专题三：特种加工工艺基础

1

专题三

特种加工工艺基础2专题三特种加工工艺基础

重点介绍内容

1.电火花加工

2.电解加工

3.超声波加工

4.激光加工

5.电子束和离子束加工3

专题三特种加工工艺基础一、特种加工概述

Introductionofnon-conventionalmachinin

1．历史发展与我国在该领域现状

HistoricaldevelopmentandthepresentsituationatthefieldinChina

以柔克刚，用不同能量直接加工，实际必须靠电能转化，电能是最基本的。除核能以外，太阳能是最基本的。因此，作为地球上最基本的能源：太阳能、核能。拉扎连柯夫妇发明电加工历史故事（20世纪40年代）。

StoryofinventionaboutEDMbylazaniankecouple

4

专题三特种加工工艺基础

2．特种加工基本特点

Fundamentalcharacteristicsofnon-conventionalmachining

1）工具材料硬度可以大大低于工件材料的硬度（甚至无须工具，如激光、水射流

）

Thehardnessoftoolmaterialismuchlowerthanworkpiece.

2）可直接利用电能、电化学能、光能和声能等进行加工

Directlytouseelectricity,electro-chemicalenergy,lightenergyandsoundenergytomachinedifferentmaterials.5

专题三特种加工工艺基础

3)加工过程机械力几乎可以忽略不计

Themachiningforcealmostcanbeignoredattheprocessofmachining.

4）复合加工可使生产率提高、加工精度提高

Productivityandmachiningaccuracycanbeenhancedbycompositemachining.

5）几乎每产生一种新的能源，就可以导致一种新的加工方法

Almosteverykindofenergycanproduceanewmachiningmethod.6

专题三特种加工工艺基础

3.特种加工解决的工艺难题

Tosolvethehard-to-solvedproblemsbynon-conventionalmachining

1）各种难加工材料的加工：高硬度、高强度、高韧性、高纯度。如金刚石刀具、拉丝模、陶瓷螺杆、淬火模具钢、工业纯铁等。

Tofabricatethehardtocutmaterials,etc..

2）复杂零件表面的加工：整体叶轮

Machiningthesurfacesofcomplexparts:integrateimpeller

3）低刚性、微细结构零件的加工：超细长不锈钢螺杆、其他

Machininglowrigid,finestructure

Parts:superfineandlongstainlesssteelleadscrewandtheothers.7

专题三特种加工工艺基础

1．电能与热能作用方式

电火花成形加工

EDM

电火花磨削加工EGM

电火花线切割加工WEDM

电子束加工EBM

等离子体加工PAM

2．电能与化学能作用方式

电化学加工

ECHM

3．电能与机械能作用方式

离子束加工IBM

二、特种加工分类8

专题三特种加工工艺基础

4．电化学能与机械能作用方式

电解磨削ECG

电化学珩磨ECH

5．机械能与声能作用方式

超声波加工USM

6．光能与热能作用方式

激光加工LBM

7．液流能与机械能作用方式

磨料流珩磨(挤压珩磨)AFH

水射流切割WJC

9

专题三特种加工工艺基础三、特种加工对机械制造工艺技术的影响

Theeffectofnon-conventionalmachining

onmanufacturingprocess.

1）改变了对材料可加工性的认识

Changingtherecognitionofmachinabilityformaterials.

2）重新衡量设计结构工艺性的优劣，并带来变革

Re-balancingtheadvantageanddisadvantageofthestructuraltechnology.

3）优化零件加工工艺过程

Tooptimumthemanufacturingprocessofpartsmachining.

下面介绍各种特种加工方法10

专题三特种加工工艺基础

四、电火花加工

Electricaldischargemachining

1．原理与特点

Principleandcharacteristics

1）原理：电场强度、击穿介质、形成放电通道、继续放电

Principle:fieldstrength,breakdownmedium,formingadischargechannel,continuingdischarging.11

专题三特种加工工艺基础（常用煤油或矿物油）放电间隙0.01～0.05毫米12

专题三特种加工工艺基础

专题三特种加工工艺基础2）加工条件（从系统观点看）：

Machiningcondition(fromthesystempointofview)

脉冲电源：输出所需要的电脉冲，脉宽（ON-TIME）、脉间（OFF-TIME）、峰值电压、峰值电流、波形等。

Pulsesupply:outputtherequiredelectricalpulse,ontime,offtime,peakvoltage,peakcurrent,waveform.

伺服进给装置：自动进给（发展自适应控制）

Servofeeddevice:automaticfeed(developmentofadaptivecontrol)

工作液循环系统：绝缘介质、过滤

Circulationsystemofworkingcoolant:insulatemedium,filtration.

专题三特种加工工艺基础

2．电火花加工的基本规律（比切削加工复杂）

主要体现在加工速度、工具损耗、加工精度和表面质量四个方面。

1）加工速度及其影响

体积加工速度：单位时间内的体积蚀除量。

质量加工速度：单位时间内的质量蚀除量。

Vg=M/t(g/min)

提高加工速度的途径：提高单个脉冲能量；提高脉冲频率；提高工艺系数：放电参数、电极材料、工作液；

正确选择工件的极性。Vw=V/t(mm3/min)

2）工具相对损耗(客观存在)

降低损耗：减少工具消费利用极性效应：因极性不同而引起的电蚀除量不一

致的现象。如用紫铜电极打钢：ti≤10μs,正极性加工

ti≥80μs,负极性加工

专题三特种加工工艺基础如图：直径25.4石墨电极加工

不淬火钢板。采用负极性加工：脉冲宽度超

过400μs时，电极损耗﹤1%。采用正极性加工：脉冲宽度超

过400μs时，电极损耗﹥12%。16

专题三特种加工工艺基础利用覆盖效应：黑膜只能在正极表面形成，要利用覆盖效应，必须采用负极性（工件接负极）加工。

注：覆盖效应：工作液使用煤油等碳氢化合物时，放电产生的

高温会使工作液分解出碳化物并附着在电极表面，形成

能继续放电的保护层（黑膜），此现象称为覆盖效应或

吸附效应。

类似切削刀具上的积屑瘤，总是动态平衡状态，对工具电

极起保护作用。

选用合适的工具电极材料

常用：铜、石墨、钨、铜钨合金及银钨合金等。

铜—熔点虽低，但导热性好、切削性好，常用作形状复杂电极。

石墨—导热性、加工性均好，长脉冲加工时能吸附游离态的碳。

钨、钼、铜钨合金、银钨合金等--熔点高、导热性好，但价格昂

贵又难于加工，一般在精密电火花加工中使用。钼在高速电火

花线切割中用作线电极。

17

专题三特种加工工艺基础

3）加工精度及其影响因素

加工精度：

电火花成形加工：0.05--0.005毫米；

电火花线切割加工：0.01毫米。影响因素：

放电间隙大小和一致性；工具电极损耗；

“二次放电”的影响。

（注：所谓二次放电，就是电蚀产物等未及时排除，从而产生非正常放电）

18

专题三特种加工工艺基础

专题三特种加工工艺基础

4）表面质量及其影响因素

表面质量：

表面粗糙度、表面变质层、表面力学性能。

表面粗糙度：单个脉冲放电能量、工件材料、工具电极表面粗糙度、放电加工方式等。

Ra值≤0.1μm认为和机加工的影响差不多。

表面变质层：熔化凝固层小于0.1毫米；热影响层，淬火区，很薄；显微裂纹等。

表面力学性能：对硬度和耐磨性的影响，残余应力对耐疲劳性能影响。20

专题三特种加工工艺基础

21

专题三特种加工工艺基础3.电火花加工应用范围

1）成形加工22

专题三特种加工工艺基础（影像资料1分48秒）

专题三特种加工工艺基础工具电极运动：回转同时轴

向进给。适合：直径0.3至3mm小孔。加工速度：60mm/min,远高于

小直径麻花钻。可在斜面、曲面上打孔。尺寸精度、形状精度较高。微细加工：直径小于0.2的。

目前国外：深径比5，直径0.015mm.

目前国内：深径比10，直径0.05.技术难点：工具电极制备、排

屑困难、伺服进给系统及特

殊的脉冲电源控制单个脉冲

的放电能量。24

专题三特种加工工艺基础25

专题三特种加工工艺基础3）线切割加工（影像资料2分10秒）26

专题三特种加工工艺基础4）磨削与镗削27

专题三特种加工工艺基础28

专题三特种加工工艺基础29

专题三特种加工工艺基础视频资料4分4秒30

专题三特种加工工艺基础31

专题三特种加工工艺基础

5）展成加工此方法加工出的内螺纹表面粗糙，有锥度、效率低。32

专题三特种加工工艺基础运动：工具与工件同向、同步旋转，工件作径向切入进给。精度：中径误差小于4µm。适用：精密内外螺纹、内外齿轮、回转圆弧面和锥面等。大于工件厚度的整数倍螺距值。

专题三特种加工工艺基础五、电解加工

利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理，对工

件进行成形加工。电解加工：电分解机制金属置于电解液中：产生阳极溶解的电化学原理。

1.电解加工原理1）工件接“+”极；工具接“-”极；

以氯化钠水溶液作电解液加工低碳钢为例：

主要化学反应式

水溶液阳极反应阴极反应

专题三特种加工工艺基础

2）两极间隙；0.1-1毫米

工具阴极凸出部分与工件阳极的电极间隙最小，

此处的电流密度最大，单位时间内消耗的电

量最多。根据法拉第定律，金属阳极的溶解

量与通过的电量成正比。故此处溶解更快。3）电解液在两极间流过，压力：0.5-2.5MPa

电解产物不断被高速流动的电解液带走，最终

工具的形状就“复制”在工件上。

4）在理想情况下，工具阴极可长期使用（与电加

工不同），工件阳极和水不断消耗。5）效率约为电火花加工的5到10倍，某些情况下甚

至高于切削加工。