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1、 特种加工教案Non-Traditional Machinings Lesson plan 安徽职业技术学院 机械工程系 主讲： 汪涌特种加工Non-Traditional MachiningNon-Conventional Machining特种加工涉及的面很宽，从授课课时和实际应用的角度动身，主要从六个专题来讲授和学习。分别是： 1、特种加工概论； 2、电火花加工； 3、电化学加工； 4、高能束流加工； 5、超声加工； 6、快速成形技术。消费和科技程度开展到如今的程度，对于难加工的材料、难加工的困难形态该怎么办呢第一章 特种加工概论第一节 特种加工的产生与开展第二次世界大战后，特殊是进入2
2、0世纪50年头以来，随着消费开展和科学试验的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向开展，它们所运用的材料愈来愈难加工，零件形态愈来愈困难，外表精度、粗糙度和某些特殊要求也愈来愈高，对机械制造部门提出了下列新的要求：（1） 解决各种难切削材料的加工问题 如：硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工。（2） 解决各种特殊困难外表的加工问题如：喷气涡轮机叶片、整体涡轮等的立体成型外表，各种冲模、冷拔模上特殊截面的型孔，炮管内膛线，喷油嘴、栅网等的加工。（3） 解决各种超
3、精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题如：对外表质量和精度要求很高的航天、航空陀螺仪、伺服阀，以及瘦长轴弹性元件等低刚度零件的加工。金属切削加工的本质和特点为：一是靠刀具材料比工件更硬；二是靠机械能把工件上多余材料切除。但是，当工件材料愈来愈硬，加工外表愈来愈困难的状况下，“物极必反”，原来行之有效的方法转化为限制消费率和影响加工质量的不利因素了。为区分如今的金属切削加工，出现了特种加工，国外称作非传统加工（NTM，Non-Tranditional Machining）或特别规机械加工（NCM, Non-Conventional Machining）。它们与切削加工的不同点是：（1） 不是主要
4、依靠机械能，而是主要用其它能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属材料。（2） 工具硬度可以低于被加工材料的硬度。（3） 加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。正因为特种加工工艺具有上述特点，所以就总体而言，特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料，且专长于加工困难、微细外表和低刚度零件。同时，有些方法还可用以进展超精加工、镜面光整加工和纳米级（原子）加工。第二节 特种加工的分类按能量来源和作用形式以及加工原理可分为：特种加工方法能量来源及形式作用原理英文缩写电火花加工电火花成形加工电能、热能熔化、气化EDM电火花线切割加工电能、热能熔化、气化WEDM电化学加工电
5、解加工电化学能金属离子阳极溶解ECM（ELM）电解磨削电化学、机械能阳极溶解、磨削EGM（ECG）电解研磨电化学、机械能阳极溶解、研磨ECH电铸电化学能金属离子阴极沉积EFM涂镀电化学能金属离子阴极沉积EPM激光加工激光切割、打孔光能、热能熔化、气化LBM激光打标记光能、热能熔化、气化LBM激光处理、外表改良光能、热能熔化、相变LBT电子束加工切割、打孔、焊接电能、热能熔化、气化EBM离子束加工蚀刻、镀覆、注入电能、动能原子撞击IBM等离子弧加工切割（喷镀）电能、热能熔化、气化（涂镀）PAM超声加工切割、打孔、雕刻声能、机械能磨料高频撞击USM化学加工化学铣削化学能腐蚀CHM化学抛光化学能腐蚀
6、CHP光刻光、化学能光化学腐蚀PCM快速成形液相固化法光、化学能增材法加工SL粉末烧结法SLS纸片叠层法LOM熔丝积累法光、机械能电、热、机械能FDM第三节 特种加工对材料可加工性和构造工艺性的影响由于上述各种特种加工工艺的特点以及渐渐广泛的应用，引起了机械制造工艺技术领域内的很多变革，例如：（1）进步了材料的可加工性 以往认为金刚石、硬质合金等很难加工，如今可以用电火花、电解、激光等多种方法加工它们。 （2）变更了零件的典型工艺路途 不受工件硬度的影响，而且为了免除加工后再淬炽热处理引起变形，一般都先淬火，后加工。（3）特种加工变更了试制新产品的形式 可以干脆加工出各种标准和非标准直齿轮，微
7、型电动机定子、转子硅钢片，各种变压器铁芯，各种特殊、困难的二次曲面体零件。可以省去设计和制造相应的刀、夹、量具、模具及二次工具，大大缩短了试制周期。 （4）特种加工对产品零件的构造设计带来很大的影响 （5）对传统的构造工艺性的好与坏，需要重新衡量（6）特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段第二章 电火花加工EDM（Electrical Discharge Machining）1、什么是电火花加工？电火花加工在20世纪40年头开场讨论并逐步应用于消费，它是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时部分、瞬时产生的高温把工件材料蚀除下来。因放电过程中可见到火花，故称之为
8、电火花加工，日本、英、美称之为放电加工，前苏联及俄罗斯也称为电蚀加工。2-1 电火花加工的根本原理及分类一、电火花加工的根本原理 1、原理基于工具和工件（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，以到达对零件的尺寸、形态及外表质量预定的加工要求。 2、主要缘由电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，到达很高的温度，足以使任何金属材料部分熔化、气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。 3、根本条件1）必需使工具电极和工件被加工外表之间常常保持肯定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定，通常约为几微米至几百微米。假如间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因此不会产生火花放电；假如间隙过小，很简
9、洁形成短路接触，同样不能产生火花放电。2）火花放电必需是瞬间的脉冲性放电，放电持续一段时间后，需停留一段时间，放电持续时间一般是11000。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，把每一次的放电蚀除点分别局限在很小的范围内；否则像持续电弧放电那样，会使外表烧伤而无法作尺寸加工。3）火花放电必需在有肯定绝缘性能的液体介质中进展，如：煤油、皂化液等。液体介质称工作液，它们必需具有较高的绝缘强度，以利于产生脉冲性的火花放电。二、设备根本组成工件1、4分别与脉冲电源2的两输出端相联接。自动进给调整装置3 使工具和工件间常常保持一很小的放电间隙，当脉外电压加到两极之间，便在当时条件下相对某一
10、间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，在该部分产生火花放电，瞬时高温使工具和工件外表部蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑，脉外放电完毕后，经过一段间隔时间(即脉冲间隔)，使工作液复原绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时极间间隔 相对最近或绝缘强度最低处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。这样随着相当有的频率，连绵不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可将工具的形态复制在工件上，加工出所需要的零件，整个加工外表将由多数个小凹坑所组成。三、电火花加工的特点1脉冲放电的能量密度高，便于加工用一般的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和困难形态的工件，不受材料硬度影响不受热处理状况影响
11、。1. 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。2. 加工时工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力微小，工具电极材料不需比工件材料硬，因此工具电极制造简洁。3. 干脆利用电能加工，便于实现加工过程的自动化。4. 可以改革工件构造，简化加工工艺，进步工件运用寿命，降低工人劳动强度。四、电火花加工的局限性1）主要用于加工金属等导电材料，但在肯定条件下也可以加工半导体和非导体材料。2）一般加工速度较慢。因此通常支配工艺时多采纳切削来去除大部分余量，然后再进展电火花加工以求进步消费率，但最近已有新的讨论成果说明，采纳特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其消费率甚
12、至不亚于切削加工。3）存在电极损耗。由于电极损耗多集中在尖角或底面，影响成形精度。但最近的粗加工已能将电极相对损耗比降至0.1以下，甚至更小。五、电火花加工的应用 由于电火花加工具有很多传统切削加工所无法比较的优点，因此其应用领域日益扩大，目前已广泛应用于机械(特殊是模具制造)、宇航、航空、电子、电机电器、精细机械、仪器仪表、汽车拖拉机、轻工等行业，以解决难加工材料及困难形态零件的加工问题。加工范围已到达小至几微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。六、电火花加工的工艺类型根据工具电极和工件相对运动的方式和用处的不同，大致可以分为以下几种：工 艺 类 型2-2 电火花加工的机理 火花放
13、电时，电极外表的金属材料原委是怎样被蚀除的，这一微观的物理过程即所谓电火花加工的机理，也就是电火花加工的物理本质。理解这一微观过程，有助于驾驭电火花加工的根本规律，才能对脉冲电源、进给装置、机床设备等提出合理的要求。从大量试验资料来看，每次电火花腐蚀的微观过程是电动力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。这一过程大致可分为以下几个连续的阶段：极间介质的电离、击穿，形成放电通道；介质热分解、电极材料溶化、气化热膨胀；电极材料的抛出；极间介质的消电离。 电火花蚀除过程分以下四个阶段：一、极间介质的电离、击穿形成放电通道；当脉冲电压施加于工具电极与工件之间时，两极之间马上形成一个
14、电场。随着极间电压的上升或极间间隔 的减小，极间电场强度也将随着增大。由于工具电极和工件的微观外表是凸凹不平的，极间间隔 又很小，因此极间电场强度是很不匀称的，两极间离得最近的突出点或尖端处的电场强度一般为最大。二、介质热分解、电极材料熔化、气化、热膨胀；极间介质一旦被电离、击穿、形成放电电源使通道间的电子高速奔向正极，正离子奔向负极。电能变成动能，动能通过碰撞又转变成热能。三、电极材料的抛出；通道和正负极外表放电点瞬时高温使工作液气化和金属材料熔化、气化，热膨胀产生很高的瞬时压力。通道中心的压力最高，使气化了的气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的“气泡”，气泡上下、内外的瞬时压力并不相等，压
15、力高处的熔融金属液体和蒸汽，就被排斥、抛出而进入工作液中。四、极间介质的消电离。一次脉冲放电完毕后，应有一段间隔时间，使间隙介质消电离，即放电通道中带带电里粒子复合为中性粒子，；复原本次放电通道处间隙介质的绝缘强度，以免总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，这样可以保征两极相对最近处或电阻率最小处形成下一击穿放电通道。2-3 电火花加工中的一些根本规律一、影响材料放电腐蚀的主要因素：1、极性效应 在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。即使是一样材料，例如钢加工钢，正、负电极的电蚀量也是不同的。这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。假如两圾材
16、料不同，则极性效应更加困难。在消费中，我国通常把工件接脉冲电源的正极(工具电极接负极)时，称“正圾性”加工；反之，工件按脉冲电源的负极(工具电极接正极)时，称“负极性”加工、又称“反极性”加工。2、电参数对电蚀量的影响在电火花加工过程中，无论正极或负极，部存在单个脉冲的蚀除量q与单个脉冲能量W在肯定范围内成正比的关系。某一段时间内的总蚀除量q约等于这段时间内各单个有效脉冲蚀除量的总和，故正、负极的蚀除速度，与单个脉冲能量、脉冲频率成正比。3、金属材料热学常数对电蚀量的影响每次脉冲放电时，通道内及正、负电极放电点都瞬时获得大量热能；而正、负电极放电点所获得的热能，除一部分由于热传导散失到电极其它
17、部分和工作液中外，其余部分将依次消耗在：1)使部分金属材料温度上升直至到达熔点，而每克金属材料上升1(或1K)所需之热量即为该金属材料的比热容；2）每熔化1g材料所需之热量即为该金属的熔化热。3)处熔化的金属液体接着升温至沸点，每克材料上升l所需之热量即为核熔融金属的比热容；4)使熔融金属气化，每气化1g材科所需的热量称为该金属的气化热；5)使金属蒸气接着加热成过热蒸气，每克金属蒸气上升1所需的热量为该蒸气的比热容。4、工作液对电蚀量的影响在电火花加工过程中，工作液的作用是：形成火花击穿放电通道，并在放电完毕后快速复原间隙的绝缘状态；对放电通道产生压缩作用；扶植电蚀产物的抛出和解除，对工具、工
18、件的冷却作用；因此对电蚀量也有较大的影响。介电性能好、密度和粘度大的工作液有利于压缩放电通道，进步放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效应，但粘度大不利于电蚀产物的排出，影响正常放电。目前电火花成型加工主要采纳油类作为工作液。5、其它因素首先是加工过程的稳定性，加工过程不稳定将干扰以致破坏正常的火花放电，使有效脉冲利用率降低。随着加工深度、加工面积的增加，或加工型面困难程度的增加，都不利于电蚀产物的排出，影响加工稳定性；降低加工速度，严峻时将造成结碳拉弧，使加工难以进展。为了改善排屑条件，进步加工速度和防止拉弧，常采纳强迫冲油和工具电极定时抬刀等措施。 二、电火花加工的加工速度和工具的损耗速度：
19、 1、加工速度 电火花加工时，工具和工件同时遭到不同程度的电蚀，单位时间内工件的电蚀量称之为加工速度，亦即消费率；一般采纳体积加工速度（/）来表示，即被加工带的体积V除以加工时间t；=V/t；有时为了测量便利，也采纳质量加工速度来表示，单位为g/min。2、工具相对损耗 单位时间内工具的电蚀量称之为损耗速度，它们是一个问题的两个方面。在消费实际中用来衡量工具电极是否耐损耗，不只是看工具损耗速度，还要看同时能到达的加工速度 ，因此，采纳相对损耗或称损耗比作为衡量工具电极耐损耗的指标。即 ： 在电火花加工过程中，降低工具电极的损耗具有重大意义，因此，始终是人们努力追求的目的。为了降低工具电极的相对
20、损耗，必需很好地利用电火花加工过程中的各种效应，这些效应主要包括：极性选择、吸附效应、传热效应、材料选择等，这些效应又是互相影响、综合作用的。详细应：正确选择极性和脉宽 一般在短脉冲精加工时采纳正极性加工（即工件接电源正极），而在长脉冲宽度和粗加工时采纳负极性加工。利用吸附效应 在用煤油之类的碳氢化合物作工作液时，在放电过程中将发生热分解，而产生大量的碳，还能和金属结合形成金属碳化合物的微粒，即胶团。利用传热效应 对电极外表温度场分布的讨论说明，电极外表放电点的瞬时温度不仅与瞬时放电的总热量有关，而且与放电通道的截面积有关，还与电极材料的导热性能有关。要削减工具电极损耗，还应选用适宜的材料钨、
21、钼的熔点和沸点较高，损耗小，但其机械加工性能不好，价格有贵，所以除线切割外很少采纳。 三、影响加工精度的主要因素和通常的机械加工一样，机床本身的各种误差，以及工件和工具电极的定位、安装误差都会影响到加工精度，这里主要讨论与电火花加工工艺有关的因素。影响加工精度的主要因素有放电间隙的大小及其一样性，工具电极的损耗及其稳定性。电火花加工时，工具电极与工件之间存在着肯定的放电间隙，假如加工过程中放电间能保持不变，则可以通过修正工具电极的尺寸对放电间隙进展补偿，以获得较高的加工精度。然而，放电间隙的大小事实上是变更的，影响着加工精度。放电间隙可用下列阅历公式来表示：式中： S放电间隙（指单面放电间隙，
22、）； 开路电压（V）； 常数，与加工材料有关，一般易熔金属的值较大。 与工作液竭 工具电极的损耗对尺寸精度和形态精度都有影响。电火花穿孔加工时，电极可以贯穿型孔而补偿电极的损耗，型腔加工时则无法采纳这一方法，精细型孔加工时可采纳更换电极的方法。影响电火花加工形态精度的因素还有“二次放电”。二次放电是指已加工外表上由于电蚀产物等的介入而再次进展的非正常放电，集中反映在加工深度方向产生斜度和加工棱角棱边变钝方面。四、电火花加工的外表质量电火花加工的外表质量主要包括外表粗糙度、外表变质层、外表力学性能三部分。 1、外表粗糙度电火花加工外表和机械加工的外表不同，它是由无方向性的多数小坑和硬凸边所组成，
23、特殊有利于保存光滑油；而机械加工外表则存在着切削或磨削刀痕，具有方向性。两者相比在一样的外表粗糙度和有光滑油的状况下，外表的光滑性能和耐磨损性能均比机械加工外表好。 与切削加工一样，电火花加工外表粗糙度通常用微观平面度的平均算术偏向R表示，也有用平面度的最大高度值R表示的。对外表粗糙度影响最大的是单个脉冲能量，因为脉冲能量大，每次脉冲放电的蚀除量也大，放电凹坑既大又深，从而使外表粗糙度恶化。2、外表变质层电火花加工过程中，在火花放电的瞬时高温柔工作液的快速冷却作用下，材料的外表层发生了很大的变更，粗略地可把它分为熔化凝固层和热影响层。（1）熔化凝固层 位于工件外表最上层，它被放电时瞬时高温熔化
24、而又滞留下来，受工作液快速冷却而凝固。（2）热影响层 它介于熔化层和基体之间。热影响层的金属材料并没有界限，只是受到高温的影响，使材料的金相组织发生了变更，它和基体材料之间并没有明显的界限。（3）显微裂纹 电火花加工表而由于受到瞬时高温作用并快速冷却而产生拉应力，往往出现显微裂纹。试验说明，一般裂纹仅在熔化层内出现，只有在脉冲能量很大状况下(粗加工时)才有可能扩展到热影响层。 3、外表力学性能（硬度、耐磨性、剩余应力、耐疲惫性能） (1) 显微硬度及耐磨性 电火花加工后外表层的硬度一般均比较高，但对某些摔火讯也可能稍低于基体硬度。（2）剩余应力 电火花加工外表存在着由于瞬时先热后冷作用而形成的
25、剩余应力，而且大部分表现为拉应力。剩余应力的大小和分布，主要和材料在加工前的热处理状态及加工时的脉冲能量有关。因此，对外表层要求质量较高的工件，应尽量避开运用较大的加工规准。(3) 耐疲惫性能 电火花加工外表存在着较大的拉应力，还可能存在显微裂纹，因此其耐疲惫性能比机械加工外表低很多倍。采纳回火处理、喷九处理等，有助于降低剩余应力，或使剩余拉应力转变为压应力，从而进步其耐疲惫性能。2-4 电火花加工用的脉冲电源 电火花加工用的脉冲电源的作用是把工频沟通电流转换成肯定频率的单向脉冲电流，以供给电极放电间隙所需要的能量来蚀除金属。脉冲电源对电火花加工的消费率、外表质量、加工精度、加工过程的稳定性和
26、工具电极损耗等技术经济指标有很大的影响，应赐予足够的重视。一、电加工对脉冲电源的要求：总的要求： 1、有较高的加工速度 不但在粗加工时要有较高的加工速度10mm/(minA),在精加工肘也应有较高的加工速度；精加工时外表粗糙度R应小于1.25m。 2、工具电极损耗低 粗加工时应实现电极低损耗(相对损耗1)，中、精加工时也要使电极损耗尽可能低。 3、加工过程稳定性好 在给定的各种脉冲参数下能保持稳定加工，抗干扰实力强、不易产生电弧放电、牢靠性高、操作便利。 4、工艺范围广 不仅能适应粗、中、精加工的要求，面且要适应不同工件材料的加工，以及采纳不同工具电极材料进展加工的要求。对脉冲电源的详细要求：
27、 1、单向脉冲； 所产生的脉冲应当是单向的，没有负半波或负半波很小，这样才能最大限度地利用极性效应，进步消费率和成少工具电极的损耗。 2、脉冲波形前后沿要陡；这样才能削减电极间隙的变更及油污程度等对脉冲放电宽度和能量等参数的影响，使工艺过程较稳定。因此一般常采纳矩形波脉冲电源。 3、脉冲参数可调；脉冲的主要参数如峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔等应能在很宽的范围内可以调整，以满意粗、中、精加工的要求。 4、节能。脉冲电源应工作稳定牢靠、本钱低、寿命长、操作修理便利和体积小等；还要考虑节约电能。二、脉冲电源的分类按主回路中主要元件种类： RC线路驰张式、 晶体管式、大功率集成器件式按输出脉冲波形：
28、矩形波、阶梯波、凹凸压复合波 按间隙状态对脉冲参数的影响： 独立式、非独立式按工作回路数： 单回路、多回路三、RC线路脉冲电源这类脉冲电源有各种不同的线路构造，但共同的工作原理都是利用电容器充电储存电能，而后瞬时放出，形成火花放电来蚀除金属。因为电容器时而充电，时而放电，一弛一张，故又称“弛张式“脉冲电源。RC线路是驰张式脉冲电源中最简洁最根本的一种，它由两个回路组成：一个是充电回路，由支流电源E、充电电阻R（可调整充电速度，同时限流以防电流过大及转变成电弧放电，故又称限流电阻）和电容器C（储能元件）所组成；另一回路是放点回路，由电容器C、工具电极和工件及其间的放电间隙所组成。RC线路脉冲电源
29、的最大优点：1） 构造简洁，工作牢靠，本钱低；2） 在小功率时可以获得很窄的脉宽和很小的单个脉冲能量，可用作光整加工和精微加工。RC线路脉冲电源的缺点是：1）电能利用效率很低，最大不超过36%，因大部分电能经过电阻R时转化为热能损失掉了，这在大功率加工时是很不经济的。2） 消费效率低，因为电容器的充电时间 比放电时间长50倍以上，脉冲间歇系数太大。3）工艺参数不稳定，因为这类电源本身并不“独立”形成和发生脉冲，而是靠电极间隙中工作液的击穿和消电离使脉冲电流 导通和切断，所以间隙大小、间隙中电蚀产物的污染程度及排出状况等，都影响脉冲系数，因此脉冲频率、宽度、单个脉冲量都不稳定，而且放电间隙经过限
30、流电阻始终和直流电源干脆联通，没有开关元件使之隔分开来，所以随时都有放电的可能，并简洁转为电弧放电。RC线路脉冲电源主要用于小功率的精微加工或简式电火花加工机床中。四、晶体管式脉冲电源晶体管式脉冲电源是利用功率晶体管作为开关元件而获得单向脉冲的。它具有脉冲频率高、脉冲参数简洁调整、脉冲波形较好、易于实现多回路加工和自适应限制等自动化要求的优点，所以应用特别广泛，特殊在中、小型脉冲电源中，都采纳晶体管式电源。近年来随着电火花加工技术的开展，为进一步进步有效脉冲利用率，到达高速、低耗、稳定加工以及一些特殊需要，在晶闸管或晶体管式脉冲电源的根底上，派生出不少新型电源和线路，如高、低压复合脉冲电源，多
31、回路脉冲电源以及多功能电源等，自振式晶体管脉冲电源框图五、各种派生脉冲电源1、凹凸压复合脉冲电源在每个工作脉冲电压（6080V）波形上再叠加一个小能量的高压脉冲（300V左右），使电极间隙先击穿引燃而后再放电加工，大大进步了脉冲的击穿率和利用率，并使放电间隙变大，排屑良好，加工稳定，在“钢打钢“时显出很大的优越性。2、多回路脉冲电源在加工电源的功率级并联分割出互相隔离绝缘的多个输出端，可以同时供给多个回路的放电加工。3、等脉冲电源每个脉冲在介质击穿后所释放的单个脉冲能量相等。对于矩形波脉冲电流来说，由于每次放电过程的电流幅值根本一样，因此所谓等脉冲电源，也即意味着每个脉冲放电电流持续时间相等。
32、4、高频分组脉冲和梳形波脉冲电源 这两种波形在肯定程度都具有高频脉冲加工外表粗糙度值小和低频脉冲加工速度高双重优点，得到普遍的重视。梳形脉冲波不同于分组脉冲波之处在于大脉宽期间电压不过零，始终加有一较低的正电压，其作用为当中，精规准负极性精加工时，使正极工具能吸附碳膜获得低损耗。 5、智能脉冲电源 2-5 电火花加工的自动进给调整系统一、自动进给调整系统的作用、要求、和分类1、什么是自动进给调整系统？2、自动进给调整的作用、要求、分类（1）作用（2）要求（范围，敏捷，稳定） (1)有较广的进度调整跟踪范围 在电火花加工过程小，加工规准、加工面积等条件的变更，都会影响其进给速度，调整系统应有较的
33、调整范围，以适应加工的需要。(2)有足够的灵敏度和快速性 放电加工的频率很高，放电间隙的状态瞬息万变，要求进给调整系统根据间隙状态的微弱信号能相应地快速凋节。为此整个系统的不灵敏区、时间常数、可动部分的质量等惯性要求要小，放大倍数应足够，过渡过程应短。 (3)有必要的稳定性 电蚀违度一般不高，加工进给量也不必过大，所以应有很好的低速性能、匀称、稳定地进给，避开低速爬行，超调量要小，传动刚度应高，抗干扰实力要强。 此外，自动进始装置还要求体积小、构造简洁牢靠及修理操作便利等。（3）分类：电液式步进电机，宽调速力矩电机直陀伺服电机沟通伺服电机二、自动进给调整系统的根本组成部分1、测量环节干脆测量电
34、极间隙及其变更是很难的，采纳测量与放电间隙成比例关系的电参数来间接反映放电间隙的大小。常用的信号检测方式有两种：一种是平均值测量法，另一种是利用稳压管来测量脉冲电压的峰值信号。对于弛张式脉冲电源，一般可采纳平均值检测法。独立式脉冲电源则采纳峰值检测法，因为在脉冲间歇期间，两极间电压总是为零，放平均电压很低，对极间间隔 变更的反映不及峰值电压灵敏。2、比较环节比较环节用以根据“设定值”来调整进给速度，以适应粗、中、精不同的加工规准。 3、放大驱动环节由测量环节获得的信号，一般都很小，难于驱动执行元件，必需要有一个放大环节，通常称它为放大器。4、执行环节执行环节也称执行机构，常采纳不同类型的伺服电
35、动机，它能根据限制信号的大小刚好地调整工具电极的进给速度，以保持适宜的放电间隙，从而保证电火花加工正常进展。5、调整对象工具电极和工件之间的放电间隙，就是调整对象。应限制放电间隙在0.10.01mm之间。2-6 电火花加工机床 电火花加工在特种加工中是比较成熟的工艺，在民用、国防消费部门和科学讨论中已经获得广泛应用，它相应的机床设备比较定型，并有好些专业工厂从事消费制造。电火花成形加工机床组成部分：床身、立柱、主轴头、工作液循环系统、电源、限制系统等2-7 电火花穿孔成形加工 电火花穿孔成型加工是利用火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件进展复制加上的工艺方法，其应用范围可们纳为：1、电火花
36、穿孔加工2、电火花型腔加工3、小孔电火花加工4、异形孔的电火花加工5、工艺扩展一、电火花穿孔加工 冲模的电火花加工（已经被线切割所代替）冲模是消费上应用较多的一种模具，由于形态困难和尺寸精度要求高，所以它的制造已成为消费上关键技术之一。特殊是凹模，应用一般的机械加工是困难的，在某些状况下甚至不行能。冲模采纳电火花加工工艺比机械加工有如下优点：1)可以在工件淬火后进展加工，避开了热处理变形的影响。2)冲模的协作间隙匀称，刃口耐磨，进步了模具质量。3)不受材料硬度的限制，可以加工硬质合金等冲模扩大了模具材料的选用范围。4)对于中、小型困难的凹模可以不用镶拼构造，而采纳整体式，简化了模具的构造，进步
37、了模具强度。二、电火花型腔加工1、加工工艺2、电极设计加工型腔模时的工具电极尺寸，一方面与模具的大小、形态、困难程度有关，而且与电极材料，加工电流、深度、余量及间隙等因素有关。当采纳平动法加工时，还应考虑所选用的平动量。三、小孔电火花加工 小孔加工也是电火花成型加工的一种应用。小孔加工的特点是：加工面积小，深度大，直径一般为，深径比达20以上；小孔加工均为盲孔加工，排屑困难。小孔加工由于工具电极截面积小，简洁变形，不易散热，排屑又困难，因此电极损耗大。四、异形孔的电火花加工电火花加工不但能加工圆形小孔，而且能加工多种异形小孔。加工微细而又困难的异形小孔，加工状况与圆形小孔加工根本一样，关键是异
38、形电极的制造，其次是异形电极的装夹。制造异形小孔电极，主要有下面几种方法：（1）冷拔整体电极法 采纳电火花线切割加工工艺并协作钳工修磨制成异形电极的硬质合金拉丝模，然后用该模具拉制成Y形、十字形等异形截面的电极。（2）电火花线切割加工整体电极法 利用精细电火花线切割加工制成整体异形电极。这种方法的制造周期短、精度和刚度较好，适用于单件、小批试制。（3）电火花反拷加工整体电极法 用这种方法制造的电极定位装夹便利且误差小，但消费效率较低。问题： 1、电火花穿孔成型加工中，工具电极和工件的相对运动方式怎样？ 2、高阻抗材料如何用电火花加工？ 3、你所见过的内孔磨削加工，最小孔径可以小到多少？假如是1
39、.5mm的内孔，砂轮外径为1.0mm,磨削需要的线速度为15m/s, 则砂轮的转速为30万转/min，一般的磨床可以实现吗？2-8 其它电火花加工1、工具电极相对工件采纳不同组合运动方式的电火花加工。如：如电火花磨削、电火花共轭回转加工，电火花展成铣削家工等。2、工具电极和工件在气体介质中进展放电的电火花加工。如金属电火花外表强化，电火花刻字。3、工件为非金属材料的加工。如半导体与高阻抗材料聚晶金刚石、立方氮化硼饿加工等。一、电火花磨削加工 1、磨削的运动方式。问题： 电火花磨外圆时，会出现什么问题？2、磨削的加工工艺。3、小孔电火花磨削加工。二、电火花同向同步回转加工螺纹。过去在淬火钢或硬质
40、合金上电火花加工内螺纹，是利用导向螺母使工具电极在旋转的同时作轴向进给。这种方法消费效率极低，而且只能加工出带锥度的粗糙螺纹孔。电火花加工内螺纹的新方法综合了电火花加工和机械加工方面的阅历，采纳工件与电极同向同步旋转，工件作径向进给来实现(和用滚压法加工螺纹的方法有些类似)。这种加工方法的优点是：1）由于电极贯穿工件，且两轴线始终保持平行，因此加工出来的内螺纹没有通常用电火花攻螺纹(如前述方法)所产生的喇叭口； 2）因为电极外径小于工件内径，而且放电加工始终只在部分区域进展，加上电极与工件同步旋转时对工作液的搅拌作用，特别有利于电蚀产物的解除，所以能得到好的几何精度和外表粗糙度，维持高的稳定性
41、；3）可降低对电极设计和制造的要求。对中径和外径尺寸精度无严格要求。另外，由于电极外径小于工件内径，使得在同向同步回转中，电极与工件电蚀加工区域的线速度不等，存在微量差动，对电极螺纹外表部分的微量缺损有匀称化的作用，故减轻了对加工质量的影响。干具电极材料运用纯铜或黄铜比较适宜，纯铜电极比黄铜电极损耗小，但在一样电规准下，黄铜电极可得到较好的外表粗糙度。电火花共轭回转加工的应用范围日益扩大。目前主要应用于以下几方面：1）各类螺纹规及塞规，特殊适于硬质合金材料及内螺纹的加工；2）精细的内、外齿轮加工，特殊运用于非标准内齿轮加工3）精细的内外锥螺纹、内锥面油槽等的加工4）静压轴承油腔、回转泵体的高精
42、度成形加工5）梳刀、精细斜齿条的加工三、高阻抗材料的电火花加工聚晶金刚石被广泛用作拉丝模、刀具、磨轮等材料。它的硬度仅次于自然金刚石。金刚石虽是碳的同素异形体，但自然金刚石几乎不导电。聚金刚石是将人造金刚石微粉用铜、铁粉等导电材料作为粘结剂，搅拌、混合后加压烧结而成，因此整体仍有肯定的导电性能，可以用电火花加工。电火花加工聚晶金刚石的要点是：1）要采纳400500V较高的峰值电压，使有较大的放电间隙，易于排削；2）要用较大的峰值电流，一般瞬时电流需在50A以上。电火花加工聚晶金刚石的原理是靠火花放电时的高温将导电的粘结剂熔化、气化蚀除掉，同时电火花高温使金刚石微粉“碳化”成为可加工的石墨，也可
43、能因粘结剂被蚀除掉后整个金刚石微粒自行脱落下来。四、外表处理、刻字等。电火花外表强化层具有如下特性：j) 当采纳硬质合金作电极材料时，硬度可达11001400HV(约70HRc以上)或更高；2）当运用铬锰、钨铬钻合金、硬质合金作工具电极强化45钢时，其耐磨性比更表层进步25倍；3）用石墨作电极材料强化45钢，用食盐水作腐蚀性试验时，其耐腐蚀性进步90。用WC、CrMn作电极强化不锈钢时，耐蚀性进步35倍。4）耐热性大大进步，进步了工件运用寿命；5)疲惫强度进步2倍左右；6）硬化层厚度约为0.01一0.3mm电火花强化工艺方法简洁、经济、效果好，因此广泛应用于模具、刃具、量具、凸轮和祸轮机叶片的
44、外表强化。电火花外表强化的原理也可用于在产品上刻字、打印记。五、五轴联动简洁棒状电极电火花加工。混粉电火花加工机理及应用3 电火花线切割加工电火花线切割加工(Wire Cut EDM简称wEDM)是在电火花加工根底上于50年头末最早在原苏联开展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极(铜丝或铜丝)靠火花放电对工件进展切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。它已获得广泛的应用，目前国内外的线切割机床已占电加工机床的60以上。3-1 电火花线切割加工原理、特点及应用 一、加工原理： 1、 原理 电火花线切割加工的根本原理是利用挪动的细金屑导线(铜丝或铜丝)作电极对工件进展脉冲火花放电、切割成型的。电
45、火花切割原理图 1绝缘板 2工件 3 脉冲电源 4钼丝 5导向轮 6支架 7驻丝筒 2、分类根据电极丝的运行速度，电火花线切割机床通常分为两大类：一类是高速走丝（快走丝）电火花线切割机床(wEDM-Hs)，这类机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为810ms，这是我国消费和运用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工形式；另一类是低速走丝电火花线切割机床(wEDM-Ls)，这类机床的电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s,这是国外消费和运用的主要机种。 3、限制方式二、特点： 电火花线切割加工过程的工艺和机理，与电火花穿孔成形加工既有共性，又有特性。1、 与成型加工的共同点（加工原理、机理、工艺、 适应材料等一样）。1） 线切割加工的电压、电流波形与电火花加工的根本相像。单个脉冲也有多种形式的放电形态，如开路、短路等。2） 线切割的加工机理、