11先进加工技术（课件）- 《机械加工技术》同步教学（北京理工·2009）

第十一章 先进加工技术 第一节 电火花加工 第二节 电化学加工 第三节 高能束加工 第四节 数控加工技术概述 第一节 电火花加工 电火花加工常常又被称为放电加工、电蚀加工是一种利用脉冲放电产生的热能进行加工的方法。其加工过程为:使工具和工件之间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熔解、气化而蚀除材料。放电过程可见到火花，故称之为电火花加工。 一、电火花加工的工作原理 电火花加工时，作为加工工具的电极和被加工工件同时放入绝缘液体(一般使用煤油)中，在两者之间加上直流100 V左右的电压。因为电极和工件的表面不是完全平滑而是存在着无数个凹凸不平处，所以当两者逐渐接近，间隙变小时，在电极和工件表面的某些点上，电场强度急剧增大，引起绝缘液体的局部电离，于是通过这些间隙发生火花放电。 下一页 返回 第一节 电火花加工 放电时的火花温度高达5 000 ℃，在火花发生的微小区域(称为放电点)内，工件材料被熔化和气化。同时，该处的绝缘液体也被局部加热，急速地气化，体积发生膨胀，随之产生很高的压力。在这种高压力的作用下，已经熔化、气化的材料就从工件的表面迅速地被除去。如图11-1所示。 当放电时间持续增长时，火花放电就会变成弧光放电。弧光放电的放电区域较大，因而能量密度小，加工速度慢，加工精度也变低。所以，在电火花加工中，必须控制放电状态，使放电仅限于火花放电和短时间的过渡弧光放电。为实现这个目标，在电极和工件之间要接上适当的脉冲放电的电源。该脉冲电源使最初的火花放电发生数毫秒至数微秒后，电极和工件间的电压消失(为零)，从而使绝缘油恢复到原来的绝缘状态，放电消失。 上一页 下一页 返回 第一节 电火花加工 在电极和工件之间又一次处于绝缘状态后，电极和工件之间的电压再次得到恢复。如果使电极和被加工工件之间的距离逐渐变小，在工件的其他点上会发生第二次火花放电。由于这些脉冲性放电在工件表面上不断地发生，工件表面就逐渐地变成和电极形状相反的形状。 从以上分析可以看出，电火花加工必须具备下述条件: 要把电极和工件放入绝缘液体中。 使电极和工件之间距离充分变小。 使两者间发生短时间的脉冲放电。 多次重复这种火花放电过程。 上一页 下一页 返回 第一节 电火花加工 二、影响电火花加工精度和表面质量的主要因素 与传统的机械加工一样，机床本身的各种误差、工件和工具电极的定位、安装误差都会影响到电火花加工的精度。另外，与电火花加工工艺有关的主要因素是放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定等。电火花加工时工具电极与工件之间放电间隙大小实际上是变化的，电参数对放电间隙的影响非常显著，精加工放电间隙一般只有0. 01 mm(单面)，而粗加工时则可达0. 5 mm以上。目前，电火花加工的精度为0. 01 ~ 0. 05 mm 。 影响表面粗糙度的因素主要有:脉冲能量越大，加工速度越快，Ra值越大;工件材料越硬、熔点越高，Ra值越小;工具电极的表面粗糙度越大，工件的Ra值越大。 上一页 下一页 返回 第一节 电火花加工 三、电火花加工的工艺方法分类及其应用 按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同。电火花加工大致可分为电火花穿孔成形加工、电火花线切割、电火花磨削和锁磨、电火花同步共扼回转加工、电火花表面强化与刻字5大类，它们的特点及用途见表11-1所示。 上一页 返回 第二节 电化学加工 一、电化学加工分类 电化学加工分4类: 工件(作为阳极)溶解去除金属材料的电解加工—工件材料减少，包括电解加工和电解抛光。 工件(作为阴极)表层沉积金属的电镀、涂覆—工件材料增加，包括电镀、局部涂镀、电铸和复合电镀。 工件作为阳极溶解去除大量材料，具有磨、研等机械作用的阴极对阳极的进一步去除材料使阳极活化而形成的电化学机械复合工艺，有电解磨削、电解琦磨、电解研磨。 其他复合工艺，如电解电火花复合工艺、电解电火花机械复合工艺。 下一页 返回 第二节 电化学加工 二、工作原理 图11-2为电解加工原理图。工件接阳极，工具(铜或不锈钢)接阴极，两极间加6~24 V的直流电压，极间保持0. 1~1 mm的间隙。在间隙处通以6~60 m/s高速流动的电解液，形成极间导电通路，工件表面材料不断溶解，其溶解物及时被电解液冲走。工具电极不断进给，以保持极间间隙。电解加工的特点如下: 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。 与电火花加工相比，加工形面和型腔效率高5~10倍。 上一页 下一页 返回 第二节 电化学加工 加工过程中阴极损耗小。 加工表面质量好，无毛刺、残余应力和变形层。 加工设备投资较大，有污染，需防护。 上一页 返回