现代特种加工技术

◆ 4个阶段：
进给
1）介质电离、击穿，
工具电极 系统 放电间隙
形成放电通道；
工件电极
2）火花放电产生熔 化、气化、热膨胀；
直流 脉冲 电源
3）抛出蚀除物；
工作液
4）间隙介质消电离 （恢复绝缘状态）。
电火花加工原理图
电火花加工机床
工作要素
➢ 电极材料——要求导电，损耗小，易加工；常用材料： 紫铜、石墨、铸铁、钢、黄铜等，其中石墨最常用。
内作两个方向移动，
可切割出二维图形。
工件
同时，丝架可作小
角度摆动，可切割
出斜面。
电火花线切割原理图
eal
加工过程显示
电火花线切割加工
电火花线切割机床
数控电火花成型机床
电火花加工特点 ➢ 不受加工材料硬度限制，可加工任何硬、脆、韧、软的 导电材料。
➢ 加工时无显著切削力，发热小，适于加工小孔、薄壁、 窄槽、形面、型腔及曲线孔等，且加工质量较好。
➢ 工作液——主要功能压缩放电通道区域，提高放电能量 密度，加速蚀物排出；常用工作液有煤油、机油、去离子 水、乳化液等。
➢ 放电间隙——合理的间隙是保证火花放电的必要条件。 为保持适当的放电间隙，在加工过程中，需采用自动调节 器控制机床进给系统，并带动工具电极缓慢向工件进给。
➢ 脉冲宽度与间隔——影响加工速度、表面粗糙度、电极 消耗和表面组织等。脉冲频率高、持续时间短，则每个脉 冲去除金属量少，表面粗糙度值小，但加工速度低。
第三章 先进制造工艺技术
第八节 现代特种加工技术
非传统加工方法分类（按加工机理和采用的能源划分）
➢ 机械过程 利用机械力，使材料产生剪切、断裂，以去除材料。如
超声波加工、水喷射加工、磨料流加工等。
➢ 热学过程 通过电、光、化学能等产生瞬时高温，熔化并去除材料，
如电火花加工、高能束加工、热力去毛刺等。
➢ 脉冲参数调整方便，可一次装夹完成粗、精加工。
➢ 易于实现数控加工。
电火花加工应用 ➢ 电火花成形加工：电火花打孔常用于加工冷冲模、拉丝 模、喷嘴、喷丝孔等。型腔加工包括锻模、压铸模、挤压 模、塑料模等型腔加工，以及叶轮、叶片等曲面加工。
➢ 电火花线切割：广泛用于加工各种硬质合金和淬硬钢的 冲模、样板、各种形状复杂的板类零件、窄缝、栅网等。
➢ 电解磨削效率 比机械磨削高， 且磨轮损耗远比 机械磨削小，特 别是磨削硬质合 金时，效果更明 显。
导电磨轮 电刷
电解液 导电基体 磨料 阳极膜
工件 工作台
绝缘板
电子束加工
工作原理 ➢真 空 条 件 下 ， 利 用 电 流 加 热阴极发射电子束，经控制 栅极初步聚焦后，由加速阳 极加速，通过透镜聚焦系统 进一步聚焦，使能量密度集 中在直径5～10μm斑点内。
通常放电持续时间在2μs至2ms范围内，各个脉冲的能量 2mJ到20J（电流为400A时）之间。
电火花加工类型
Ral
➢电火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等
➢电 火 花 线 切 割 加 工：用连续移动的
导轮
Real
钼丝（或铜丝）作
Y
工具阴极 ，工件为 储丝筒 阳极。机床工作台
X 电极丝
带动工件在水平面
➢ 加工表面质量好，无毛刺、残余应力和变形层。
➢ 设备投资大，有污染，需防护。
电解加工应用 ➢ 模具型腔、枪炮膛线、发电机叶片、花键孔、内齿轮、 小而深的孔加工，电解抛光、倒棱、去毛刺等。
电解磨削 ➢ 工件与磨轮保持一定接触压力，突出的磨料使磨轮导电 基体与工件之间形成一定间隙。电解液从中流过时，工件 产生阳极溶解，表面生成一层氧化膜，其硬度远比金属本 身低，易被刮除，露出新金属表面，继续进行电解。电解 作用与磨削作用交替进行，实现加工。
泵 电解液
电解加工原理图
电解加工特点 ➢ 不受材料硬度的限制，能加工任何高硬度、高韧性的导 电材料，并能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的形 面和型腔。
➢ 加工形面、型腔生产率高（与电火花加工比高5～10 倍）。采用振动进给和脉冲电流等新技术，可进一步提高 生产效率和加工精度。
➢ 阴极在加工中损耗小。
➢ 探索新的加工方法，研究和开发新的元器件。
➢ 优化工艺参数，完善现有的加工工艺。
➢ 向微型化、精密化发展。
➢ 采用数控、自适应
2084
控 制 、 CAD/CAM 、
专家系统等技术，提 1104
高加工过程自动化、
柔性化程度。
232
★ 右图反映了学术界
424 244 142
70年代 80年代 90年代
441 321 214
353 252 316
和工程界对几种非传 统加工方法的关注程 激光加工 电火花加工 超声加工 电化学加工
度。
EI 收录文章数比较
电火花加工
工作原理：利用工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电， 产生瞬时高温，工件材料被熔化和气化。同时，该处绝缘液 体也被局部加热，急速气化，体积发生膨胀，随之产生很高 的压力。在这种高压作用下，已经熔化、气化的材料就从工 件的表面迅速被除去。
珩磨等。 ◎ 机 械 热 能 复 合 —— 如
振动运动
磁极
加热切削、低温切削等。
◎ 热 能 化 学 能 复 合 —— 如电解电火花加工等。
◎ 其 它 复 合 过 程 —— 如 超声切削、超声电解磨削、 磁力抛光等。
N
工件 （陶瓷滚柱）
S 磁性材料
磁力抛光示意图
发展趋势
➢ 拓宽现有非传统加工方法的应用领域。
➢ 电化学过程 利用电能转换为化学能对材料进行加工，如电解加工、
电铸加工（金属离子沉积）等。
➢ 化学过程 利用化学溶剂对材料的腐蚀、溶解，去除材料，如化学
蚀刻、化学铣削等。
➢ 复合过程
利用机械、热、化学、电化学的复合作用，去除材料。 常见的复合形式有：
◎机械化学复合——如机械化学抛光、电解磨削、电镀

电解加工
工作原理：工件接阳 极，工具（铜或不锈 钢）接阴极，两极间 直流 加直流电压6～24V， 电源 极间保持0.1～1mm间 隙。在间隙处通以 6～60m/S高速流动电 解液，形成极间导电 通路，工件表面材料 不断溶解，溶解物及 时被电解液冲走。工 具阴极不断进给，保 持极间间隙。
阴极进给
工具阴极 工件阳极
➢高 速 而 能 量 密 集 的 电 子 束 冲击到工件上，被冲击点处 形成瞬时高温（几分之一微 秒时间内升高至几千摄氏 度），工件表面局部熔化、 气化直至被蒸发去除。
旁热阴极 控制栅极 加速阳极 聚焦系统 电子束斑点 工件