河北工業(yè)大學(xué)《先進(jìn)制造技術(shù)》之特種加工教材

1、先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)制造工藝河北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械學(xué)院特 種 加 工Non-traditional Machining1主要內(nèi)容容概述電火花加加工電化學(xué)加加工高能束加加工超聲波加加工21.1特種加工工的產(chǎn)生生與發(fā)展展第二次世世界大戰(zhàn)戰(zhàn)后，特特別是進(jìn)進(jìn)入20世紀(jì)50年代以來(lái)來(lái)，隨著著生產(chǎn)發(fā)發(fā)展和科科學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)的需要要，對(duì)機(jī)機(jī)械制造造部門(mén)提提出了下下列新的的要求：(1)解決各種種難切削削材料的的加工問(wèn)問(wèn)題。(2)解決各種種特殊復(fù)復(fù)雜表面面的加工工問(wèn)題。(3)解決各種種超精、光整或或具有特特殊要求求的零件件的加工工問(wèn)題。3451.2特種加工工的概念念隨著社會(huì)會(huì)生產(chǎn)的的需要和和科學(xué)技技術(shù)的進(jìn)進(jìn)步，20世紀(jì)40年

2、代，前前蘇聯(lián)科科學(xué)家拉拉扎連柯柯夫婦研研究開(kāi)關(guān)關(guān)觸點(diǎn)遭遭受火花花放電腐腐蝕損壞壞的現(xiàn)象象和原因因，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)電火花花的瞬時(shí)時(shí)高溫可可使局部部的金屬屬熔化、氣化而而被腐蝕蝕掉，開(kāi)開(kāi)創(chuàng)和發(fā)發(fā)明了電電火花加加工。61.2特種加工工的概念念由于各種種先進(jìn)技技術(shù)的不不斷應(yīng)用用，產(chǎn)生生了多種種有別于于傳統(tǒng)機(jī)機(jī)械加工工的新加加工方法法。這些新加加工方法法從廣義義上定義義為特種加工工(NTM，Non-TraditionalMachining)，也被稱(chēng)稱(chēng)為非傳統(tǒng)加加工技術(shù)術(shù)，其加工工原理是是將電、熱熱、光、聲、化化學(xué)等能能量或其其組合施施加到工工件被加加工的部部位上，從而實(shí)實(shí)現(xiàn)材料料去除。71.3特種加工工的特點(diǎn)點(diǎn)

3、及發(fā)展展與傳統(tǒng)的的機(jī)械加加工相比比，特種種加工的的不同點(diǎn)點(diǎn)是：(1)不是主要要依靠機(jī)機(jī)械能，而是主主要用其其他能量量(如電、化化學(xué)、光光、聲、熱等)去除金屬屬材料。(2)加工過(guò)程程中工具具和工件件之間不不存在顯顯著的機(jī)機(jī)械切削削力，故故加工的的難易與與工件硬硬度無(wú)關(guān)關(guān)。(3)各種加工工方法可可以任意意復(fù)合、揚(yáng)長(zhǎng)避避短，形形成新的的工藝方方法，更更突出其其優(yōu)越性性，便于于擴(kuò)大應(yīng)應(yīng)用范圍圍。如目前的的電解電電火花加加工(ECDM)、電解電電弧加工工(ECAM)就是兩種種特種加加工復(fù)合合而形成成的新加加工方法法。8特種加工工與傳統(tǒng)統(tǒng)加工的的區(qū)別傳統(tǒng)加工工：以硬硬克軟特種加工工：工具具的硬度度不一定定

4、大于工工件的硬硬度傳統(tǒng)加工工：利用用機(jī)械能能特種加工工：利用用電能、化學(xué)能能、聲能能、光能能等傳統(tǒng)加工工方法：利用機(jī)機(jī)械能和和切削力力來(lái)切除除工件金金屬而達(dá)達(dá)到制造造要求，其加工工實(shí)質(zhì)是是“以硬對(duì)軟軟”。9正因?yàn)樘靥胤N加工工工藝具具有上述述特點(diǎn)，所以就就總體而而言，特特種加工工可以加加工任何何硬度、強(qiáng)度、韌性、脆性的的金屬或或非金屬屬材料，且專(zhuān)長(zhǎng)長(zhǎng)于加工工復(fù)雜、微細(xì)表表面和低低剛度的的零件。目前，國(guó)國(guó)際上對(duì)對(duì)特種加加工技術(shù)術(shù)的研究究主要表表現(xiàn)在以以下幾個(gè)個(gè)方面：(1)微細(xì)化。目前，國(guó)國(guó)際上對(duì)對(duì)微細(xì)電電火花加加工、微微細(xì)超聲聲波加工工、微細(xì)細(xì)激光加加工、微微細(xì)電化化學(xué)加工工等的研研究正方方興未艾

5、艾，特種種微細(xì)加加工技術(shù)術(shù)有望成成為三維維實(shí)體微微細(xì)加工工的主流流技術(shù)。(2)特種加工工的應(yīng)用用領(lǐng)域正正在拓寬寬。例如，非非導(dǎo)電材材料的電電火花加加工，電電火花、激光、電子束束表面改改性等。1.3特種加工工的特點(diǎn)點(diǎn)及發(fā)展展10(3)廣泛采用用自動(dòng)化化技術(shù)。充分利用用計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)對(duì)對(duì)特種加加工設(shè)備備的控制制系統(tǒng)、電源系系統(tǒng)進(jìn)行行優(yōu)化，建立綜綜合參數(shù)數(shù)自適應(yīng)應(yīng)控制裝裝置、數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)等等，進(jìn)而而建立特種種加工的的CAD/CAM和FMS系統(tǒng)，這這是當(dāng)前前特種加加工技術(shù)術(shù)的主要要發(fā)展趨趨勢(shì)。用簡(jiǎn)單工工具電極極加工復(fù)復(fù)雜的三三維曲面面是電解解加工和和電火花花加工的的發(fā)展方方向。目前已實(shí)實(shí)現(xiàn)用四四軸聯(lián)動(dòng)動(dòng)線(xiàn)切

6、割割機(jī)床切切出扭曲曲變截面面的葉片片。隨著著設(shè)備自自動(dòng)化程程度的提提高，實(shí)現(xiàn)特種種加工柔柔性制造造系統(tǒng)已已成為各各工業(yè)國(guó)國(guó)家追求求的目標(biāo)標(biāo)。1.3特種加工工的特點(diǎn)點(diǎn)及發(fā)展展11我國(guó)的特特種加工工技術(shù)起起步較早早。20世紀(jì)50年代中期期我國(guó)工工廠(chǎng)已設(shè)設(shè)計(jì)研制制出電火花穿穿孔機(jī)床床，60年代末上上海電表表廠(chǎng)張維維良工程程師在陽(yáng)陽(yáng)極機(jī)械切割割的基礎(chǔ)礎(chǔ)上發(fā)明明了我國(guó)國(guó)獨(dú)創(chuàng)的的快走絲線(xiàn)線(xiàn)切割機(jī)機(jī)床，上海復(fù)復(fù)旦大學(xué)學(xué)研制出出電火花線(xiàn)線(xiàn)切割數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)。但是由由于我國(guó)國(guó)原有的的工業(yè)基基礎(chǔ)薄弱弱，特種種加工設(shè)設(shè)備和整整體技術(shù)術(shù)水平與與國(guó)際先先進(jìn)水平平有不少少差距，每年還還需從國(guó)國(guó)外進(jìn)口口300臺(tái)以上高高檔電加

7、加工機(jī)床床。1.3特種加工工的特點(diǎn)點(diǎn)及發(fā)展展121.4特種加工工的發(fā)展展方向向微細(xì)加加工、納納米加工工方向發(fā)發(fā)展（微細(xì)電電火花、超聲波波、激光光、電化化學(xué)等）電火花打打孔10m激光打孔孔131.4特種加工工的發(fā)展展方向自動(dòng)化、柔性化化、集成成化、智智能化概概念和技技術(shù)滲透透到特種種加工領(lǐng)領(lǐng)域（加工質(zhì)質(zhì)量和效效率高、多品種種小批量量、設(shè)計(jì)計(jì)制造一一體化、智能決決策）新方法、新技術(shù)術(shù)（新的加加工方法法、復(fù)合合加工）綠色制造造（用水基基液代替替有污染染的工作作液）141.5特種加工工的分類(lèi)類(lèi)特種加工工的分類(lèi)類(lèi)還沒(méi)有有明確的的規(guī)定，一般按按能量來(lái)來(lái)源和作作用形式式以及加加工原理理可分為為表1-1所示的

8、形形式。表1-1常用特種種加工方方法的分分類(lèi)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(xiàn)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(yáng)極溶解ECM(ELM)電解磨削電化學(xué)能、機(jī)械能陽(yáng)極溶解、磨削EGM(ECG)電解研磨電化學(xué)能、機(jī)械能陽(yáng)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表1-1常用特種種加工方方法的分分類(lèi)物料切蝕

9、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盡管特種種加工優(yōu)優(yōu)點(diǎn)突出出，應(yīng)用用日益廣廣泛，但但是各種種特種加加工的能能量來(lái)源源、作用用形式、工藝特特點(diǎn)卻不不盡相同同，其加加工特點(diǎn)點(diǎn)與應(yīng)用用范圍自自然也不不一樣，而且各各自還都都具有一一定的局局限性。為了更好好地應(yīng)用用和發(fā)揮揮各種特特種加工工的最佳佳功能及及效果，必須依依據(jù)工件件材料、尺寸、形狀、精度、生產(chǎn)

10、率率、經(jīng)濟(jì)濟(jì)性等情情況作具具體分析析，區(qū)別別對(duì)待，合理選選擇特種種加工方方法。表1-2對(duì)幾種常常見(jiàn)的特特種加工工方法進(jìn)進(jìn)行了綜綜合比較較。1.5特種加工工的分類(lèi)類(lèi)17表1-2幾種常見(jiàn)見(jiàn)特種加加工方法法的綜合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/m(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(lèi)型的孔、各種類(lèi)型的模具電

11、火花線(xiàn)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

12、(三種加工，沒(méi)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/0.01 m/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(jiàn)見(jiàn)特種加加工方法法的綜合合比較192電火花加加工EDMElectrical DischargeMachining電火花加加工的原原理電火花加加工的機(jī)機(jī)理影響電蝕蝕量的主主要因素素電火花加加工的設(shè)設(shè)備電火花加加工的應(yīng)應(yīng)

13、用電火花線(xiàn)線(xiàn)切割202.1電火花加加工的原原理電火花加加工基于于電火花花腐蝕原原理，是是在工具具電極與與工件電電極相互互靠近時(shí)時(shí)，極間間形成脈脈沖性火火花放電電，在電電火花通通道中產(chǎn)產(chǎn)生瞬時(shí)時(shí)高溫，使金屬屬局部熔熔化，甚甚至氣化化，從而而將金屬屬蝕除下下來(lái)。電腐蝕現(xiàn)現(xiàn)象的原原因火花放電電產(chǎn)生熱量量高溫金屬局部部熔化、氣化被去除電火花加加工原理理演示212.1電火花加加工原理理實(shí)現(xiàn)現(xiàn)條件極間保持持一定放放電間隙隙自動(dòng)進(jìn)給給調(diào)節(jié)系系統(tǒng)間隙過(guò)大大：不能能擊穿間隙過(guò)小小：短路路接觸瞬時(shí)的脈脈沖放電電（10-7 10-3s）脈沖電源源連續(xù)放電電：電弧弧放電，無(wú)法控控制尺寸寸輸送到兩兩極間的的能量要要足夠

14、大大，即放放電通道道要有很很大的電電流密度度（一般般為105-1016A/cm2）222.1電火花加加工原理理實(shí)現(xiàn)現(xiàn)條件兩電極之之間必須須充入介介質(zhì)工作液循循環(huán)過(guò)濾濾系統(tǒng)工作液：煤油、皂化液液、去離離子水工作液的的作用有利于火火花放電電排除電蝕蝕產(chǎn)物冷卻電極極和工件件對(duì)導(dǎo)電材材料進(jìn)行行尺寸加加工時(shí)，兩極間間為液體體介質(zhì)；進(jìn)行材料料表面強(qiáng)強(qiáng)化時(shí)，兩極間間為氣體體介質(zhì)。232.2電火花加加工的機(jī)機(jī)理圖2-1電火花加加工機(jī)理理242.2電火花加加工的機(jī)機(jī)理(1)極間介質(zhì)質(zhì)的電離離、擊穿穿，形成成放電通通道。工具電極極與工件件電極緩緩緩靠近近，極間間的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)度增增大，由由于兩電電極的微微觀表面面是凹

15、凸凸不平的的，因此此在兩極極間距離離最近的的A、B處電場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度最大大。工具電極極與工件件電極之之間充滿(mǎn)滿(mǎn)著液體體介質(zhì)，液體介介質(zhì)中不不可避免免地含有有雜質(zhì)及及自由電電子，它它們?cè)趶?qiáng)強(qiáng)大的電電場(chǎng)作用用下，形形成了帶帶負(fù)電的的粒子和和帶正電電的粒子子，電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)度越越大，帶帶電粒子子就越多多，最終終導(dǎo)致液液體介質(zhì)質(zhì)電離、擊穿，形成放放電通道道。252.2電火花加加工的機(jī)機(jī)理(1)極間介質(zhì)質(zhì)的電離離、擊穿穿，形成成放電通通道。放電通道道是由大大量高速速運(yùn)動(dòng)的的帶正電電和帶負(fù)負(fù)電的粒粒子以及及中性粒粒子組成成的。由于通道道截面很很小，通通道內(nèi)因因高溫?zé)釤崤蛎浶涡纬傻膲簤毫Ω哌_(dá)達(dá)幾萬(wàn)帕帕，高溫溫高壓的的放

16、電通通道急速速擴(kuò)展，產(chǎn)生一一個(gè)強(qiáng)烈烈的沖擊擊波向四四周傳播播。在放電的的同時(shí)還還伴隨著著光效應(yīng)應(yīng)和聲效效應(yīng)，這這就形成成了肉眼眼所能看看到的電電火花。262.2電火花加加工的機(jī)機(jī)理極間介質(zhì)質(zhì)的電離離、擊穿穿、形成成放電通通道 272.2電火花加加工的機(jī)機(jī)理(2)電極材料料的熔化化、氣化化熱膨脹脹。液體介質(zhì)質(zhì)被電離離、擊穿穿，形成成放電通通道后，通道間間帶負(fù)電電的粒子子奔向正正極，帶帶正電的的粒子奔奔向負(fù)極極，粒子子間相互互撞擊，產(chǎn)生大大量的熱熱能，使使通道瞬瞬間達(dá)到到很高的的溫度。通道高溫溫首先使使工作液液汽化，進(jìn)而氣氣化，然然后高溫溫向四周周擴(kuò)散，使兩電電極表面面的金屬屬材料開(kāi)開(kāi)始熔化化直至

17、沸沸騰氣化化。氣化后的的工作液液和金屬屬蒸氣瞬瞬間體積積猛增，形成了了爆炸的的特性。所以在觀觀察電火火花加工工時(shí)，可可以看到到工件與與工具電電極間有有冒煙現(xiàn)現(xiàn)象，并并聽(tīng)到輕輕微的爆爆炸聲。282.2電火花加加工的機(jī)機(jī)理介質(zhì)熱分分解、電電極材料料熔化、氣化熱熱膨脹 + 292.2電火花加加工的機(jī)機(jī)理(3)電極材料料的拋出出。正負(fù)電極極間產(chǎn)生生的電火火花現(xiàn)象象，使放放電通道道產(chǎn)生高高溫高壓壓。通道中心心的壓力力最高，工作液液和金屬屬氣化后后不斷向向外膨脹脹，形成成內(nèi)外瞬瞬間壓力力差，高高壓力處處的熔融融金屬液液體和蒸蒸汽被排排擠，拋拋出放電電通道，大部分分被拋入入到工作作液中。仔細(xì)觀察察電火花花加

18、工，可以看看到桔紅紅色的火火花四濺濺，這就就是被拋拋出的高高溫金屬屬熔滴和和碎屑。302.2電火花加加工的機(jī)機(jī)理電極材料料拋出 +存在下面面三種作作用熱爆炸力力瞬時(shí)膨脹脹電動(dòng)力正負(fù)離子子對(duì)電極極的沖擊擊壓力流體動(dòng)力力蒸發(fā)、分分解氣體體312.2電火花加加工的機(jī)機(jī)理(4)極間介質(zhì)質(zhì)的消電電離。加工液流流入放電電間隙，將電蝕蝕產(chǎn)物及及殘余的的熱量帶帶走，并并恢復(fù)絕絕緣狀態(tài)態(tài)。若電火花花放電過(guò)過(guò)程中產(chǎn)產(chǎn)生的電電蝕產(chǎn)物物來(lái)不及及排除和和擴(kuò)散，產(chǎn)生的的熱量將將不能及及時(shí)傳出出，使該該處介質(zhì)質(zhì)局部過(guò)過(guò)熱，局局部過(guò)熱熱的工作作液高溫溫分解、積炭，使加工工無(wú)法繼繼續(xù)進(jìn)行行，并燒燒壞電極極。為了保證證電火花花加

19、工過(guò)過(guò)程的正正常進(jìn)行行，在兩兩次放電電之間必必須有足足夠的時(shí)時(shí)間間隔隔讓電蝕蝕產(chǎn)物充充分排出出，恢復(fù)復(fù)放電通通道的絕絕緣性，使工作作液介質(zhì)質(zhì)消電離離。322.2電火花加加工的機(jī)機(jī)理一次電火火花腐蝕蝕的微觀觀過(guò)程（3）電極材料料拋出氣化區(qū)熔化區(qū)熱影響區(qū)區(qū)無(wú)變化區(qū)區(qū)332.2電火花加加工的機(jī)機(jī)理上述步驟驟(1)(4)在一秒內(nèi)內(nèi)約數(shù)千千次甚至至數(shù)萬(wàn)次次地往復(fù)復(fù)式進(jìn)行行；即單個(gè)脈脈沖放電電結(jié)束，經(jīng)過(guò)一一段時(shí)間間間隔(即脈沖間間隔)使工作液液恢復(fù)絕絕緣后，第二個(gè)個(gè)脈沖又又作用到到工具電電極和工工件上，又會(huì)在在當(dāng)時(shí)極極間距離離相對(duì)最最近或絕絕緣強(qiáng)度度最弱處處擊穿放放電，蝕蝕出另一一個(gè)小凹凹坑。這樣以相相當(dāng)

20、高的的頻率連連續(xù)不斷斷地放電電，工件件不斷地地被蝕除除，故工工件加工工表面將將由無(wú)數(shù)數(shù)個(gè)相互互重疊的的小凹坑坑組成(如圖2-2所示)。所以電火火花加工工是大量量的微小小放電痕痕跡逐漸漸累積而而成的去去除金屬屬的加工工方式。342.2電火花加加工的機(jī)機(jī)理圖2-2電火花表表面局部部放大圖圖352.3影響材料料電蝕量量的主要要因素極性效應(yīng)應(yīng)覆蓋效應(yīng)應(yīng)電參數(shù)金屬材料料熱學(xué)常常數(shù)工作液其他因素素362.31極性效應(yīng)應(yīng)對(duì)電蝕蝕量的影影響極性效應(yīng)應(yīng)在電火花花加工時(shí)時(shí)，相同同材料(如用鋼電電極加工工鋼)兩電極的的被腐蝕蝕量是不不同的。其中一一個(gè)電極極比另一一個(gè)電極極的蝕除除量大，這種現(xiàn)現(xiàn)象叫做做極性效效應(yīng)。如

21、果兩電電極材料料不同，則極性性效應(yīng)更更加明顯顯。在生產(chǎn)中中，將工工件接脈脈沖電源源正極(工具電極極接脈沖沖電源負(fù)負(fù)極)的加工稱(chēng)稱(chēng)為正極性加加工，反之稱(chēng)稱(chēng)為負(fù)極性加加工。372.31極性效應(yīng)應(yīng)對(duì)電蝕蝕量的影影響在實(shí)際加加工中，極性效效應(yīng)受到到電極及及電極材材料、加加工介質(zhì)質(zhì)、電源源種類(lèi)、單個(gè)脈脈沖能量量等多種種因素的的影響，其中主主要原因因是脈沖沖寬度?！罢龢O性性”接線(xiàn)線(xiàn)圖“負(fù)極性性”接線(xiàn)線(xiàn)圖382.31極性效應(yīng)應(yīng)對(duì)電蝕蝕量的影影響在電場(chǎng)的的作用下下，放電電通道中中的電子子奔向正正極，正正離子奔奔向負(fù)極極。在窄脈寬度度加工時(shí)，由于電電子慣性性小，運(yùn)運(yùn)動(dòng)靈活活，大量量的電子子奔向正正極，并并轟擊正

22、正極表面面，使正正極表面面迅速熔熔化和氣氣化；而正離子子慣性大大，運(yùn)動(dòng)動(dòng)緩慢，只有一一小部分分能夠到到達(dá)負(fù)極極表面，而大量量的正離離子不能能到達(dá)；因此電子子的轟擊擊作用大大于正離離子的轟轟擊作用用，正極極的電蝕蝕量大于于負(fù)極的的電蝕量量，這時(shí)時(shí)應(yīng)采用用正極性性加工。392.31極性效應(yīng)應(yīng)對(duì)電蝕蝕量的影影響在寬脈沖寬寬度加工時(shí)，因?yàn)橘|(zhì)質(zhì)量和慣慣性都大大的正離離子將有有足夠的的時(shí)間到到達(dá)負(fù)極極表面；由于正離離子的質(zhì)質(zhì)量大，它對(duì)負(fù)負(fù)極表面面的轟擊擊破壞作作用要比比電子強(qiáng)強(qiáng)，同時(shí)時(shí)到達(dá)負(fù)負(fù)極的正正離子又又會(huì)牽制制電子的的運(yùn)動(dòng)，故負(fù)極極的電蝕蝕量將大大于正極極，這時(shí)時(shí)應(yīng)采用用負(fù)極性性加工。在實(shí)際加加工中

23、，要充分分利用極極性效應(yīng)應(yīng)，正確確選擇極極性，最最大限度度地提高高工件的的蝕除量量，降低低工具電電極的損損耗。402.31極性效應(yīng)應(yīng)對(duì)電蝕蝕量的影影響電子的質(zhì)質(zhì)量正離子的的質(zhì)量電子的慣慣性小窄脈沖：正極性性加工長(zhǎng)脈沖：負(fù)極性性 加工工412.32覆蓋效應(yīng)應(yīng)對(duì)電蝕蝕量的影影響在材料放放電腐蝕蝕過(guò)程中中，一個(gè)個(gè)電極的的電蝕產(chǎn)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移移到另一一個(gè)電極極表面上上，形成成一定厚厚度的覆覆蓋層，這種現(xiàn)現(xiàn)象叫做做覆蓋效應(yīng)應(yīng)。覆蓋效應(yīng)應(yīng)對(duì)被覆覆蓋電極極起到了了保護(hù)和和補(bǔ)償作作用，改改變了兩兩極的電電蝕量，合理利利用覆蓋蓋效應(yīng)有有利于降降低電極極損耗。在電火花花加工過(guò)過(guò)程中，覆蓋層層不斷形形成又不不斷被破破壞。

24、為為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)電極低低損耗，達(dá)到提提高加工工精度的的目的，必須使使覆蓋層層形成與與破壞的的程度達(dá)達(dá)到動(dòng)態(tài)態(tài)平衡。422.32覆蓋效應(yīng)應(yīng)對(duì)電蝕蝕量的影影響在油類(lèi)介介質(zhì)中加加工時(shí)，覆蓋層層主要是是石墨化化的碳素素層，其其次是粘粘附在電電極表面面的金屬屬微粒粘粘結(jié)層。碳素層層具有很很高的耐耐電腐蝕蝕性，對(duì)對(duì)電極表表面有一一定保護(hù)護(hù)作用。碳素層的的生成條條件主要要有以下下幾點(diǎn)：(1)要有足夠夠高的溫溫度，電電極上待待覆蓋部部分的表表面溫度度不低于于碳素層層生成溫溫度，但但要低于于熔點(diǎn)，以使碳碳粒子燒燒結(jié)成石石墨化的的耐蝕層層。(2)要有足夠夠多的電電蝕產(chǎn)物物，尤其其是介質(zhì)質(zhì)的熱解解產(chǎn)物碳粒子子。(3)要

25、有足夠夠時(shí)間，以便在在這一表表面上形形成一定定厚度的的碳素層層。(4)一般采用用負(fù)極性性加工，因?yàn)樘继妓貙右滓自陉?yáng)極極表面生生成。(5)必須在油油類(lèi)介質(zhì)質(zhì)中加工工。432.32覆蓋效應(yīng)應(yīng)對(duì)電蝕蝕量的影影響影響覆蓋蓋效應(yīng)的的主要因因素有如如下：(1)脈沖參數(shù)數(shù)與波形形的影響響。增大脈沖沖放電能能量有助助于覆蓋蓋層的生生長(zhǎng)，但但對(duì)中、精加工工有相當(dāng)當(dāng)大的局局限性；減小脈沖沖間隔有有利于在在各種電電規(guī)準(zhǔn)下下生成覆覆蓋層，但若脈脈沖間隔隔過(guò)小，正常的的火花放放電有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槠破茐男噪婋娀》烹婋姷奈ｋU(xiǎn)險(xiǎn)。此外，采采用某些些組合脈脈沖波加加工，有有助于覆覆蓋層的的生成，其作用用類(lèi)似于于減小脈脈沖間隔隔，并且

26、且可大大大減少轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槠破茐男噪婋娀》烹婋姷奈ｋU(xiǎn)險(xiǎn)。442.32覆蓋效應(yīng)應(yīng)對(duì)電蝕蝕量的影影響影響覆蓋蓋效應(yīng)的的主要因因素有如如下：(2)電極對(duì)材材料的影影響。（紫銅和和石墨）銅加工鋼鋼時(shí)覆蓋蓋效應(yīng)較較明顯，但銅電電極加工工硬質(zhì)合合金工件件則不大大容易生生成覆蓋蓋層。銅的熔點(diǎn)點(diǎn)雖比鋼鋼低，但但由于導(dǎo)導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)比較大大，電蝕蝕量一般般就比鋼鋼?。皇碾婋娢g量很很小，因因?yàn)樗牡娜埸c(diǎn)、沸點(diǎn)溫溫度很高高，且熱熱容量又又很大。工業(yè)生生產(chǎn)中，具有高高耐蝕性性的碳素素石墨電電極獲得得了廣泛泛地應(yīng)用用。452.32覆蓋效應(yīng)應(yīng)對(duì)電蝕蝕量的影影響影響覆蓋蓋效應(yīng)的的主要因因素有如如下：(3)工作液的的影響。油類(lèi)工

27、作作液在放放電產(chǎn)生生的高溫溫作用下下，生成成大量的的碳粒子子，有助助于碳素素層的生生成。如果用水水做工作作液，則則不會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生碳素素層。462.32覆蓋效應(yīng)應(yīng)對(duì)電蝕蝕量的影影響影響覆蓋蓋效應(yīng)的的主要因因素有如如下：(4)工藝條件件的影響響。覆蓋層的的形成還還與間隙隙狀態(tài)有有關(guān)。如工作液液臟、電電極截面面面積較較大、電電極間隙隙較小、加工狀狀態(tài)較穩(wěn)穩(wěn)定等情情況均有有助于生生成覆蓋蓋層。但若加工工中沖油油壓力太太大，則則覆蓋層層較難生生成。這這是因?yàn)闉闆_油會(huì)會(huì)使趨向向電極表表面的微微粒運(yùn)動(dòng)動(dòng)加劇，而微粒粒無(wú)法粘粘附到電電極表面面上去。472.33電參數(shù)對(duì)對(duì)電蝕量量的影響響電火花加加工過(guò)程程中腐蝕蝕金

28、屬的的量(即電蝕量量)與單個(gè)脈脈沖能量量、脈沖沖效率等等電參數(shù)數(shù)密切相相關(guān)。在電火花花加工過(guò)過(guò)程中，無(wú)論正正極或負(fù)負(fù)極都存存在單個(gè)個(gè)脈沖的的蝕除量量與單個(gè)個(gè)脈沖能能量在一一定范圍圍內(nèi)成正正比的關(guān)關(guān)系。某一段時(shí)時(shí)間內(nèi)的的總蝕除除量約等等于這段段時(shí)間內(nèi)內(nèi)各單個(gè)個(gè)有效脈脈沖蝕除除量的總總和，所所以正、負(fù)極的的蝕除速速度與單單個(gè)脈沖沖能量、脈沖頻頻率成正正比。482.33電參數(shù)對(duì)對(duì)電蝕量量的影響響單個(gè)脈沖沖能量與與平均放放電電壓壓、平均均放電電電流和脈脈沖寬度度成正比比。在實(shí)際加加工中，其中擊擊穿后的的放電電電壓與電電極材料料及工作作液種類(lèi)類(lèi)有關(guān)，而且在在放電過(guò)過(guò)程中變變化很小小，所以以對(duì)單個(gè)個(gè)脈沖能

29、能量的大大小主要要取決于于平均放放電電流流和脈沖沖寬度的的大小。由上可見(jiàn)見(jiàn)，要提提高電蝕蝕量，應(yīng)應(yīng)增加平平均放電電電流、脈沖寬寬度及提提高脈沖沖頻率。492.33電參數(shù)對(duì)對(duì)電蝕量量的影響響但在實(shí)際際生產(chǎn)中中，這些些因素往往往是相相互制約約的，并并影響到到其它工工藝指標(biāo)標(biāo)，應(yīng)根根據(jù)具體體情況綜綜合考慮慮。例如，增增加平均均放電電電流，加加工表面面粗糙度度值也隨隨之增大大。q：在t時(shí)間內(nèi)的的總蝕除除量；：蝕除速速度，亦亦即工件件生產(chǎn)率率或工具具損耗速速度；Wm：?jiǎn)蝹€(gè)脈脈沖能量量；f:脈沖頻率率；:有效脈沖沖利用率率；t:加工時(shí)間間；K:與電極材材料、脈脈沖參數(shù)數(shù)、工作作液等有有關(guān)的工工藝參數(shù)數(shù)。5

30、02.33電參數(shù)對(duì)對(duì)電蝕量量的影響響因此提高高電蝕量量和生產(chǎn)產(chǎn)率的途途徑在于于：提高脈沖沖頻率，增加單單個(gè)脈沖沖能量或或增加平平均放電電電流（對(duì)矩形形脈沖即即為峰值值電流）和脈沖沖寬度；減小脈間間并提高高有關(guān)的的工藝參參數(shù)但脈脈間過(guò)短短，又將將產(chǎn)生電電弧放電電，而隨隨著單個(gè)個(gè)脈沖能能量的增增加，加加工表面面粗糙度度值也隨隨之增大大。在生產(chǎn)中中要考慮慮到以上上各因素素之間的的相互制制約關(guān)系系和對(duì)其其它工藝藝指標(biāo)的的影響。512.34金屬材料料熱學(xué)常常數(shù)對(duì)電電蝕量的的影響正負(fù)電極極表面電電蝕量分分配不均均除了與與電極極極性有關(guān)關(guān)外，還還與電極極的材料料有很大大關(guān)系。當(dāng)每次脈脈沖放電電時(shí)，在在通道內(nèi)

31、內(nèi)以及正正、負(fù)電電極放電電點(diǎn)都瞬瞬時(shí)獲得得大量熱熱能，這這些熱能能有一部部分由于于熱傳導(dǎo)導(dǎo)而散失失到電極極其它部部分和工工作液中中，其余余都將消消耗在比熱容、熔化熱熱、氣化化熱中。當(dāng)脈沖放放電能量量相同時(shí)時(shí)，金屬屬工件的的熔點(diǎn)、沸沸點(diǎn)、比比熱容、熔化熱熱、氣化化熱等愈高，電蝕量將將愈少，愈難加加工；導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)愈大的金屬，因能把把較多的的熱量傳傳導(dǎo)、散散失到其其它部位位，故降降低了本本身的蝕蝕除量。522.34金屬材料料熱學(xué)常常數(shù)對(duì)電電蝕量的的影響因此，電電極的蝕蝕除量與與電極材材料的導(dǎo)導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)及其它它熱學(xué)常常數(shù)等有有密切的的關(guān)系。而且單個(gè)個(gè)脈沖能能量一定定時(shí)，脈脈沖電流流幅值愈愈小，脈脈沖寬

32、度度愈長(zhǎng)，散失的的熱量也也愈多，使電蝕蝕量減少少；當(dāng)脈沖寬寬度愈短短，脈沖沖電流幅幅值愈大大，會(huì)使使熱量過(guò)過(guò)于集中中而來(lái)不不及傳導(dǎo)導(dǎo)擴(kuò)散。雖然散失失的熱量量減少，但拋出出金屬中中的氣化化部分比比例增大大，多耗耗了氣化化熱，使使得電蝕蝕量也降降低。532.35工作液對(duì)對(duì)電蝕量量的影響響電火花加加工一般般在液體體介質(zhì)中中進(jìn)行。液體介介質(zhì)通常常叫做工工作液。工作液液作用主主要是：(1)壓縮放電電通道，并限制制其擴(kuò)展展，使放放電能量量高度集集中在極極小的區(qū)區(qū)域內(nèi)，既加強(qiáng)強(qiáng)了蝕除除的效果果，又提提高了放放電仿型型的精確確性。(2)加速電極極間隙的的冷卻和和消電離離過(guò)程，有助于于防止出出現(xiàn)破壞壞性電弧弧放

33、電。(3)加速電蝕蝕產(chǎn)物的的排除。(4)加劇放電電的流體體動(dòng)力過(guò)過(guò)程，有有助于金金屬的拋拋出。542.35工作液對(duì)對(duì)電蝕量量的影響響只有絕緣緣介質(zhì)才才能產(chǎn)生火花花擊穿并并且在放放電結(jié)束束后迅速速恢復(fù)間間隙絕緣緣狀態(tài)。液體介介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度度比較高高，可以在在較小電電極間隙隙下?lián)舸┐?，從而而提高仿型型精度；火花放電電受液體體介質(zhì)的的壓縮和和放電磁磁場(chǎng)的壓壓縮，放放電通道道截面積積很小，電流密密度高度度集中，提高了了生產(chǎn)率率和加工工精度；在脈沖放放電作用用下，液液體介質(zhì)質(zhì)急劇蒸蒸發(fā)，產(chǎn)產(chǎn)生局部部高壓有有利于金金屬和電電蝕產(chǎn)物物的排出出，液體體介質(zhì)冷冷卻電極極和工件件，防止止熱變形形。冷卻卻的介質(zhì)質(zhì)又

34、使電電流密度度加大，能量更更加集中中。絕緣恢復(fù)復(fù)得快的的液體介介質(zhì)有助助于減少少放電后后殘留離離子，避避免電弧弧放電。552.35工作液對(duì)對(duì)電蝕量量的影響響工作液性性能對(duì)加加工質(zhì)量量的影響響很大。介電性能能好，密度度和粘度度大的工工作液有有利于壓壓縮放電電通道，提高放放電能量量密度，強(qiáng)化電電蝕產(chǎn)物物拋出；但粘度度大又不不利于電電蝕產(chǎn)物物排出，影響正正常放電電。目前，電電火花成成形加工工多采用用油類(lèi)做做工作液液。機(jī)油油粘度大大、燃點(diǎn)點(diǎn)高，用用它做工工作液有有利于壓壓縮放電電通道，提高放放電的能能量密度度，強(qiáng)化化電蝕產(chǎn)產(chǎn)物的拋拋出效果果，但粘粘度大，不利于于電蝕產(chǎn)產(chǎn)物的排排出，影影響正常常放電；煤

35、油粘粘度低，流動(dòng)性性好，但但排屑條條件較好好。562.35工作液對(duì)對(duì)電蝕量量的影響響粗加工時(shí)時(shí)脈沖能量量大，加加工間隙隙大，爆爆炸排屑屑拋出能能力強(qiáng)，選用介介電性能能、粘度度較大的的機(jī)油，機(jī)油燃燃點(diǎn)較高高，大能能量加工工時(shí)著火火燃燒的的可能性性小。在半精、精精加工時(shí)放電間間隙小，排屑困困難，選選用粘度度小，流流動(dòng)性好好，滲透透性好的的煤油作為工作作液。用各種油油類(lèi)以及及其它碳碳?xì)浠虾衔镒龉すぷ饕簳r(shí)時(shí)，在放放電過(guò)程程中不可可避免地地產(chǎn)生大大量碳黑黑，嚴(yán)重重影響電電蝕產(chǎn)物物的排除除及加工工速度，這種影影響在精精密加工工中尤為為明顯。在精密加工工中，可采采用比較較純的蒸餾水、去離子水水或乙醇水溶溶

36、液來(lái)做工作作液，其其絕緣強(qiáng)強(qiáng)度比普普通水高高。572.36其它因素素對(duì)電蝕蝕量的影影響加工過(guò)程程的穩(wěn)定定性，加加工過(guò)程程不穩(wěn)定定將干擾擾以致破破壞正常常的火花花放電，使有效效脈沖利利用率降降低。隨著加工工深度、加工面面積的增增加，或或者加工工型面復(fù)復(fù)雜程度度的增加加，都將將不利于于電蝕產(chǎn)產(chǎn)物的排排出，影影響加工工穩(wěn)定性性；降低加工工速度，嚴(yán)重時(shí)時(shí)將造成成結(jié)炭拉拉弧，使使加工難難以進(jìn)行行。582.36其它因素素對(duì)電蝕蝕量的影影響為了改善善排屑條條件，提提高加工工速度和和防止拉拉弧，常常采用強(qiáng)強(qiáng)迫沖油油和工具具電極定定時(shí)抬刀刀等措施施。電極材料料對(duì)加工工穩(wěn)定性性也有影影響，鋼鋼電極加加工鋼時(shí)時(shí)不易

37、穩(wěn)穩(wěn)定，純純銅、黃黃銅加工工鋼時(shí)則則比較穩(wěn)穩(wěn)定。脈沖電源源的波形形及其前前后沿陡陡度影響響著輸入入能量的的集中或或分散程程度，對(duì)對(duì)電蝕量量也有很很大影響響。592.36其它因素素對(duì)電蝕蝕量的影影響在電火花花加工過(guò)過(guò)程中電電極材料料瞬時(shí)熔熔化或氣氣化而拋拋出，如如果拋出出速度很很高，就就會(huì)沖擊擊另一電電極表面面使其蝕蝕除量增增大；如如果拋出出速度較較低，則則當(dāng)噴射射到另一一電極表表面時(shí)，會(huì)反粘粘和涂覆覆在電極極表面，減少其其蝕除量量。炭黑膜的的形成也也將影響響到電極極的蝕除除量。如如果工作作液是以以水溶液液為基礎(chǔ)礎(chǔ)的，如如去離子子水、乳乳化液等等，還會(huì)會(huì)產(chǎn)生電電化學(xué)陽(yáng)陽(yáng)極溶解解和陰極極電鍍沉沉積

38、現(xiàn)象象，影響響電極的的蝕除量量。602.5電火花加加工的特特點(diǎn)(1)被加工材材料的可可加工性性主要取取決于材材料的電電學(xué)、熱熱學(xué)性能能，而與與材料的的力學(xué)性性能幾乎乎無(wú)關(guān)。這就使使電火花花加工能能以柔克克剛，用用較軟的的工具加加工較硬硬和較韌韌的材料料，例如如用紫銅銅或石墨墨的工具具電極加加工淬火火鋼；不不銹鋼、硬質(zhì)合合金，甚甚至可以以加工各各種超便便材料。(2)加工中工工具電極極與工件件不直接接接觸，故沒(méi)有有顯著的的“切削力”，適于加加工各種種彈性薄薄壁件，對(duì)于大大件加工工也不會(huì)會(huì)出現(xiàn)因因同時(shí)加加工的面面積大而而引起加加工變形形的問(wèn)題題。(3)可以將電電極的形形狀“復(fù)印”到工件上上適合合加工

39、各各種型孔孔、空間間曲面及及復(fù)雜形形狀的表表面。612.5電火花加加工的應(yīng)應(yīng)用電火花穿穿孔加工工演示電火花成成型加工工演示62電火花加加工表面面粗糙度度粗加工表表面半精加工工表面精加工表表面632.6電火花線(xiàn)線(xiàn)切割工作原原理電火花線(xiàn)線(xiàn)切割是是采用線(xiàn)狀電極極通過(guò)火花花放電對(duì)對(duì)工件進(jìn)進(jìn)行切割割的。有有時(shí)被籠籠統(tǒng)地稱(chēng)稱(chēng)為線(xiàn)切切割。電火花線(xiàn)線(xiàn)切割無(wú)無(wú)須制作作成形電電極，而而是采用用電極絲絲(銅絲或鉬鉬絲)對(duì)工件進(jìn)進(jìn)行切割割成形。電極是銅銅絲或鉬鉬絲，貯貯絲筒使使電極絲絲作正反反向交替替移動(dòng)，工作臺(tái)臺(tái)帶動(dòng)工工件在兩兩個(gè)水平平坐標(biāo)方方向上按按預(yù)定的的控制程程序作伺伺服進(jìn)給給運(yùn)動(dòng)，從而切切割工件件成形。642.6電火花線(xiàn)線(xiàn)切割工作原原理電極絲與與工件之之間脈沖沖放電（正極性性加工）電極絲沿沿其軸向向作走絲絲運(yùn)動(dòng)（金屬絲絲0.0060.2mm）工件相對(duì)對(duì)于電極極絲在X、Y平面內(nèi)作作數(shù)控運(yùn)運(yùn)動(dòng)快走絲：走絲速速度810m/s，往復(fù)運(yùn)運(yùn)動(dòng)（我國(guó)獨(dú)獨(dú)創(chuàng)）慢走絲：走絲速速度0.2m/s，單向運(yùn)運(yùn)動(dòng)XY電源電火花