第五章 特种加工

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1、第5章特种加工第次课仪器制造技术1．特种加工：现代的（非古代）不同于传统切削加工方式的加工方法。特种加工是直接利用电、热、声、光及化学能等能量形式进行的加工。如：超声波加工、电化学加工、电火花加工以及它们的复合加工。2．特种加工的特点①加工时工具不与工件直接接触，加工工具不受工件材料的物理机械性能的限制，因而工具的硬度可低于工件材料的硬度。②加工能量大，且易于控制、转换。③便于实现特殊形状零件的加工及微细加工。④机床运动简单、便于自动化和制造高精度机床。仪器制造技术3．特种加工对零件结构工艺性的影响①改变了零件的典型工艺路线。②对零件结构设计带来很大影响。③对传统结构工艺性的

2、好与坏，重新衡量。5.1电火花加工5.1.1电火花成形加工1．基本原理电火花加工是利用了电腐蚀现象。但是为了使电腐蚀现象能对金属材料进行加工，还必须解决以下几个问题：仪器制造技术1）必须使工具电极和被加工表面之间保持一定的间隙。2）火花放电必须是瞬时的脉冲放电。3）火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行。图1电火花加工原理。2．影响电火花成形加工的工艺因素（1）影响材料放电腐蚀及加工速度的主要因素仪器制造技术1）极性效应：极性效应：材料相同的两个电极电蚀量不一样的现象叫做“极性效应”。两极的蚀除速度与脉冲宽度（放电时间）有关，当时，称为窄脉冲，阳极的蚀除速度大于阴极，称

3、正效应。可实现正极性加工，工件接正极；当时，称为宽脉冲，阳极的蚀除速度小于阴极，称为负效应。可实现负极性加工，工件接负极。仪器制造技术2）脉冲参数：电火花加工时，单个脉冲的蚀除量与单个脉冲能量在一定范围内近似成正比关系。单个脉冲能量与极间放电电压、放电电流和放电持续时间有关。在单个脉冲能量一定时，脉冲宽度过大和过小都不好，若脉冲宽度过小，脉冲电流幅值将很大，热量过于集中，会使蚀除的金属材料中气态蚀除比例增大，金属因气化而消耗掉很大的能量，反而使材料的蚀除量减小。脉冲宽度过大，会因为热传导扩散而损失大量的热量，也会使电蚀量减小。因此在一定的单个脉冲放电能量下，会有一个最佳脉宽使

4、电极电蚀量最大。仪器制造技术3）金属材料的（热学）物理常数：在脉冲放电能量相同情况下，材料的热学物理常数（熔化热、气化热、熔点、沸点等）越高，单位质量金属熔化和气化时需要的热量越多，因此材料的蚀除量越小。而材料的热导率大，会把火花放电时产生的瞬时热量从电极放电点很快地传导扩散到其它部位，而减少了放电点处的电蚀量。钨、钼、石墨等材料熔点、沸点高，因此很难蚀除。铜的熔点、沸点虽然较低但导热性好，所以也很难电腐蚀，因此这些材料可用做工具电极材料。考虑加工难度和加工成本，生产中多采用铜和石墨等材料作为工具电极。仪器制造技术4）工作液：电火花成型加工必须在有绝缘性好的工作液中进行，例如

5、，机油、煤油等，不同性质的工作液对电蚀量的影响不相同。由于绝缘性好，密度、粘度大的工作液有利于压缩放电通道，使放电能量集中在很小的范围内，可以增大电蚀量。但粘度过大不利于电蚀物排出，影响加工的稳定性，因此只适合用于粗加工（粗加工时脉冲能量大，加工间隙大，电蚀屑易于抛出），一般多选用机油。而在中、精加工时，脉冲能量小放电间隙小不利于排屑，因此要求工作液粘度小、流动性好、渗透性好，多选用煤油。仪器制造技术（2）影响加工精度的主要因素1）放电间隙：在电火花加工中，由于工具电极与工件电极之间存在放电间隙，因此工具尺寸应比工件最终要求的尺寸减小一个放电间隙值。但由于工具电极的不断损耗，

6、以及加工中电参数，工作液的绝缘性等发生变化，难于保证间隙的稳定和一致性，最终影响工件的加工精度。另外间隙的大小对工件加工精度的影响也不同，间隙大对精度的影响就大，因此精加工时应采用较小的放电间隙。精加工的放电间隙一般为0.01mm，粗加工时可达0.5mm以上。仪器制造技术2）二次放电：二次放电是指在已加工的表面上，由于间隙内存在电蚀物导致间隙过小而引发的非正常的再次放电。二次放电一般是发生在工具和工件的侧面，随着不断向下加工，侧面间隙排屑变得困难，使二次放电机会增大，导致工件深度方向的斜度增大，影响了工件的形状精度。3）工具电极的损耗：在加工中，工具的端面和侧面都会受到损耗。

7、随着加工的深入，工具电极的下部分经历的加工时间长，工件因电极的损耗形成一定的加工斜度。电火花的加工精度可达0.01～0.05mm左右。仪器制造技术（3）影响表面质量的主要因素1）由于采用的是脉冲电源，每一次的脉冲放电是在工件与工具之间的绝缘最弱点击穿放电，放电点被局限在很小的范围内，由于一秒钟的上万次放电，因此加工表面便由无数个小凹坑组成。通常情况下电火花加工表面粗糙度可达到Ra2.5～0.63µm。图22）表面变质层：电火花加工时，由于工件表面受到瞬时高温及工作液快速冷却作用，表面形成了熔化层和热影响