微细电火花加工技术
电火花加工技术概述
《先进制造技术》课程学习报告 题目：电火花加工技术概述 专业：机械类 姓名：喻娇艳 年级：2013级 班级：机械类 1306 班 学号：201303164193 武汉科技大学机械自动化学院 2016年 6月 10日
电火花加工技术概述 喻娇艳 （武汉科技大学机械自动化学院, 湖北 ,武汉） （13 级机械类专业,学号 201303164193 ） 摘要：电火花加工（ Electrospark Machining ）在日本和欧美又称为放电加工（ Electrical Discharge Machining, 简称EDM） ,是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺,本文从电火花加工的 研究现状、基本原理、发展前景等三方面加以论述关键词：电火花加工的研究现状基本原理 . 发展前景 Summarize of Electrospark Machining Technique YU Jiao-yan (College of Machinery and Automation, WuHan University of Science and Technology, HuBei WuHan 430074) Abstract : Electrospark Machining Technique is also called Electrical Discharge Machining(EDM) in Japan and Occident,it ’s a new technology of machining using electrical and heat energy directly.This article discusses it in addition in three aspects including it ’s research status,fundamental principle,future prospects,etc. Keywords: Research status;Fundamental principle; Future prospects 1、前言 从前苏联科学院拉扎连柯夫妇在1943 年研制出世界上第一台实用化电火花加工装置以 来,电火花加工已有 70 多年的历史 ,发展速度是惊人的 ,目前已广泛应用于机械、宇航、航空、电子、电机、仪器仪表、汽车、轻工等行业,它不仅是一种有效的机械加工手段,而且已经成为在某些场合不可替代的加工方法.例如 ,在解决难、硬材料及复杂零件的加工问题时,应用电火花加工技术十分有效 . 据统计 ,目前电火花加工机床的市场占有率已占世界机床市场的6%以上 .而且随着科学技术的不断发展 ,现代制造技术极其相关技术为电火花技术的发展提供了良好机遇.柔性制造、人工智能技术、网络技术、敏捷制造、虚拟制造和绿色制造等现代制造技术正逐渐渗透到电 火花加工技术中来 ,给电火花加工技术的发展带来了新的生机.近年来 ,国内外很多研究机构对电火花加工技术进行了大量的研究,并且在许多方面取得了显著进展[1-5]. 2、电火花加工技术的研究现状 经过60 多年的发展,电火花加工技术已日趋完善.2011年第十二届中国国际展览会 上 ,40余家国内外特种设备生产商携机参展.在高速铣削技术日趋成熟且飞速发展的今天,包
微细电化学加工技术
微细电化学加工技术现状与进展 摘要：微细电电化学加工是微细加工领域的一个重要研究方向，电化学加工是利用电化学阳极溶解的原理将零件加工成型，具有工具无损耗、加工表面质量好、与零件材料硬度无关、加工后工件无应力和变形等优点，近年来随着电解加工理论的进一步成熟，微细电解加工以其独特的优势有望成为微细加工领域的又一主流技术[1]。微细电化学在未来的微纳加工中必将大有作为。本文介绍了国内外微细电化学加工技术、微细电化学加工电源及检测技术的研究现状[2]。结合国内外微细电化学加工技术的最新进展，系统地综述了微细电化学加工在多个方面的研究情况和工艺特点[3]。 关键词：电化学；电化学加工；微细电化学加工；脉冲电源。 电化学 电化学是一项古老的技术，是从研究电能与化学能的相互转换开始形成的。到20 世纪50 年代中期，苏联、美国和我国才相继开始了电解加工工艺的试验研究，电解加工也逐渐得到了发展。随着科学技术的不断发展和深入，电化学的研究领域不断拓宽和扩展，在电化学基础上开拓的电化学加工技术，支撑了电铸、电镀、电解冶炼和电解合成、电解加工、材料腐蚀的控制等重要的产业部门，已迅速地发展成为具有重大工业意义的一项技术。 电化学加工 电化学加工技术主要是利用金属材料发生氧化还原的电化学过程来实现去除材料和增加材料的目的。电化学加工技术自问世以来，以其新颖的加工原理而得到了极为广泛的应用，已成为当前机械加工领域中不可缺少的加工方法。电化学加工技术是一种特种加工技术，目前在微细加工中已占有重要的位置。由于加工过程是以离子单位方式进行的，所以在微细加工中占有重要的位置。随着现代电力电子技术的发展，针对电化学加工对精度和表面质量的要求，逐渐采用脉冲电源替代直流电源，而且脉冲电源的频率也在不断提高。另外，计算机控制技术的发展，使采用简单形状电极加工复杂结构的工件成为可能，使电化学加工技术有了广阔的应用前景[4]。电化学加工是一种基于在溶液中通电，使离子从一个电极移向另一个电极，从而将材料去除或沉积的方法，因此。它应是未来微、纳
电火花加工
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电火花加工 1.概述 电火花加工是一种自激放电，故又称放电加工（EDM）,于20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产，是目前机械制造业中应用最广泛的特种加工方法之一，在难切削材料、复杂型面零件等的加工中得到了广泛应用。 2.原理 火花放电的两个电极间在放电前具较高的电压，当两电极接近时，其间介质被击穿后，随即发生火花放电。伴随击穿过程，两电极间的电阻急剧变小，两极之间的电压也随之急剧变低。火花通道必须在维持暂短的时间(通常为后及时熄灭，才可保持火花放电的“冷极”特性(即通道能量转换的热能来不及传至电极纵深)，使通道能量作用于极小范围。通道能量的作用，可使电极局部被腐蚀。利用火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行尺寸加工的方法，叫电火花加工。电火花加工是在较低的电压范围内，在液体介质中的火花放电。 3.特点 1.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于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。 2.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。 3.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。 4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。基于.上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项: 1)制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。 2)加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。 3)在金属板材上切割出零件。4)加工窄缝。 5)磨削平面和圆面。
电火花加工报告技术
电火花加工技术 一：电火花技术概述 电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，放电时局部瞬时产生的高温把金属蚀除下来。 早在十九世纪，人们就发现了电器开光的触点开闭时，以为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电副食产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。1870年，英国科学家普利斯特里最早发现电火花对金属的腐蚀作用。当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。直到1934年，前苏联科学家拉扎连柯等把电火花对金属的腐蚀作用利用起来。 后来，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。 在中国电火花加工技术起步稍晚。根据中国的国情，实现电火花加工技术的原始创新是很困难的，只能采取引进消化吸收再创新的策
略，因为这套系统集成了很多学科领域的知识，如计算机的软硬件、微电子、数控、电力半导体、机械技术、电气技术等，是多方面、多学科集成的产品，是比较复杂的高科技产品。国内现在显然还没有一个能够独立进行原始创新的团队，因此注定要经历一个长时间痛苦的积淀过程，所以我认为中国的电火花技术创新之路别无选择。政府也越来越认识到高校已经不再是创新的主战场，必须依托企业才能实现。 制造业是一个传统行业。一个国家的发展终归要落脚于制造业，因此作为基础工业，制造业必定拥有永久的生命力，而电加工行业也不例外。随着各项技术的不断发展，电加工技术也在进步，至于一项技术能够发展多久，也要看这个行业中的人怎样去尽心敬业、钻研并推进它。 二: 加工原理及原理图 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电 蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。 电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～ 0.05mm）。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近
电化学加工
电化学加工 摘要：电化学进行加工的各种方法的研究。电化学加工是通过化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。近几十年来，借助高新科学技术，在精密电铸、复合电解加工、电化学微细加工等发展较快。目前电化学加工已成为一种不可缺少的微细加工方法，并在国民经济中发挥着重要作用。 关键词:电化学加工、微细加工、 一、电化学加工的发展历程 早在1834年法拉利发现了电化学作用原理，后又开发出如:电镀，电铸，点解加工等化学方法，并在工业上得到广泛的应用。中国在20世纪50年代就开始应用电解加工方法对炮膛进行加工，现已广泛应用于航空发动机的叶片，筒形零件、花键孔、内齿轮、模具、阀片等异形零件的加工。近年来出现的重复加工精度较高的一些电解液以及混气电解加工工艺,大大提高了电解加工的成型精度,简化了工具阴极的设计，促进了电解加工工艺的进一步发展。利用电化学反应对金属材料进行加工的方法。与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度、韧性的限制，已广泛用于工业生产中。常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。电化学加工的基本原理是用两片金属作为电电极，通电并浸入电解溶液中，形成通路。导线和溶液中均有电流通过。但是金属导线和电解溶液是两类性质不同的导体，前者是靠自由电子在外电场大的作用下沿一定方向移动导电的：后者是靠溶液中正、负离子移动而导电的，是离子导体。当上述两类导体形成通路时，在金属片和溶液的界面上产生交换电子的反应，机电化学反应。 二、电化学加工的基本原理和特点 基本原理：电化学加工的基本原理是用两片金属作为电极，通电并浸入电解溶液中，形成通路。导线和溶液中均有电流通过。但是金属导线和电解溶液是两类性质不同的导体，前者是靠自由电子在外电场大的作用下沿一定方向移动导电的：后者是靠溶液中正、负离子移动而导电的，是离子导体。当上述两类导体形成通路时，在金属片和溶液的界面上产生交换电子的反应，机电化学反应。 特点：电化学加工的最大优点是可以用来加工复杂的三维曲面，而且不会留下来条纹痕迹。采用不锈钢制造的阴极工具，可以把很多初步形成的零件加工到具有极高的外形尺寸要求。电化学加工的特点是： 1、可对任何金属材料进行形状，尺寸和表面的加工。加工高温合金，钛合金，淬硬钢，硬质合金等难加工金属材料时，有点更加突出。 2、加工无机械切削力和切削热的作用，因此加工后表面无冷硬层，残余应力。 3、无毛刺加工。 4、工具和工件不接触，工具无磨损。 5、加工可以在大面积上同时进行，也无需划分粗，精加工，具有较高的生产率。 6、电化学作用的产物（气体和废液）对环境有污染，对设备也有腐蚀。 三、电化学加工的工艺类型 电化学加工按其作用原理课分为三大类。 第一类是利用电化学阳极溶解来进行加工，主要有点解加工，电镀抛光等； 第二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； 第三类是利用电化学加工与其他加工方法复合加工工艺，目前主要有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。 四、电化学加工设备
埃马克高精密电解加工(PECM)技术2_图文
页码 1 — 6 埃马克高精密电解加工(PECM 技术——应对难加工材料的解决方案 汽车生产行业发展飞速,其趋势之一就是,建设新的生产基地,迎接新的挑战。特别是南美和中国,正在建设大量的生产基地,这些基地的规划会受到多种需求的影响。不仅需要建设具备创新技术和高度灵活的生产线来确保产量的提高(例如,每天出厂的乘用车数量,还要必须保障产品质量的不断提高。因此,在研发更有效的新工艺方面,对机械工程设计行业的创新者们提出了更高的要求,而埃马克(EMAG 的PECM 技术在对难加工材料制成的复杂零部件进行加工时拥有巨大的优势。 汽车工业、航空工业以及其他工业部门的发展为加工行业带来了巨大挑战,因为随着这些行业的发展和技术的进步,他们需要越来越多的难加工材料,以及制造更多具有特别复杂几何形状的新零部件。制造这些零部件所需的新工艺必须能够保证高效的生产工艺,和保证绝对的工艺完整性。 关注高难度的加工要求 在这种背景下,显而易见,生产计划人员必须要努力寻找新的创新性加工工艺。同时人们经常会问:那些机械工程设计领域中的新技术能否应对不断增长的生产需求?对于这一问题,埃马克集团旗下的一家电解加工(ECM 技术公司 EMAG ECM GmbH 给出了一个特殊的答案。埃马克的专家们利用他们称之为 PECM 的技术(“ P ”代表“精密”,进一步改进了该工艺。他们从一开始就特别关注加工复杂零部件
过程中所需的高难度任务。正如 EMAG ECM 技术销售主管理查德 ·凯勒所说:“在加工高强度合金时,许多用户至今仍依赖高速铣削和电火花放电加工。但是这项技术有自己的劣势,比如,工具磨损非常大,而且产生高温对材料造成不良影响。在PECM 中,则不会存在这些问 页码 2 — 6 题,即使出现这些现象,所造成的影响也是微不足道的。事实上,这正是该项工艺的特殊优势所在。” 高质量的工艺 该项工艺具有出众的优势:加工高强度合金(又被称为“超级合金”以及其它难加工材料时,工具基本上没有明显的磨损。产品表面光洁度非常高:没有毛刺,也没有材料结构损害。这是如何实现的呢?首先, EMC 工艺在清除材料的过程中,动作非常柔和。工件作为阳极,工具作为阴极,在这两极之间有电解液,电解液可以将金属离子从工件上剥离。由于工具的阴极形状代表了所期望的工件形状,因此仅在需要清除的地方清除材料即可。通过这种技术, 可以在非接触式、不受热效应影响的情况下加工出曲面、环形通道、凹槽或腔室等形状,并且能够确保最高的精确度。 更高的效率 凯勒先生说:“这项工艺使我们能够生产最为精致和复杂的零部件。我们已经有意识地将 ECM 发展为 PECM ,以确保我们能够在越来越小的部件上实现更高精度
电火花加工的费用.doc
电火花加工 一、加工费用：电火花加工的费用计算方法与其它机加工方法是相似的，一般是按小时来计算加工费的。时间可以按从调平工件开始到完成加工为止来计算，也可以按自动加工的时间累加时间来计算。每小时的加工费用，可以按照[（电极设计费+电极加工费+机器折旧费+人工费+电费+期望的利润值）*（1+税率）]来计算。当然，加工后工件的表面粗糙度和精度是每小时加工费用的重要参考指标，工件在加工后表面粗糙度越小、精度越高，则每小时加工费越高。 电火花加工需要丰富的经验，用合适的加工方式、到位的粗加工和半精加工、以及用高效的精加工条件一次性地完成图纸的要求，是获取低成本电火花加工的决定因素。 机床的精度、电极的精度以及电极的损耗程度是电火花加工精度的决定因素。
二、电火花加工 目录 发明与发展 工作原理 分类 使用说明 电火花加工特点 电火花加工的特点如下： 简介 发明与发展 工作原理 分类 使用说明 电火花加工特点 电火花加工的特点如下： 简介 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。 发明与发展 由苏联学者发明 1943年，苏联学者拉扎连科夫妇研究发明电火花加工，之后随着脉冲电源和控制系统的改进，而迅速发展起来。最初使用的脉冲电源是简单的电阻-电容回路。
50年代初 改进为电阻-电感-电容等回路。同时，还采用脉冲发电机之类的所谓长脉冲电源，使蚀除效率提高，工具电极相对损耗降低。 随后又出现了大功率电子管、闸流管等高频脉冲电源，使在同样表面粗糙度条件下的生产率得以提高。 60年代中期 出现了晶体管和可控硅脉冲电源，提高了能源利用效率和降低了工具电极损耗，并扩大了粗精加工的可调范围。 70年代 出现了高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲和可调波形脉冲等电源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具电极损耗等方面又有了新的进展。在控制系统方面，从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。 电火花加工 工作原理 进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。 电火花加工 在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、
电火花加工工艺
电火花加工工艺 1. 常用工件金属材料 1.1 钢的名称、牌号及用途 普通碳素结构钢：用于一般机器零件，常用的牌号有 A1～A7，代号 A 后的数字愈大，钢的抗拉强度愈高而塑性愈低。 优质碳素结构钢：用于较高要求的机械零件。常用牌号有钢 10～钢 70。钢 15（15 号钢）的平均含碳量为 0.15%，钢 40 为 0.40%，含碳量愈高，强度、硬度也愈高，但愈脆。 合金结构钢：广泛用于各种重要机械的重要零件。常用的有 20Cr、40Cr（作齿轮、轴、杆）、18CrMnTi、38CrMoAlA（重要齿轮、渗氮零件）及 65Mn（弹簧钢）。前边的数字 20 表示平均含碳量为 0.20%，38 表示 0.38%。末尾的 A 表示高级优质钢。中间的合金元素化学符号含义为：Mn 锰、Si硅、Cr 铬、W 钨、Mo 钼、Ti 钛、AL 铝、Co 钴、Ni 镍、Nb 铌、B 硼、V 钒。 碳素工具钢：因含碳量高，硬而耐磨，常用作工具、模具等。碳素工具钢牌号前加 T 字，以此和结构钢有所区别。牌号后的 A 表示高级优质钢。常用的有 T7、T7A、T8、T8A (13) T13A等。 合金工具钢：牌号意义与合金结构钢相同，只是前面含碳量的数字是以 0.10%为单位（含碳量较高）。例如 9CrSi 中平均含碳量为 0.90%。常用作模具的有 CrWMn、Cr12MoV（作冷冲模用）、5CrMnMo（作热压模用）。 1.2 铸铁的名称、牌号及用途 灰口铸铁：牌号中以灰、铁二字的汉语拼音第一字母为首，后面第一组数字为最低抗拉强度，第二组数字为最低抗弯强度。常用的有 HT10-26，HT15-33，HT20-40，HT30-54，HT40-68 等，用以铸造盖、轮、架、箱体等。 球墨铸铁：比灰口铸铁强度高而脆性小，常用的牌号有 QT45-0，QT50-1.5，QT60-2 等。第一组数字为最低抗拉强度，最后的数字为最低延伸率%。 可锻铸铁：强度和韧性更高，有 KT30-6，KT35-10 等，牌号意义同上。 1.3 有色金属及其合金 铜及铜合金：纯铜又称紫铜，有良好的导电性和导热性、耐腐蚀性和塑性。电火花加工中广泛作为电极材料，加工稳定而电极损耗小。牌号有 T1～T4（数字愈小愈纯）。铜合金主要有黄铜（含锌），常用牌号有 H59、H62、H80 等。黄铜电极加工时特别稳定，但电极损耗很大。 铝及铝合金：纯铝的牌号有 L1～L6（数字愈小愈纯）。铝合金主要为硬铝，牌号有 LY11～LY13，用作板材、型材、线材等。 1.4 粉末冶金材料 最常用的是硬质合金，具有极高的硬度和耐磨性，广泛用作工具及模具。由于其成分不同而分为钨钴类和钨钛类两大类硬质合金。
微细电火花加工技术
微细电火花加工技术 微细电火花加工技术的简要及背景 随着世界范围产品日益的小型化和精密化,作为非接触式精微制造方法之一的微细及小孔电火花加工技术以其超精细和高精度的加工特点倍受学术界和工业界关注,目前已经成为微机械制造领域的重要组成部分之一,在制造业中得以广泛应用。 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用，蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。 20世纪50年代初期,我国开始研究和试制电火花镀敷设备,即把硬质合金用电火花工艺镀敷在高速钢金属切削刀具和冷冲模刃口上,提高金属切削刀具和模具的使用寿命。同时我国还成功研制了电火花穿孔机,并广泛应用于柴油机喷嘴小孔的加工。60年代初,上海科学院电工研究所成功研制了我国第一台靠模仿形电火花线切割机床。随后又出现了具有我国特色的冷冲模工艺,即直接采用凸模打凹模的方法,使凸凹模配合的均匀性得到了保证,大大简化了工艺过程。60年代末,上海电表厂张维良工程师在阳极切割的基础上发明了我国独有的高速走丝线切割机床。上海复旦大学研制出电火花线切割数控系统。70年代随着电火花工艺装备的不断进步,电火花型腔模具成型加工工艺已经成熟。线切割工艺也从加工小型冷冲模发展到可以加工中型和较大型模具。切割厚度不断增加,加工精度也不断提高。80年代以来计算机技术飞速发展,电火花加工也引进了数控技术和电脑编程技术,数控系统的普及,使人们从繁重、琐碎的编程工作中解放出来,极大的提高了效率。目前计算机技术广泛应用于工业领域,电火花加工实现了数控化和无人化。美国、日本的一些电火花加工设备生产公司依靠其精密机械制造的雄厚实力,通过两轴、三轴和多轴数控系统、自动工具交换系统及采用多方向伺服的平动、摇动方案,解决了电火花加工技术中一系列实质性的问题。随着具有高精度、高刚度、高自动化、高加工表面粗糙度的机床不断出现,使加工的功能及范围不断扩大。如今,在国际上,电火花加工可以加工大至数十吨重的模具和零件,小至只有几微米的微孔。 微细电火花加工技术的原理 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,使局部金属融化,甚至汽化,从而将金属蚀除下来。 (1)极间介质的电离、击穿,形成放电通道 放电通道是有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,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摄氏度以上。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。
纳秒脉冲电流提高微细电化学加工精度的研究
纳秒脉冲电流提高微细电化学加工精度的研究 张朝阳1 朱 荻2 1.江苏大学,镇江,212013 2.南京航空航天大学,南京,210016 摘要:分析了电极反应的暂态过程,探讨了超短脉冲电流提高电化学加工精度的机理,并根据法拉 第定律和巴特勒伏尔摩方程建立了电化学暂态加工的数学模型。在微细电化学加工系统中,采用纳秒 级的超短脉冲电流,通过加工试验验证了理论分析,加工出了直径为20 μm 的微小孔。关键词:微细电化学加工;纳秒脉冲电流;理论模型;加工精度 中图分类号:T G662 文章编号:1004—132X (2008)14—1716—04 R esearch on Improving the Machining Accuracy of Micro -ECM by N anosecond Pulse Current Zhang Zhaoyang 1 Zhu Di 2 1.Jiangsu U niversity ,Zhenjiang ,Jiangsu ,212013 2.Nanjing University of Aeronautics and Ast ronautics ,Nanjing ,210016 Abstract :According to t he t ransient p rocess of electrochemical reactions ,t he mechanism of t hat ult ra -short p ulse current can imp rove t he machining accuracy of ECM was investigated.And t he t heoretical model of ECM transient process was developed based on t he Faraday ’law and Butler -Volmer equatio n.The t heoretical analysis was verified wit h t he subsequent machining experiment s. U sing t he application of nano second p ulse current ,t he micro -hole wit h 20μm in diameter is machined in t he micro -ECM experimental system. K ey w ords :micro -ECM ;nanosecond p ulse current ;t heoretical model ;machining accuracy 收稿日期:2007—07—02 基金项目:国家自然科学基金资助重点项目(50635040) 0 引言 电化学去除加工技术———电解加工(elect ro 2chemical machining ,ECM )是利用电化学反应溶解去除工件材料,实现成形加工的制造技术。由于工件被加工表面不会出现熔凝层、热影响区和残余应力等加工缺陷,而且工具电极不存在损耗等特点,使其具有一定的优势,尤其是对于毫米或微米级的微小零件的加工更是如此[1,2]。然而,电化学加工过程中的杂散腐蚀现象会严重影响微细加工的精度。最近国外的研究人员在电解加工系统中采用参比电极和辅助电极技术,精确控制电极电位,并利用纳秒脉冲电源,抑制杂散腐蚀作用,实现了微米级去除量的可控电化学反应[3]。本文通过纳秒脉冲电解加工与一般电解加工的比较,分析了纳秒脉冲对电化学反应的影响作用。根据电极反应的暂态过程,探讨纳秒脉冲微细电解加工的机理,建立加工过程的数学模型,并利用加工试验验证所作的理论分析。 1 纳秒脉冲电解加工的特点 纳秒脉冲电解加工作为一项新技术与以往的 电解加工有很大区别。一般电解加工采用直流电源,对工具阴极和工件阳极连续供电,电解液流过两极之间的加工间隙构成导电通路。阳极表面在电化学反应作用下不断溶解,实现工件材料的去除,加工效率高,但加工精度只有012～017mm 。为提高加工精度,脉冲电源逐渐替代了直流电源。脉冲电解加工时电源周期间歇供电,利用加工过程中压力波的脉冲效应产生去极化、散热的效果,提高加工间隙内流场、电场的均匀性以及加工过程的稳定性,强化电流效率η对电流密度i 的非线性特性。早期的脉冲电解以低频(数十赫兹)宽脉冲(毫秒级)电流周期供电,使加工精度提高到了011～012mm 。但加工效率较低,脉冲效应未能充分体现。于是研究人员提出了高频(千赫兹)窄脉冲(数十微秒)电解加工,脉冲效应随着频率提高而相应加强,使电解加工的非线性特性被进一步强化。同时脉宽变窄,使单个脉冲能量减小,导致间隙热平衡温度下降,稳定加工的最小间隙 变小,加工精度可以达到50μm ,使其进入了微细加工领域。 随着加工精度的提高,加工间隙减小至数十微米,电解产物的及时排出变得越来越困难。因为金属工件在NaNO 3等非线性电解液中的加工 中国机械工程第19卷第14期2008年7月下半月
电火花加工技术教案
天津工程师范学院 精密数控电火花加工技术 机械制造技能实训基地
第一部分基础知识 一、电火花加工：在加工过程中，使工具和工件之不断产生脉冲性的火花放电，靠放 电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来。 二、电火花加工的原理：基于工件和工具（正、负电极）之间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、形状及表面预定的加工要 求。 三、加工条件： 1、必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙。 2、火花放电必须使瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间后，需停歇一段时 间。 3、火花放电必须在一定绝缘性能的液体介质中进行。 四、电火花加工的机理： 1、极间介质的电离、击穿、形成放电通道 2、介质热分解、电极材料熔化、气体热膨胀 3、电极材料的抛出 4、极间介质的消电离 五、电火花加工的一些基本规律： 1、影响材料放电腐蚀的主要因素 2、电火花加工的加工速度和工具的损耗速度 3、影响加工精度的主要因素 4、电火花加工的表面质量：（ 1）表面粗糙度（ 2）表面变质层（ 3）表面力 学性能 六、基本术语： 1、工具电极 2 、放电间隙 3 、脉冲电源 4 、工作液介质 5、电蚀产物 6 、电规准 7 、脉冲宽度 8 、脉冲间隔 9、放电时间 10 、峰值电压 11 、加工点流 12 、短路电流 13、峰值电流 14 、 短路峰值电流 七、主要用途及使用范围：采用紫铜、石墨、钢、铜钨合金等电极材料，能对碳素钢、工具钢、淬火钢、硬质合金及其它高硬度金属材料进行放电加工，可加工冲压模（落料模、复合模、级进模等），型腔模（精锻模、压铸模、压延模、注塑模等）以及各种零件的坐标孔及复杂的异形曲面，还 可以加工0.1mm以上的小孔和0.2mm以上的窄缝。广泛应用于电机、仪表、汽车、航天、轻工、军工、模具等行业。 八、机床的组成部分：由主机、工作油箱、脉冲电源柜等部分组成。
微细电化学直写加工技术的研究
微细电化学直写加工技术的研究 郑云飞李勇杨光周兆英 （清华大学精密仪器与机械学系） 摘要：围绕微细电化学加工技术的探索雌及在微型机械／ＭＥＭｓ中的应用，构建了基于微细电化学加工用电源、微进给机构、状态检测模块和计算机的微细电化学直写加工系统，初步实验研究了微小探针和微小孔的制作工艺，以及分别采用材料去除和淀积的直写加工技术。 关键词：微细电化学加工微细探针微小孔直写加工 １前言 电化学加工包括材料去除的电解加工和材料淀积的电铸加工。微细电化学加工（ＭＥＣＭ：ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＣｈｅｍｉｃａｌＭａｃｈｉｎｉｎｇ）用去除加工方式可以制作微小孔、微细探针和微小三维形状等；用淀积加工方式可以进行复杂结构的制作，特别是其与光刻等技术结合更可以获得微小的三维复杂结构。微细电化学加工独有的特点使其在微型机械／ＭＥＭＳ中得到越来越广泛的应用。 微细电化学加工的探索和研究．主要是基于生长和去除两种方式的微细电化学直写加工技术的研究，以及基于光刻技术的电铸成型三维微小结构的探索。 微细电化学直写加工包括微细探针的制作、淀积直写加工和去除直写加工。在微细探针制作方面，天津大学精仪系采用了反馈控制技术和纵向进给技术获得了尖端曲率半径可控并且表面无台阶的光滑的微细ＳＰＭ探针【１】。日本东京工业大学利用直流电抛光技术，对利用交流电抛光技术获得的微细钨探针形状进行了优化，并对直流和交流屯抛光的电参数进行了对比口Ｉ。土耳其Ｏｓｍａｎｇａｚｉ大学物理系采用电化学刻蚀技术并利用环状电极之间厚度一定的电解液薄膜获得尖端半径在１２５－－５００ｎｍ的Ａｕ微细ＳＴＭ探针【３】，这项技术使加工电流自然切断，解决了电解液中的残存电流损坏刚形成的ＳＴＭ针尖的问题。 在采用淀积直写加工方面，ＭＩＴ的Ｍａｄｄｅｎ和Ｈｕｎｔｅｒ采用局部淀积技术，通过部分绝缘的 超微探针电极，利用探针与工件间的相对运动获得了复杂的三维微小构件１４］。加拿大Ｍａｎｉｔｏｂａ大学利用基于扫描电化学显微镜的简单仪器，以金属Ｐｔ作为扫描电极，ＣｕＳＯ．溶液为电解液，获得了直径２５ｕｍ，高２ｍｍ的铜柱，并对加工过程中的各种工艺参数进行了对比和优化ｐＩ。 对于微细电化学去除加工，日本精工将电化学加工与扫描探针显微加工技术结合，加工线宽达到１００ｎｍ的量级嗍。 在基于光刻技术对于微小三维结构的制作研究方面，主要是利用光刻技术制作掩模板．然后运用电铸技术进行微小三维结构制作。其中最典型的～种加工方式是ＬＩＧＡ工艺¨Ｉ。通过引入ｘ射线深度曝光以及电铸、注塑的方法，ＬＩＧＡ工艺在对各种材料和深度加工方面有着明显的优势，基于电化学原理的电铸技术是其中的核心技术。另外，为了实现更为复杂的三维结构，美国ＵＳＣＦ８Ｉ，以及韩国ＫＡＩＳＴｔ９】等分别在电化学加工与光刻加工直接结合的多层电铸技术方面取得较大进展。这种技术的主要优点在于直接成型金属结构，加工层数大幅度提高，这样便有利于三维复杂结构的制作，另外加工温度很低可以与Ｉｃ工艺兼容，并且可以批量制作，不需要超净加工环境，只是加工分辨率尚在一二十微米量级。 ２基本加工原理与系统构成 去除直写加工是基于电解加工原理。即在一定的外加电压下，将电流通过电解池，在阴、阳两极分别发生氧化、还原反应的电化学
电火花加工技术概述
电火花加工技术概述-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
《先进制造技术》课程学习报告 题目：电火花加工技术概述 专业：机械类 姓名：喻娇艳 年级： 2013 级 班级：机械类1306班 学号： 201303164193 武汉科技大学机械自动化学院 2016年 6月 10日
电火花加工技术概述 喻娇艳 （武汉科技大学机械自动化学院, 湖北,武汉） （13级机械类专业,学号201303164193） 摘要：电火花加工（Electrospark Machining）在日本和欧美又称为放电加工（Electrical Discharge Machining,简称EDM）,是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺,本文从电火花加工的研究现状、基本原理、发展前景等三方面加以论述. 关键词：电火花加工的研究现状基本原理发展前景 Summarize of Electrospark Machining Technique YU Jiao-yan (College of Machinery and Automation, WuHan University of Science and Technology, HuBei WuHan 430074) Abstract: Electrospark Machining Technique is also called Electrical Discharge Machining(EDM) in Japan and Occident,it’s a new technology of machining using electrical and heat energy directly.This article discusses it in addition in three aspects including it’s research status,fundamental principle,future prospects,etc. Keywords: Research status;Fundamental principle; Future prospects 1、前言 从前苏联科学院拉扎连柯夫妇在1943年研制出世界上第一台实用化电火花加工装置以来,电火花加工已有70多年的历史,发展速度是惊人的,目前已广泛应用于机械、宇航、航空、电子、电机、仪器仪表、汽车、轻工等行业,它不仅是一种有效的机械加工手段,而且已经成为在某些场合不可替代的加工方法.例如,在解决难、硬材料及复杂零件的加工问题时,应用电火花加工技术十分有效. 据统计,目前电火花加工机床的市场占有率已占世界机床市场的6%以上.而且随着科学技术的不断发展,现代制造技术极其相关技术为电火花技术的发展提
电化学加工技术的现状及发展趋势_特种加工
电化学加工技术研究现状及趋势 郭旭东 （大连科技大学机械自动化学院, 大连，大连） （15级机械工程专业，2015023234321） 摘要：与机械加工相比，电化学加工能加工出复杂的型面、腔孔，加工高硬度、高韧性、高强度材料，生产率高。电化学加工包含抛光、电镀、电刻蚀和电解磨削。与传统的加工方法相比，有很大的优势。而且未来电化学加工的更是朝着微系统、纳米材料合成方面发展，具有很高的应用前景。 关键词：生产率；抛光；电镀；电刻蚀；电解磨削 Current status and trend of electrochemical machining technology LIU Dong (College of Machinery and Automation, WuHan University of Science and Technology, HuBeiWuHan 430074) Abstract:Compared with machining, electrochemical machining can produce complex surface and cavity, which can be processed with high hardness, high toughness, high strength materials and high productivity. Electrochemical machining includes polishing, electroplating, electro etching and electrochemical grinding. Compared with the traditional processing methods, there is a great advantage. And the future electrochemical processing is toward the development of micro system, nano materials synthesis, has a very high application prospects. Keywords: efficiency;polishing;electroplating;electroetching;electrochemical grinding 1、前言 电化学加工的基本理论建立与19世纪末，但在工业上的大规模应用，还应该是在20世纪30~50年代。目前，电化学加工已经成为我国民用、国防工业中的一个不可或缺的加工手段。电化学加工是一种重要的特种加工方法, 已被广泛应用于难加工金属材料、复杂形状零件的批量加工中。它利用金属的电解现象[1]，在通电的电解液[2-5]中，使离子从一个电极移向另一个电极，从而实现对工件材料的双向加工[6]，即阳极溶解去除(如电解、电化学抛光)和阴极沉积生长(如电镀、电铸)。无论材料的减少或增加，加工过程都是以离子的形式进行的，而金属离子的尺寸非常微小，因此，从原理上讲，电化学加工可以实现加工精度和微细程度在微米级甚至更小尺度的微加工。只要采取措施精确地控制电流密度和电化学反应发生的区域，就能实现电化学微加工[7-11]，达到对金属表面进行微量“去除”或“生长”加工的目的。 电化学是一门古老而又年轻的学科，一般公认电化学起源于1791年意大利解剖学家伽伐尼发现解剖刀或金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象。1800年伏特制成了第一个实用电池，开始了电化学研究的新时代。在经历了一个多世纪以后，电化学科学的发展和成就举世瞩目，无论是基础研究还是技术应用，从理论到方法，都有许多重大突破。电化学科学的发展，推动了世界科学的进步，促进了社会经济的发展，对解决人类社会面临的能源、交通、材料、环保、信息、生命等问题，已经作出并正在作出巨大的贡献。[12]
电火花加工技术
电火花加工技术的应用及其发展 1.电火花加工技术的简介 从前苏联科学院拉扎连柯夫妇在1943年研制出世界上第一台实用化电火花加工装置以来,电火花加工技术得到了飞速的发展,电火花加工技术是历史最悠久的特种加工方法之一，在模具制造业，航空和航天，电子等众多领域得到了广泛的应用。电火花加工又称放电加工，也有称电脉冲加工，它是一种直接利用热能和电能进行加工的工艺。电火花加工与金属切削加工的原理完全不同，在加工过程中，工件和工具不接触，而是靠工具与工件之间的脉冲性火花放电，产生局部，瞬间的高温把金属材料逐步的蚀除掉。由于放电的过程产生火花所以也称电火花加工。 图1. 电火花加工的原理图 如图1的原理图所示，工件与工具分别连接到脉冲电源的两个不同的极性的电极上。当两电极加上脉冲电源后，工件和电极保持适当的距离，就会把工件和工具之间的介质击穿，形成放电通道。放电通道产生瞬间高温，使工件表面的材料融化甚至气化，同时也使工作介质气化。在放电间隙处迅速热膨胀并产生爆炸。工件表面一部分材料被蚀除掉抛出，形成微小的电蚀坑。脉冲放电结束后，经过一段时间间隔，使工作液恢复绝缘，脉冲电源反复作用于工件和工具电极上，上述过程不断重复进行，工件逐渐被加工成想要的形状。
2.电火花加工技术的应用范围 由于电火花加工有其独特的优越性，再加上数控水平和工艺技术的不断提高，其利用领域日益扩大，已经覆盖到机械、宇航、航空、电子、核能、仪器、轻工等部门，用以解决各种难加工材料、复杂形状零件等有特殊要求的零件的制造，成为常规切削、磨削加工的重要补充和发展：模具制造是电火花成型加工应用最多的领域，而且非常的典型。 2.1以下简单介绍电火花成则加工在模具制造方面的的应用 1．高硬度零件加工 对于某些要求硬度较高的模具，或者是硬度要求特别高的滑块、顶块等零件，在热处理后其表固硬度高达50HRc以上，采用机加的方式将很难加工这么高硬度的件．采用屯火花加工可以不受材料硬度的影响。 2. 型腔尖角部位加工 如锻模、热固性利热塑性翅料模、压铸模、挤压模、橡皮模等各种模具的型腔常存在着一些尖角部位，在常规切削加工中因为工具半径而无法加工到位，使用电火花加工可以完全成型。 3.模具上的筋加工 在压铸件或者塑料件上，常有各种窄长的加强筋或者散热片，这种筋在模具上表现为下凹的深而窄的槽，用机加工的方法很难将其加工成型，而使用电火花可以很便利地进行加工。 4．深腔部位的加工 由于机加工时，没有足够长度的刀具，或者这种刀具没有足够的刚性，不能加工具有足够精度的零件．此时可以用电火花进行加工。 5．小孔加工 对各种圆形小孔、异形孔的加工，如线切割的穿丝孔、喷丝板型孔等，以及长深比非常大的深孔，很难采用钻孔方法加工，如采用电火花或者专用的高速小孔加工可以完成各种深度的小孔加工。 6 表面处理 如刻制文字、花纹，对金属表面的渗碳和涂覆特殊材料的电火花强化等。另外通过选择合理加工参数，也可以直接用电火花加工出一定形状的表面蚀纹。 2.2、电火花线切割加工的应用 电火花线切割加工与电火花成型加工不同的是，它是用细小的电极丝作为电极工具，可以用来加工复杂型面、微细结构或窄缝的零件：下面是其应用实例。 1．加工模具