CuCl2离解为两个氯负离子2Cl和二价铜正离子Cu2+。下一页返回第三节

30、电化学加工当两个铜片接上直流电形成导电通路时，导线和溶液中均有电流流过，在金属片(电极)和溶液的界面上就会有交换电子的反应，即电化学反应。溶液中的离子将做定向移动，Cu2+正离子移向阴极，在阴极上得到电子而进行还原反应，沉积出铜。在阳极表面Cu原子失掉电子而成为Cu2+正离子进入溶液。溶液中正、负离子的定向移动称为电荷迁移。在阳、阴电极表面发生得失电子的化学反应称为电化学反应。这种利用电化学反应原理对金属进行加工，图4-9中阳极上为电解蚀除，阴极上为电镀沉积)的方法即电化学加工。上一页下一页返回第三节 电化学加工二、电化学加工的分类电化学加工按其作用原理可分为三大类。第I类是利用电化学阳极溶解

31、来进行加工，主要有电解加工、电解抛光等;第类是利用电化学阴极沉积、涂覆进行加工，主要有电镀、涂镀、电铸等;第类是利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺，目前主要由电化学加工与机械加工相结合，如电解磨削、电化学阳极机械加工(还包含有电火花放电作用)。电化学加工分类及应用如表4-1所示。上一页下一页返回第三节 电化学加工以下将重点介绍电解加工、电铸加工和电解磨削三种工艺方法的原理、特点和应用。三、电解加工电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理实现金属零件的成型加工。1.电解加工的原理电解加工机理如图4-10所示。以工件为阳极(接直流电源的正极)、工具为阴极(接直流电源的负极

32、)，两极之间加1020 V的直流电压，具有一定压力(0. 52 MPa)的电解液以550 m/s的速度从两极之间的缝隙( 0. 11 mm)冲过，使两极之间形成导电通路，两极和电解液之间就有电流通过。金属工件表面在电化学反应的作用下，不断地溶解到电解液中，电解产生物则被高速流动的电解液带走。上一页下一页返回第三节 电化学加工2.电解加工的特点电解加工与其他加工方法相比较，它具有下列特点:能加工各种硬度和强度的材料，只要是金属，不管其硬度和强度多大，都可加工;生产率高，为电火花加工的5-10倍，在某些情况下，比切削加工的生产率还高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制;表面质量好，电解

33、加工不产生残余应力和变质层，又没有飞边、刀痕和毛刺。在正常情况下，表面粗糙度Ra可达0. 2-1.25m;阴极工具在理论上不损耗，基本上可长期使用。电解加工当前存在的主要问题是加工精度难以严格控制，尺寸精度一般只能达到0.15-0. 30 mm。此外，电解液对设备有腐蚀作用，电解液的处理也较困难。上一页下一页返回第三节 电化学加工3.电解加工应用目前，电解加工主要应用在深孔加工、叶片(型面)加工、锻模(型腔)加工、管件内孔抛光、各种型孔的倒圆和去毛刺、整体叶轮的加工等方面。图4-11是用电解加工整体叶轮，叶轮上的叶片是采用套料法逐个加工的。加工完一个叶片，退出阴极，经分度后再加工下一个叶片。上

34、一页下一页返回第三节 电化学加工四、电铸加工1.电铸加工的原理与大家熟知的电镀原理相似，电铸成型是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成型加工的，即在原模上通过电化学方法沉积金属，然后分离以制造或复制金属制品。但电铸与电镀又有不同之处，电镀时要求得到与基体结合牢固的金属镀层，以达到防护、装饰等目的。而电铸则要电铸层与原模分离，其厚度也远大于电镀层。上一页下一页返回第三节 电化学加工电铸加工的原理如图4-12所示，在直流电源的作用下，阳极上的金属原子交出电子成为正金属离子进入镀液:M-2e-M2+，并进一步在阴极上获得电子成为金属原子而沉积镀覆在阴极原模表面: M2+ +2e- M，阳极金属源源

35、不断成为金属离子补充溶解进入电铸镀液，保持电解液中金属离子的质量分数基本不变，阴极原模上电铸层逐渐加厚，当达到预定厚度时即可取出，设法与原模分离，即可获得与原模型面凹凸相反的电铸件。上一页下一页返回第三节 电化学加工2.电铸加工的特点复制精度高，可以做出机械加工不可能加工出的细微形状(如微细花纹、复杂形状等)，表面粗糙度Ra可达0. 1m，一般不需抛光即可使用;母模材料不限于金属，有时还可用制品零件直接作为母模;表面硬度可达3550HRC，所以电铸型腔使用寿命长;电铸可获得高纯度的金属制品，如电铸铜，它纯度高，具有良好的导电性能，十分有利于电加工;电铸时，金属沉积速度缓慢，制造周期长，如电铸镍

36、，一般需要一周左右;电铸层厚度不易均匀，且厚度较薄，仅为48 mm，电铸层一般都具有较大的应力，所以大型电铸件变形显著，且不易承受大的冲击载荷。这样，就使电铸成型的应用受到一定的限制。上一页下一页返回第三节 电化学加工3.电铸加工的应用电铸具有极高的复制精度和良好的机械性能，已在航空、仪器仪表、精密机械、模具制造等方面发挥日益重要的作用。电铸也是制造各种筛网、滤网最有效的方法，因为它无需使用专用设备就可获得各种形状的孔眼，孔眼的尺寸大至数十毫米，小至5mm。其中典型的就是电铸电动剃须刀的网罩。网罩的加工大致如下，如图4-13表示电动剃须刀多孔网罩电铸的工艺过程。上一页下一页返回第三节 电化学加

37、工制造原模，在铜或铭板上涂布感光胶，再将照相底板与它紧贴，进行曝光、显影、定影后，即获得带有规定图形绝缘层的原模。对原模进行化学处理，以获得钝化层，使电铸后的网罩容易与原模分离。弯曲成型，将原模弯成所需形状。电铸，一般控制镍层的硬度为维氏硬度500550 HV之间，硬度过高，则容易发脆。上一页下一页返回第三节 电化学加工五、电解磨削电解磨削是电解加工的一种特殊形式，是电解与机械的复合加工方法。它是靠金属的溶解(占95%98%)和机械磨削(占2%5%)的综合作用来实现加工的。1.电解磨削加工原理电解磨削加工原理如图4-14所示。加工过程中，磨轮(砂轮)不断旋转，磨轮上凸出的砂粒与工件接触，形成磨

38、轮与工件间的电解间隙。电解液不断供给，磨轮在旋转中，将工件表面由电化学反应生成的钝化膜除去，继续进行电化学反应，如此反复不断，直到加工完毕。上一页下一页返回第三节 电化学加工电解磨削的阳极溶解机理与普通电解加工的阳极溶解机理是相同的。不同之处在于:电解磨削中，阳极钝化膜的去除是靠磨轮的机械加工去除的，电解液腐蚀力较弱;而一般电解加工中的阳极钝化膜的去除，是靠高电流密度去破坏(不断溶解)或靠活性离子(如氯离子)进行活化，再由高速流动的电解液冲刷带走的。上一页下一页返回第三节 电化学加工2.电解磨削加工的特点电解磨削具有以下特点:磨削力小，生产率高，这是由于电解磨削具有电解加工和机械磨削加工的优点

39、;加工精度高，表面加工质量好，因为电解磨削加工中，一方面工件尺寸或形状是靠磨轮刮除钝化膜得到的，故能获得比电解加工好的加工精度，另一方面，材料的去除主要靠电解加工，加工中产生的磨削力较小，不会产生磨削毛刺、裂纹等现象，故加工工件的表面质量好;设备投资较高，其原因是电解磨削机床需加电解液过滤装置、抽风装置、防腐处理设备等。上一页下一页返回第三节 电化学加工3.电解磨削加工的应用电解磨削广泛应用于平面磨削、成型磨削和内外圆磨削。图4-15 (a),(b)分别为立轴矩台平面磨削、卧轴矩台平面磨削的示意图。图4-16为电解成型磨削示意图，其磨削原理是将导电磨轮的外圆圆周按需要的形状进行预先成型，然后进

40、行电解磨削。上一页返回第四节 其他加工技术简介本节简要介绍一下其他加工技术，包括超声波加工、激光加工、电子束加工等。这些特种加工技术是近几年刚发展出来的新工艺，有很好的应用前景。我们有必要了解一下它们的原理、特点及应用。一、超声波加工超声波加工是利用工具端面做超声振动，通过磨料悬浮液对工件进行加工的方法。1.超声波加工的原理超声波加工是利用振动频率超过16 000 Hz的工具头，通过悬浮液磨料对工件进行成型加工的一种方法，其加工原理如图4-17所示。下一页返回第四节 其他加工技术简介当工具以16 000 Hz以上的振动频率作用于悬浮液磨料时，磨料便以极高的速度强力冲击加工表面;同时由于悬浮液磨

41、料的搅动，使磨粒以高速度抛磨工件表面;此外，磨料液受工具端面的超声振动而产生交变的冲击波和“空化现象”。所谓空化现象，是指当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在磨料液内形成很多微空腔;当工具端面以很大的加速度接近工件表面时，空泡闭合，引起极强的液压冲击波，从而使脆性材料产生局部疲劳，引起显微裂纹。上一页下一页返回第四节 其他加工技术简介2.超声波加工的特点超声波加工的主要特点如下:(1)适合于加工各种硬脆材料，特别是某些不导电的非金属材料，例玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。可以加工淬火钢和硬质合金等材料，但效率相对较低。(2)工具材料硬度很高，故易

42、于制造形状复杂的型孔。(3)加工时宏观切削力很小，不会引起变形、烧伤。表面粗糙度Ra很小，可达0. 2m，加工精度可达0.050. 02 mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度的零件。(4)加工机床结构和工具均较简单，操作维修方便。(5)生产率较低。这是超声波加工的一大缺点。上一页下一页返回第四节 其他加工技术简介3.超声波加工的应用超声波加工的生产率虽然比电火花、电解加工等低，但其加工精度和表面粗糙度都比它们好，而且能加工半导体、非导体的脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、锗、硅甚至金刚石等。在实际生产中，超声波广泛应用于型(腔)孔加工(如图4-18所示)、切割加工(如图4-19所示)、清洗(如图4

43、-20所示)等方面。上一页下一页返回第四节 其他加工技术简介二、激光加工1.激光加工的原理激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。由于激光的发散角小和单色性好，理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的(微米甚至亚微米)小斑点上，加上它本身强度高，故可以使其焦点处的功率密度达到1071 011 W/cm2 ,温度可达10 000以上。在这样的高温下，任何材料都将瞬时急剧熔化和汽化，并爆炸性地高速喷射出来，同时产生方向性很强的冲击。因此，激光加工(如图4-21所示)是工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击波抛出的综合过程。上一页下一页返回第四节 其他加工技术简介2.激光加工的特点激光加工的特点主要

44、有以下几个方面:几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工;激光能聚焦成极小的光斑，可进行微细和精密加工，如微细窄缝和微型孔的加工;可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其他地点进行加工;加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形;无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。上一页下一页返回第四节 其他加工技术简介3.激光加工在模具制造中的应用(1)激光打孔激光打孔的成型过程是材料在激光热源照射下产生的一系列热物理现象综合的结果。利用激光几乎可以在任何材料上打微型小孔，目前已应用于火箭发动机和柴油机的燃料喷嘴加工、钟表及仪表中的宝石轴承打孔、金刚

45、石拉丝模加工等方面。(2)激光切割激光可用于切割各种各样的材料。既可以切割金属，也可以切割非金属;既可以切割无机物，也可以切割皮革之类的有机物。上一页下一页返回第四节 其他加工技术简介(3)表面强化与修复为了提高模具的使用寿命，常常需要对模具表面进行强化处理。采用激光技术来强化和修复模具，具有柔性大(可对大型模具进行局部淬火)、表面强度高(比常规热处理硬度高5%15%，并且均匀)、变形小、对不需要强化的部位影响小、工艺周期短和工艺简单等优点。上一页下一页返回第四节 其他加工技术简介（4）激光叠加制造 激光叠加制造的原理为：将激光切割的、按立体造型剖切的、形状逐渐发生变化的多层薄板叠加，并使其形

46、成所需要的模具几何形体，可作为拉深模、成型模。(5)快速模具制造激光快速成型技术(Rapid Protoyping, RP)是20世纪80年代后发展起来的一项新兴技术，它是近20年来制造领域的一次重大突破，有关这方面的内容将在以后章节作详细的论述。上一页下一页返回第四节 其他加工技术简介三、电子束加工1.加工原理电子束加工是利用高速电子的冲击动能来加工工件的，如图4-22所示。在真空条件下，将具有很高速度和能量的电子束聚焦到被加工材料上，电子的动能绝大部分转变为热能，使材料局部瞬时熔融、汽化蒸发而去除。控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，就可以达到不同的加工目的。如只使材料局部加热就可进行

47、电子束热处理;使材料局部熔化就可以进行电子束焊接;提高电子束能量密度，使材料熔化和汽化，就可进行打孔、切割等加工;利用较低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化的原理，即可进行电子束光刻加工。上一页下一页返回第四节 其他加工技术简介2.电子束加工的特点电子束加工的特点如下:电子束能够极其微细地聚焦(可达10.1m)，故可进行微细加工;加工材料的范围广，由于电子束能量密度高，可使任何材料瞬时熔化、汽化且机械力的作用极小，不易产生变形和应力，故能加工各种力学性能的导体、半导体和非导体材料;加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化;电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格较贵，故在生产

48、中受到一定程度的限制。上一页返回小锦囊 电火花加工、电火花线切割加工的异同点电火花加工和电火花线切割加工存在较多的共同之处，使人容易混淆。下面特对两者的异同点进行总结，供大家参考。1.共同特点(1)二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的热来熔解去除金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力。(2)二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。(3)最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙，线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。下一页返回小锦囊2.不同特点(1)从加工原理来看，电火花加工是将电极形状复制到工件上的一种工艺方法。在实际中可以加工通孔(穿孔加工)和盲孔(成型加工);而线切割加工是利用移动的细金属导线(铜丝或铂丝)做电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成型的一种工艺方法。(2)从产品