机械制造工艺与机床夹具 第七章

④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，缩短 了生产准备时间。
⑤由于电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。
⑥由于采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗少，从而对加 工精度的影响较小。 ⑦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。 ⑧在实体部分开始切割时，需加工穿丝用的预孔。
阳极（工件）和阴极（工具）间的电流。竖线 • 加工开始时，因工件与工具的形 与工具表面基本相似的形状为止。 的疏密程度表示电流密度的大小
状不同，工件表面上的各点至工具 表面的距离不等，因而各点的电流 密度不等。见图。 •间隙小处电流密度大，阳极金属 去除速度快；反之则去除速度慢。
(2)电解加工的特点
机械制造工艺与机床夹具
第七章 特种加工与其他新技术、新工艺
第一节
一、概述
特种加工工艺
• 传统的机械加工技术已有了很久的历史，它对人类的社会发展 和物质文明起了极大的作用。 1)解决各种难切削材料的加工问题。 2)解决各种特殊复杂型面的加工问题。 3)解决各种超精密、光整或具有特殊要求的零件的加工问题。 4)解决特殊材料、特殊零件的加工问题。
2)线切割加工相比于电火花穿孔成形加工的不同特点表现在：
①电极丝直径较小，脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工参数的范围 较小，只能采用正极性加工。 ②电极丝与工件始终有相对运动，尤其是快速走丝电火花线切割加工，间隙 状态可以认为是由正常火花放电、开路和短路这三种状态组成，一般没有稳 定的电弧放电。 ③电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象，因为在电极丝和工 件之间存在着某种电化学产生的绝缘薄膜介质，只有当电极丝被顶弯所造成 的压力和电极丝相对工件的移动摩擦使这种介质减薄到可被击穿的程度，才 会发生火花放电。
此外，由于电火花加工时，脉冲能量是间歇地以极 短的时间性作用在材料上，工作液是流动的，起到散热 作用。
• 2）缺点
• • • •
（1）主要用于加工金属等导电材料，加工半导体和非
导体材料需要具备一定的条件； （2）一般加工速度较慢。； （3）存在电极损耗 ； （4）最小角部半径有限制。
3、电火花加工的分类及其应用
(1)电火花线切割加工的工作原理与装置 1)电火花线切割加工的原理。 2)线切割加工的装置。
图7-5 高速走丝电火花线切割原理及设备构成 a)电火花切割工艺 b)电火花切割装置 1—绝缘底板 2—工件 3—脉冲电源 4—钼丝 5—导向轮 6—支架 7—储丝筒
电火花线切割加工原理
图示切割过程。
（1）电极丝与工件之间的脉冲放电。
工具电极是 “切削刀具”，起“切削”工件的作用。
电火花加工系统原理示意图
1—工件； 2—脉冲电源； 3—自动进给调节装置； 4—工具电极； 5—工作液； 6— 7—工作液泵
(1)
工具电极和工件被加工表面之间应保持一定 的放电间隙。
利用电腐蚀 现象加工的 条件
(2)
火花放电必须在有一定绝缘性能的工作介质 中进行。
2 电解加工
电解加工是电化学加工中的一种重要的加工方法。利用金属在电
解液中产生阳极溶解的电化学原理，并借助于成型的阴极，对工 件进行成型加工的加工方法。 我国50年代末期首先应用于军工领域，电解加工枪炮膛线， 此后不久，便迅速推广到航空发动机叶片型面及锻模型面的加工
中。到60年代后期，电解加工已成为航空发动机叶片生产的定型 工艺。
二、电火花加工
• 1.电火花加工的基本原理 电火花加工又称为放电加工（electrical discharge machining，EDM），其加工过程与传统的机械加工完全不同。 电火花加工的基本原理是利用工具和工件（正、负电极） 之间产生脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，
以达到对零件的尺寸、形状及表面质量的加工要求。
(2)线切割加工的特点 电火花线切割加工过程的机理和工艺，与电火花穿孔成形加 工既有共性，又有特性。 1)电火花线切割加工与电火花穿孔成形加工的共性表现在： ①线切割加工的电压、电流波形与电火花穿孔成形加工的基本 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， 材料的可加工性等都与电火花穿孔成形加工的基本相似。
按在加工过程中工具和工件相对运动的方式和用途的 不同，可以分为：
电火花穿孔成形加工
电火花线切割加工
电火花成形 和尺寸加工
电火花磨削和镗磨 电火花展成加工
电火花加工
高速小孔加工
电火花表面加工 电火花表面强化与刻字
4.电火花线切割加工
电火花线切割加工历经半个多世纪的发展，已 经成为先进制造技术领域的重要组成部分。电火花 线切割加工不需要制作成形电极，能方便地加工形 状复杂、大厚度的工件，且工件材料的预加工量少， 因此在模具制造、新产品试制和零件加工中 得到了广泛应用。
(3）
火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，而不是 持续电弧放电。
1）一定绝缘强度的液体介质（工作液） ）放电间隙采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工 2 如煤油、皂 3 ）脉冲放电 放电延续一段时间（通常10-7～10-8s）（脉 件极间微小（ 0.01 ～0.1mm）的放电间隙。 化液 、 去离子水 等。工作液有利于排出放电过程中产生的 冲宽度）后，需停歇一段时间（脉冲间隔）。
电蚀产物和冷却电极以及工作表面。
• 1)工具电极和工件电极之间必须始终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。 2)火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间(一般 为10-7~10-3s)后，需停歇一段时间，这样才能使放电所产生 的热量来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电点分别局 限在很小的范围内，避免像电弧持续放电那样，使表面烧伤而 无法用于零件加工。
8~10m/s（往复运动），钼丝可重复使用。
低速走丝时，线电极多采用铜丝，走丝速度小于
0.2m/s（单方向低速移动），电极丝只能一次性使用。
工作液一般为皂化液，起绝缘、冷却和冲走屑末的作 用。。
低速走丝电火花线切割加工原理
低速走丝（或称慢走丝）电火花线切割机床（WEDM-LS），是国外生产 和使用的主要机种，我国已生产和逐步更多地采用慢走丝机床。
1)电解加工较之其他加工方法所具有的优点 ①加工范围广，不受金属材料本身硬度、强度以及加工表面 复杂程度的限制。电解加工可以加工硬质合金、淬火钢、 不锈钢、耐热合金等高硬度、高强度及高韧性金属材料， 并可加工叶片、锻模等各种复杂型面。 ②生产率较高。电解加工约为电火花加工的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。
加工原理 图示电解加工。
•基本原理：金属在电解液中的 “电化学阳极溶解” 。 •加工时，工件接直流电源的阳 极，工具接电源阴极。工具向工件 缓慢迸给，使两间保持较小的间隙 (0.l～l.0mm)，在间隙间通过具 有一定压力（0.5～2.5MPa）高 速（5～50m/s）流动的电解液 由于工具相对工件不断进给，工件表面上各点就以不同的溶 (NaCl水溶液 )。这时阳极（工 如图所示的加工过程。图中竖线表示通过 件）便逐渐电解腐蚀。 解速度进行溶解，电解产物不断被电解液冲走，直至工件表面形成
（2）电极丝沿其轴向(垂直或Z方向)作走丝运动。 （3）工件相对于电极丝在X、Y平面内作直线运动。
根据电极丝的移动速度分线切割机床为高速走丝线
切割和低速走丝线切割机床。低速走丝线切割的加
工质量高，但设备费用、加工成本高。我国普遍采用高速走 丝线切割，也是我国独创的电火花线切割加工模式。近年正 在发展低速走丝线切割。 高速走丝时，线电极采用高强度钼丝，走丝速度
(2)电化学加工的分类
• 电化学加工按加工原理可以分为三大类。 1)利用阳极金属的溶解作用去除金属材料。 2)利用阴极金属的沉积作用进行镀覆加工。 3)电化学加工与其他加工方法结合完成的电化学复合加工。 (3)电化学加工的特点 1)适应范围广。 2)加工质量高。 3)加工过程不需要划分阶段。 4)电化学加工对环境有一定程度的污染，必须对电化学加工 废弃物进行处理，以免对自然环境造成污染和对人类健康造 成危害。
特种加工与传统切削加工的不同点主要有：
• 1)主要不是依靠机械能而是依靠其他能量(如电能、化学 能、光能、声能、热能等)去除工件材料。 2)工具硬度可以低于被加工材料的硬度，有的情况下，如 高能束加工甚至根本不需要任何工具。 3)加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力 作用。 • 4)加工后的表面边缘无毛刺残留，微观形貌“圆滑”。
目前，无论国内还是工业发达国家，电解加工都是国防、航空
和机械制造业不可缺少的重要工艺手段。
(1).电解加工的基本原理
电解加工机理：电解加工是利用金属在电解液中发生电化学 阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种加工方法。
图3-1-2 电解加工系统示意图 1—直流电源； 2—工件； 3—工具电极； 4—机床主轴； 5— 电解液泵； 6—电解液槽
加工工艺，被广泛应用于众多领域。
1.电化学加工概述
(1)电化学加工的基本原理 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 成形加工的一种特种加工工艺。
(1)电化学加工的基本原理
如果将两铜片插入CuCl2水溶液中(见上图)，由于溶液中含有OH－和Cl－负离 子及H＋和Cu2+正离子，当两铜片分别连接直流电源的正、负极时，即形成导电 通路，有电流流过溶液和导线。 在外电场的作用下，金属导体及溶液中的自由电子定向运动，铜片电极和溶 液的界面上将发生得失电子的电化学反应。其中，溶液中的Cu2+正离子向阴极 移动，在阴极表面得到电子而发生还原反应，沉积出铜。在阳极表面，Cu原子 失去电子而发生氧化反应，成为Cu2+正离子进入溶液。在阴、阳极表面发生得 失电子的化学反应即称为电化学反应，利用这种电化学反应作用加工金属的方 法就是电化学加工。其中，阳极上为电化学溶解，上。 在电极丝和工件之 间加上脉冲电源1 提 供加工能源。