特种加工复习课件

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1、第第1章概论章概论 1.1特种加工的产生原因特种加工的产生原因 1.2特种加工的定义及分类特种加工的定义及分类 1.3特种加工对制造业的影响特种加工对制造业的影响 1.4特种加工的发展趋势特种加工的发展趋势 1特种加工复习 1.2特种加工的定义及分类特种加工的定义及分类传统切削加工的本质和特点：一是所用刀具材料比工件更硬；二是利用机械能把工件上多余的材料切除。借助于除机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，统称为“特种加工”，国外称为“非传统加工”或“非常规机械加工”。 特种加工是指利用光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源或其组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除的加工

2、方法，也称为非传统加工方法(NTM，NonTraditionalMachining)。2特种加工复习特种加工的特点和与传统切削加工的区别主要有：(1)主要依靠机械能以外的其他能量(如电能、热能、光能、声能以及化学能或其组合等)来去除工件材料。（2）工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，在某些情况下，如在激光加工、电子束加工、离子束加工等加工过程中，根本不需要使用任何工具。（3）在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用，工件不承受机械力，特别适合于精密加工低刚度零件。 3特种加工复习第第2章电火花加工章电火花加工 2.1电火花加工的基本原理及其分类电火花加工的基本原理及其分类2.

3、2电火花加工的机理电火花加工的机理 2.5 电火花加工的自动进给调节系统电火花加工的自动进给调节系统4特种加工复习2.1电火花加工概述电火花加工概述电火花加工又称放电加工(ElectrosparkMachining)。电火花加工是一种电、热能加工方法。它是利用工具和工件两极间脉冲放电时局部瞬时产生的高温把金属熔化、汽化去除来对工件进行加工的一种方法。当用脉冲电流作用在工件表面上时，工件表面上导电部位即立即熔化，若电脉冲能量足够大，则金属将直接汽化，熔化的金属强烈飞溅而抛离电极表面，使材料表面形成电腐蚀的坑穴。如适当控制这一过程，就能准确地加工出所需的工件形状。在这一加工过程中，我们可看到放电过

4、程中伴有火花，因此将这一加工方法称为电火花加工电火花加工。 5特种加工复习2.2电火花加工的机理电火花加工的机理2.2.1电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理电火花加工的原理是基于工具和工件电火花加工的原理是基于工具和工件(正、负电极正、负电极)之间之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。研究结果表明，电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑。

5、 6特种加工复习2.2.3电火花加工的机理电火花加工的机理火花放电时，电极表面的金属材料究竟是怎样被蚀除下来的，这是电火花加工的物理本质，也即电火花加工机理电火花加工机理。从大量实验资料来看，每次电火花腐蚀的微观过程是电场力、热力、磁力、流体动力等综合作用的过程。大致可分为四个阶段：极间介质的击穿形成放电通道；极间介质的击穿形成放电通道；介质热分解，介质热分解，电极材料熔化、汽化及热膨胀；电极材料熔化、汽化及热膨胀；电极材料的抛出；电极材料的抛出；极间介质极间介质消电离。消电离。7特种加工复习2.3电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律2.3.1影响材料放电腐蚀的因素影响材料放电腐蚀的因素1

6、.极性效应极性效应在电火花加工过程中，相同材料两电极的电蚀量是不同的，其中一个电极比另一个电极的电蚀量大，这种现象叫做极性效应。8特种加工复习1.电规准的影响所谓的电规准，是指电火花加工时选用的电加工参数，主要有脉冲宽度t1(s)、脉冲间隔t0(s)和峰值电流IP等参数。1）脉冲宽度的影响单个脉冲能量的大小是影响加工速度的重要因素。对于矩形波脉冲电源，当峰值电流一定时，脉冲能量与脉冲宽度成正比。脉冲宽度增加，加工速度随之增加，因为随着脉冲宽度的增加，单个脉冲能量增大，使加工速度提高。但若脉冲宽度过大，则加工速度反而下降(如图28所示)。这是因为单个脉冲能量虽然增大，但转换的热能有较大部分散失在

7、电极与工件之中，不起蚀除作用。同时，在其他加工条件相同时，随着脉冲能量过分增大，蚀除产物增多，排气排屑条件恶化，间隙消电离时间不足导致拉弧，加工稳定性变差，因此加工速度反而降低。 9特种加工复习3）电极材料和加工极性的影响在电参数选定的条件下，采用不同的电极材料与加工极性，加工速度也大不相同。由图212可知，采用石墨电极，在同样加工电流时，正极性比负极性加工速度高。在加工中选择极性，不能只考虑加工速度，还必须考虑电极损耗。如用石墨做电极时，正极性加工比负极性加工速度高，但在粗加工中，电极损耗会很大。故在不计电极损耗的通孔加工中，采用正极性加工；而在用石墨电极加工型腔的过程中，常采用负极性加工。

8、 10特种加工复习由于炭黑膜只能在正极表面形成，因此，若要利用炭黑膜的补偿作用来实现电极的低损耗，必须采用负极性加工。实验表明，当峰值电流和脉冲间隔一定时，炭黑膜厚度随脉宽的增加而增厚；而当脉冲宽度和峰值电流一定时，炭黑膜厚度随脉冲间隔的增大而减薄，亦即随着脉冲间隔的减少，电极损耗随之降低。但过小的脉冲间隔将使放电间隔来不及消电离和电蚀产物扩散而造成拉弧烧伤。 11特种加工复习二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电。二次放电的主要后果是在加工深度方向的侧面产生斜度和使加工棱角边变钝，如图214所示。由于工具电极下端部加工时间长，绝对损耗大，而电极入口处的放电间隙则由

9、于电蚀产物的存在，“二次放电”的几率大而间隙逐渐扩大，因而产生了加工斜度。此外，成型加工时工具电极的振动及线切割加工时电极丝的抖动，也会使侧面放电次数增多而产生工件的形状误差。 12特种加工复习2.5电火花加工的自动进给调节系统电火花加工的自动进给调节系统1.自动进给调节系统的作用和分类自动进给调节系统的作用和分类电火花加工时，放电间隙很小(0.010.1mm)，电蚀量、放电间隙在瞬时都不是常值，而是在一定范围内随机变化的，人工进给或恒速的“机动”进给很难满足要求，必须采用自动进给和调节装置。自动进给调节系统的作用是维持某一稳定的放电间隙S，保证电火花加工正常而稳定地进行，获得较好的加工效果。

10、可以用间隙蚀除特性曲线和进给调节特性曲线来说明，如图221所示。图中，曲线为间隙蚀除特性曲线，曲线为自动进给调节系统的进给调节特性曲线。图中横坐标为放电间隙S或间隙平均电压ue(因ue与S成对应关系)，纵坐标为加工速度vw或电极进给、回退速度。 13特种加工复习工具电极若采用直接配合法加工，工具材料即是冲头材料。凸模一般选优质高碳钢T8A或铬钢Cr12、GCr15，硬质合金等。应注意,凸凹模不应选用同一种钢材型号，否则电火花加工时不易稳定。采用其它两种方法加工时，可选用紫铜，精度要求高的冲模则可选用铜钨或银钨作工具电极材料。工具电极的尺寸精度应比凹模精度高一级，一般不低于IT7级，表面粗糙度值

11、也应比凹模的数值小，一般为0.631.25m，直线度和平行度在100mm内不超过0.01mm。 工具电极应有足够的长度，若加工硬质合金时，由于电极损耗较大，电极还应适当加长。工具电极的截面轮廓尺寸除考虑配合间隙外，还要比预定加工的型孔尺寸均匀地缩小一个加工时的火花放电间隙。 14特种加工复习1)工艺方法(电火花型腔加工常用的三种方法 ）由于型腔模的工艺特点所限，型腔模加工不能简单地用一个与型腔形状相对应的成型工具电极进行加工。常用的方法有以下三种：（1）单电极平动法。此方法先用低损耗（1%）、高生产率的粗规准进行加工，在半精和精加工时，采用平动头使工具电极相对于工件作微小的平面圆周运动，进行“

12、仿形”加工。在减小电规准进行半精、精加工时，依次加大工具电极的平动量，以补偿前后加工电规准之间的放电间隙差值和表面粗糙度差值，完成整个型腔加工。单电极平动加工的优点是由于平动改善了工作液的供给及排屑条件，使工具电极损耗均匀，加工过程稳定。同时，它只需要一个电极，一次安装便可达到0.05mm的加工精度。平动法已成为目前最常用的工艺方法。它的缺点是尖角部位电极损耗较大，同时工具电极上每点都在作平面圆周运动，故难以获得高精度的型腔模，特别是难以加工出有棱有角的型腔模。 15特种加工复习(2)多电极更换法。此方法是用几个形状相同但尺寸各异的电极依次更换加工同一个型腔。由于每次加工中因电极损耗、二次放电

13、造成的侧面斜度及棱角半径过大等加工误差都将在更换电极后的下一次加工中除去，因此一般用两个电极进行粗、精加工即可满足要求。当型腔模的精度和表面质量要求高时，才采用三个或更多个电极进行加工。多电极加工的仿形精度高，尤其适用于尖角、窄缝多的型腔模加工。其缺点是需制造多个电极，且对电极的重复制造精度要求很高；电极的依次更换重复定位精度要求也很高。因此，这种方法一般只适用于精密型腔的加工。例如，盒式磁带、收录机、电视机等机壳的模具，都是用多个电极加工出来的。 16特种加工复习（3）分解电极法。此方法是单极平动加工法和多电极更换加工法的综合应用。其工艺灵活性强，仿形精度高，适用于尖角、窄缝、沉孔、深槽多的

14、复杂型腔模具加工。根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔电极和副型腔电极分别制造。加工时先加工出主型腔，后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。这种方法还可按不同的加工要求选用不同的电极材料，简化了电极的制造和维修。缺点是在更换电极时，主型腔和副型腔电极之间要求有精确的定位。 17特种加工复习电火花成形加工工具电极设计：电火花成形加工工具电极设计：今用电火花成形加工型腔模具，该型腔模具的横断面尺寸如上图图示，工具电极单边缩放量为n, 试设计工具电极横断面形状和尺寸（绘出横断面图并标注尺寸），不考虑工件和工具公差。 18特种加工复习第3章电火花线切割加工 3.1电火花线切割加工原理、特点及应

15、用范围电火花线切割加工原理、特点及应用范围 3.2电火花线切割加工设备电火花线切割加工设备 3.3电火花线切割控制系统和编程技术电火花线切割控制系统和编程技术 3.4影响电火花线切割工艺指标的因素影响电火花线切割工艺指标的因素 3.5线切割加工工艺及其扩展应用线切割加工工艺及其扩展应用 19特种加工复习3.1.3电火花线切割加工的分类及应用电火花线切割加工的分类及应用1.电火花线切割加工的分类电火花线切割加工的分类根据电火花线切割加工中电极丝的运行方向和速度来分，电火花线切割加工通常分为两大类：一类是高速走丝电火花线切割加工，电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为810m/s；另一类是低速走丝电

16、火花线切割加工，电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s。电火花线切割加工按控制方式可分为靠模仿型控制加工、光电跟踪控制加工、数字程序控制加工等；按加工尺寸范围可分为大、中、小型零件以及普通型与专用型零件等加工。按所使用的数控系统可分为单片机、单板机、微型计算机系统控制的加工等。 20特种加工复习3.3 电火花切割控制系统和编程技术电火花切割控制系统和编程技术3.3.1 切割控制系统切割控制系统控制系统是进行电火花线切割加工的重要环节。控制系统的稳定性、可靠性、控制精度及自动化程度都直接影响到加工工艺指标和工人的劳动强度。控制系统的主要作用有：（1）按加工要求自动控制电极丝相对工件的

17、运动轨迹和进给速度，来实现对工件的形状和尺寸加工。（2）实现进给速度的自动控制，以维持正常的稳定切割加工。它是根据放电间隙大小与放电状态自动控制的，使进给速度与工件材料的蚀除速度相平衡。 21特种加工复习因此，电火花线切割机床控制系统的主要功能应包括：（1）轨迹控制精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，以获得所需的形状和尺寸。（2）加工控制主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统以及其它的机床操作控制。此外，断电记忆、故障报警、安全控制及自诊断功能也是一个重要的方面。电火花线切割机床的轨迹控制系统曾经历过靠模仿形控制、光电跟踪仿形控制，现在已普遍采用数字程序控制，并已发展到微型计算

18、机直接控制阶段。 22特种加工复习3.3.2编程原理编程原理数控线切割加工机床的控制系统是根据人的“命令”控制机床进行加工的。必须先将要加工工件的图形用线切割控制系统所能接受的“语言”编好“命令”，输入控制系统（控制器），这种“命令”就是线切割加工程序。电火花线切割加工的数控控制原理是把图样和工件的形状和尺寸编制成程序指令，通过键盘或其他方式输入计算机，计算机根据输入的程序进行计算，并发出进给信号来控制驱动电动机，由驱动电动机带动精密丝杠，使工件相对于电极丝作轨迹运动，实现加工过程的自动控制。 23特种加工复习数字程序控制系统能够控制加工同一平面上由直线和圆弧组成的任何图形的工件，这是最基本的

19、控制功能。此外，还有带锥度切割、三维四轴联动加工、间隙补偿、螺距补偿、图形轨迹跟踪显示、停电记忆恢复加工、自适应控制、信息显示等多种控制功能。线切割编程方法分为手工编程和微机自动编程两种。手工编程能使操作者比较清楚地了解编程所需要进行的各种计算和编程过程，但计算工作比较繁杂。近年来，由于计算机快速发展，目前线切割加工的编程普遍采用计算机自动编程（如北航海尔的CAXA线切割软件）。 24特种加工复习3.3.23B程序编程程序编程1.3B代码程序格式代码程序格式线切割加工的轨迹图形是由直线和圆弧组成的，它们的3B程序指令格式如表33所示。 表333B程序指令格式 25特种加工复习表中：B分隔符，用

20、它来区分、隔离x、y和J等数码，B后的数字如为0（零），则可以不写。x，y直线的终点或圆弧起点的坐标值，编程时均取绝对值，以m为单位。J计数长度，亦以m为单位。以前编程时必须填写满六位数，如计数长度为4560m，则应写成004560。现在的微机控制器不必用0填满六位数。G计数方向，分Gx或Gy，即可按x方向或y方向计数，工作台在该方向每走1m即计数累减1，当累减到计数长度J0时，这段程序即加工完毕。Z加工指令，分为直线L与圆弧R两大类。直线按走向和终点所在象限而分为L1、L2、L3、L4四种；圆弧按第一步进入的象限及走向的顺、逆圆分为SR1、SR2、SR3、SR4及NR1、NR2、NR3、NR

21、4八种，如图317所示。 26特种加工复习图317直线和圆弧的加工指令划分（a）、（b）直线的加工指令划分；（c）、（d）圆弧的加工指令划分 27特种加工复习2.直线的编程直线的编程（1）把直线的起点作为坐标的原点；（2）把直线的终点坐标值取绝对值后作为直线的终点坐标值取绝对值后作为x、y，单位为m。因为x、y的比值表示直线的斜度，因此也可用公约数将x、y缩小整倍数，如（x10000，y20000）可以表示为（x1，y2）。（3）计数长度J，按计数方向Gx或Gy取该直线在x轴或y轴上的投影值，即取x值或y值，以m为单位。决定计数长度时，要和计数方向的选择一并考虑。 28特种加工复习（4）计数方

22、向的选取原则，应取此直线最后一步的走向为计数方向。不能预知时，一般选取与终点处的走向较平行的轴向作为计数方向，这样可减小编程误差与加工误差。对直线而言，取x、y中较大的绝对值和轴向作为计数长度J和计数方向。如图318（a）所示，以要加工的直线的起点为原点，建立直角坐标系，查看该直线终点坐标的区域，如果直线终点落在图中阴影区域（含45和135直线），则计数方向为Gy，否则为Gx。 29特种加工复习图318计数方向的确定（a）直线的计数方向划分；（b）圆弧的计数方向划分 30特种加工复习31特种加工复习3.圆弧的编程圆弧的编程（1）把圆弧的圆心作为坐标原点。（2）把圆弧的起点坐标值取绝对值后作为圆

23、弧的起点坐标值取绝对值后作为x、y，单位为m。（注：圆弧的x、y值不能整除公约数。）（3）计数长度J，按计数方向取x或y轴上的投影值，以m为单位。如果圆弧较长，跨越两个以上象限，则分别取计数方向x轴（或y轴）上各个象限投影值的绝对值的累加和，作为该方向总的计数长度。决定计数长度时，要和选择计数方向一并考虑。 32特种加工复习（4）计数方向也取与该圆弧终点时走向较平行的轴向作为计数方向，以减少编程和加工误差。对圆弧来说，取终点坐标中绝对值较小的轴向作为计数方向（与直线相反）。如图318（b）所示，以要加工的圆弧的圆心为原点，建立直角坐标系，查看该圆弧终点坐标的区域，如果圆弧终点落在图中阴影区域（

24、不含45和135直线，如果恰在两条直线上则可选取Gx或Gy），则计数方向为Gx，否则为Gy。（5）加工指令对圆弧而言，按其第一步所进入的象限可分为R1、R2、R3，R4；按切割走向又可分为顺圆S和逆圆N，于是共有8种指令，即SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3、NR4，如图317（c）、（d）所示。33特种加工复习4.3B格式编程举例格式编程举例例31请编制加工图所示的线切割加工3B代码，已知线切割加工用的电极丝直径为0.18 mm，单边放电间隙为0.01 mm，O点为穿丝孔，加工方向为OAB。34特种加工复习0AB9900B0B9900GXL3ABB0B70100B7010

25、0GYL2BCB60000B0B60000GXL3CDB50100B100B100000GYNR1DEB49900B0B49900GXL3EFB0B40100B80100GXNR2FGB0B40000B40000GYL4GHB60200B0B60200GXL1HIB39900B100B80000GYSR3IJB70200B0B70200GXL1JAB0B50100B50100GYL2AOB9900B0B9900GXL135特种加工复习电火花成形加工工具电极设计：电火花成形加工工具电极设计：今用电火花成形加工型腔模具，该型腔模具的横断面尺寸如上图图示，工具电极单边缩放量为n, 试设计工具电极横断

26、面形状和尺寸（绘出横断面图并标注尺寸），不考虑工件和工具公差。 36特种加工复习4.放电峰值电流放电峰值电流ie放电峰值电流是决定单脉冲能量的主要因素之一。放电峰值电流ie增大时，切割加工速度提高，表面粗糙度变差，电极丝损耗比加大甚至断丝。一般取峰值电流ie小于40A，平均电流小于5A。低速走丝线切割加工时，因脉宽很窄，小于1s，电极丝又较粗，故ie有时大于100A甚至500A。 5.极性极性线切割加工因脉宽较窄，所以都用正极性加工，否则切割速度会变低且电极丝损耗会增大。 37特种加工复习4）电极丝往复运动对工艺指标的影响高速走丝线切割加工工件时，加工工件表面往往会出现黑白交错相间的条纹(如图

27、311（a）所示)，电极丝进口处呈黑色，出口处呈白色。条纹的出现与电极丝的运动有关，是排屑和冷却条件不同造成的。电极丝从上向下运动时，工作液由电极丝从上部带入工件内，放电产物由电极丝从下部带出。这时，上部工作液充分，冷却条件好，下部工作液少，冷却条件差，但排屑条件比上部好。工作液在放电间隙里受高温热裂分解，形成高压气体，急剧向外扩散，对上部蚀除物的排除造成困难。这时，放电产生的炭黑等物质将凝聚附着在上部加工表面上，使之呈黑色。在下部，排屑条件好，工作液少，放电产物中炭黑较少，而且放电常常是在气体中发生的，因此加工表面呈白色。同理，当电极丝从下向上运动时，下部呈黑色，上部呈白色。这样，经过电火花

28、线切割加工的表面，就形成黑白交错相间的条纹。这是往复走丝的工艺特性之一。38特种加工复习图311线切割加工的表面条纹及其切缝形状（a）电极丝往复运动产生的黑白条纹；（b）电极丝入口和出口处的宽度；（c）电极丝不同走向处的剖面图 39特种加工复习正常的电火花线切割加工就要保证进给速度与蚀除速度大致相等，使进给均匀平稳。若进给速度过高(过跟踪)，即电极丝的进给速度明显超过蚀除速度，则放电间隙会越来越小，以致产生短路；当出现短路时，电极丝马上会产生短路而快速回退；当回退到一定的距离时，电极丝又以大于蚀除速度的速度向前进给，又开始产生短路、回退。这样频繁地发生短路现象，一方面会造成加工的不稳定，另一方

29、面会造成断丝。若进给速度太慢(欠跟踪)，即电极丝的进给速度明显落后于工件的蚀除速度，则电极丝与工件之间的距离越来越大，造成开路。这样会使工件蚀除过程暂时停顿，整个加工速度自然会大大降低。由此可见，在线切割加工中，调节进给速度虽然本身并不具有提高加工速度的能力，但它能保证加工的稳定性。 40特种加工复习第第4章电化学加工章电化学加工 4.1电化学加工的原理及分类电化学加工的原理及分类 4.2电解加工电解加工4.3电解磨削电解磨削4.4电铸、电铸、 涂镀及复合镀加工涂镀及复合镀加工41特种加工复习4.1电化学加工的原理及分类电化学加工的原理及分类 4.1.1电化学加工的原理电化学加工的原理1.电化

30、学加工过程电化学加工过程当两金属片接上电源并插入任何导电的溶液中(例如水中加入少许NaCl)，如图41所示，即形成通路，导线和溶液中均有电流流过。 42特种加工复习2.电化学反应过程相关问题的讨论电化学反应过程相关问题的讨论1）电解质溶液凡溶于水后能导电的物质叫做电解质，如盐酸(HCL)、硫酸H2SO4、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化铵(NH4OH)、食盐（NaCl）、硝酸钠(NaNO3)等酸、碱、盐都是电解质。电解质与水形成的液体为电解质溶液，简称为电解液。电解液中所含电解质的多少即为电解液浓度，一般以质量百分比浓度（符号%）表示，即每100g溶液中所含溶质的克数。还常用物质的量浓度表示，即一

31、升溶液中的电解质的摩尔数。 43特种加工复习3）电极的极化上述平衡电极电位是没有电流通过电极时的情况，当有电流通过时，电极的平衡状态遭到破坏，使阳极电位向正移(代数值增大)、阴极电位向负移（代数值减小)，这种现象称为电极极化(如图45所示)。极化后的电极电位与平衡电位的差值称为超电位。随着电流密度的增加，超电位也增加。根据极化产生的原因不同，可将电极极化分为浓差极化、电化学极化和钝化极化。 44特种加工复习浓差极化在极化过程中，金属不断溶解的条件之一是生成的金属离子需要越过双电层，再向外迁移并扩散，从而与溶液中的离子起作用，最后离开反应系统。然而扩散与迁移的速度是有一定限度的，在外电场的作用下

32、，如果极化过程中，电化学反应过程进行很快，而电极表面液层中金属离子的扩散与迁移速度较慢，来不及扩散到溶液中去，使阳极表面造成金属离子堆积，引起了电位值增大，这就是浓差极化的本质。在阴极上，由于水化氢离子的移动速度很快，因此一般情况下，氢的浓差极化是很小的。由此可知，凡能加速电极表面离子的扩散与迁移速度的措施，都能使浓差极化减小，如提高电解液流速以增强其搅拌作用，升高电解液温度等。 45特种加工复习电化学极化电化学极化化学极化也叫活化极化，它是由电化学反应中某一步骤反应比其他步骤缓慢而引起的。也就是说，由于某步骤反应进行最缓慢，电极反应过程就会受到它的制约。阳极溶解过程主要包括电化学反应和离子扩

33、散与迁移。因此，前者过程中某些反应缓慢，会引起整个阳极溶解过程缓慢(电化学极化)；后者过程中的缓慢，将引起扩散过程缓慢(浓差极化)。由于电化学极化取决于电化学反应，因此，它与电极材料和电解液成份紧密相关。此外，还与电极表面状态、电解液温度、电流密度有关。温度升高，反应速度加快，电化学极化减小；电流密度愈高，电化学极化也愈严重。 46特种加工复习2）三种常用电解液（掌握）电解液可分为中性盐溶液、酸性溶液和碱性溶液三大类。酸性电解液除用于高精度、小间隙、细长孔以及锗、钼、铌等难溶金属加工外，一般很少选用。碱性电解液对人身体也有损害，且会生成难溶性阳极薄膜，因此仅用于加工钨、钼等金属材料。由于中性盐

34、溶液腐蚀性小，使用时较安全，故应用最普遍。最常用的有NaCl、NaNO3、NaClO3三种电解液，现分别进行介绍。 47特种加工复习2）叶片加工叶片是喷气发动机、汽轮机中的重要零件，叶身型面形状比较复杂，精度要求较高，加工批量大，在发动机和汽轮机制造中占有相当大的劳动量。叶片采用机械加工困难较大，生产率低，加工周期长，而采用电解加工，则不受叶片材料硬度和韧性的限制，在一次行程中就可加工出复杂的叶身型面，生产率高，表面粗糙度值小。叶片加工的方式有单面加工和双面加工两种。机床也有立式和卧式两种，立式大多用于单面加工，卧式大多用于双面加工。叶片加工大多采用侧流法供液，加工是在工作箱中进行的。我国目前

35、对叶片加工多数采用氯化钠电解液的混气电解加工法，也有采用加工间隙易于控制（有切断间隙）的氯酸钠电解液的，由于这两种工艺方法的成型精度较高，因此阴极可采用反拷法制造。 48特种加工复习图433电解加工整体叶轮49特种加工复习4.3电解磨削电解磨削1.电解磨削的基本原理和特点电解磨削的基本原理和特点电解磨削属于电化学机械加工的范畴。电解加工具有较高的生产率，但加工精度不易控制。电解磨削是由电解腐蚀作用和机械磨削作用相结合进行加工的，比电解加工有较好的加工精度和表面粗糙度，比机械磨削有较高的生产率。与电解磨削相近似的还有电解珩磨和电解研磨。图434所示是电解磨削原理图。导电砂轮1与直流电源的阴极相联

36、，被加工工件2(硬质分金车刀)接阳极，它在一定压力下与导电砂轮相接触。在加工区域中注入电解液3，在电解和机械磨削的双重作用下，车刀的后刀面很快就被磨光。50特种加工复习图435所示为电解磨削加工过程原理图。电流从工件3，通过电解液5而流向磨轮，形成通路，于是工件(阳极)表面的金属在电流和电解液的作用下发生电解作用(电化学腐蚀)，被氧化成为一层极薄的氧化物，即氢氧化物薄膜4，一般称它为阳极薄膜。但刚形成的阳极薄膜迅速被导电砂轮中的磨料刮除，在阳极工件上又露出新的金属表面，并被继续电解。这样，由电解作用和刮除薄膜的磨削作用交替进行，使工件连续地被加工，直至达到一定的尺寸精度和表面粗糙度。电解磨削过

37、程中，金属主要靠电化学作用腐蚀下来，砂轮起磨去电解产物阳极钝化膜和整平工件表面的作用。 51特种加工复习第第5章激光加工章激光加工 5.1激光加工的原理及特点激光加工的原理及特点5.2激光加工的设备激光加工的设备 5.3激光加工的应用激光加工的应用 52特种加工复习5.1激光加工的原理及特点激光加工的原理及特点5.1.1激光加工的原理激光加工的原理激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门新兴学科。所谓激光，是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。由于激光的发散角小，且单色性好，理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的（微米甚至亚微米）小斑点上，加上它本身强度高，因此可以使其焦点处的功率密度达到

38、1071011W/cm2，温度可达10000以上。在这样的高温下，任何材料都将瞬时急剧熔化和汽化，并爆炸性地高速喷射出来，同时产生方向性很强的冲击。激光加工（LaserBeamMachining，LBM）就是利用激光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，从而产生光热效应来加工各种材料的。激光加工过程是工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击波抛出的综合过程，如图51所示。 53特种加工复习（二）激光的产生 某些具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量激发的条件下，会吸收光能，使处于较高能级（来稳态）的原子（或粒子）数目大于处于低能级（基态）的原子数目，这种现象，称为“粒子数反转” 。

39、在粒子数反转的状态下，如果有一束光子照射该物体，而光子的能量恰好等于这两个能级相对应的能量差，这时就能产生受激辐射，输出大量的光能，发出频率v= (En- E1)/h的单色性好的光，这就是激光。54特种加工复习5.2激光加工的设备激光加工的设备 激光加工的基本设备包括激光器、电源、光学系统及机械系统等四大部分。图52所示为激光加工装置结构方框图。 55特种加工复习1激光器激光器激光器是激光加工的重要设备，它把电能转变成光能，产生激光束。激光器按工作物质的种类可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器四大类。表51列出了激光加工中常用激光器的主要性能特点。56特种加工复习表表51常用

40、激光器的性能、特点及用途常用激光器的性能、特点及用途 57特种加工复习2激光器电源激光器电源 激光器电源为激光器提供所需要的能量及控制功能。 3光学系统光学系统光学系统包括激光聚焦系统和观察瞄准系统，前者用于激光束聚焦，后者能观察和调整激光束的焦点位置，并将加工位置在投影仪上显示。4机械系统机械系统机械系统主要包括床身、能在三坐标范围内移动的工作台及机电控制系统等。目前，许多激光加工机已采用计算机来控制工作台的移动，实现激光加工的数控操作。激光加工机的种类也越来越多，完善程度不同，结构形式也不单一。图53所示为某固体激光加工机的外形示意图。 58特种加工复习第第6章电子束和离子束加工章电子束和

41、离子束加工 6.1电子束加工电子束加工 6.2离子束加工离子束加工59特种加工复习 6.1电子束加工电子束加工6.1.1电子束加工的原理及特点电子束加工的原理及特点1.电子束加工的原理电子束加工的原理如图61所示，电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高(106109W/cm2)的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间（几分之一微秒）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和汽化，再用真空系统抽走汽化的材料的加工方法。这种利用电子束热效应的加工称为电子束热加工。 60特种加工复习6.1.3电子束加工的应用电

42、子束加工的应用1.高速打孔高速打孔电子束打孔已在生产中实际应用，目前最小直径可达0.003mm左右。打孔的速度主要取决于板厚和孔径，孔的形状复杂时还取决于电子束扫描速度(或偏转速度)以及工件的移动速度。通常每秒可加工几十到几万个孔。例如，喷气发动机套上的冷却孔，机翼的吸附屏的孔，不仅孔的密度连续变化，孔数达数百万个，而且有时还要改变孔径，此时最宜用电子束高速打孔。高速打孔可在工件运动中进行。例如，在0.1mm厚的不锈钢上加工直径0.2mm的孔，速度为3000孔每秒。61特种加工复习 6.2离子束加工离子束加工6.2.1离子束加工的原理及特点离子束加工的原理及特点1.离子束加工的原理离子束加工的

43、原理离子束加工的原理和电子束加工的原理基本类似，也是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之打到工件表面。不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍，如氩离子的质量是电子的7.2万倍，所以一旦离子加速到较高速度时，离子束比电子束具有更大的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能量，而不是靠动能转化为热能来加工的。 62特种加工复习高速电子在撞击工件材料时，因电子质量小、速度大，动能几乎全部转化为热能，使工件材料局部熔化、汽化，它主要是通过热效应进行加工的。而离子本身质量较大，速度较低，撞击工件材料时，将产生变形、分离、破坏等机械作用。例如，加速到几十电子伏到几千电子伏时，主要用于离子

44、溅射加工；如果加速到1万到几万电子伏，且离子入射方向与工件表面成2530，则离子可将工件表面的原子或分子撞击出去，以实现离子铣削、离子蚀刻或离子抛光等；当加速到几十万电子伏或更高时，离子可穿入工件材料内部，称为离子注入。 63特种加工复习7.2.2离子束加工的装置离子束加工的装置（掌握）（掌握）离子束加工装置与电子束加工装置类似，它也包括离子源、真空系统、控制系统和电源等部分。主要的不同部分是离子源系统。常用的离子源有考夫曼型离子源和双等离子管常用的离子源有考夫曼型离子源和双等离子管型离子源。型离子源。离子源用以产生离子束流。产生离子束流的基本原理和方法是使离子电离。具体方法是把要电离的气态原

45、子(惰性气体或金属蒸汽)注入电离室，经高频放电、电弧放电、等离子体放电或电子轰击，使气态原子电离为等离子体。等离子体是多种离子的集合体，其中有带电粒子和不带电粒子，在宏观上呈电中性。采用一个相对于等离子体为负电位的电极(吸极)，将离子由等离子体中引出而形成离子束流，而后使其加速射向工件或靶材。 64特种加工复习第第7章超声波加工章超声波加工 7.1超声波加工的原理及特点超声波加工的原理及特点 7.2超声波加工的设备及其组成部分超声波加工的设备及其组成部分 7.3超声波加工的工艺参数及其影响因素超声波加工的工艺参数及其影响因素 7.4超声波加工的应用超声波加工的应用 65特种加工复习 7.1超声

46、波加工的原理及特点超声波加工的原理及特点7.1.1超声波简介超声波简介声波是人耳能感受到的一种纵波，它的频率在1616000Hz范围内。当频率超过16000Hz就称为超声波。超声波和声波一样，可以在气体、液体和固体等介质中传播。由于超声波频率高、波长短、能量大，因此传播时反射、折射、共振及损耗等现象显著。超声波主要具有下列性质：66特种加工复习既然超声波加工中磨粒的撞击作用是主要的作用力，因此就不难理解，越是脆硬的材料，受撞击作用遭受的破坏愈大，愈易加工。相反，脆性和硬度不大的韧性材料，由于它的缓冲作用而难以加工。67特种加工复习7.2.2超声振动系统超声振动系统1.超声换能器超声换能器超声换

47、能器的作用是将高频电能(16000Hz以上的交流电)转变为高频率的机械振荡(超声波)。目前，可利用压电效应和磁致伸缩效应两种方法实现这一目的。 1)压电效应超声换能器石英晶体、钛酸钡以及锆铁酸铅等物质在受到机械压缩或拉伸变形时，在它们两对面的介面上将产生一定的电荷，形成一定的电势；反之，在它们的两对面上加以一定的电压，则将产生一定的机械变形，如图74所示，这一现象称为“压电效应”。如果两面加上16000Hz以上的交变电压，则该物质产生高频的伸缩变形，使周围的介质作超声振动。为了获得最大的超声波强度，应使晶体处于共振状态，故晶体片厚度应为超声波半个波长的整数倍。68特种加工复习7.4.3超声清洗

48、超声清洗 超声清洗的原理主要基于超声频振动在液体中产生的交变冲击波和空化作用。超声波在清洗液(汽油、煤油、酒精、丙酮或水等)中传播时，液体分子往复高频振动，产生正、负交变的冲击波，当声波达到一定数值时，液体中急剧生长微小空化气泡并瞬时强烈闭合，产生的微冲击波使被清洗物表面的污物遭到破坏，并从被清洗表面脱落下来。即使是被清洗物上的窄缝、细小深孔、弯孔中的污物，也很易被清洗干净。所以，超声清洗被广泛用于对喷油嘴、喷丝板、微型轴承、仪表齿轮、手表机芯、印制电路板、集成电路微电子器件等的清洗，可获得很高的净化度。图718所示为超声清洗装置示意图。69特种加工复习第第8章快速成形技术章快速成形技术 8.1光敏树脂液相固化成形光敏树脂液相固化成形 8.2选择性激光粉末烧结成形选择性激光粉末烧结成形 8.3薄片分层叠加成形薄片分层叠加成形 8.4熔丝堆积成形熔丝堆积成形 70特种加工复习