第1章概論1.1特種加工的產(chǎn)生原因1.2特種加工的定義及分類1.3特種加工對制造業(yè)的影響1.4特種加工的發(fā)展趨勢掌握特種加工的概念，特點(diǎn)及其與傳統(tǒng)機(jī)械切削加工的區(qū)別1精選PPT 1.2特種加工的定義及分類

傳統(tǒng)切削加工的本質(zhì)和特點(diǎn)：一是所用刀具材料比工件更硬；二是利用機(jī)械能把工件上多余的材料切除。借助于除機(jī)械能以外的其他能量形式去除工件多余材料的新加工方法，統(tǒng)稱為“特種加工”，國外稱為“非傳統(tǒng)加工”或“非常規(guī)機(jī)械加工”。

特種加工是指利用光、電、聲、熱、化學(xué)、磁、原子能等能源或其組合施加到工件被加工的部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料去除的加工方法，也稱為非傳統(tǒng)加工方法(NTM，NonTraditionalMachining)。2精選PPT

特種加工的特點(diǎn)和與傳統(tǒng)切削加工的區(qū)別主要有：

(1)主要依靠機(jī)械能以外的其他能量(如電能、熱能、光能、聲能以及化學(xué)能或其組合等)來去除工件材料。

（2）工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，在某些情況下，如在激光加工、電子束加工、離子束加工等加工過程中，根本不需要使用任何工具。

（3）在加工過程中，工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力作用，工件不承受機(jī)械力，特別適合于精密加工低剛度零件。3精選PPT第2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(jī)理2.5電火花加工的自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)掌握電火花加工，電規(guī)準(zhǔn)，二次放電,極性效應(yīng)等概念，電火花加工的自動進(jìn)給系統(tǒng)與傳統(tǒng)車削，磨削進(jìn)給系統(tǒng)的區(qū)別，電火花加工的四個物理過程極性效應(yīng)及其在電火花加工中如何利用極必效應(yīng)4精選PPT 2.1電火花加工概述

電火花加工又稱放電加工(ElectrosparkMachining)。電火花加工是一種電、熱能加工方法。它是利用工具和工件兩極間脈沖放電時局部瞬時產(chǎn)生的高溫把金屬熔化、汽化去除來對工件進(jìn)行加工的一種方法。當(dāng)用脈沖電流作用在工件表面上時，工件表面上導(dǎo)電部位即立即熔化，若電脈沖能量足夠大，則金屬將直接汽化，熔化的金屬強(qiáng)烈飛濺而拋離電極表面，使材料表面形成電腐蝕的坑穴。如適當(dāng)控制這一過程，就能準(zhǔn)確地加工出所需的工件形狀。在這一加工過程中，我們可看到放電過程中伴有火花，因此將這一加工方法稱為電火花加工。5精選PPT 2.2電火花加工的機(jī)理

2.2.1電火花加工的基本原理

電火花加工的原理是基于工具和工件(正、負(fù)電極)之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的金屬，以達(dá)到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。研究結(jié)果表明，電火花腐蝕的主要原因是：電火花放電時火花通道中瞬時產(chǎn)生大量的熱，達(dá)到很高的溫度，足以使任何金屬材料局部熔化、汽化而被蝕除掉，形成放電凹坑。6精選PPT2.2.3電火花加工的機(jī)理

火花放電時，電極表面的金屬材料究竟是怎樣被蝕除下來的，這是電火花加工的物理本質(zhì)，也即電火花加工機(jī)理。

從大量實(shí)驗(yàn)資料來看，每次電火花腐蝕的微觀過程是電場力、熱力、磁力、流體動力等綜合作用的過程。大致可分為四個階段：極間介質(zhì)的擊穿形成放電通道；介質(zhì)熱分解，電極材料熔化、汽化及熱膨脹；電極材料的拋出；極間介質(zhì)消電離。7精選PPT 2.3電火花加工的基本規(guī)律

2.3.1影響材料放電腐蝕的因素

1.極性效應(yīng)

在電火花加工過程中，相同材料兩電極的電蝕量是不同的，其中一個電極比另一個電極的電蝕量大，這種現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。8精選PPT1.電規(guī)準(zhǔn)的影響

所謂的電規(guī)準(zhǔn)，是指電火花加工時選用的電加工參數(shù)，主要有脈沖寬度t1(μs)、脈沖間隔t0(μs)和峰值電流IP等參數(shù)。1）脈沖寬度的影響

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(dāng)峰值電流一定時，脈沖能量與脈沖寬度成正比。脈沖寬度增加，加工速度隨之增加，因?yàn)殡S著脈沖寬度的增加，單個脈沖能量增大，使加工速度提高。但若脈沖寬度過大，則加工速度反而下降(如圖2－8所示)。這是因?yàn)閱蝹€脈沖能量雖然增大，但轉(zhuǎn)換的熱能有較大部分散失在電極與工件之中，不起蝕除作用。同時，在其他加工條件相同時，隨著脈沖能量過分增大，蝕除產(chǎn)物增多，排氣排屑條件惡化，間隙消電離時間不足導(dǎo)致拉弧，加工穩(wěn)定性變差，因此加工速度反而降低。9精選PPT3）電極材料和加工極性的影響

在電參數(shù)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。由圖2－12可知，采用石墨電極，在同樣加工電流時，正極性比負(fù)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(fù)極性加工速度高，但在粗加工中，電極損耗會很大。故在不計(jì)電極損耗的通孔加工中，采用正極性加工；而在用石墨電極加工型腔的過程中，常采用負(fù)極性加工。10精選PPT

由于炭黑膜只能在正極表面形成，因此，若要利用炭黑膜的補(bǔ)償作用來實(shí)現(xiàn)電極的低損耗，必須采用負(fù)極性加工。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)峰值電流和脈沖間隔一定時，炭黑膜厚度隨脈寬的增加而增厚；而當(dāng)脈沖寬度和峰值電流一定時，炭黑膜厚度隨脈沖間隔的增大而減薄，亦即隨著脈沖間隔的減少，電極損耗隨之降低。但過小的脈沖間隔將使放電間隔來不及消電離和電蝕產(chǎn)物擴(kuò)散而造成拉弧燒傷。11精選PPT二次放電是指已加工表面上由于電蝕產(chǎn)物等的介入而再次進(jìn)行的非正常放電。

二次放電的主要后果是在加工深度方向的側(cè)面產(chǎn)生斜度和使加工棱角邊變鈍，如圖2－14所示。由于工具電極下端部加工時間長，絕對損耗大，而電極入口處的放電間隙則由于電蝕產(chǎn)物的存在，“二次放電”的幾率大而間隙逐漸擴(kuò)大，因而產(chǎn)生了加工斜度。此外，成型加工時工具電極的振動及線切割加工時電極絲的抖動，也會使側(cè)面放電次數(shù)增多而產(chǎn)生工件的形狀誤差。12精選PPT2.5電火花加工的自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1.自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用和分類

電火花加工時，放電間隙很小(0.01～0.1mm)，電蝕量、放電間隙在瞬時都不是常值，而是在一定范圍內(nèi)隨機(jī)變化的，人工進(jìn)給或恒速的“機(jī)動”進(jìn)給很難滿足要求，必須采用自動進(jìn)給和調(diào)節(jié)裝置。

自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用是維持某一穩(wěn)定的放電間隙S，保證電火花加工正常而穩(wěn)定地進(jìn)行，獲得較好的加工效果?？梢杂瞄g隙蝕除特性曲線和進(jìn)給調(diào)節(jié)特性曲線來說明，如圖2－21所示。圖中，曲線Ⅰ為間隙蝕除特性曲線，曲線Ⅱ?yàn)樽詣舆M(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的進(jìn)給調(diào)節(jié)特性曲線。圖中橫坐標(biāo)為放電間隙S或間隙平均電壓ue(因ue與S成對應(yīng)關(guān)系)，縱坐標(biāo)為加工速度vw或電極進(jìn)給、回退速度。13精選PPT◆工具電極

若采用直接配合法加工，工具材料即是沖頭材料。凸模一般選優(yōu)質(zhì)高碳鋼T8A或鉻鋼Cr12、GCr15，硬質(zhì)合金等。應(yīng)注意,凸凹模不應(yīng)選用同一種鋼材型號，否則電火花加工時不易穩(wěn)定。采用其它兩種方法加工時，可選用紫銅，精度要求高的沖模則可選用銅鎢或銀鎢作工具電極材料。

工具電極的尺寸精度應(yīng)比凹模精度高一級，一般不低于IT7級，表面粗糙度值也應(yīng)比凹模的數(shù)值小，一般為0.63～1.25μm，直線度和平行度在100mm內(nèi)不超過0.01mm。

工具電極應(yīng)有足夠的長度，若加工硬質(zhì)合金時，由于電極損耗較大，電極還應(yīng)適當(dāng)加長。工具電極的截面輪廓尺寸除考慮配合間隙外，還要比預(yù)定加工的型孔尺寸均勻地縮小一個加工時的火花放電間隙。14精選PPT1)工藝方法

由于型腔模的工藝特點(diǎn)所限，型腔模加工不能簡單地用一個與型腔形狀相對應(yīng)的成型工具電極進(jìn)行加工。常用的方法有以下三種：

（1）單電極平動法。此方法先用低損耗（θ＜1%）、高生產(chǎn)率的粗規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行加工，在半精和精加工時，采用平動頭使工具電極相對于工件作微小的平面圓周運(yùn)動，進(jìn)行“仿形”加工。在減小電規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行半精、精加工時，依次加大工具電極的平動量，以補(bǔ)償前后加工電規(guī)準(zhǔn)之間的放電間隙差值和表面粗糙度差值，完成整個型腔加工。單電極平動加工的優(yōu)點(diǎn)是由于平動改善了工作液的供給及排屑條件，使工具電極損耗均勻，加工過程穩(wěn)定。同時，它只需要一個電極，一次安裝便可達(dá)到±0.05mm的加工精度。平動法已成為目前最常用的工藝方法。它的缺點(diǎn)是尖角部位電極損耗較大，同時工具電極上每點(diǎn)都在作平面圓周運(yùn)動，故難以獲得高精度的型腔模，特別是難以加工出有棱有角的型腔模。15精選PPT(2)多電極更換法。此方法是用幾個形狀相同但尺寸各異的電極依次更換加工同一個型腔。由于每次加工中因電極損耗、二次放電造成的側(cè)面斜度及棱角半徑過大等加工誤差都將在更換電極后的下一次加工中除去，因此一般用兩個電極進(jìn)行粗、精加工即可滿足要求。當(dāng)型腔模的精度和表面質(zhì)量要求高時，才采用三個或更多個電極進(jìn)行加工。多電極加工的仿形精度高，尤其適用于尖角、窄縫多的型腔模加工。其缺點(diǎn)是需制造多個電極，且對電極的重復(fù)制造精度要求很高；電極的依次更換重復(fù)定位精度要求也很高。因此，這種方法一般只適用于精密型腔的加工。例如，盒式磁帶、收錄機(jī)、電視機(jī)等機(jī)殼的模具，都是用多個電極加工出來的。16精選PPT（3）分解電極法。此方法是單極平動加工法和多電極更換加工法的綜合應(yīng)用。其工藝靈活性強(qiáng)，仿形精度高，適用于尖角、窄縫、沉孔、深槽多的復(fù)雜型腔模具加工。根據(jù)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。加工時先加工出主型腔，后用副型腔電極加工尖角、窄縫等部位的副型腔。這種方法還可按不同的加工要求選用不同的電極材料，簡化了電極的制造和維修。缺點(diǎn)是在更換電極時，主型腔和副型腔電極之間要求有精確的定位。17精選PPT電火花成形加工工具電極設(shè)計(jì)：

今用電火花成形加工型腔模具，該型腔模具的橫斷面尺寸如上圖圖示，工具電極單邊縮放量為n,試設(shè)計(jì)工具電極橫斷面形狀和尺寸（繪出橫斷面圖并標(biāo)注尺寸），不考慮工件和工具公差。18精選PPT第3章電火花線切割加工3.1電火花線切割加工原理、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍3.2電火花線切割加工設(shè)備3.3電火花線切割控制系統(tǒng)和編程技術(shù)3.4影響電火花線切割工藝指標(biāo)的因素3.5線切割加工工藝及其擴(kuò)展應(yīng)用重點(diǎn)掌握線切割分類，線切割常用正極性加工，線切割的3B編程19精選PPT3.1.3電火花線切割加工的分類及應(yīng)用

1.電火花線切割加工的分類

根據(jù)電火花線切割加工中電極絲的運(yùn)行方向和速度來分，電火花線切割加工通常分為兩大類：一類是高速走絲電火花線切割加工，電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動，一般走絲速度為8～10m/s；另一類是低速走絲電火花線切割加工，電極絲作低速單向運(yùn)動，一般走絲速度低于0.2m/s。

電火花線切割加工按控制方式可分為靠模仿型控制加工、光電跟蹤控制加工、數(shù)字程序控制加工等；

按加工尺寸范圍可分為大、中、小型零件以及普通型與專用型零件等加工。

按所使用的數(shù)控系統(tǒng)可分為單片機(jī)、單板機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制的加工等。20精選PPT

3.3電火花切割控制系統(tǒng)和編程技術(shù)

3.3.1切割控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是進(jìn)行電火花線切割加工的重要環(huán)節(jié)。控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、控制精度及自動化程度都直接影響到加工工藝指標(biāo)和工人的勞動強(qiáng)度。

控制系統(tǒng)的主要作用有：

（1）按加工要求自動控制電極絲相對工件的運(yùn)動軌跡和進(jìn)給速度，來實(shí)現(xiàn)對工件的形狀和尺寸加工。

（2）實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度的自動控制，以維持正常的穩(wěn)定切割加工。它是根據(jù)放電間隙大小與放電狀態(tài)自動控制的，使進(jìn)給速度與工件材料的蝕除速度相平衡。21精選PPT因此，電火花線切割機(jī)床控制系統(tǒng)的主要功能應(yīng)包括：

（1）軌跡控制——精確控制電極絲相對于工件的運(yùn)動軌跡，以獲得所需的形狀和尺寸。

（2）加工控制——主要包括對伺服進(jìn)給速度、電源裝置、走絲機(jī)構(gòu)、工作液系統(tǒng)以及其它的機(jī)床操作控制。此外，斷電記憶、故障報警、安全控制及自診斷功能也是一個重要的方面。

電火花線切割機(jī)床的軌跡控制系統(tǒng)曾經(jīng)歷過靠模仿形控制、光電跟蹤仿形控制，現(xiàn)在已普遍采用數(shù)字程序控制，并已發(fā)展到微型計(jì)算機(jī)直接控制階段。22精選PPT3.3.2編程原理

數(shù)控線切割加工機(jī)床的控制系統(tǒng)是根據(jù)人的“命令”控制機(jī)床進(jìn)行加工的。必須先將要加工工件的圖形用線切割控制系統(tǒng)所能接受的“語言”編好“命令”，輸入控制系統(tǒng)（控制器），這種“命令”就是線切割加工程序。

電火花線切割加工的數(shù)控控制原理是把圖樣和工件的形狀和尺寸編制成程序指令，通過鍵盤或其他方式輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的程序進(jìn)行計(jì)算，并發(fā)出進(jìn)給信號來控制驅(qū)動電動機(jī)，由驅(qū)動電動機(jī)帶動精密絲杠，使工件相對于電極絲作軌跡運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)加工過程的自動控制。23精選PPT數(shù)字程序控制系統(tǒng)能夠控制加工同一平面上由直線和圓弧組成的任何圖形的工件，這是最基本的控制功能。此外，還有帶錐度切割、三維四軸聯(lián)動加工、間隙補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償、圖形軌跡跟蹤顯示、停電記憶恢復(fù)加工、自適應(yīng)控制、信息顯示等多種控制功能。

線切割編程方法分為手工編程和微機(jī)自動編程兩種。手工編程能使操作者比較清楚地了解編程所需要進(jìn)行的各種計(jì)算和編程過程，但計(jì)算工作比較繁雜。近年來，由于計(jì)算機(jī)快速發(fā)展，目前線切割加工的編程普遍采用計(jì)算機(jī)自動編程（如北航海爾的CAXA線切割軟件）。24精選PPT3.3.23B程序編程

1.3B代碼程序格式

線切割加工的軌跡圖形是由直線和圓弧組成的，它們的3B程序指令格式如表3－3所示。表3－33B程序指令格式25精選PPT表中：

B——分隔符，用它來區(qū)分、隔離x、y和J等數(shù)碼，B后的數(shù)字如為0（零），則可以不寫。

x，y——直線的終點(diǎn)或圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)值，編程時均取絕對值，以μm為單位。

J——計(jì)數(shù)長度，亦以μm為單位。以前編程時必須填寫滿六位數(shù)，如計(jì)數(shù)長度為4560μm，則應(yīng)寫成004560?，F(xiàn)在的微機(jī)控制器不必用0填滿六位數(shù)。

G——計(jì)數(shù)方向，分Gx或Gy，即可按x方向或y方向計(jì)數(shù)，工作臺在該方向每走1μm即計(jì)數(shù)累減1，當(dāng)累減到計(jì)數(shù)長度J＝0時，這段程序即加工完畢。

Z——加工指令，分為直線L與圓弧R兩大類。直線按走向和終點(diǎn)所在象限而分為L1、L2、L3、L4四種；圓弧按第一步進(jìn)入的象限及走向的順、逆圓分為SR1、SR2、SR3、SR4及NR1、NR2、NR3、NR4八種，如圖3－17所示。26精選PPT圖3－17直線和圓弧的加工指令劃分

（a）、（b）直線的加工指令劃分；

（c）、（d）圓弧的加工指令劃分27精選PPT

2.直線的編程

（1）把直線的起點(diǎn)作為坐標(biāo)的原點(diǎn)；

（2）把直線的終點(diǎn)坐標(biāo)值取絕對值后作為x、y，單位為μm。因?yàn)閤、y的比值表示直線的斜度，因此也可用公約數(shù)將x、y縮小整倍數(shù)，如（x10000，y20000）可以表示為（x1，y2）。

（3）計(jì)數(shù)長度J，按計(jì)數(shù)方向Gx或Gy取該直線在x軸或y軸上的投影值，即取x值或y值，以μm為單位。決定計(jì)數(shù)長度時，要和計(jì)數(shù)方向的選擇一并考慮。28精選PPT（4）計(jì)數(shù)方向的選取原則，應(yīng)取此直線最后一步的走向?yàn)橛?jì)數(shù)方向。不能預(yù)知時，一般選取與終點(diǎn)處的走向較平行的軸向作為計(jì)數(shù)方向，這樣可減小編程誤差與加工誤差。對直線而言，取x、y中較大的絕對值和軸向作為計(jì)數(shù)長度J和計(jì)數(shù)方向。如圖3－18（a）所示，以要加工的直線的起點(diǎn)為原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系，查看該直線終點(diǎn)坐標(biāo)的區(qū)域，如果直線終點(diǎn)落在圖中陰影區(qū)域（含45°和135°直線），則計(jì)數(shù)方向?yàn)镚y，否則為Gx。29精選PPT圖3－18計(jì)數(shù)方向的確定

（a）直線的計(jì)數(shù)方向劃分；（b）圓弧的計(jì)數(shù)方向劃分30精選PPT31精選PPT3.圓弧的編程

（1）把圓弧的圓心作為坐標(biāo)原點(diǎn)。

（2）把圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo)值取絕對值后作為x、y，單位為μm。（注：圓弧的x、y值不能整除公約數(shù)。）

（3）計(jì)數(shù)長度J，按計(jì)數(shù)方向取x或y軸上的投影值，以μm為單位。如果圓弧較長，跨越兩個以上象限，則分別取計(jì)數(shù)方向x軸（或y軸）上各個象限投影值的絕對值的累加和，作為該方向總的計(jì)數(shù)長度。決定計(jì)數(shù)長度時，要和選擇計(jì)數(shù)方向一并考慮。32精選PPT（4）計(jì)數(shù)方向也取與該圓弧終點(diǎn)時走向較平行的軸向作為計(jì)數(shù)方向，以減少編程和加工誤差。對圓弧來說，取終點(diǎn)坐標(biāo)中絕對值較小的軸向作為計(jì)數(shù)方向（與直線相反）。如圖3－18（b）所示，以要加工的圓弧的圓心為原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系，查看該圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)的區(qū)域，如果圓弧終點(diǎn)落在圖中陰影區(qū)域（不含45°和135°直線，如果恰在兩條直線上則可選取Gx或Gy），則計(jì)數(shù)方向?yàn)镚x，否則為Gy。

（5）加工指令對圓弧而言，按其第一步所進(jìn)入的象限可分為R1、R2、R3，R4；按切割走向又可分為順圓S和逆圓N，于是共有8種指令，即SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3、NR4，如圖3－17（c）、（d）所示。33精選PPT

4.3B格式編程舉例

例3－1請編制加工圖所示的線切割加工3B代碼，已知線切割加工用的電極絲直徑為0.18mm，單邊放電間隙為0.01mm，O點(diǎn)為穿絲孔，加工方向?yàn)镺—A—B—…。34精選PPT0′A′B9900B0B9900GXL3A′B′B0B70100B70100GYL2B′C′B60000B0B60000GXL3C′D′B50100B100B100000GYNR1D′E′B49900B0B49900GXL3E′F′B0B40100B80100GXNR2F′G′B0B40000B40000GYL4G′H′B60200B0B60200GXL1H′I′B39900B100B80000GYSR3I′J′B70200B0B70200GXL1J′A′B0B50100B50100GYL2A′O′B9900B0B9900GXL135精選PPT電火花成形加工工具電極設(shè)計(jì)：今用電火花成形加工型腔模具，該型腔模具的橫斷面尺寸如上圖圖示，工具電極單邊縮放量為n,試設(shè)計(jì)工具電極橫斷面形狀和尺寸（繪出橫斷面圖并標(biāo)注尺寸），不考慮工件和工具公差。36精選PPT

4.放電峰值電流ie

放電峰值電流是決定單脈沖能量的主要因素之一。放電峰值電流ie增大時，切割加工速度提高，表面粗糙度變差，電極絲損耗比加大甚至斷絲。一般取峰值電流ie小于40A，平均電流小于5A。低速走絲線切割加工時，因脈寬很窄，小于1μs，電極絲又較粗，故ie有時大于100A甚至500A。

5.極性

線切割加工因脈寬較窄，所以都用正極性加工，否則切割速度會變低且電極絲損耗會增大

。

37精選PPT4）電極絲往復(fù)運(yùn)動對工藝指標(biāo)的影響

高速走絲線切割加工工件時，加工工件表面往往會出現(xiàn)黑白交錯相間的條紋(如圖3－11（a）所示)，電極絲進(jìn)口處呈黑色，出口處呈白色。條紋的出現(xiàn)與電極絲的運(yùn)動有關(guān)，是排屑和冷卻條件不同造成的。電極絲從上向下運(yùn)動時，工作液由電極絲從上部帶入工件內(nèi)，放電產(chǎn)物由電極絲從下部帶出。這時，上部工作液充分，冷卻條件好，下部工作液少，冷卻條件差，但排屑條件比上部好。工作液在放電間隙里受高溫?zé)崃逊纸?，形成高壓氣體，急劇向外擴(kuò)散，對上部蝕除物的排除造成困難。這時，放電產(chǎn)生的炭黑等物質(zhì)將凝聚附著在上部加工表面上，使之呈黑色。在下部，排屑條件好，工作液少，放電產(chǎn)物中炭黑較少，而且放電常常是在氣體中發(fā)生的，因此加工表面呈白色。同理，當(dāng)電極絲從下向上運(yùn)動時，下部呈黑色，上部呈白色。這樣，經(jīng)過電火花線切割加工的表面，就形成黑白交錯相間的條紋。這是往復(fù)走絲的工藝特性之一。38精選PPT圖3－11線切割加工的表面條紋及其切縫形狀

（a）電極絲往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生的黑白條紋；

（b）電極絲入口和出口處的寬度；

（c）電極絲不同走向處的剖面圖39精選PPT

正常的電火花線切割加工就要保證進(jìn)給速度與蝕除速度大致相等，使進(jìn)給均勻平穩(wěn)。若進(jìn)給速度過高(過跟蹤)，即電極絲的進(jìn)給速度明顯超過蝕除速度，則放電間隙會越來越小，以致產(chǎn)生短路；當(dāng)出現(xiàn)短路時，電極絲馬上會產(chǎn)生短路而快速回退；當(dāng)回退到一定的距離時，電極絲又以大于蝕除速度的速度向前進(jìn)給，又開始產(chǎn)生短路、回退。這樣頻繁地發(fā)生短路現(xiàn)象，一方面會造成加工的不穩(wěn)定，另一方面會造成斷絲。若進(jìn)給速度太慢(欠跟蹤)，即電極絲的進(jìn)給速度明顯落后于工件的蝕除速度，則電極絲與工件之間的距離越來越大，造成開路。這樣會使工件蝕除過程暫時停頓，整個加工速度自然會大大降低。由此可見，在線切割加工中，調(diào)節(jié)進(jìn)給速度雖然本身并不具有提高加工速度的能力，但它能保證加工的穩(wěn)定性。40精選PPT第4章電化學(xué)加工4.1電化學(xué)加工的原理及分類4.2電解加工4.3電解磨削4.4電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工（掌握電化學(xué)加工的原理，電解磨削，電化學(xué)極化，溶差極化的概念，常用的三種電解液，掌握電化學(xué)加工時陽極溶解，陰極沉積，掌握電解磨削加工與機(jī)械磨削加工的區(qū)別）41精選PPT 4.1電化學(xué)加工的原理及分類

4.1.1電化學(xué)加工的原理

1.電化學(xué)加工過程

當(dāng)兩金屬片接上電源并插入任何導(dǎo)電的溶液中(例如水中加入少許NaCl)，如圖4－1所示，即形成通路，導(dǎo)線和溶液中均有電流流過。42精選PPT2.電化學(xué)反應(yīng)過程相關(guān)問題的討論

1）電解質(zhì)溶液

凡溶于水后能導(dǎo)電的物質(zhì)叫做電解質(zhì)，如鹽酸(HCL)、硫酸H2SO4、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化銨(NH4OH)、食鹽（NaCl）、硝酸鈉(NaNO3)等酸、堿、鹽都是電解質(zhì)。電解質(zhì)與水形成的液體為電解質(zhì)溶液，簡稱為電解液。電解液中所含電解質(zhì)的多少即為電解液濃度，一般以質(zhì)量百分比濃度（符號%）表示，即每100g溶液中所含溶質(zhì)的克數(shù)。還常用物質(zhì)的量濃度表示，即一升溶液中的電解質(zhì)的摩爾數(shù)。43精選PPT3）電極的極化

上述平衡電極電位是沒有電流通過電極時的情況，當(dāng)有電流通過時，電極的平衡狀態(tài)遭到破壞，使陽極電位向正移(代數(shù)值增大)、陰極電位向負(fù)移（代數(shù)值減小)，這種現(xiàn)象稱為電極極化(如圖4－5所示)。極化后的電極電位與平衡電位的差值稱為超電位。隨著電流密度的增加，超電位也增加。根據(jù)極化產(chǎn)生的原因不同，可將電極極化分為濃差極化、電化學(xué)極化和鈍化極化。

44精選PPT◆濃差極化

在極化過程中，金屬不斷溶解的條件之一是生成的金屬離子需要越過雙電層，再向外遷移并擴(kuò)散，從而與溶液中的離子起作用，最后離開反應(yīng)系統(tǒng)。然而擴(kuò)散與遷移的速度是有一定限度的，在外電場的作用下，如果極化過程中，電化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行很快，而電極表面液層中金屬離子的擴(kuò)散與遷移速度較慢，來不及擴(kuò)散到溶液中去，使陽極表面造成金屬離子堆積，引起了電位值增大，這就是濃差極化的本質(zhì)。在陰極上，由于水化氫離子的移動速度很快，因此一般情況下，氫的濃差極化是很小的。

由此可知，凡能加速電極表面離子的擴(kuò)散與遷移速度的措施，都能使?jié)獠顦O化減小，如提高電解液流速以增強(qiáng)其攪拌作用，升高電解液溫度等。45精選PPT◆電化學(xué)極化

化學(xué)極化也叫活化極化，它是由電化學(xué)反應(yīng)中某一步驟反應(yīng)比其他步驟緩慢而引起的。也就是說，由于某步驟反應(yīng)進(jìn)行最緩慢，電極反應(yīng)過程就會受到它的制約。陽極溶解過程主要包括電化學(xué)反應(yīng)和離子擴(kuò)散與遷移。因此，前者過程中某些反應(yīng)緩慢，會引起整個陽極溶解過程緩慢(電化學(xué)極化)；后者過程中的緩慢，將引起擴(kuò)散過程緩慢(濃差極化)。

由于電化學(xué)極化取決于電化學(xué)反應(yīng)，因此，它與電極材料和電解液成份緊密相關(guān)。此外，還與電極表面狀態(tài)、電解液溫度、電流密度有關(guān)。溫度升高，反應(yīng)速度加快，電化學(xué)極化減小；電流密度愈高，電化學(xué)極化也愈嚴(yán)重。46精選PPT2）三種常用電解液

電解液可分為中性鹽溶液、酸性溶液和堿性溶液三大類。酸性電解液除用于高精度、小間隙、細(xì)長孔以及鍺、鉬、鈮等難溶金屬加工外，一般很少選用。堿性電解液對人身體也有損害，且會生成難溶性陽極薄膜，因此僅用于加工鎢、鉬等金屬材料。由于中性鹽溶液腐蝕性小，使用時較安全，故應(yīng)用最普遍。最常用的有NaCl、NaNO3、NaClO3三種電解液，現(xiàn)分別進(jìn)行介紹。47精選PPT2）葉片加工

葉片是噴氣發(fā)動機(jī)、汽輪機(jī)中的重要零件，葉身型面形狀比較復(fù)雜，精度要求較高，加工批量大，在發(fā)動機(jī)和汽輪機(jī)制造中占有相當(dāng)大的勞動量。葉片采用機(jī)械加工困難較大，生產(chǎn)率低，加工周期長，而采用電解加工，則不受葉片材料硬度和韌性的限制，在一次行程中就可加工出復(fù)雜的葉身型面，生產(chǎn)率高，表面粗糙度值小。

葉片加工的方式有單面加工和雙面加工兩種。機(jī)床也有立式和臥式兩種，立式大多用于單面加工，臥式大多用于雙面加工。葉片加工大多采用側(cè)流法供液，加工是在工作箱中進(jìn)行的。我國目前對葉片加工多數(shù)采用氯化鈉電解液的混氣電解加工法，也有采用加工間隙易于控制（有切斷間隙）的氯酸鈉電解液的，由于這兩種工藝方法的成型精度較高，因此陰極可采用反拷法制造。48精選PPT圖4－33電解加工整體葉輪49精選PPT4.3電解磨削

1.電解磨削的基本原理和特點(diǎn)

電解磨削屬于電化學(xué)機(jī)械加工的范疇。電解加工具有較高的生產(chǎn)率，但加工精度不易控制。電解磨削是由電解腐蝕作用和機(jī)械磨削作用相結(jié)合進(jìn)行加工的，比電解加工有較好的加工精度和表面粗糙度，比機(jī)械磨削有較高的生產(chǎn)率。與電解磨削相近似的還有電解珩磨和電解研磨。

圖4－34所示是電解磨削原理圖。導(dǎo)電砂輪1與直流電源的陰極相聯(lián)，被加工工件2(硬質(zhì)分金車刀)接陽極，它在一定壓力下與導(dǎo)電砂輪相接觸。在加工區(qū)域中注入電解液3，在電解和機(jī)械磨削的雙重作用下，車刀的后刀面很快就被磨光。50精選PPT圖4－35所示為電解磨削加工過程原理圖。電流從工件3，通過電解液5而流向磨輪，形成通路，于是工件(陽極)表面的金屬在電流和電解液的作用下發(fā)生電解作用(電化學(xué)腐蝕)，被氧化成為一層極薄的氧化物，即氫氧化物薄膜4，一般稱它為陽極薄膜。但剛形成的陽極薄膜迅速被導(dǎo)電砂輪中的磨料刮除，在陽極工件上又露出新的金屬表面，并被繼續(xù)電解。這樣，由電解作用和刮除薄膜的磨削作用交替進(jìn)行，使工件連續(xù)地被加工，直至達(dá)到一定的尺寸精度和表面粗糙度。

電解磨削過程中，金屬主要靠電化學(xué)作用腐蝕下來，砂輪起磨去電解產(chǎn)物陽極鈍化膜和整平工件表面的作用。51精選PPT第5章激光加工5.1激光加工的原理及特點(diǎn)5.2激光加工的設(shè)備5.3激光加工的應(yīng)用（必須掌握粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的概念，掌握釹玻璃激光器是什么離子受激產(chǎn)生激光）52精選PPT 5.1激光加工的原理及特點(diǎn)

5.1.1激光加工的原理

激光技術(shù)是20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。所謂激光，是一種強(qiáng)度高、方向性好、單色性好的相干光。由于激光的發(fā)散角小，且單色性好，理論上可以聚焦到尺寸與光的波長相近的（微米甚至亞微米）小斑點(diǎn)上，加上它本身強(qiáng)度高，因此可以使其焦點(diǎn)處的功率密度達(dá)到107～1011W/cm2，溫度可達(dá)10000℃以上。在這樣的高溫下，任何材料都將瞬時急劇熔化和汽化，并爆炸性地高速噴射出來，同時產(chǎn)生方向性很強(qiáng)的沖擊。

激光加工（LaserBeamMachining，LBM）就是利用激光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點(diǎn)上達(dá)到很高的能量密度，從而產(chǎn)生光熱效應(yīng)來加工各種材料的。激光加工過程是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生高溫熔融和受沖擊波拋出的綜合過程，如圖5－1所示。53精選PPT（二）激光的產(chǎn)生

某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，在一定外來光子能量激發(fā)的條件下，會吸收光能，使處于較高能級（來穩(wěn)態(tài)）的原子（或粒子）數(shù)目大于處于低能級（基態(tài)）的原子數(shù)目，這種現(xiàn)象，稱為“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”。在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，如果有一束光子照射該物體，而光子的能量恰好等于這兩個能級相對應(yīng)的能量差，這時就能產(chǎn)生受激輻射，輸出大量的光能，發(fā)出頻率v=(En-

E1)/h

的單色性好的光，這就是激光。54精選PPT 5.2激光加工的設(shè)備

激光加工的基本設(shè)備包括激光器、電源、光學(xué)系統(tǒng)及機(jī)械系統(tǒng)等四大部分。圖5－2所示為激光加工裝置結(jié)構(gòu)方框圖。55精選PPT

1．激光器

激光器是激光加工的重要設(shè)備，它把電能轉(zhuǎn)變成光能，產(chǎn)生激光束。

激光器按工作物質(zhì)的種類可分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導(dǎo)體激光器四大類。表5－1列出了激光加工中常用激光器的主要性能特點(diǎn)。56精選PPT表5－1常用激光器的性能、特點(diǎn)及用途

57精選PPT2．激光器電源

激光器電源為激光器提供所需要的能量及控制功能。

3．光學(xué)系統(tǒng)

光學(xué)系統(tǒng)包括激光聚焦系統(tǒng)和觀察瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，前者用于激光束聚焦，后者能觀察和調(diào)整激光束的焦點(diǎn)位置，并將加工位置在投影儀上顯示。

4．機(jī)械系統(tǒng)

機(jī)械系統(tǒng)主要包括床身、能在三坐標(biāo)范圍內(nèi)移動的工作臺及機(jī)電控制系統(tǒng)等。目前，許多激光加工機(jī)已采用計(jì)算機(jī)來控制工作臺的移動，實(shí)現(xiàn)激光加工的數(shù)控操作。

激光加工機(jī)的種類也越來越多，完善程度不同，結(jié)構(gòu)形式也不單一。圖5－3所示為某固體激光加工機(jī)的外形示意圖。58精選PPT第6章電子束和離子束加工6.1電子束加工6.2離子束加工（掌握電子束，離子束加工的原理，特點(diǎn)及其兩者的區(qū)別，常用的離子束發(fā)生裝置，離子束加工的分類，以及電子束，離子束的應(yīng)用領(lǐng)域。）59精選PPT 6.1電子束加工

6.1.1電子束加工的原理及特點(diǎn)

1.電子束加工的原理

如圖6－1所示，電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高(106～109W/cm2)的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小面積上，在極短的時間（幾分之一微秒）內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽贡粵_擊部分的工件材料達(dá)到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化和汽化，再用真空系統(tǒng)抽走汽化的材料的加工方法。這種利用電子束熱效應(yīng)的加工稱為電子束熱加工。

60精選PPT6.1.3電子束加工的應(yīng)用

1.高速打孔

電子束打孔已在生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用，目前最小直徑可達(dá)0.003mm左右。打孔的速度主要取決于板厚和孔徑，孔的形狀復(fù)雜時還取決于電子束掃描速度(或偏轉(zhuǎn)速度)以及工件的移動速度。通常每秒可加工幾十到幾萬個孔。例如，噴氣發(fā)動機(jī)套上的冷卻孔，機(jī)翼的吸附屏的孔，不僅孔的密度連續(xù)變化，孔數(shù)達(dá)數(shù)百萬個，而且有時還要改變孔徑，此時最宜用電子束高速打孔。高速打孔可在工件運(yùn)動中進(jìn)行。例如，在0.1mm厚的不銹鋼上加工直徑0.2mm的孔，速度為3000孔每秒。61精選PPT 6.2離子束加工

6.2.1離子束加工的原理及特點(diǎn)

1.離子束加工的原理

離子束加工的原理和電子束加工的原理基本類似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速聚焦，使之打到工件表面。不同的是離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千、數(shù)萬倍，如氬離子的質(zhì)量是電子的7.2萬倍，所以一旦離子加速到較高速度時，離子束比電子束具有更大的撞擊動能，它是靠微觀的機(jī)械撞擊能量，而不是靠動能轉(zhuǎn)化為熱能來加工的。

62精選PPT高速電子在撞擊工件材料時，因電子質(zhì)量小、速度大，動能幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱能，使工件材料局部熔化、汽化，它主要是通過熱效應(yīng)進(jìn)行加工的。而離子本身質(zhì)量較大，速度較低，撞擊工件材料時，將產(chǎn)生變形、分離、破壞等機(jī)械作用。例如，加速到幾十電子伏到幾千電子伏時，主要用于離子濺射加工；如果加速到1萬到幾萬電子伏，且離子入射方向與工件表面成25°~30°，則離子可將工件表面的原子或分子撞擊出去，以實(shí)現(xiàn)離子銑削、離子蝕刻或離子拋光等；當(dāng)加速到幾十萬電