第一篇：特種加工教案

27082 特種加工

江蘇技術師范學院編（高綱號 0628）

一、課程性質及其設置目的與要求

（一）課程性質和特點

《特種加工》課程是我省高等教育自學考試機械制造及自動化教育專業(yè)（獨立本科段）的一門重要的專業(yè)課。目前，各種特種加工方法在生產中應用日益廣泛，在國民經濟中占有重要的地位，對促進我國機械加工業(yè)的發(fā)展起到了巨大的作用。該課程向應考者系統(tǒng)地介紹了各種特種加工方法、加工原理以及加工設備，可以提高應考者解決機械加工中特殊零件加工問題的能力，為我國機械制造業(yè)培養(yǎng)特種加工的技術人才服務。

本課程主要介紹了電火花加工、電化學加工、激光加工、電子束和離子束加工、超聲加工、快速成形以及化學加工等基本原理、基本設備、工藝規(guī)律、主要特點和范圍。

通過本課程學習，要求應考者初步掌握特種加工的基本原理、基本規(guī)律、工藝特點以及應用場合，了解特種加工設備的組成和工作原理，以及生產中廣泛應用的實驗方法。在自學的過程中，應考者應經常參觀特種加工現場，通過實踐或交流來加深對特種加工的基本理論掌握和領會，做到理論與實踐相結合。

（二）本課程的基本要求

通過本課程的學習，應達到以下的要求：

1、熟悉電火花加工、電化學加工、激光加工、超聲加工的基本原理和工藝規(guī)律；

2、掌握電火花加工、電化學加工、激光加工、超聲加工的工藝過程及應用場合；

3、了解常見的特種加工設備的組成和工作原理；

4、了解電子束和離子束加工、快速成形以及化學加工等特種加工方法的基本原理

和加工過程。

（三）本課程與相關課程的聯(lián)系

本課程的前修課程包括物理、機械制造技術、液壓傳動與氣動技術，這些課程可以幫助應考者理解特種加工的原理，從而更好地掌握特種加工的工藝規(guī)律，達到熟練地運

用特種加工方法從事生產實踐。

二、課程內容與考核目標

第一章

概論

（一）課程內容

本章主要介紹了特種加工的概念、特點、分類和適用范圍，特種加工對材料可加工性和結構工藝性的影響，以及特種加工產生背景和發(fā)展狀況。

（二）學習目的與要求

通過本章的學習，了解特種加工的產生和發(fā)展史，掌握特種加工的各種加工方法種類及使用范圍，以及特種加工對材料可加工性和結構工藝性的影響。

（三）考核知識點與考核要求

1、識記：特種加工的主要特點和特種加工的分類。

2、了解：特種加工對材料可加工性和結構工藝性等的影響。

第二章

電火花加工

（一）課程內容

本章主要介紹了電火花加工的基本原理、加工機理、工藝規(guī)律，電火花加工設備包括脈沖電源、自動進給調節(jié)系統(tǒng)和加工機床，以及電火花加工的應用場合。

（二）學習目的與要求

通過本章的學習，掌握電火花加工的基本原理和加工機理；了解電火花穿孔成型加工的各種加工方法，熟悉電火花加工用脈沖電源、自動進給調節(jié)系統(tǒng)及電火花加工機床；熟練地掌握電火花加工中電規(guī)準的選擇和轉換的原則，運用原理控制加工精度、表面粗

糙度、蝕除速度等。

（三）考核知識點與考核要求

1、識記：電火花加工概念及加工特點、極性效應、加工速度和損耗速度、自動進

給調節(jié)系統(tǒng)的基本結構、電規(guī)準。

2、了解：EDM的應用、電液式和電機式自動進給調節(jié)系統(tǒng)。

3、理解：極性效應產生的原因、金屬材料熱學常數對電蝕量的影響、工作液對電蝕量的影響、影響加工速度的因素、如何利用各種效應降低相對損耗速度、表面變質層結構和產生的缺陷、幾種派生脈沖電源的優(yōu)點、電規(guī)準的選擇原則。

4、運用：根據放電腐蝕的影響因素選擇電火花加工中的極性和工作液、能夠選擇適當的EDM脈沖電源、電火花加工中電規(guī)準的選擇。

第三章

電火花線切割加工

（一）課程內容

本章主要介紹了電火花線切割加工原理、加工特點、加工工藝、加工設備及應用范圍，著重講述了線切割加工的控制系統(tǒng)和編程技術，以及影響線切割工藝指標的因素。

（二）學習目的與要求

通過本章的學習，了解線切割加工原理及加工設備，理解影響線切割工藝指標的因素和加工工藝，熟練地掌握WEDM的控制系統(tǒng)和編程技術，以及簡單零件的線切割加

工3B程序的編寫。

（三）考核知識點與考核要求

1、識記：線切割加工基本原理、軌跡控制和加工控制、切割速度和切割效率。

2、了解：線切割的應用范圍、線切割機床的結構和脈沖電源、電參量和非電參量

對工藝指標的影響。

3、理解：線切割加工錐度的方法、軌跡控制原理、3B程序結構和編程規(guī)則、電規(guī)

準的選擇。

4、運用：對平面圖形進行軌跡控制計算、編寫線切割加工3B程序。

第四章

電化學加工

（一）課程內容

本章主要介紹了電化學加工的基本原理及分類；電解加工和電解磨削的機理、特點、工藝和應用，以及加工設備和電解液；電鑄、涂鍍和復合鍍的原理、工藝及應用。重點闡述了電解加工的基本規(guī)律，以及提高電解加工精度的途徑，影響電解磨削精度的主要

因素。

（二）學習目的與要求

通過本章的學習，了解電化學加工的分類以及各種電化學加工工藝過程；理解電化學加工的基本原理，電解加工和電解磨削的加工機理；熟練地掌握電解加工的基本規(guī)律，以及提高電解加工精度的途徑，能夠進行電解加工的設計計算。

（三）考核知識點與考核要求

1、識記：電化學加工概念、平衡電極電位、濃差極化和電化學極化、金屬鈍化和活化、電化學加工分類、電化學當量、端面平衡間隙。

2、了解：電解加工的過程、影響電解表面質量的主要因素、電解加工的設備及應用、電解加工精度成形規(guī)律，電解磨削特點、電解磨削的電解液和設備、電解磨削的應用范圍，電鑄加工、涂鍍加工以及復合鍍加工基本原理。

3、理解：電化學加工的基本原理、三種常用電解液的特性、電化學當量和生產率的關系、電極間隙大小和蝕除速度的關系、提高電解加工精度的主要措施，電解磨削的基本原理、影響電解磨削加工精度主要因素。

4、運用：電化學當量的計算、電解蝕除速度和加工時間計算、電極間隙大小的計

算。

第五章

激光加工

（一）課程內容

本章主要介紹了激光產生的機理、激光的特性、激光加工的原理及特點，激光加工設備；重點闡述了激光加工工藝及應用。

（二）學習目的與要求

通過本章的學習，理解激光加工的原理和特點，了解激光加工的基本設備及工作原

理，掌握激光加工工藝和適用場合。

（三）考核知識點與考核要求

1、識記：激光加工的概念、激光的特性。

2、了解：激光產生機理、固體激光器和氣體激光器優(yōu)缺點。

3、理解：影響激光打孔主要因素、激光加工的應用。

第六章

電子束和離子束加工

（一）課程內容

本章主要介紹了電子束加工原理、特點、加工裝置以及工藝應用；離子束加工原理、分類、加工特點、加工裝置和適用場合。

（二）學習目的與要求

通過本章的學習，了解EBM和IBM加工原理，掌握電子束和離子束加工工藝及其

應用。

（三）考核知識點與考核要求

1、識記：電子束加工概念、離子束加工的物理基礎、電子束曝光。

2、了解：電子束加工設備的電子槍和控制系統(tǒng)、離子束加工設備的離子源、電子

束和離子束各種加工應用。

3、理解：電子束加工原理和離子束加工原理。

第七章

超聲加工

（一）課程內容

本章主要介紹了超聲波的特性、超聲加工原理和特點、超聲加工設備、超聲加工的應用，以及影響超聲加工質量的因素。

（二）學習目的與要求

通過本章的學習，了解超聲加工的基本原理以及加工設備和組成部分，掌握影響超

聲加工速度、精度和表面質量的因素。

（三）考核知識點與考核要求

1、識記：超聲加工的概念、空化作用、變幅桿、超聲波清洗。

2、了解：超聲波的特性、換能器和變幅桿的結構、超聲加工工作液、超聲加工的應用。

3、理解：超聲加工基本原理、聲學部件的工作原理、影響超聲加工質量的各種因

素。

第八章

快速成形技術

（一）課程內容

本章主要介紹了四種常見的快速成形技術的工藝原理、加工設備及應用。

（二）學習目的與要求

通過本章的學習，了解SL、SLS、LOM、FDM的工作原理、工藝過程及應用。

（三）考核知識點與考核要求

1、了解：SL、SLS、LOM、FDM的工作原理與工藝過程。

第九章

其它特種加工

（一）課程內容

本章主要介紹了化學加工、等離子體加工、擠壓珩磨、水射流切割等加工原理、工

藝特點、加工設備以及應用范圍。

（二）學習目的與要求

通過本章的學習，了解化學加工、等離子體加工、擠壓珩磨、水射流切割等特種加工方法的基本原理、加工設備以及其應用范圍。

（三）考核知識點與考核要求

1、識記：化學加工、等離子體加工、擠壓珩磨、水射流切割。

2、了解：化學加工應用、等離子體加工應用、擠壓珩磨應用、水射流切割應用。

三、有關說明和實施要求

（一）關于“考核知識點與考核要求”中有關提法的說明

在大綱的考核要求中，提出了“了解”、“識記”、“理解”和“運用”四個能力層次，它們之間是遞進關系，后者必須建立在前者的基礎上，它們的含義是：

1、了解：能夠知道有關加工機理、設備結構、工藝范圍等知識，并據此查閱資料

進行再學習。

2、識記：在了解的基礎上，記憶有關概念、理論等，并且能夠正確地認識和表達。

3、理解：在識記的基礎上，能夠全面把握基本概念、基本原理、基本方法，熟練地掌握有關概念、原理、方法的區(qū)別與聯(lián)系。

4、運用：在理解的基礎上，利用基本概念、基本原理、基本方法等去分析有關問題，解決實際問題，進行加工設備的選擇和加工工藝的安排。

（二）關于自學教材

本課程使用的教材為：《特種加工》（第四版），劉晉春等主編，機械工業(yè)出版社，2004年。

（三）自學方法的指導

本課程內容廣泛，難度不大，但是實踐性強，應考者在自學過程中應把握好以下幾

點：

1、在學習該課程之前，應該仔細閱讀考試大綱，了解課程的性質和任務，熟悉該課程相關的課程內容，使以后的學習緊緊圍繞課程的基本要求。

2、在學習每一章教材內容之前，必須認真研究大綱中關于該章的考核知識點和考核要求，以及該知識點的能力層次要求，以便在學習過程中把握尺度，有針對性地學習。

3、在學習教材時，對于每一種特種加工的加工機理必須仔細研讀，然后熟練地掌

握工藝原理，才能達到靈活地應用。

4、該教材配套的多媒體CAI課件對自學非常有幫助，應考者在學習教材的同時應該同步使用課件輔助自學，從而促進對特種加工機理和工藝過程的理解與實踐認識；同時，通過“習題解答”模塊幫助自學者更好地完成每章課后的思考題，增強學習的效果。

（四）對社會助學的要求

1、應熟練地掌握本考試大綱中提出的考核知識點，理解各個知識點的考核要求達

到的層次。

2、在社會助學過程中，應以指定的教材為基礎、以考試大綱為依據，不要輕易地

增刪內容，以免偏離考試的重點。

3、在教學的過程中，應注意對應考者學習方法的引導，以及主動解決問題能力的培養(yǎng)，突出解決工程問題的思路和方法。

4、授課的教師應該具有豐富的實踐經驗，從技術的角度進行理論教學，同時輔以實踐性環(huán)節(jié)教學，將會收到更好的助學效果。

（五）關于命題和考試的若干規(guī)定

1、試題的難易程度和能力層次不是同一個概念，命題時要注意同時兼顧這兩個方面。每份試卷中各能力層次題目所占分數的比例為：了解占15%，識記占20%，理解占35%，運用占30%.各種難易程度題目所占分數比例為：易占20%，較易占40%，較難

占30%，難占10%.2、本課程考試試卷可能采用的題型有：單項選擇題、填空題、名詞解釋、簡答題、綜合題等類型（見附錄）。

3、考試方式為閉卷、筆試，考試時間為150分鐘。評分采用百分制，60分為及格。

附錄 題型舉例

一、單項選擇題

1.與電化學當量有關的參數有（）

A.電解電流 B.電解時間 C.電解液壓力 D.工件材料

2.常用的超聲波加工裝置聲學部件——變幅棒形狀有（）

A.錐形 B.雙曲線形 C.指數形 D.階梯形

二、填空題

1.電解加工要求電解液中陰離子應具有 的標準電位，陽離子應具有 的標準電位。

2.加工較深小孔時，采用激光多次照射，孔徑，主要由于 結果。

三、名詞解釋

1.磁致伸縮效應

2.空化作用

四、簡答題

1.電解磨削與其它的電解加工有何不同之處？

五、綜合題

1.光華機械廠用NaCl電解液加工一種鋁零件，加工余量為30cm3，要求2min電解加工完一個零件，求需要用多大的電流？如有2800A容量的直流電源，電解時間需要多

少？（ω=124mm3/（A·h），η=96%）

2.需要線切割加工如下圖所示的軌跡，編寫線切割加工軌跡控制的3B程序。

江蘇省教育考試院

第二篇：特種加工教案

課題：概論 課時：2 授課：尹有根

教學目標：特種加工的概念、特點及發(fā)展、分類 教學重點：1 特種加工的特點及發(fā)展 特種加工的分類

1.1 特種加工的概念

一、引入課題:特種加工產生的條件，之所以產生特種加工普通機械加工滿足不了加工的要求。一些難加工的材料、一些有特殊要求的零件、加工效率（生產率）、生產成本等等都需要特種加工。比較普通加工與特種加工的區(qū)別來引入課題。

二、講課內容

1、特種加工的產生及定義

隨著社會生產的需要和科學技術的進步，20世紀40年代，前蘇聯(lián)科學家拉扎連柯夫婦研究開關觸點遭受火花放電腐蝕損壞的現象和原因，發(fā)現電火花的瞬時高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被腐蝕掉，開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工。后來，由于各種先進技術的不斷應用，產生了多種有別于傳統(tǒng)機械加工的新加工方法。這些新加工方法從廣義上定義為特種加工(NTM，Non-Traditional Machining)，也被稱為非傳統(tǒng)加工技術，其加工原理是將電、熱、光、聲、化學等能量或其組合施加到工件被加工的部位上，從而實現材料去除。

?可播放特種加工的一些視頻。1.2 特種加工的特點及發(fā)展 1.3 特種加工的分類

一、復習舊課:特種加工產生的原因及定義。

二、引入新課：特種加工范圍廣但有一些共性。與機械加工比起來有以下的一江蘇省農林職業(yè)技術學院《特種加工技術》教案

些特點。

三、講課內容

1、與傳統(tǒng)的機械加工相比，特種加工的不同點是：(1)不是主要依靠機械能，而是主要用其他能量(如電、化學、光、聲、熱等)去除金屬材料。

(2)加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機械切削力，故加工的難易與工件硬度無關。

(3)各種加工方法可以任意復合、揚長避短，形成新的工藝方法，更突出其優(yōu)越性，便于擴大應用范圍。

正因為特種加工工藝具有上述特點，所以就總體而言，特種加工可以加工任何硬度、強度、韌性、脆性的金屬或非金屬材料，且專長于加工復雜、微細表面和低剛度的零件。

2、特種加工技術的研究主要表現在以下幾個方面：

(1)微細化。

(2)特種加工的應用領域正在拓寬。

(3)廣泛采用自動化技術。

3、我國特種加工技術的發(fā)展情況

我國的特種加工技術起步較早。20世紀50年代中期我國工廠已設計研制出電火花穿孔機床，60年代末上海電表廠張維良工程師在陽極—機械切割的基礎上發(fā)明了我國獨創(chuàng)的快走絲線切割機床，4、特種加工的分類

分類沒有明確的規(guī)定，一般按能量來源和作用形式以及加工原理可分為表1-1所示的形式

表1-1 常用特種加工方法的分類

江蘇省農林職業(yè)技術學院《特種加工技術》教案

依據工件材料、尺寸、形狀、精度、生產率、經濟性等情況作具體分析，區(qū)別對待，合理選擇特種加工方法。如表1-2所示

表1-2 幾種常見特種加工方法的綜合比較

江蘇省農林職業(yè)技術學院《特種加工技術》教案

四、總結：

1、特種加工的特點和發(fā)展方向。

2、特種加工的分類

江蘇省農林職業(yè)技術學院《特種加工技術》教案

課題：第二章 電火花加工

2.1電火花加工的基本原理及其分類 2.2 電火花加工的機理 課時：2 授課：尹有根

教學目標：電火花加工的物理本質及特點 教學重點：1電火花加工的基本原理及其分類

2電火花加工的機理

2.1 電火花加工的物理本質及特點

一、復習舊課：與機械加工比較特種加工的特點及它的發(fā)展方向和分類。

二、引入新課:電火花加工是特種加工的典型代表。我們看見電火花加工中有火花產生材料就被蝕除掉了這是什么原因呢？

三、講課內容：

1、電火花加工的物理本質

電火花加工基于電火花腐蝕原理，是在工具電極與工件電極相互靠近時，極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產生瞬時高溫，使金屬局部熔化，甚至氣化，從而將金屬蝕除下來。分為以下幾個階段(如圖2-1所示)：

江蘇省農林職業(yè)技術學院《特種加工技術》教案

圖2-1 電火花加工原理

(1)極間介質的電離、擊穿，形成放電通道(如圖2-1(a)所示)。(2)電極材料的熔化、氣化熱膨脹(如圖2-1(b)、(c)所示)。(3)電極材料的拋出(如圖2-1(d)所示)。

(4)極間介質的消電離(如圖2-1(e)所示)。加工液流入放電間隙，將電蝕產物及殘余的熱量帶走，并恢復絕緣狀態(tài)。

上述步驟(1)～(4)在一秒內約數千次甚至數萬次地往復式進行，即單個脈沖放電結束，經過一段時間間隔(即脈沖間隔)使工作液恢復絕緣后，第二個脈沖又作用到工具電極和工件上，又會在當時極間距離相對最近或絕緣強度最弱處擊穿放電，蝕出另一個小凹坑。(如圖2-2所示)。所以電火花加工是大量的微小放電痕跡逐漸累積而成的去除金屬的加工方式。

圖2-2 電火花表面局部放大圖

2、電火花加工、電火花線切割加工的特點 1）．共同特點(1)二者的加工原理相同，都是通過電火花放電產生的熱來熔解去除金屬的，所以二者加工材料的難易與材料的硬度無關，加工中不存在顯著的機械切削力。(2)二者的加工機理、生產率、表面粗糙度等工藝規(guī)律基本相似，可以加工硬質合金等一切導電材料。(3)最小角部半徑有限制。電火花加工中最小角部半徑為加工間隙，6 線切割加工中最小角部半徑為電極絲的半徑加上加工間隙。江蘇省農林職業(yè)技術學院《特種加工技術》教案

2）．不同特點

(1)從加工原理來看，電火花加工是將電極形狀復制到工件上的一種工藝方法(如圖2-3所示)。而線切割加工是利用移動的細金屬導線(銅絲或鉬絲)做電極，對工件進行脈沖火花放電，切割成型的一種工藝方法，如圖2-4所示。

圖2-3 電火花加工

圖2-4 線切割加工

(2)從產品形狀角度看，電火花加工必須先用數控加工等方法加工出與產品形狀相似的電極；線切割加工中產品的形狀是通過工作臺按給定的控制程序移動

江蘇省農林職業(yè)技術學院《特種加工技術》教案

而合成的，只對工件進行輪廓圖形加工，余料仍可利用。

(3)從電極角度看，電火花加工必須制作成型用的電極(一般用銅、石墨等材料制作而成)；線切割加工用移動的細金屬導線(銅絲或鉬絲)做電極。(4)從電極損耗角度看，電火花加工中電極相對靜止，易損耗，故通常采用多個電極加工；而線切割加工中由于電極絲連續(xù)移動，使新的電極絲不斷地補充和替換在電蝕加工區(qū)受到損耗的電極絲，避免了電極損耗對加工精度的影響。(5)從應用角度看，電火花加工可以加工通孔、盲孔，特別適宜加工形狀復雜的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花紋等(如圖2-5(a)所示)；而線切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形狀復雜的窄縫及各種形狀復雜的零件(如圖2-5(b)所示)。

(a)電火花加工產品(b)線切割加工產品 圖2-5 加工產品實例

四、總結：

1、電火花加工的物理本質

2、電火花加工、電火花線切割加工的異同點

五、作業(yè)：

1、電火花加工的物理本質是什么？

江蘇省農林職業(yè)技術學院《特種加工技術》教案

2、電火花加工與電火花線切割加工的異同點是什么？ 課題：第二章 電火花加工

2.3電火花加工的一些基本規(guī)律 課時：2 授課：尹有根

教學目標：電火花加工的一些基本規(guī)律 教學重點：1電火花加工的一些基本規(guī)律

一、復習舊課：電火花加工的特點

二、引入新課：表面粗糙度、加工精度時電火花加工兩個中的指標。

三、講課內容：

１、影響表面粗糙度的主要因素 電火花加工表面粗糙度的形成與切削加工不同，它是由若干電蝕小凹坑組成的，能存潤滑油，其耐磨性比同樣粗糙度的機加工表面要好。

當峰值電流一定時，脈沖寬度越大，單個脈沖的能量就大，放電腐蝕的凹坑也越大、越深，所以表面粗糙度就越差。

在脈沖寬度一定的條件下，隨著峰值電流的增加，單個脈沖能量也增加，表面粗糙度就變差。

在一定的脈沖能量下，不同的工件電極材料表面粗糙度值大小不同，熔點高的材料表面粗糙度值要比熔點低的材料小。

工具電極表面的粗糙度值大小也影響工件的加工表面粗糙度值。由于電極的相對運動，工件側邊的表面粗糙度值比端面小。干凈的工作液有利于得到理想的表面粗糙度。２、影響加工精度的主要因素

1）．放電間隙

間隙大小對形狀精度也有影響，間隙越大，則復制精度越差，特別是對復雜形狀的加工表面。

江蘇省農林職業(yè)技術學院《特種加工技術》教案

2）．加工斜度

進入行腔后二次放電，產生加工斜度。3）．工具電極的損耗

工具電極的損耗錐度反映到工件上是加工斜度。３、電火花加工表面變化層和機械性能

圖3-11 電火花加工表面變化層

２）表面變化層的機械性能 ※顯微硬度及耐磨性

工件在加工前由于熱處理狀態(tài)及加工中脈沖參數不同，加工后的表面層顯微硬度變化也不同。加工后表面層的顯微硬度一般比較高，但由于加工電參數、冷卻條件及工件材料熱處理狀況不同，有時顯微硬度會降低。※殘余應力

電火花表面存在著由于瞬時先熱后冷作用而形成的殘余應力，而且大部分表現為拉應力?！?疲勞性能

電火花加工后，工件表面變化層金相組織的變化，會使耐疲勞性能比機械加工表面低許多倍。

４、電火花加工的穩(wěn)定性 1）．電規(guī)準與加工穩(wěn)定性

一般來說，單個脈沖能量較大的規(guī)準，容易達到穩(wěn)定加工。

在微細加工、排屑條件很差、電極與工件材料不太合適時，可增加間隔來改善加工的不穩(wěn)定性，但這樣會引起生產率下降。

江蘇省農林職業(yè)技術學院《特種加工技術》教案

對每種電極材料對，必須有合適的加工波形和適當的擊穿電壓，才能實現穩(wěn)定加工。當平均加工電流超過最大允許加工電流密度時，將出現不穩(wěn)定現象。2）．電極進給速度

電極的進給速度與工件的蝕除速度應相適應，這樣才能使加工穩(wěn)定進行。進給速度大于蝕除速度時，加工不易穩(wěn)定。3）．蝕除物的排除情況 4）．電極材料及工件材料

對于鋼工件，各種電極材料的加工穩(wěn)定性好壞次序如下：

紫銅(銅鎢合金、銀鎢合金)> 銅合金(包括黃銅)> 石墨 > 鑄鐵 > 不相同的鋼 > 相同的鋼；

淬火鋼比不淬火鋼工件加工時穩(wěn)定性好；硬質合金、鑄鐵、鐵合金、磁鋼等工件的加工穩(wěn)定性差。5）．極性

6）．加工形狀

５、合理選擇電火花加工工藝

一般來說，主要采用兩種方法來處理：第一，先主后次，如在用電火花加工去除斷在工件中的鉆頭、絲錐時，應優(yōu)先保證速度，因為此時工件的表面粗糙度、電極損耗已經不重要了；第二，采用各種手段，兼顧各方面。其中主要常見的方法有：

(1)粗、中、精逐擋過渡式加工方法。

(2)先用機械加工去除大量的材料，再用電火花加工保證加工精度和加工質量。(3)采用多電極。在加工中及時更換電極，當電極絕對損耗量達到一定程度時，及時更換，以保證良好的加工質量。

四、總結

１、影響表面粗糙度、加工精度的因素

２、如何控制電火花加工表面變化層和機械性能、加工的穩(wěn)定性

不合適的極性可能導致加工極不穩(wěn)定 江蘇省農林職業(yè)技術學院《特種加工技術》教案

３、如何合理選擇電火花加工工藝

電火花加工機床簡介

一、復習舊課: 電火花加工的物理本質及電火花加工、電火花線切割加工的異同點。

二、引入課題:知道了電火花加工的本質，接下來分開來介紹電火花加工和線切割加工。先看看電火花加工。

三、講課內容：

1、機床型號、規(guī)格、分類

我國國標規(guī)定，電火花成型機床均用D71加上機床工作臺面寬度的1/10表示。例如D7132中，D表示電加工成型機床(若該機床為數控電加工機床，則在D后加K，即DK)；71表示電火花成型機床；32表示機床工作臺的寬度為320 mm。

電火花加工機床按其大小可分為小型(D7125以下)、中型(D7125～D7163)和大型(D7163以上)；按數控程度分為非數控、單軸數控和三軸數控。

2、電火花加工機床結構 電火花加工機床主要由機床本體、脈沖電源、自動進給調節(jié)系統(tǒng)、工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng)、數控系統(tǒng)等部分組成，如圖2-6所示。

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圖2-6 電火花機床

1）、機床本體

機床本體主要由床身、立柱、主軸頭及附件、工作臺等部分組成。

機床主軸頭和工作臺常有一些附件，如可調節(jié)工具電極角度的夾頭、平動頭、油杯等。本節(jié)主要介紹平動頭。

在電火花加工中當用一個電極進行粗加工時，將工件的大部分余量蝕除掉后，其底面和側壁四周的表面粗糙度很差，為了將其修光，就得轉換規(guī)準逐擋進行修整。但由于中、精加工規(guī)準的放電間隙比粗加工規(guī)準的放電間隙小，若不采取措施則四周側壁就無法修光了。平動頭就是為解決修光側壁和提高其尺寸精度而設計的。

平動頭是一個使裝在其上的電極能產生向外機械補償動作的工藝附件。平動頭的動作原理是：利用偏心機構將伺服電機的旋轉運動通過平動軌跡保持機構轉化成電極上每一個質點都能圍繞其原始位置在水平面內作平面小圓周運動，許多小圓的外包絡線面積就形成加工橫截面積，如圖2-7所示，其中每個質點運動軌跡的半徑就稱為平動量，其大小可以由零逐漸調大，以補償粗、中、精加工的電火花放電間隙δ之差，從而達到修光型腔的目的。

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圖2-7平動頭擴大間隙原理圖

(a)機械式平動頭(b)數控平動頭

圖2-8平動頭外形

2）、脈沖電源

在電火花加工過程中，脈沖電源的作用是把工頻正弦交流電流轉變成頻率較高的單向脈沖電流，向工件和工具電極間的加工間隙提供所需要的放電能量以蝕除金屬。

脈沖電源輸入為380 V、50 Hz的交流電，其輸出應滿足如下要求：(1)要有一定的脈沖放電能量，否則不能使工件金屬氣化。

(2)火花放電必須是短時間的脈沖性放電，這樣才能使放電產生的熱量來不及擴散到其他部分，從而有效地蝕除金屬，提高成型性和加工精度。

(3)脈沖波形是單向的，以便充分利用極性效應，提高加工速度和降低工具電極損耗。

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(4)脈沖波形的主要參數(峰值電流、脈沖寬度、脈沖間歇等)有較寬的調節(jié)范圍，以滿足粗、中、精加工的要求。

(5)有適當的脈沖間隔時間，使放電介質有足夠時間消除電離并沖去金屬顆粒，以免引起電弧而燒傷工件?！趶埵矫}沖電源

弛張式脈沖電源是最早使用的電源，它是利用電容器充電儲存電能，弛張式脈沖電源結構簡單，使用維修方便，加工精度較高，粗糙度值較小，但生產率低，電能利用率低，加工穩(wěn)定性差，故目前這種電源的應用已逐漸減少。如圖2-9所示

圖2-9 RC線路脈沖電源

※閘流管脈沖電源

閘流管是一種特殊的電子管，當對其柵極通入一脈沖信號時，便可控制管子的導通或截止，輸出脈沖電流。由于這種電源的電參數與加工間隙無關，故又稱為獨立式電源。閘流管脈沖電源的生產率較高，加工穩(wěn)定，但脈沖寬度較窄，電極損耗較大?！w管脈沖電源 晶體管脈沖電源其輸出功率大，電規(guī)準調節(jié)范圍廣，電極損耗小，故適應于型孔、型腔、磨削等各種不同用途的加工。晶體管脈沖電源已越來越廣泛地應用在電火花加工機床上。

四、總結

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1、電火花機床型號、規(guī)格、分類

2、電火花機床的機床本體和脈沖電源的結構和特點 課題：第二章 電火花加工 2.4電火花加工的脈沖電源

2.5 電火花加工的自動進給調節(jié)系統(tǒng) 2.6 電火花加工機床 課時：2 授課：尹有根

教學目標：1.電火花加工的脈沖電源、自動進給調節(jié)系統(tǒng)

2.電火花加工機床

教學重點：1.電火花加工的脈沖電源、自動進給調節(jié)系統(tǒng)

2.電火花加工機床

一、復習舊課：電火花機床型號、規(guī)格、分類及電火花機床的機床本體和脈沖電源的結構和特點。

二、引入新課：上次課介紹了電火花的平動頭和脈沖電源是電火花機床廠家的核心機密，今天繼續(xù)看以下另外的兩個部件。

三、講課內容

3、自動進給調節(jié)系統(tǒng)

在電火花成型加工設備中，自動進給調節(jié)系統(tǒng)占有很重要的位置，它的性能直接影響加工穩(wěn)定性和加工效果。

電火花成型加工的自動進給調節(jié)系統(tǒng)，主要包含伺服進給系統(tǒng)和參數控制系統(tǒng)。伺服進給系統(tǒng)主要用于控制放電間隙的大小，而參數控制系統(tǒng)主要用于控制電火花成型加工中的各種參數(如放電電流、脈沖寬度、脈沖間隔等)，以便能夠獲得最佳的加工工藝指標等。1)伺服進給系統(tǒng)的作用及要求

在電火花成型加工中，電極與工件必須保持一定的放電間隙。伺服進

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給系統(tǒng)一般有如下要求

(1)有較廣的速度調節(jié)跟蹤范圍。(2)有足夠的靈敏度和快速性。(3)有較高的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

這里簡單介紹電液壓式伺服進給系統(tǒng)的原理。2)電液壓式伺服進給系統(tǒng)

圖2-10所示為DYT-2型液壓主軸頭的噴嘴—擋板式調節(jié)系統(tǒng)的工作原理圖。

圖2-10 噴嘴—擋板式電液壓自動調節(jié)器工作原理

當放電間隙短路時，動圈兩端電壓為零，此時動圈不受電磁力的作用，擋板受彈簧力處于最高位置Ⅰ，噴嘴與擋板門開口為最大，使工作液流經噴嘴的流量為最大，上油腔的壓力下降到最小值，致使上油腔壓力小于下油腔壓力，故活塞桿帶動工具電極上升。當放電間隙開路時，動圈電壓最大，擋板被磁力吸引下移到最低位置Ⅲ，噴嘴被封閉，上、下油腔壓強相等，但因下油腔工作面積小于上油腔工作面積，活塞上的向下作用力大于向上作用力，活塞桿下降。當放電間隙最佳時，電動力使擋板處于平衡位置Ⅱ，活塞處于靜止狀態(tài)。

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4、工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng)

電火花加工中的蝕除產物，一部分以氣態(tài)形式拋出，其余大部分是以球狀固體微粒分散地懸浮在工作液中，直徑一般為幾微米。隨著電火花加工的進行，蝕除產物越來越多，充斥在電極和工件之間，或粘連在電極和工件的表面上。蝕除產物的聚集，會與電極或工件形成二次放電。為了改善電火花加工的條件，一種辦法是使電極振動，以加強排屑作用；另一種辦法是對工作液進行強迫循環(huán)過濾，以改善間隙狀態(tài)。

圖2-11 工作液循環(huán)系統(tǒng)油路圖

四、總結：

1、自動進給調節(jié)系統(tǒng)特點及工作原理

2、工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng)作用

2.2 電火花加工機床簡介

一、復習舊課: 自動進給調節(jié)系統(tǒng)特點及工作原理并工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng)作用。

二、引入新課：現今各種加工機床都以數控化，接下來我們來看一下電火花機床的數控系統(tǒng)功能。

三、講課內容：

5、數控系統(tǒng)

1)數控電火花機床的類型

根據機床的數控坐標軸的數目，目前常見的數控機床有三軸數控電火花機床、四軸三聯(lián)動數控電火花機床、四軸聯(lián)動或五軸聯(lián)動甚至六軸聯(lián)動電火花加工機床。

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現在部分數控電火花機床還帶有工具電極庫，在加工中可以根據事先編制好的程序，自動更換電極。

2)數控電火花機床的數控系統(tǒng)工作原理

數控電火花機床能實現工具電極和工件之間的多種相對運動，可以用來加工多種較復雜的型腔。目前，絕大部分電火花數控機床采用國際上通用的ISO代碼進行編程、程序控制、數控搖動加工等，具體內容如下：

(ISO代碼編程ISO代碼是國際標準化機構制定的用于數控編碼和程序控制的一種標準代碼。代碼主要有G指令(即準備功能指令)和M指令(即輔助功能指令)，具體見表2-1。

表2-1 常用的電火花數控指令

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表2-2 工作坐標系

以上代碼，絕大部分與數控銑床、車床的代碼相同，只有G54、G80、G82、M05等是以前接觸較少的指令，其具體用法如下：

圖2-12 工作坐標系切換

一般的慢走絲線切割機床和部分快走絲線切割機床都有幾個或幾十個工作坐標系，可以用G54、G55、G56等指令進行切換(如表2-2所示)。如圖2-12所示，可以通過如下指令切換工作坐標系。G92 G54 X0 Y0； G00 X20.Y30.； G92 G55 X0 Y0；

這樣通過指令，首先把當前的O點定義為工作坐標系0的零點，然后分別把X、Y軸快速移動20 mm、30 mm到達點O‘，并把該點定義為工作坐標系1的零點。G80:

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含義：接觸感知。

格式：G80 軸＋方向

如：G80 X－； /電極將沿X軸的負方向前進，直到接觸到工件，然后停在那里

G82：

含義：移動到原點和當前位置一半處。

格式：G82軸

如：G92 X100.;/將當前點的X坐標定義為100.G82 X;/將電極移到當前坐標系X=50.的地方 M05：

含義：忽略接觸感知，只在本段程序起作用。

如：G80 X－； /X軸負方向接觸感知 G90 G92 X0 Y0； /設置當前點坐標為(0，0)M05 G00 X10./忽略接觸感知且把電極向X軸正方向移動10 mm

圖2-13 工件找正圖

以上代碼通常用在加工前電極的定位上，具體實例如下：

如圖2-13所示，ABCD為矩形工件，AB、BC邊為設計基準，現欲用電火花加工一圓形圖案，圖案的中心為O點，O到AB邊、BC邊的距離如圖中所標。已知圓形電極的直徑為20 mm，請寫出電極定位于O點的具體過程。首先將電極移到工件AB的左邊，Y軸坐標大致與O點相同，然后執(zhí)行如下指

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G80 X+;G90 G92 X0;M05 G00 X－10.； G91 G00 Y－38.； G90 G00 X50.； G80 Y+； G92 Y0；

M05 G00 Y－2.；/電極與工件分開，2 mm表示為一小段距離 G91 G00 Z10.； /將電極底面移到工件上面

G90 G00 X50.Y28.；

四、總結

電火花加工機床的數控系統(tǒng)的功能指令和編程方法 課題：第二章 電火花加工 2.7電火花穿孔成形加工 課時：2 授課：尹有根

教學目標：電火花穿孔成形加工 教學重點：電火花穿孔成形加工方法

4.1 電火花加工方法

1、穿孔加工方法

一、復習舊課：影響表面粗糙度、加工精度的因素，如何合理選擇電火花加工工藝

二、引入新課：電火花加工主要由三部分組成：電火花加工的準備工作、電火花加工、電火花加工檢驗工作。其中電火花加工可以加工通孔和盲孔，前者習慣稱為電火花穿孔加工，后者習慣上稱為電火花成型加工。它們不僅是名稱不同，而且加工工藝方法有著較大的區(qū)別，本章將分別加以介紹。

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三、講課內容：

1、電火花穿孔加工方法

電火花穿孔加工一般應用于沖裁模具加工、粉末冶金模具加工、拉絲模具加工、螺紋加工等。1）．間接法 間接法是指在模具電火花加工中，凸模與加工凹模用的電極分開制造，首先根據凹模尺寸設計電極，然后制造電極，進行凹模加工，再根據間隙要求來配制凸模。圖4-1為間接法加工凹模的過程。間接法的優(yōu)點是：

圖4-1 間接法

(1)可以自由選擇電極材料，電加工性能好。

(2)因為凸模是根據凹模另外進行配制，所以凸模和凹模的配合間隙與放電間隙無關。

間接法的缺點是：電極與凸模分開制造，配合間隙難以保證均勻。2）．直接法 直接法適合于加工沖模，是指將凸模長度適當增加，先作為電極加工凹模，然后將端部損耗的部分去除直接成為凸模直接法加工的凹模與凸模的配合間隙靠調節(jié)脈沖參數、控制火花放電間隙來保證。直接法的優(yōu)點是：

(1)可以獲得均勻的配合間隙、模具質量高。

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(2)無須另外制作電極。(3)無須修配工作，生產率較高。直接法的缺點是：

(1)電極材料不能自由選擇，工具電極和工件都是磁性材料，易產生磁性，電蝕下來的金屬屑可能被吸附在電極放電間隙的磁場中而形成不穩(wěn)定的二次放電，使加工過程很不穩(wěn)定，故電火花加工性能較差。(2)電極和沖頭連在一起，尺寸較長，磨削時較困難。3).混合法 混合法也適用于加工沖模，是指將電火花加工性能良好的電極材料與沖頭材料粘結在一起，共同用線切割或磨削成型，然后用電火花性能好的一端作為加工端，將工件反置固定，用“反打正用”的方法實行加工。(如圖4-2所示)。

圖4-2 混合法

混合法的特點是：

(1)可以自由選擇電極材料，電加工性能好。(2)無須另外制作電極。

(3)無須修配工作，生產率較高。(4)電極一定要粘結在沖頭的非刃口端

4).階梯工具電極加工法 階梯工具電極加工法在冷沖模具電火花成型加工中極為普遍，其應用方面有兩種：

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(1)無預孔或加工余量較大時，可以將工具電極制作為階梯狀，將工具電極分為兩段，即縮小了尺寸的粗加工段和保持凸模尺寸的精加工段。

(2)在加工小間隙、無間隙的冷沖模具時，配合間隙小于最小的電火花加工放電間隙，用凸模作為精加工段是不能實現加工的，則可將凸模加長后，再加工或腐蝕成階梯狀，使階梯的精加工段與凸模有均勻的尺寸差，通過加工規(guī)準對放電間隙尺寸的控制，使加工后符合凸凹模配合的技術要求

圖4-3 用階梯工具電極加工沖模

四、總結：電火花穿孔加工的方法

一、復習舊課：電火花加工機床的數控系統(tǒng)的功能指令和編程方法

二、引入新課：如前面所述，普通電火花加工機床為了修光側壁和提高其尺寸精度而添加平動頭，使工具電極軌跡向外可以逐步擴張，即可以平動。對數控電火花機床，由于工作臺是數控的，可以實現工件加工軌跡逐步向外擴張，即搖動，故數控電火花機床不需要平動頭。

三、講課內容：

3）數控電火花加工中搖動加工的作用是：

(1)可以精確控制加工尺寸精度。(2)可以加工出復雜的形狀，如螺紋。(3)可以提高工件側面和底面的表面粗糙度。(4)可以加工出清棱、清角的側壁和底邊。

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(5)變全面加工為局部加工，有利于排屑和加工穩(wěn)定。

(6)對電極尺寸精度要求不高。

搖動的軌跡除了可以像平動頭的小圓形軌跡外，數控搖動的軌跡還有方形、菱形、叉形和十字形，且搖動的半徑可為9.9 mm以內任一數值。4）搖動加工的編程代碼各公司均自己規(guī)定。以漢川機床廠和日本沙迪克公司為例，搖動加工的指令代碼如下(參見書表2-3)：

5）數控搖動的伺服方式共有以下三種(如圖2-14所示)：(1)自由搖動。選定某一軸向(例如Z軸)作為伺服進給軸，其他兩軸進行搖動運動(如圖2-14(a)所示),沿各軸方向可能出現不規(guī)則的進進退退。(2)步進搖動。在某選定的軸向作步進伺服進給，每進一步的步距為2 μm，其他兩軸作搖動運動(如圖2-14(b)所示)。例如： 步進搖動限制了主軸的進給動作，使搖動動作的循環(huán)成為優(yōu)先動作。步進搖動用在深孔排屑比較困難的加工中。它較自由搖動的加工速度稍慢，但更穩(wěn)定，沒有頻繁的進給、回退現象。

(3)鎖定搖動。在選定的軸向停止進給運動并鎖定軸向位置，其他兩軸進行搖動運動。在搖動中，搖動半徑幅度逐步擴大，主要用于精密修擴內孔或內腔(如圖2-14(c)所示)。例如： 鎖定搖動能迅速除去粗加工留下的側面波紋，是達到尺寸精度最快的加工方法。它主要用于通孔、盲孔或有底面的型腔模加工中。如果鎖定后作圓軌跡搖動，則還能在孔內滾花、加工出內花紋等。

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圖2-14 數控搖動的伺服方式

6.電火花機床常見功能

四、總結

1、電火花加工機床的數控系統(tǒng)的搖動功能

2、電火花機床常見功能

課題：第三章 電火花線切割加工

3.1電火花線切割加工原理、特點及應用范圍

3.2電火花線切割加工設備 課時：2 授課：尹有根

教學目標：1電火花線切割加工原理、特點及應用范圍

2電火花線切割加工設備

教學重點：1.電火花線切割加工原理、特點及應用范圍

電火花機床的常見功能如下：(1)回原點操作功能。

(2)置零功能。將當前點的坐標設置為零。(3)接觸感知功能。讓電極與工件接觸，以便定位。(4)其他常見功能

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一、復習舊課：電火花加工機床的數控系統(tǒng)的搖動功能 和電火花機床常見功能

二、引入新課：電火花的另一類加工就是線切割加工，利用電火花放電能腐蝕原理，工具電極是電極絲，用數控系統(tǒng)控制運動方向和位置來實現加工，接著我們來看它。

三、講課內容：

1、機床分類、型號

※分類 線切割加工機床可按多種方法進行分類，通常按電極絲的走絲速度分成快速走絲線切割機床(WEDM-HS)與慢速走絲線切割機床(WEDM-LS)。1)快速走絲線切割機床

快速走絲線切割機床的電極絲作高速往復運動，一般走絲速度為8～10 m/s，是我國獨創(chuàng)的電火花線切割加工模式。快速走絲線切割機床上運動的電極絲能夠雙向往返運行，重復使用，直至斷絲為止。線電極材料常用直徑為0.10～0.30 mm的鉬絲(有時也用鎢絲或鎢鉬絲)。對小圓角或窄縫切割，也可采用直徑為0.6 mm的鉬絲。工作液通常采用乳化液?？焖僮呓z線切割機床結構簡單、價格便宜、生產率高，但由于運行速度快，工作時機床震動較大。鉬絲和導輪的損耗快，加工精度和表面粗糙度就不如慢速走絲線切割機床，其加工精度一般為0.01～0.02 mm，表面粗糙度Ra為1.25～2.5 μm。2)慢速走絲線切割機床 慢速走絲線切割機床走絲速度低于0.2 m/s。常用黃銅絲(有時也采用紫銅、鎢、鉬和各種合金的涂覆線)作為電極絲，銅絲直徑通常為0.10～0.35 mm。電極絲僅從一個單方向通過加工間隙，不重復使用，避免了因電極絲的損耗而降低加工精度。同時由于走絲速度慢，機床及電極絲的震動小，因此加工過程平穩(wěn)，加工精度高，可達0.005 mm，表面粗糙度Ra≤0.32 μm。

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慢速走絲線切割機床的工作液一般采用去離子水、煤油等，生產率較高。

慢走絲機床主要由日本、瑞士等國生產，目前國內有少數企業(yè)引進國外先進技術與外企合作生產慢走絲機床。

※型號 國標規(guī)定的數控電火花線切割機床的型號，如DK7725的基本含義為：D為機床的類別代號，表示是電加工機床；K為機床的特性代號，表示是數控機床；第一個7為組代號，表示是電火花加工機床，第二個7為系代號(快走絲線切割機床為7，慢走絲線切割機床為6，電火花成型機床為1)；25為基本參數代號，表示工作臺橫向行程為250 mm。

2、快走絲線切割機床簡介 主要由機床本體、脈沖電源、數控系統(tǒng)和工作液循環(huán)系統(tǒng)組成

1）機床本體

機床本體主要由床身、工作臺、運絲機構和絲架等組成，具體介紹如下：

（1）床身

床身是支承和固定工作臺、運絲機構等的基體。因此，要求床身應有一定的剛度和強度，一般采用箱體式結構。床身里面安裝有機床電氣系統(tǒng)、脈沖電源、工作液循環(huán)系統(tǒng)等元器件。

（2）工作臺

目前在電火花線切割機床上采用的坐標工作臺，大多為X、Y方向線性運動。

（3）運絲機構

在快走絲線切割加工時，電極絲需要不斷地往復運動，這個運動是由運絲機構來完成的。最常見的運絲機構是單滾筒式，電極絲繞在儲絲筒上，并由絲筒作周期性的正反旋轉使電極絲高速往返運動。儲絲筒軸向往復運動的換向及行程長短由無觸點接近開關及其撞桿控制(如圖2-15中的5、4)，調整撞桿的位置即可調節(jié)行程的長短。

這種形式的運絲機構的優(yōu)點是結構簡單、維護方便，因而應用廣泛。其缺點是繞

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絲長度小，電動機正反轉動頻繁，電極絲張力不可調。

圖2-15 快走絲線切割機床結構圖

（4）絲架 運絲機構除上面所敘述的內容外，還包括絲架。絲架的主要作用是在電極絲快速移動時，對電極絲起支撐作用，并使電極絲工作部分與工作臺平面保持垂直，有些機床可實現錐度加工。2）脈沖電源 電火花線切割加工的脈沖電源與電火花成型加工作用的脈沖電源在原理上相同，不過受加工表面粗糙度和電極絲允許承載電流的限制，線切割加工脈沖電源的脈寬較窄(2～60 μs)，單個脈沖能量、平均電流(1～5 A)一般較小，所以線切割總是采用正極性加工。3）數控系統(tǒng)

數控系統(tǒng)在電火花線切割加工中起著重要作用，具體體現在兩方面：(1)軌跡控制作用。(2)加工控制。

目前絕大部分機床采用數字程序控制，并且普遍采用繪圖式編程技術，操作者首先在計算機屏幕上畫出要加工的零件圖形，線切割專用軟件。4）工作液循環(huán)系統(tǒng) 主要包括工作液箱、工作液泵、流量控制閥、進液管、回液管和過濾網罩等。

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四、總結

1、電火花線切割機床分類、型號

2、快走絲線切割機床

2.3 電火花線切割加工機床簡介之

2.3.3 慢走絲線切割機床 2.3.4 線切割機床常見的功能

一、復習舊課：電火花線切割機床分類、型號和快走絲線切割機床

二、引入新課：講完快走絲線切割機床我們來看看高精度的高成本慢走絲線切割機床及線切割機床常見的功能。

三、講課內容：

3、慢走絲線切割機床簡介 同快走絲線切割機床一樣，慢走絲線切割機床也是由機床本體、脈沖電源、數控系統(tǒng)等部分組成的。但慢走絲線切割機床的性能大大優(yōu)于快走絲線切割機床，其結構具有以下特點： 1）主體結構

（1）機頭結構 機床和錐度切割裝置(U，V軸部分)實現了一體化，并采用了桁架鑄造結構，從而大幅度地強化了剛度。（2）主要部件 精密陶瓷材料大量用于工作臂、工作臺固定板、工件固定架、導絲裝置等主要部件，實現了高剛度和不易變形的結構。（3）工作液循環(huán)系統(tǒng)

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慢走絲線切割機床大多數采用去離子水作為工作液，在較精密加工時，慢走絲線切割機床采用絕緣性能較好的煤油作為工作液。2）走絲系統(tǒng)

慢走絲線切割機床的電極絲在加工中是單方向運動。在走絲過程中，電極絲由儲絲筒出絲，由電極絲輸送輪收絲。慢走絲系統(tǒng)一般由以下幾部分組成：儲絲筒、導絲機構、導向器、張緊輪、壓緊輪、圓柱滾輪、斷絲檢測器、電極絲輸送輪、其他輔助件(如毛氈、毛刷)等。

4、線切割機床常見的功能 下面簡單介紹線切割機床較常見的功能。

(1)模擬加工功能。模擬顯示加工時電極絲的運動軌跡及其坐標。

(2)短路回退功能。加工過程中若進給速度太快而電腐蝕速度慢，在加工時出現短路現象，控制器會改變加工條件并沿原來的軌跡快速后退，消除短路，防止斷絲。

(3)回原點功能。遇到斷絲或其他一些情況，需要回到起割點，可用此操作。(4)單段加工功能。加工完當前段程序后自動暫停，并有相關提示信息，如：單段停止!按OFF鍵停止加工，按RST鍵繼續(xù)加工。此功能主要用于檢查程序每一段的執(zhí)行情況。

(5)暫停功能。暫時中止當前的功能。

(6)MDI功能。手動數據輸入方式輸入程序功能。

(7)進給控制功能。能根據加工間隙的平均電壓或放電狀態(tài)的變化，通過取樣、變頻電路，不斷定期地向計算機發(fā)出中斷申請，自動調整伺服進給速度，保持平均放電間隙，使加工穩(wěn)定，提高切割速度和加工精度。

(8)間隙補償功能。線切割加工數控系統(tǒng)所控制的是電極絲中心移動的軌跡。因此，加工零件時有補償量，其大小為單邊放電間隙與電極絲半徑之和。(9)自動找中心功能。電極絲能夠自動找正后停在孔中心處。

(10)信息顯示功能?？蓜討B(tài)顯示程序號、計數長度、電規(guī)準參數、切割軌跡圖形

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等參數。

(11)斷絲保護功能。在斷絲時，控制機器停在斷絲坐標位置上，等待處理，同時高頻停止輸出脈沖，絲筒停止運轉。

(12)停電記憶功能?？杀４嫒績却婕庸こ绦?，當前沒有加工完的程序可保持24小時以內，隨時可停機。

(13)斷電保護功能。在加工時如果突然發(fā)生斷電，系統(tǒng)會自動將當時的加工狀態(tài)記下來。

(14)分時控制功能?？梢砸贿呥M行切割加工，一邊編寫另外的程序。(15)倒切加工功能

(16)平移功能。主要用在切割完當前圖形后，在另一個位置加工同樣圖形等場合。這種功能可以省掉重新畫圖的時間。

(17)跳步功能?？梢院喕庸さ牟僮鬟^程。圖中，實線為零件形狀，虛線為電極絲路徑。

(18)任意角度旋轉功能?？梢源蟠蠛喕承┹S對稱零件的程編工藝，如齒輪只需先畫一個齒形，然后讓它旋轉幾次，就可圓滿完成。(19)代碼轉換功能。能將ISO代碼轉換為3B代碼等。

(20)上下異性功能?？杉庸こ錾舷卤砻嫘螤畈灰恢碌牧慵缟厦鏋閳A形，下面為方形等。

四、總結

1、慢走絲線切割機床

2、線切割機床常見的功能

五、作業(yè)

4、線切割機床有哪些常用的功能？

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3.1 電火花加工的常用術語

一、復習舊課:電火花線切割機床的簡介

二、引入新課:要很好的掌握電火花加工，先要知道電火花加工有哪些常用術語。接下來就來看電火花加工的常用術語。

三、講課內容

1、工具電極 電火花加工用的工具是電火花放電時的電極之一，故稱為工具電極，有時簡稱電極。由于電極的材料常常是銅，因此又稱為銅公(如圖3-1所示)。

圖3-1 電火花加工示意圖

2、放電間隙 放電間隙是放電時工具電極和工件間的距離，它的大小一般在0.01～0.5 mm之間，粗加工時間隙較大，精加工時則較小。

3、脈沖寬度ti(μs)脈沖寬度簡稱脈寬(也常用ON、TON等符號表示)，是加到電極和工件上放電間隙兩端的電壓脈沖的持續(xù)時間(如圖3-2所示)。

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圖3-2 脈沖參數與脈沖電壓、電流波形

4、脈沖間隔to(μs))脈沖間隔簡稱脈間或間隔(也常用OFF、TOFF表示)，它是兩個電壓脈沖之間的間隔時間(如圖3-2所示)。

5、放電時間(電流脈寬)te(μs)放電時間是工作液介質擊穿后放電間隙中流過放電電流的時間，即電流脈寬，它比電壓脈寬稍小，二者相差一個擊穿延時td。

6、擊穿延時td(μs)從間隙兩端加上脈沖電壓后，一般均要經過一小段延續(xù)時間td，工作液介質才能被擊穿放電，這一小段時間td稱為擊穿延時(見圖3-2)。

7、脈沖周期tP(μs)一個電壓脈沖開始到下一個電壓脈沖開始之間的時間稱為脈沖周期，顯然tP=ti+to(見圖3-2)。

8、脈沖頻率fP(Hz)脈沖頻率是指單位時間內電源發(fā)出的脈沖個數。顯然，它與脈沖周期tP互為倒數，即

9、有效脈沖頻率fe(HZ)

fp?1tp 35 江蘇省農林職業(yè)技術學院《特種加工技術》教案

有效脈沖頻率是單位時間內在放電間隙上發(fā)生有效放電的次數，又稱工作脈沖頻率。

10、脈沖利用率λ 脈沖利用率λ是有效脈沖頻率fe與脈沖頻率fp之比，又稱頻率比，即

fe

11、脈寬系數??τfp

脈寬系數是脈沖寬度ti與脈沖周期tp之比，其計算公式為

12、占空比ψ

??tit?itpti?to 占空比是脈沖寬度ti與脈沖間隔to之比，ψ=ti/to。

13、開路電壓或峰值電壓(V)開路電壓是間隙開路和間隙擊穿之前td時間內電極間的最高電壓(見圖3-2)。

14、火花維持電壓 火花維持電壓是每次火花擊穿后，在放電間隙上火花放電時的維持電壓，一般在25 V左右，但它實際是一個高頻振蕩的電壓(見圖3-2)。

15、加工電壓或間隙平均電壓U(V)加工電壓或間隙平均電壓是指加工時電壓表上指示的放電間隙兩端的平均電壓。

16、加工電流I(A)

加工電流是加工時電流表上指示的流過放電間隙的平均電流。

17、短路電流Is(A)短路電流是放電間隙短路時電流表上指示的平均電流。

18、峰值電流(A)峰值電流是間隙火花放電時脈沖電流的最大值(瞬時)，在日本、英國、美國常用Ip表示(見圖3-2)。

19、短路峰值電流(A)

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?s 短路峰值電流是間隙短路時脈沖電流的最大值，它比峰值電流要大20％～Is???i40％，與短路電流Is相差一個脈寬系數的倍數。

四、總結

特別是脈寬、脈間、峰值電壓、電流等。

3.2 影響材料放電腐蝕的因素

一、復習舊課：電火花加工的常用術語有哪些、各自的定義

二、引入新課：講完專業(yè)的術語對電火花的加工有所了解，接著便深入一些講重點。極性效應和覆蓋效應，電加工過程中兩極間的腐蝕量是不同的。這跟電極采用不同的接法、放電間隙、脈寬、電流都有關。覆蓋效應是在電極間形成碳素層覆蓋可以保護電極的腐蝕。

1、極性效應對電蝕量的影響

在生產中，將工件接脈沖電源正極(工具電極接脈沖電源負極)的加工稱為正極性加工(如圖3-3所示)，反之稱為負極性加工(如圖3-4所示)。

圖3-3 “正極性”接線法圖 圖3-4 “負極性”接線法圖

在實際加工中，極性效應受到電極及電極材料、加工介質、電源種類、單個脈沖能量等多種因素的影響，其中主要原因是脈沖寬度。

在電場的作用下，放電通道中的電子奔向正極，正離子奔向負極。在窄脈寬度加工時，由于電子慣性小，運動靈活，大量的電子奔向正極，并轟擊正極表面，使正極表面迅速熔化和氣化；而正離子慣性大，運動緩慢，只有一小部分能夠到

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達負極表面，而大量的正離子不能到達，因此電子的轟擊作用大于正離子的轟擊作用，正極的電蝕量大于負極的電蝕量，這時應采用正極性加工。

在寬脈沖寬度加工時，因為質量和慣性都大的正離子將有足夠的時間到達負極表面，由于正離子的質量大，它對負極表面的轟擊破壞作用要比電子強，同時到達負極的正離子又會牽制電子的運動，故負極的電蝕量將大于正極，這時應采用負極性加工。在實際加工中，要充分利用極性效應，正確選擇極性，最大限度地提高工件的蝕除量，降低工具電極的損耗。

2、覆蓋效應對電蝕量的影響 在材料放電腐蝕過程中，一個電極的電蝕產物轉移到另一個電極表面上，形成一定厚度的覆蓋層，這種現象叫做覆蓋效應。合理利用覆蓋效應，有利于降低電極損耗。在油類介質中加工時，覆蓋層主要是石墨化的碳素層，其次是粘附在電極表面的金屬微粒粘結層。

※碳素層的生成條件主要有以下幾點：(1)要有足夠高的溫度。

(2)要有足夠多的電蝕產物，尤其是介質的熱解產物──碳粒子。(3)要有足夠的時間，以便在這一表面上形成一定厚度的碳素層。(4)一般采用負極性加工，因為碳素層易在陽極表面生成。(5)必須在油類介質中加工。※影響覆蓋效應的主要因素有如下：(1)脈沖參數與波形的影響。(2)電極對材料的影響。(3)工作液的影響。

(4)工藝條件的影響。覆蓋層的形成還與間隙狀態(tài)有關。

在電火花加工中，覆蓋層不斷形成，又不斷被破壞。為了實現電極低損耗，達到

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提高加工精度的目的，最好使覆蓋層形成與破壞的程度達到動態(tài)平衡。

3、電參數對電蝕量的影響 單個脈沖能量與平均放電電壓、平均放電電流和脈沖寬度成正比。由上可見，要提高電蝕量，應增加平均放電電流、脈沖寬度及提高脈沖頻率。但在實際生產中，這些因素往往是相互制約的。

4、金屬材料對電蝕量的影響 當脈沖放電能量相同時，金屬工件的熔點、沸點、比熱容、熔化熱、氣化熱等愈高，電蝕量將愈少，愈難加工。

5、工作液對電蝕量的影響 電火花加工一般在液體介質中進行。液體介質通常叫做工作液，※工作液作用主要是：

(1)壓縮放電通道，并限制其擴展，使放電能量高度集中在極小的區(qū)域內，既加強了蝕除的效果，又提高了放電仿型的精確性。

(2)加速電極間隙的冷卻和消電離過程，有助于防止出現破壞性電弧放電。(3)加速電蝕產物的排除。

(4)加劇放電的流體動力過程，有助于金屬的拋出。

四、總結

1、極性效應

2、覆蓋效應

3、其他因素的影響

五、作業(yè)

1．什么是極性效應？在電火花加工中如何充分利用極性效應？ 2．什么是覆蓋效應？

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3.3 電火花加工工藝規(guī)律 3.3.1 影響加工速度的主要因素

一、復習舊課：極性效應、覆蓋效應、其他因素對電火花腐蝕的影響

二、引入新課：講述加工工藝規(guī)律的重要性，加工速度、加工精度、表面粗糙度之間的矛盾。

三、講課內容：

１、加工速度定義：電火花成形加工的加工速度，是指在一定電規(guī)準下，單位時間內工件被蝕除的體積V或質量m。一般常用體積加工速度Vw=V/T(單位為mm3/min)來表示，有時為了測量方便，也用質量加工速度Vm=m/t(單位為g/min)表示。２、電規(guī)準的影響 1)． 脈沖寬度對加工速度的影響

單個脈沖能量的大小是影響加工速度的重要因素。對于矩形波脈沖電源，當峰值電流一定時，脈沖能量與脈沖寬度成正比。

圖3-5 脈沖寬度與加工速度的關系曲線

2）．脈沖間隔對加工速度的影響

在脈沖寬度一定的條件下，若脈沖間隔減小，則加工速度提高(如圖3-6)。若脈沖間隔過小，會因放電間隙來不及消電離引起加工穩(wěn)定性變差，導致加工速度降低。

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圖3-6 脈沖間隔與加工速度的關系曲線

3）．峰值電流的影響

當脈沖寬度和脈沖間隔一定時，隨著峰值電流的增加，加工速度也增加(如圖3-7)。

圖3-7 峰值電流與加工速度的關系曲線

３、非電參數的影響 １）．加工面積的影響 圖3-8是加工面積和加工速度的關系曲線。由圖可知，加工面積較大時，它對加工速度沒有多大影響。但若加工面積小到某一臨界面積時，加工速度會顯著降低，這種現象叫做“面積效應

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圖3-8 加工面積與加工速度的關系曲線

2）．排屑條件的影響

在電火花加工過程中會不斷產生氣體、金屬屑末和碳黑等，如不及時排除，則加工很難穩(wěn)定地進行。加工穩(wěn)定性不好，會使脈沖利用率降低，加工速度降低。為便于排屑，一般都采用沖油(或抽油)和電極抬起的辦法。電極抬起有自適應“抬刀”和定時“抬刀”兩種。3）．電極材料和加工極性的影響

在電參數選定的條件下，采用不同的電極材料與加工極性，加工速度也大不相同。采用石墨電極，在同樣加工電流時，正極性比負極性加工速度高。

在加工中選擇極性，不能只考慮加工速度，還必須考慮電極損耗。如用石墨做電極時，正極性加工比負極性加工速度高，但在粗加工中，電極損耗會很大。故在不計電極損耗的通孔加工、取折斷工具等情況，用正極性加工；而在用石墨電極加工型腔的過程中，常采用負極性加工。

中等脈沖寬度、負極性加工時，石墨電極的加工速度高于銅電極的加工速度。在脈沖寬度較窄或很寬時，銅電極加工速度高于石墨電極。此外，采用石墨電極加工的最大加工速度，比用銅電極加工的最大加工速度的脈沖寬度要窄。4)．工件材料的影響

在同樣加工條件下，選用不同工件材料，加工速度也不同。這主要取決于工件材料的物理性能(熔點、沸點、比熱、導熱系數、熔化熱和汽化熱等)。一般說來，工件材料的熔點、沸點越高，比熱、熔化潛熱和氣化潛熱越大，加工速度越低，即越難加工。5)．工作液的影響

在電火花加工中，工作液的種類、粘度、清潔度對加工速度有影響。就工作液的種類來說，大致順序是：高壓水>(煤油＋機油)>煤油>酒精水溶液。在電火花成形加工中，應用最多的工作液是煤油。

四、總結：

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１、電參數脈寬、脈間、峰值電流對加工速度的影響。２、非電參數對加工速度的影響。

3.3 電火花加工工藝規(guī)律 3.3.2 影響電極損耗的主要因素

一、復習舊課：電參數脈寬、脈間、峰值電流對加工速度的影響。非電參數對加工速度的影響。

二、引入新課：電極損耗是電火花成型加工中的重要工藝指標

三、講課內容： １、電極損耗的定義

在生產中，常用相對損耗或損耗比作為衡量工具電極耐損耗的指標，即 電火花加工中，電極的相對損耗小于1%，稱為低損耗電火花加工。２、電參數對電極損耗的影響 1)脈沖寬度的影響

在峰值電流一定的情況下，隨著脈沖寬度的減小，電極損耗增大。脈沖寬度越窄，電極損耗θ上升的趨勢越明顯(如圖3-９所示)。

圖3-９ 脈沖寬度與電極相對損耗的關系

2)峰值電流的影響

用紫銅電極加工鋼時，隨著峰值電流的增加，電極損耗也增加。要降低電極損耗，應減小峰值電流。

由上可見，脈沖寬度和峰值電流對電極損耗的影響效果是綜合性的。只有脈沖寬度和峰值電流保持一定關系，才能實現低損耗加工。

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3)脈沖間隔的影響 在脈沖寬度不變時，隨著脈沖間隔的增加，電極損耗增大。

4)加工極性的影響

在其他加工條件相同的情況下，加工極性不同對電極損耗影響很大,一般情況下，采用石墨電極和銅電極加工鋼時，粗加工用負極性，精加工用正極性。但在鋼電極加工鋼時，無論粗加工或精加工都要用負極性，否則電極損耗將大大增加。３、非電參數對電極損耗的影響 1)加工面積的影響

在脈沖寬度和峰值電流一定的條件下，加工面積對電極損耗影響不大，當電極相對損耗小于l%，并隨著加工面積的繼續(xù)增大，電極損耗減小的趨勢越來越慢。當加工面積過小時，則隨著加工面積的減小而電極損耗急劇增加。2)沖油或抽油的影響

沖油或抽油壓力過大會加大電極的損耗。因為強迫沖油或抽油會使加工間隙的排屑和消電離速度加快，這樣減弱了電極上的“覆蓋效應”。

沖、抽油方式對電極損耗無明顯影響，但對電極端面損耗的均勻性有較大區(qū)別。沖油時電極損耗呈凹形端面，抽油時則形成凸形端面。3)電極的形狀和尺寸的影響

在電極材料、電參數和其他工藝條件完全相同的情況下，電極的形狀和尺寸對電極損耗影響也很大,如圖3-１0(a)所示的型腔，用整體電極加工較困難。在實際中首先加工主型腔(如圖3-１0(b)所示)，再用小電極加工副型腔(如圖3-１0(c)所示)。

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圖3-10 分解電極圖

4)工具電極材料的影響 工具電極損耗與其材料有關，損耗的大致順序如下：銀鎢合金 < 銅鎢合金 < 石墨(粗規(guī)準)< 紫銅 < 鋼 < 鑄鐵 < 黃銅 < 鋁。

四、總結

影響電極損耗的主要因素

4.1 電火花加工方法

2、成型加工方法

一、復習舊課：電火花穿孔加工的方法

二、引入新課：電火花成型加工和穿孔加工相比有哪些不同？

三、講課內容：

※電火花成型加工和穿孔加工相比有下列特點：

(1)電火花成型加工為盲孔加工，工作液循環(huán)困難，電蝕產物排除條件差。(2)型腔多由球面、錐面、曲面組成，結構復雜。(3)材料去除量大，表面粗糙度要求嚴格。

(4)加工面積變化大，要求電規(guī)準的調節(jié)范圍相應也大?！鶕娀鸹ǔ尚图庸さ奶攸c，在實際中通常采用如下方法： 1）.單工具電極直接成型法

單工具電極直接成型法是指采用同一個工具電極完成模具型腔的粗、中及精加工。

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圖4-4 單工具電極直接成型法

2）.多電極更換法

多電極更換法是指根據一個型腔在粗、中、精加工中放電間隙各不相同的特點，采用幾個不同尺寸的工具電極完成一個型腔的粗、中、精加工。

圖4-5 多電極更換法

多電極更換加工法的優(yōu)點:是仿型精度高，尤其適用于尖角、窄縫多的型腔模加工。它的缺點是需要制造多個電極、電極的依次更換需要有一定的重復定位精度。3）．分解電極加工法

分解電極加工法是根據型腔的幾何形狀，把電極分解成主型腔電極和副型腔電極，分別制造。先用主型腔電極加工出主型腔，后用副型腔電極加工尖角、窄縫等部位的副型腔。

4）．手動側壁修光法簡介

這種方法主要應用于沒有平動頭的非數控電火花加工機床。

四、總結

電火花成型加工主要方法

4.2 電火花加工準備工作

1、電極準備

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一、復習舊課：電火花成型加工主要方法

二、引入新課：電火花加工的加工輔助時間是比較多的。講完加工的方法，讓我們來看加工前的準備工作有哪些

三、講課內容：

1、電極材料選擇

不同的材料做電極對于電火花加工速度、加工質量、電極損耗、加工穩(wěn)定性有重要的影響。目前常用的電極材料有紫銅(純銅)、黃銅、鋼、石墨、鑄鐵、銀鎢合金、銅鎢合金等。

表4-1 電火花加工常用電極材料的性能

2、電極設計

在設計中，首先是詳細分析產品圖紙，確定電火花加工位置；第二是根據現有設備、材料、擬采用的加工工藝等具體情況確定電極的結構形式；第三是根據不同的電極損耗、放電間隙等工藝要求對照型腔尺寸進行縮放，同時要考慮工具電極各部位投入放電加工的先后順序不同，工具電極上各點的總加工時間和損耗不同，同一電極上端角、邊和面上的損耗值不同等因素來適當補償電極。※電極的結構形式

(1)整體電極。整體式電極由一整塊材料制成，若電極尺寸較大，則在內部

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設置減輕孔及多個沖油孔

(2)組合電極。組合電極是將若干個小電極組裝在電極固定板上，可一次性同時完成多個成型表面電火花加工的電極。

(3)鑲拼式電極。鑲拼式電極是將形狀復雜而制造困難的電極分成幾塊來加工，然后再鑲拼成整體的電極。※電極的尺寸 電極的尺寸包括垂直尺寸和水平尺寸，它們的公差是型腔相應部分公差的1/2～2/3。

電極的水平尺寸可用下式確定：

a=A±Kb 式中：a——電極水平方向的尺寸；

A——型腔的水平方向的尺寸； K——與型腔尺寸標注法有關的系數； b——電極單邊縮放量，電極平行于機床主軸線方向上的尺寸稱為電極的垂直尺寸。電極的垂直尺寸取決于采用的加工方法、加工工件的結構形式、加工深度、電極材料、型孔的復雜程度、裝夾形式、使用次數、電極定位校直、電極制造工藝等一系列因素。3.電極的制造

常用的電極制造方法有： 1)切削加工 2)線切割加工 3)電鑄加工

四、總結：電極的準備

五、作業(yè) 四章習題3、5

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4.2 電火花加工準備工作

2、電極裝夾與校正

一、復習舊課：電極的準備包括材料、電極設計結構、尺寸、電極制造

二、引入新課：電極裝夾的目的是將電極安裝在機床的主軸頭上，電極校正的目的是使電極的軸線平行于主軸頭的軸線，即保證電極與工作臺臺面垂直，必要時還應保證電極的橫截面基準與機床的X、Y軸平行。

三、講課內容： 1．電極的裝夾

①小型的整體式電極多數采用通用夾具直接裝夾在機床主軸下端，采用標準套筒、鉆夾頭裝夾；

②對于尺寸較大的電極，常將電極通過螺紋連接直接裝夾在夾具上。如圖4-6所示

圖4-6 ③鑲拼式電極的裝夾比較復雜，一般先用連接板將幾塊電極拼接成所需的整體，然后再用機械方法固定 2．電極的校正

(1)根據電極的側基準面，采用千分表找正電極的垂直度。

(2)電極上無側面基準時，將電極上端面作輔助基準找正電極的垂直度。

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圖4-6

四、總結：電極的裝夾與校正

4.2 電火花加工準備工作

3、電極定位

4、工件的準備

5、電蝕產物的排除

一、復習舊課:電極的裝夾與校正

二、引入新課：在電火花加工中，電極與加工工件之間相對定位的準確程度直接決定加工的精度。電火花加工在整個零件的加工中屬于最后一道工序或接近最后一道工序，所以在加工前宜認真準備工件。大家知道如果電火花加工中電蝕產物不能及時排除，則會對加工產生巨大的影響。電蝕產物的排除雖然是加工中出現的問題，但為了較好地排除電蝕產物，其準備工作必須在加工前做好。下面我們來看這三部分內容

三、講課內容

第三篇：特種加工論文

特種加工技術的現代應用及其發(fā)展研究

摘要：特種加工技術是直接借助電能、熱能、聲能、光化學能或者復合能實現材料切削的加工方法，是難切削材料、復雜型面、低剛度零件及模具加工中的重要工藝方法。本文介紹了概念、特點、分類以及近些年應用于特種加工的一些新方法、新工藝。

關鍵詞：特種加工 電火花加工 電化學加工 高能束流加工 超聲波加工 復合加工

1、特種加工技術的特點

現代特種加工（SP，SpciaI Machining）技術是直接借助電能、熱能、聲能、光能、電化學能、化學能及特殊機械能等多種能量或其復合以實現材料切除的加工方法。與常規(guī)機械加工方法相比它具有許多獨到之處。

1.1以柔克剛。因為工具與工件不直接接觸，加工時無明顯的強大機械作用力，故加工脆性材料和精密微細零件、薄壁零件、彈性元件時，工具硬度可低于被加工材料的硬度。

1.2用簡單運動加工復雜型面。特種加工技術只需簡單的進給運動即可加工出三維復雜型面。特種加工技術已成為復雜型面的主要加工手段。

1.3不受材料硬度限制。因為特種加工技術主要不依靠機械力和機械能切除材料，而是直接用電、熱、聲、光、化學和電化學能去除金屬和非金屬材料。它們瞬時能量密度高，可以直接有效地利用各種能量，造成瞬時或局部熔化，以強力、高速爆炸、沖擊去除材料。其加工性能與工件材料的強度或硬度力學性能無關，故可以加工各種超硬超強材料、高脆性和熱敏材料以及特殊的金屬和非金屬材料，因此，特別適用于航空產品結構材料的加工。

1.4可以獲得優(yōu)異的表面質量。由于在特種加工過程中，工件表面不產生強烈的彈、塑性變形，故有些特種加工方法可獲得良好的表面粗糙度。熱應力、殘余應力、冷作硬化、熱影響區(qū)及毛刺等表面缺陷均比機械切削表面小。各種加工方法可以任意復合，揚長避短，形成新的工藝方法，更突出其優(yōu)越性，便于擴大應用范圍。

由于特種加工技術具有其它常規(guī)加工技術無法比擬的優(yōu)點，在現代加工技術中，占有越來越重要的地位。許多現代技術裝備，特別是航空航天高技術產品的一些結構件，如工程陶瓷、渦輪葉片、燃燒室的三維型腔、型孔的加工和航空陀 螺、傳感器等精細表面尺寸精度達0.001Pm 或納米（nm）級精度，表面粗糙度#$ <0.01Pm 的超精密表面的加工，非采用特種加工技術不可。如今，特種加工技術的應用已遍及到各個加工領域。

2、特種加工的幾種方法及分類

2.1電火花加工（也叫放電加工，EDM，ElectrosparkDischarge Machining）是一種電加熱加工過程。它是將工具電極和工件置于絕緣的工作液中，工件和工具分別接直流脈沖電源正極和負極，加上電壓，因電極之間的放電效應，產生火花放電對金屬產生腐蝕來進行加工。由于電極之間工件材料的微小體積上可集中很高的能量（106 ~ 107W / mm2）足以使材料熔化和蒸發(fā)?？偰芰康囊徊糠忠册尫诺焦ぞ唠姌O上造成工具磨損。因此，工具電極磨損和加工精度低是電火花加工的重要問題也是研究發(fā)展工作的主攻方向。

電火花加工方法，按其加工過程中工具與工件相對運動的方式和加工用途的不同，可分為電火花穿孔和成形加工、電火花線切割、電火花磨削、電火花同步回轉加工及電火花強化與刻字等幾大類。電火花加工這種工藝方法在航空工業(yè)中直接進入產品加工的比重是比較小，大多數用于工具和非標準設備制造。它已廣泛用于加工各種模具、曲面零件、異形孔和盲孔，用電火花切割可切割沖模，二次曲面或空間曲面的零件，用電火花鏜、磨可加工高精度的小孔、外圓、內外螺紋和齒輪等。如今，電火花加工和線切割電火花加工技術和設備都取得了長足的進步，無論從設備自動化完備程度、加工精度、效率和功能都有很大改觀。

2.2電解加工（ECM，Electrochemical Machining）屬于電化學加工范疇，它是利用金屬在電解液中發(fā)生“陽極溶解”的原理，將零件加工成形的。加工時，工件接直流電源的正極（陽極），按要求形狀制成的工具接負極（陰極），具有一定壓力的電解液從兩極間隙中迅速流過，于是工件表面的金屬按工具陰極的形狀迅速溶解，并隨即被高速的電解液沖走，這種加工方法沒有機械加工中切削力和切削熱的作用，也沒有電火花加工中的熱影響，在航空工業(yè)中，發(fā)動機新結構、新材料構件廣泛利用電解加工，如鈦合金零件、高溫渦輪深細冷卻孔、整體渦輪和葉輪以及大型環(huán)形殼體件的內外旋轉表面、中小型支承件、盤形件腹板、特形孔均可采用電解加工。如今，電解加工技術已成為研制先進的航空發(fā)動機的關鍵制造技術之一。

電解加工的發(fā)展趨勢：進一步拓寬電解加工的應用范圍，提高加工精度，降低加工成本，提高生產率，建立電解加工柔性制造系統(tǒng)（FMS），開展計算機數 2 控仿形電解加工技術研究，開展理論研究和建立過程模型。

2.3復合加工（CM，Combined Machinin）是指用多種能量組合進行材料去除的工藝方法，以便能提高加工效率或獲得很高的尺寸精度、形狀精度和表面完整性。對于陶瓷、玻璃和半導體等高脆性材料，復合加工是經濟、可靠地實現高的成形精度和極低的表面粗糙度（可達10nm），并是使表面和亞表層的晶體結構組織的損傷減少至最低程度的有效方法。復合加工的方法大多是在機械加工的同時，應用流體力學、化學、光學、電力、磁力和聲波等能量進行綜合加工。也有不用常規(guī)的加工方法而僅僅依靠化學、光學或液動力等作用的復合加工。復合加工的技術發(fā)展趨勢：復合加工是對傳統(tǒng)中常用的單一的機械加工、電加工和激光加工等方法的重要發(fā)展和補充。隨著精密機械大量使用脆性材料（如陶瓷、光學玻璃和寶石晶體等）以及電子工業(yè)要求超精密的晶體材料（如超大規(guī)模集成電路的半導體晶片、電子槍的單晶體LaB4 和藍寶石等），將促使對其他能量形式的加工機理進行深入研究，并發(fā)展出多種多樣的適用

于各類特殊需求的最佳復合加工方法。發(fā)展虛擬制造技術。在實驗基礎上，應用計算機仿真模擬有限元分析方法來精確優(yōu)化加工參數。如對脆性材料的物理化學特性多樣的研究，可以開發(fā)出對脆性材料進行無微細裂紋且經濟性高的有效的工藝，并可預測出各種不同的復合加工工藝的物理參數和磨料特性下的表面精整質量、形狀精度和材料去除率，以利于對加工過程進行優(yōu)化控制。

2.4高能束流加工 高能束流加工也稱為三束流加工，是利用能量密度很高的激光束 電子束或離子束等去除工件材料的特種加工方法的總稱，其中電子束加工技術改變了原有的設計思想，可將原有的高精度復雜難加工型面或無法加工的大型整體零件分成若干個易加工的單元，精加工和熱處理以后，用電子束將其焊接成整體零件。

2.5超聲波加工 它是利用加工工具的超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工硬脆材料的一種成形方法、超聲波加工的尺寸精度可達0.05 0.01mm，表面粗糟度Ra值可達0.8 0.1 m，它適宜加工任何脆硬材料，可加工各種孔和型腔，也可進行套料切割、開槽和雕刻等，由于超聲波加工的生產效率比電火花加工低，而加工精度和表面粗糟度相對較好，所以常用于對工件的拋磨和光整加工。

3、特種加工的發(fā)展趨勢

為進一步提高特種加工技術水平及擴大其應用范圍 , 當前特種加工技術的發(fā)展趨勢主要包括以下幾點: 3 3.1、采用自動化技術。充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)進行優(yōu)化 , 加大對特種加工的基本原理、加工機理、工藝規(guī)律、加工穩(wěn)定性等深入研究的力度 , 建立綜合工藝參數自適應控制裝置、數據庫等(如超聲、激光等加工), 進而建立特種加工的 CAD /CAM與 FMS(Flexible ManufacturingSystem,柔性制造系統(tǒng))系統(tǒng) , 使加工設備向自動化、柔性化方向發(fā)展 , 這是當前特種加工技術的主要發(fā)展方向。

3.2、趨向精密化研究。高新技術的發(fā)展促使高新技術產品向超精密化與小型化方向發(fā)展 , 對產品零件的精度與表面粗糙度提出更嚴格的要求。為適應這一發(fā)展趨勢 , 特種加工的精密化研究已引起人們的高度重視 , 因此 , 大力開發(fā)用于超精加工的特種加工技術(如等離子弧加工等)已成為重要的發(fā)展方向。

3.3、開發(fā)新工藝方法及復合工藝。為適應產品的高技術性能要求與新型材料的加工要求 , 需要不斷開發(fā)新工藝方法 , 包括微細加工和復合加工 , 尤其是質量高、效率高、經濟型的復合加工 , 如工程陶瓷、復合材料以及聚晶金剛石等。

3.4、污染問題是影響和限制有些特種加工應用、發(fā)展的嚴重障礙。加工過程中產生的廢渣、廢氣如果排放不當 , 會造成環(huán)境污染 , 影響工人健康。必須花大力氣處理并利用廢氣、廢液、廢渣 , 向“ 綠色 ” 加工的方向發(fā)展。

3.5進一步開拓特種加工技術。以多種能量同時作用 , 相互取長補短的復合加工技術 , 如電解磨削、電火花磨削、電解放電加工、超聲電火花加工等 ,需要不斷。

參考文獻

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[3] 張紋，蔣維波.特種加工技術的應用與發(fā)展趨勢 [J].農業(yè)裝備技術，2006，32（3）：24-25 [4] 趙萬生.特種加工技術 [M ].北京:高等教育出版社, 2001.[5] 蘇士達,黃晨華,蔡小夢,等.超聲波加工與放電加工的幾種復合 [6 ] 黃春峰.鈑金工藝中的激光加工技術[ J].模具技術，1999（6）：48 ~ 55 [7 ] 陳明君.脆性材料塑料域的超精密加工方法[ J].航空 精密制造技術，2001（2），10 ~ 12 4 5

第四篇：特種加工報告

特種加工總結報告

院 系：機械與汽車工程學院 專 業(yè)：機械設計與制造 班 級： 學 號： 姓 名：

特種加工總結報告

摘要：特種加工技術是直接借助電能、熱能等各種能量進行材料加工的重要工藝方法?，F階段，先進制造技術不斷發(fā)展，作為先進制造技術中的重要的一部分，特種加工對制造業(yè)的作用日益突顯。本文對什么是特種加工、特種加工的特點、種類以及發(fā)展趨勢等作了描述。闡述了特種加工在現代社會發(fā)展過程中的重要地位，大力發(fā)展特種加工的必要性。

關鍵詞：特種加工、特種加工技術、特點、應用、發(fā)展趨勢 目錄： 引言

1、電火花加工

1.1 電火花放電沉積的基本原理與特點 1.2 極性效應

1.3 電火花加工中電極損耗分析與解決措施 1.4 電火花加工的發(fā)展趨勢

2、特種加工技術的特點或應用及發(fā)展前景 2.1特種加工技術的特點

2.2 特種加工引起的機械制造工藝技術變革 2.3特種加工技術的發(fā)展趨勢 2.4總結

3、結束語

引言：

傳統(tǒng)的機械加工技術對推動人類的進步和社會的發(fā)展起到了重大的作用。隨著科學技術的迅速發(fā)展，新型工程材料不斷涌現和被采用，工件的復雜程度以及加工精度的要求越來越高，對機械制造工藝技術提出了更高的要求。由于受刀具材料性能、結構、設備加工能力的限制，使用傳統(tǒng)的切削加工方法很難完成對高強度、高韌性、高硬度、高脆性、耐高溫和磁性等新材料，以及精密復雜、微細構件或難以處理的形狀的加工。為了解決這些加工的難題，人們不斷開發(fā)研究并成功采用“傳統(tǒng)的切削加工以外的新的加工方法—— 特種加工方法”解決了很多工藝問題，在生產上發(fā)揮了很大的作用，引起了機械制造工藝技術領域的許多變革。特種加工是相對于傳統(tǒng)的切削加工而言的，實質上是直接或復合利用電能、電化學能、化學能、光能、聲能、熱能、磁能、物質動能、甚至爆炸能等對工件進行加工的工藝方法的總稱。正文

1.電火花加工

電火花加工的原理是基于工具和工件之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現象來蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸形狀及表面質量預定的加工要求。按工具電極和工件相對運動的方式和用途的不同，電火花加工工藝大致可分為電火花成形加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜磨、電火花同步共軛回轉加工、電火花高速小孔加工、電火花放電沉積與刻字六大類。

1.1 電火花放電沉積的基本原理與特點

電火花放電沉積的原理是利用脈沖電路的充放電原理，采用導電材料(硬質合金、石墨、合金鋼、鋁和銅等)作為工具電極(陽極)，在空氣或特殊的氣體中使之與被強化的金屬工件(陰極)之間產生火花放電。當工具電極與工件達到某個距離電場強度足以使介質電離擊穿時兩者之間就產生火花放電，使電極端部與工件表面微區(qū)發(fā)生熔化甚至氣化，熔融金屬在熱作用，電磁力和機械力的作用下沉積在工件表面。電極與工件的放電間隙頻繁發(fā)生變化，電極與工件間不斷發(fā)生火花放電，從而實現放電沉積。1.2 極性效應

在電火花放電加工過程中，無論是正極還是負極，都會受到不同程度的電蝕。這種單純由于正、負極性不同而彼此電蝕量不一樣的現象叫做極性效應。因此，當采用窄脈沖、精加工時應選用正極性加工；當采用長脈沖、粗加工時，應采用負極性加工，此時可得到較高的蝕除速度和較低的電極損耗。從提高加工生產率和減小工具損耗的角度來看，極性效應愈顯著愈好，故在電火花加工中必須充分利用。當用交變的脈沖電流加工時，單個脈沖的極性效應便相互抵消，增加了工具的損耗，因此，電火花加工一般采用單向脈沖電源。

1.3 電火花加工中電極損耗分析與解決措施

電火花在整個加工過程中要受到各種干擾因素的影響, 這些干擾因素直接或間接地影響著加工質量。在電火花加工過程中電極損耗分為絕對損耗和相對損耗。造成電極損耗的原因有：小面積精加工，加工件結構尺寸偏小，加工時間過長，電極裝夾不當等因素。因此為了減少電極的損耗一般有以下方法：（1）有效排除電蝕物（2）電極材料和加工參數的合理選用（3）提高加工技能和安全操作意念等等。電火花加工電極損耗和變形是一個復雜的過程。為了降低電極損耗程度, 減少變形, 除了充分利用放電過程的極性效應和吸附效應外, 同時也要選用適宜的電極材料, 并且在實際的加工過程中要根據具體的加工對象實施一定的加工技巧和選擇合適的加工參數 1.4 電火花加工的發(fā)展趨勢

電火花線切割加工技術在相當長的時間里間都是采用精規(guī)準參數進行一次切割成型,其切割速度與加工表面質量之間存在著一定的矛盾。中國特有的高速走絲電火花線切割機長期存在的加工質量問題, 可以采用多次切割工藝來解決?，F目前中速走絲電火花線切割機是一種價格較低, 加工精度、粗糙度、加工效率介于高速走絲與慢走絲的一種機床,具有很好的發(fā)展前景。特種加工的發(fā)展趨勢

為進一步提高特種加工技術水平及擴大其應用范圍, 當前特種加工技術的發(fā)展趨勢主要包括以下幾點:1)采用自動化技術。充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)進行優(yōu)化,使加工設備向自動化、柔性化方向發(fā)展, 這是當前特種加工技術的主要發(fā)展方向。2)趨向精密化研究。高新技術的發(fā)展促使高新技術產品向超精密化與小型化方向發(fā)展, 對產品零件的精度與表面粗糙度提出更嚴格的要求。為適應這一發(fā)展趨勢, 特種加工的精密化研究已引起人們的高度重視, 3)開發(fā)新工藝方法及復合工藝。為適應產品的高技術性能要求與新型材料的加工要求, 需要不斷開發(fā)新工藝方法, 包括微細加工和復合加工, 尤其是質量高、效率高、經濟型的復合加工, 如工程陶瓷、復合材料以及聚晶金剛石等。

2、特種加工技術的特點或應用及發(fā)展前景 2.1特種加工技術的特點

2.1.1 加工范圍上不受材料強度、硬度等限制。特種加工技術主要不依靠機械力和機械能去除材料，而是主要用其他能量（如電、化學、光、聲、熱等）去除金屬和非金屬材料，完成工件的加工。故可以加工各種超強硬材料、高脆性及熱敏材料以及特殊的金屬和非金屬材料。

2.1.2 以柔克剛。特種加工不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件并不接觸，加工過程中工具和工件間不存在明顯的強大機械切削力，所以加工時不受工件的強度和硬度的制約，在加工超硬脆材料和精密微細零件、薄壁元件、彈性元件時，工具硬度可以低于被加工材料的硬度。

2.1.3 加工方法日新月異，向精密加工方向發(fā)展。當前已出現了精密特種加工，許多特種加工方法同時又是精密加工方法、微細加工方法，如電子束加工、離子束加工、激光束加工等就是精密特種加工；精密電火花加工的加工精密度可達微米級0.51μm，表面粗糙度可達鏡面 Ra0.02μm。2.1.4 容易獲得良好的表面質量。由于在加工過程中不產生宏觀切屑，工件表面不會產生強烈的彈、塑性變形，故可以獲得良好的表面粗糙度。殘余應力、熱應力、冷作硬化、熱影響區(qū)及毛刺等表面缺陷均比機械切割表面小，尺寸穩(wěn)定性好，不存在加工中的機械應變或大面積的熱應變。

2.2 特種加工引起的機械制造工藝技術變革

2.2.1特種加工擴大了可加工材料的范圍。特種加工方法使機制工藝可加工的材料范圍從普通材料發(fā)展到超硬材料和特殊材料，使任何材料的加工均成為可能。材料的可加工性不再與硬度、強度、韌性、脆性等成直接正比或反比關系。傳統(tǒng)上認為很難加工的金剛石、硬質合金、淬火鋼、石英、玻璃、陶瓷等材料，可以用電火花、超聲波、電解、激光等特種加工方法來加工。對電火花線切割而言，淬火鋼比未淬火鋼更易加工。2.2.2特種加工改變了傳統(tǒng)的結構工藝性好與壞的“概念”。傳統(tǒng)的加工方法 認為方孔、窄縫、小孔、深孔、彎孔等結構工藝性差，有些情況下被認為工藝性 很“壞 ”，甚至被列為結構設計禁區(qū)，特種加工使這一“壞”變成了可以，甚者可認為好，因為對于電火花穿孔、電火花線切割工藝來說，加工方孔和加工圓孔的難易程度是一樣的。如：山形硅鋼片沖模，過去由于不易制造往往采用拼鑲結構，現在采用電火花線切割加工，既使是硬質合金模具也可做成整體結構；小深斜孔、排孔、群孔、小方孔篩網，薄壁、彈性、低剛度零件等，過去認為的加 工難題，采用特種加工方法后變得容易了。

2.2.3特種加工改變了傳統(tǒng)的淬火工藝路線及零件不合格品的可修復性。特 種加工的出現，打破了淬火熱處理工序必須安排在除磨削以外的其它切削成型加工之后傳統(tǒng)工藝準則。由于特種加工不受工件硬度的限制，所以有時為了避免成型加工后淬火熱處理引起的應力變形，可以先淬火而后加工。過去認為很多 不可修復的廢品，現在都可用特種加工方法來修復。例如 ：過去淬火前忘了鉆定位銷孔、銑槽等工藝，淬火后只能報廢，現在可以用電火花打孔、切槽進行補救；加工尺寸超差及工作中磨損了的軸和孔，均可用電刷鍍修復。

2.2.4特種加工將改變新產品試制的傳統(tǒng)模式。傳統(tǒng)新產品的試制，往往是 刀具、模具、量具以及工裝夾具設計制造先行。例如：加工花鍵孔需要設計制造 花鍵孔拉刀；加工各種標準和非標準直齒輪需要準備滾刀或設計加工成形銑刀；大量 鈑金件 的異型孔 加工需 要沖模 ；復雜零件的試制所需要的刀具工裝更多?，F在采用數控電火花線切割，可直接加工花鍵孔、非標直齒輪、鈑金異型孔，甚至可加工復雜的二次曲面零件；采用快速成型技術—— 增材加工法，可快速完成各種復雜零件的試制。可見，特種加工方法的采用不僅可加快產品試制速度，而且可以節(jié)約大量的新產品試制費用，必將改變新產品設計試制的模式。

2.2.5特種加工技術已成為微細加工、納米加工的主要手段。目前，制造技術前沿逐漸轉向細小精微，微米、亞微米以及納米級制造成為制造業(yè)融入高 技術的切入點。而電子束、離子束、激光、電火花、電化學等電物理、電化學特種加工技術，正是近年來快速發(fā)展的微細和納米加工的主要手段。例如：離子注入、濺射、化學沉積（ＣＶＤ）、光刻、表面貼裝；磁頭、磁盤、晶片的納米級精密加工 ；納米材料的制造等。也就是說特種加工已成為未來先進制造技術的主要特征之一。

2.2.6特種加工引起了產品設計思路的變革。特種加工使任何材料的加工 成為可能，解決了各種特殊復雜表面的加工，以及各種超精、光整或具有特殊要求的零件加工問題，其中的快速成型技術又使產品的快速試制成為可能。所以特種工加工使產品設計中考慮的零件材料、制造工藝方法等有了更廣闊的選擇余地，甚至可以快速地將設計思想變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑?，從而使產品的設計思路趨“創(chuàng)意和制造的統(tǒng)一，即想到的就能做成”。隨著現代機械制造工藝的發(fā)展，不懂特種加工技術將不是一個合格的產品設計者與制造者。

2.3特種加工技術的發(fā)展趨勢

2.3.1 采用自動化技術充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)進行優(yōu)化，建立綜合參數自動適應系統(tǒng)、數據庫等，進而建立特種加工的CAD/CAM和FMS系統(tǒng)，這是當前特種加工技術的主要發(fā)展趨勢。

2.3.2 向工程化和產業(yè)化方向發(fā)展不斷改進、提高高能束源品質，對大功率、高可靠性、多功能、智能化加工設備的研發(fā)是今后的重點發(fā)展方向。

2.3.3 著力開展精密化研究高新技術的發(fā)展促使高新技術產品向超精密化與小型化方向發(fā)展，正向亞微米級和納米級邁進，對產品零件的精度與表面 粗糙度提出更嚴格的要求。為適應這一發(fā)展趨勢的需要，大力開發(fā)用于超精加工的特種加工技術（如等離子弧加工等）已成為重要的發(fā)展方向。

2.3.4污染問題是影響和限制某些特種加工應用、發(fā)展的嚴重障礙，加工過程中產生的廢渣、廢氣如果排放不當，會造成環(huán)境污染，影響工人健康。必須花大力氣處理并利用廢氣、廢渣、廢液，向“綠色”加工的方向發(fā)展。2.4總結

特種加工技術集成了機械、電子、信息、材料技術和計算機等技術，發(fā)展異常迅速?，F代特種加工技術主要是伴著高硬度、高強度、高韌性、高脆性等難切削材料的出現，以及制造精密細小、形狀復雜和結構特殊的零件的需要而產生的，具有其他常規(guī)加工技術無法比擬的優(yōu)點，已成為航空航天、汽車、儀器儀表、微型機械、輕工、模具等行業(yè)的支撐技術和關鍵技術。因此，特種加工技術還需更進一步的發(fā)展：① 不斷改進、提高高能束源品質，并向大功率、高可靠性方向發(fā)展。②高能束流加工設備向多功能、精密化和智能化方向發(fā)展，力求達到標準化、系列化和模塊化的目的。擴大應用范圍，向復合加工方向發(fā)展。③ 不斷推進高能束流加工新技術、新工藝、新設備的工程化和產業(yè)化工作。隨著我國機械制造業(yè)向高技術化邁進，特種加工的應用越來越廣泛，我國特種加工機床的總擁有量已居世界前列。特種加工及其引起的機械制造工藝技術的變革，應該引起我們思考與關注。隨著科學技術和現代工業(yè)的發(fā)展，特種加工技術必將不斷完善和迅速發(fā)展，反過來又必將推動科學技術和現代工業(yè)的發(fā)展，并發(fā)揮越來越重要的作用。

3、結束語

特種加工技術涵蓋了機械、材料等技術,是一門綜合的科學加工技術其發(fā)展異常迅速。加工尺度的微細化,加工方法的復合化和加工過程的自動化,已成為特種加工技術研究發(fā)展的熱點。隨著科學技術的飛速發(fā)展, 特種加工必將不斷完善和迅速發(fā)展, 特種加工必將成為推動科學技術和現代制造工業(yè)發(fā)展的中堅力量。

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第五篇：特種加工論文

加工間隙內電解產物對微細電解加工

院（系）名稱：

班 級：姓 名： 學 號：

機電工程學院

的影響分析 加工間隙內電解產物對微細電解加工的影響分析

摘要：微細電解加工時，由于間隙微小，生成的電解產物因難以從加工區(qū)域中移除而降低了加工速度甚至中斷加工。為保證加工的持續(xù)進行，利用工具電極作間歇快速回退是移除間隙內的電解產物、更新電解液的有效途徑之一。論文研究分析了間歇回退加工情況下電解產物移除速率對加工速度的影響，結果表明：加工速度并不隨加工間隙的減小而單調增大，實際加工速度存在極限值(極大值)。為兼顧加工效率和加工精度，應以與之對應的間隙值作為實際加工間隙。

Abstract: the subtle electrochemical machining, as the tiny gaps, generated by electrolysis product from processing area to remove and reduce the processing speed and even interrupt processing.To ensure that the ongoing process, using the tool electrode for intermittent fast back is removed in the clearance product, electrolysis update electrolyte one of the effective ways.Paper analyzes the intermittent back under processing product electrolysis rate on the processing speed remove influence, and the results show that: the processing speed is not with the decrease of the machining gap increases and drab, actual processing speed limit(maximum value)there.For both the processing efficiency and machining precision, should be with as the matching gap value as an actual machining gap.關鍵詞：微細電解加工；電解產物；加工速度；間歇回退

電解是基于金屬陽極在電解液中發(fā)生電化學溶解的原理，對工件進行減材加工。在電解加工時，工件材料是以離子的形式被蝕除，理論上工件可達到微米甚至納米精度，因此在精密、微細制造領域有著潛在的應用前景。但電解加工時陰、陽極間的電位差在加工間隙中形成的電場使工件上不希望被加工的部位和已加工部位都會被繼續(xù)蝕除，造成雜散腐蝕，這在很大程度上影響了電解加工的精度。因此，約束電場、改善流場是增強電解加工的集中蝕除能力、改善加工精度的基本途徑。為實現較高精度的微細電解加工，某個研究室提出了一種采用工具電極側面絕緣、微小加工間隙伺服控制、高頻窄脈沖電源、非線性低濃度電解液等方法集成的工藝路線，探索微細電解加工達到工業(yè)應用要求的可行性。在微細電解加工過程中，加工問隙微小是其最基本的特征，端面和側面的間隙一般在幾十微米以下叫，這樣小的間隙空間使得加工中生成的大量(相對于被蝕除掉的金屬體積)電解產物蓄積在加工區(qū)內，導致加工區(qū)局部電解液成分、濃度發(fā)生很大程度的改變，從而降低加工反應速度甚至中斷加工。由于加工尺寸和間隙微小，常規(guī)電解加工時采用的強制沖液更新間隙中電解液的方法在微細電解加工無法應用。為使微細電解加工能持續(xù)進行，通過加工間隙伺服控制，利用工具電極間歇回退產生的抽吸作用排出電解產物、更新加工區(qū)內部電解液將是一有效可行的技術途徑。l.電解加工的電化學過程分析

電解加工時，在工件金屬(陽極)和工具電極(陰極)表面分別進行著氧化和還原反應。反應是由發(fā)生在電極(這里的電極指的是在電化學反應中作為電子導電相的金屬，而非工具電極)／溶液這兩種導體界面上的一系列性質不同的過程組成，在電化學理論中統(tǒng)稱為“電極過程”。根據電極動力學理論，一般情況下，電極過程大致由下列各單元步驟串聯(lián)而成：(1)液相傳質步驟——反應物粒子向電極表面附近液層遷移。

(2)表面前置轉化步驟——反應粒子在電極表面或表面附近液層進行反應前的轉化，如反應粒子的吸附、金屬絡離子的解離或其他化學變化。

(3)電化學反應步驟(亦稱電子轉移步驟)反應粒子在電極／溶液界面上得電子或失電子，生成 還原反應和氧化反應產物。

(4)表面隨后轉化步驟——反應粒子在電極表面或表面附近液層進行反應后的轉化，如反應產物從電極表面脫附、復合、分解、歧化或其他化學變化。(5a)新相生成步驟--反應產物生成新相(氣體或固相沉積層)。

(5b)反應后液相傳質步驟——可溶性反應產物從電極表面向溶液內部遷移。

(5b)反應產物移除步驟——可溶性反應產物向溶液內部遷移和產生的新相被從加工間隙中移除。如這些電解產物不能及時有效地被移除掉而蓄積在加工間隙中，其中的金屬沉淀產物還會逐漸在陽極表面沉積，形成一層薄膜，阻礙反應的發(fā)生；陰極上生成的氫氣逐漸積聚，這樣不只是減慢了反應速度，甚至可能在陰、陽極問搭成連續(xù)的氣泡橋或形成空穴，而使加工中斷。因此，在微小間隙加工時反應產物移除步驟將取代換液良好時的電化學反應步驟而成為加工控制步驟，反應產物的移除(或電解液的更新)速度制約著陽極金屬的實際蝕除速度，成為在微細電解加工中影響實際加工速度的決定性因素。2電解產物移除策略

為了有效地移除電解產物，保證加工的持續(xù)進行，常規(guī)電解加工主要利用高壓、高速的電解液流動來帶走反應產物(包括反應熱)。但在微細電解加工時，由于電極本身尺寸微小，高沖液壓力可能導致電極發(fā)生振動甚至變形；且由于加工間隙微小，電解液沿程壓力損失大，外部沖液對加工區(qū)域內部較深處電解液的擾動和更新能力很弱，這在深小孑L加工時尤其明顯。此時僅對加工區(qū)進行外部沖液只能移除掉加工區(qū)域外部和淺表處的反應產物，加工間隙 內的反應產物仍會蓄積。在微細電解加工時，排出電解產物、更新加工間隙內部電解液的能途徑，一是工具電極高速旋轉’，或是工具電極間歇回退引。電極高速旋轉時，由于電解液具有一定粘性，旋轉電極的邊界將拽引著周圍的流體隨它一起作圓周運動，加強了間隙內電解液的對流，改善了流場。電極旋轉排屑方式適用于單電極圓孑L加工和掃描加工。但由于在電極端部中心處離心力接近零，電解產物無法順利排出，故仍需依賴間歇回退來強化電解液更新“。

電極間歇回退是在加工過程中讓電極按一定時間間隔快速回退，使加工區(qū)域內部的壓力驟然降低，形成強烈的抽吸作用，一方面可充分將加工區(qū)內的反應產物(包括氣泡)帶出工件表面外，另一方面可迫使周圍新鮮電解液被吸入到加工區(qū)內，并可通過熱對流抑制加工區(qū)內的溫升。間歇回退方式對單電極和陣列電極加工都適用，在微細電解加工研究中得到了較多的應用。

間歇回退加工過程如圖1所示，首先在回退前切斷加工電源，防止電極在運動過程中對孔側壁二次加工；然后電極逆進給方向快速回退到距離加工表面外一定距離處，使外部電解液將其端部附著的反應物盡量沖走；再根據進給速度計算當前加工位置，電極快速前進到該位置，形成加工間隙，接通電源，繼續(xù)加工。在圖1中，T為每次回退(含快退、快進過程)所需時間，由伺服控制裝置的響應速度決定；T，為兩次回退之問的進給加工時間。加工最初時，間隙內是新鮮電解液，電化學反應步驟是加工過程控制步驟；加工一段時間后，隨著電解產物蓄積，間隙內電解液實際電導率降低，電化學反應速度隨之減小，這時反應產物移除步驟成為控制步驟，當反應產物在間隙內積累到一定數量(并不一定需占據全部間隙空間)，加工中斷，此時需回退換液，如此往復。因此間歇回退加工過程實際由電化學反應步驟和反應產物移除步驟交替控制，加工速度的計算和優(yōu)化必須綜合考慮由法拉第電解定律得出的陽極金屬蝕除速度和反應產物的移除速度的影響。

3間歇回退方式加工速度分析 當加工間隙△很大，在曲線極值點的右側時，隨著△減小，加工速度會逐漸增大，這是由于 陽極金屬蝕除速度。較小，電解產物生成速度較慢，對間隙內加工條件的影響較小，此時電化學反應步驟是加工過程的控制步驟，加工速度主要受影響。當加工間隙減小到極值點附近時，此時加工程實際由電化學反應步驟和反應產物移除步驟混合控制，兩個步驟的潛在反應速度基本相同。當加工間隙△繼續(xù)減小，趨近于零時，加工速度隨..△近似呈現線性減小，這是由于在加工間隙很小時，間隙空間內容污(反應產物)能力弱，陽極金屬蝕除速度迅速降低，有效加工時間很短，此時反應產物移除步驟成為加工過程的控制步驟，加工速度主要受電解產物移除速度的影響。在微細加工感興趣的微小加工間隙(△<30 m)內，如圖5所示，當A值很小(=0．0005)時，B值對加工速度的影響很小。這是因為在微小加工間時，產物生成速度快，有效加工時間丁，相對于回退時間丁n而言較小，對加工速度的影響也較小。這意味著，為了達到較好的加工精度，采用小間隙加工時，產物排出困難，A值很小，即便是提高電解液濃度和加工電壓(B值會隨之增大)，對加工速度的改善也非常有限；且較高的電解液濃度和加工電壓會導致集中蝕除能力變弱，加工區(qū)域的側面間隙擴大。因此在微小加工間隙時應采用低濃度電解液和低電壓加工，加工速度不會明顯下降，同時能更好地保證加工精度.4結論

在微細電解加工過程中，隨著加工間隙減小，加工區(qū)域內電解產物的移除和電解液更新困難，電解產物的移除步驟制約著陽極金屬的實際蝕除速度，逐漸成為加工過程的控制步驟，最終決定了實際加工速度。在微小加工間隙時不能簡單地根據陽極金屬理想蝕除速度公式來確定加工間隙和加工速度等參數，否則會得出與實際情況矛盾的結果。加工速度的計算和優(yōu)化必須綜合考慮由法拉第電解定律得出的陽極金屬蝕除速度和反應產物的移除速度的影響。為了有效移除電解產物，保證加工的持續(xù)進行，可采用工具電極間歇回退加工方式來強化加工間隙內部電解液的更新。間歇回退加工時，實際加工速度并不隨加工間隙..△的減小而單調增大，實際加工速度存在極限值(極大值)，將對應的間隙值作為實際加工間隙，可兼顧加工效率和加工精度。當加工間隙△減小并趨近于零時，由于電解產物的影響，陽極金屬蝕除速度并不會趨于無窮大，實際加工速度將隨△減小反而降低。參考文獻：

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