先进制造技术-特种加工-ppt课件.ppt

1、特特 种种 加加 工工主要解决三个问题主要解决三个问题1、特种加工是怎样产生的、特种加工是怎样产生的,究竟究竟“特特”在哪？主要在哪？主要特点。特点。2、理解一般特种加工原理、主要分类和应用范围。、理解一般特种加工原理、主要分类和应用范围。3 3、特种加工的应用，对现代机械制造技术带来的影、特种加工的应用，对现代机械制造技术带来的影响和变化。响和变化。1第一章第一章: 绪绪 论论 1-1:特种加工的产生及发展特种加工的产生及发展l 特种加工技术是直接利用电能、光能、声能、光能、化特种加工技术是直接利用电能、光能、声能、光能、化学能、电化学能以及特殊机械能等多种能量或其复合应学能、电化学能以及特

2、殊机械能等多种能量或其复合应用以实现材料切除的加工方法。可以加工高强度、高硬用以实现材料切除的加工方法。可以加工高强度、高硬度、高韧性、高脆性、耐高温等材料。度、高韧性、高脆性、耐高温等材料。l 解决难加工材料加工问题；各种复杂表面的加工问题；解决难加工材料加工问题；各种复杂表面的加工问题；各种超精、光整及特殊要求的零件的加工问题。各种超精、光整及特殊要求的零件的加工问题。l 应用：电火花成型加工、线切割加工、电解加工、超声应用：电火花成型加工、线切割加工、电解加工、超声加工、电铸加工和化学加工等。加工、电铸加工和化学加工等。2特种加工的主要特点特种加工的主要特点特种加工的独特之处：特种加工的

3、独特之处： 非机械接触加工，作用时间短，热影响小，工件不易变形非机械接触加工，作用时间短，热影响小，工件不易变形 加工的刀具硬度可以低于被加工材料的硬度加工的刀具硬度可以低于被加工材料的硬度 加工质量易控制、可进行细小精密零件加工；加工质量易控制、可进行细小精密零件加工； 无切屑或者粉末状切屑、易于自动化处理；无切屑或者粉末状切屑、易于自动化处理； 加工过程易于实现自动化。加工过程易于实现自动化。 能量密度高，能加工常规切削方法难以加工的材料；能量密度高，能加工常规切削方法难以加工的材料； 简单进给运动简单进给运动,可以加工复杂型面可以加工复杂型面3适用范围：适用范围：.某些产品，如：阀门、航

4、空陀螺、光学透镜，其尺寸精度某些产品，如：阀门、航空陀螺、光学透镜，其尺寸精度0.1m，粗糙度，粗糙度Ra0.01m。.某些材料具有高硬度、高强度、高脆性、高韧性、高熔点某些材料具有高硬度、高强度、高脆性、高韧性、高熔点，如：钛合金、高温合金、硬质合金、陶瓷、金刚石和玻，如：钛合金、高温合金、硬质合金、陶瓷、金刚石和玻璃等。璃等。.某些结构特殊、形状复杂、尺寸微小的零件加工，如：模某些结构特殊、形状复杂、尺寸微小的零件加工，如：模具形腔、发动机叶片、花键喷管等。具形腔、发动机叶片、花键喷管等。.细长轴和薄壁工件。细长轴和薄壁工件。上述四种情况的加工，通常采用特种加工方法上述四种情况的加工，通常

5、采用特种加工方法特种加工分类特种加工分类按用途分：尺寸加工、表面加工按用途分：尺寸加工、表面加工*每类又可按照能量形式和工作原理分为多种不同的工艺方每类又可按照能量形式和工作原理分为多种不同的工艺方法。法。新的特种加工方法：新的特种加工方法：.复合特种加工：超声电火花、电解磨削复合特种加工：超声电火花、电解磨削.改变工件表面粗糙度或表面性能的加工：离子束抛光、电改变工件表面粗糙度或表面性能的加工：离子束抛光、电子束表面强化子束表面强化.微纳米加工：分子、原子单位的加工微纳米加工：分子、原子单位的加工.不属于尺寸加工的成形加工方式：电磁成形、放电烧结不属于尺寸加工的成形加工方式：电磁成形、放电烧

6、结1-2.特种加工对机械制造业的影响特种加工对机械制造业的影响特种加工的广泛应用，引起机械制造领域的许多变革。特种加工的广泛应用，引起机械制造领域的许多变革。1.材料的可加工性材料的可加工性 工件材料的可加工性不在与其硬度、强度韧性、脆性等直工件材料的可加工性不在与其硬度、强度韧性、脆性等直接有关。接有关。2.改变零件加工的典型工艺路线改变零件加工的典型工艺路线 为免除加工后在淬火引起的变形，通常先淬火、后加工。为免除加工后在淬火引起的变形，通常先淬火、后加工。3.缩短新产品试制周期。缩短新产品试制周期。4.对零件的结构设计产生影响。对零件的结构设计产生影响。5.对传统的结构工艺性好与坏的衡量

7、标准产生影响。对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生影响。1-3.特种加工待解决的主要问题特种加工待解决的主要问题 特种加工技术是一个国家制造业水平发展的重要特种加工技术是一个国家制造业水平发展的重要标志，但也存在有待解决的一些问题。标志，但也存在有待解决的一些问题。 1. 加工机理、参数选择和加工稳定性。加工机理、参数选择和加工稳定性。 2. 加工产生的废液、废气的无害化处理。加工产生的废液、废气的无害化处理。 3. 加工精度及生产率（快速成形、等离子弧加工加工精度及生产率（快速成形、等离子弧加工等）有待提高。等）有待提高。 4. 经济性经济性第二章：电火花加工第二章：电火花加工 2-1.电

8、火花加工原理和设备电火花加工原理和设备 l 原理：在一定的介质中，利用原理：在一定的介质中，利用两个电极两个电极之间产生火花放电之间产生火花放电时的时的电蚀效应电蚀效应来蚀除部分金属材料的加工方法。电火花加来蚀除部分金属材料的加工方法。电火花加工的基本原理如图：工的基本原理如图：8 电极：铜电极：铜 、钢、石墨、钢、石墨 加工介质：煤油、煤油和加工介质：煤油、煤油和机油、水基工作液机油、水基工作液 脉冲电源脉冲电源 电火花加工应具备的条件电火花加工应具备的条件1 1）必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持）必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距一定的距离以形成放电间隙离以形成放电间

9、隙；2 2）脉冲波形基本是单向的；具有合适的脉间和脉宽；）脉冲波形基本是单向的；具有合适的脉间和脉宽；3 3）放电必须在具有一定绝缘性的）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质液体介质中进行；中进行；4 4）有足够的）有足够的脉冲放电脉冲放电能量，以保证放电部位的金属溶化或能量，以保证放电部位的金属溶化或气化气化 。9l加工条件：加工条件：脉冲电流波形电火花加工电火花加工l 电火花加工的特点电火花加工的特点1 1）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料；）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料；2 2）电极和工件在加工过程中不接触，便于加工小孔、深孔、）电极和工件在加工过程中不接触，便于加

10、工小孔、深孔、窄缝零件；窄缝零件；3 3）电极材料不必比工件材料硬；）电极材料不必比工件材料硬；4 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程的自动）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程的自动控制；控制； 5) 5) 广泛应用于凹模型孔、型腔加工。广泛应用于凹模型孔、型腔加工。 10电火花加工方法的分类电火花加工方法的分类电火花加工电火花加工普通电火花加工普通电火花加工电火花磨削电火花磨削线电极电火花加工线电极电火花加工电火花展成加工电火花展成加工电电火火花花平平面面磨磨电电火火花花成成形形磨磨电电火火花花线线切切割割电电火火花花小小孔孔加加工工电电火火花花内内外外圆圆磨磨电电火

11、火花花成成形形电电极极电电火火花花加加工工电电火火花花共共扼扼展展成成其其他他展展成成加加工工电电火火花花表表面面强强化化电电火火花花 电电 火火 花花 穿穿 孔孔2-2.电火花加工的机理电火花加工的机理 1）电离电离: :电场强度大电场强度大, ,液体介质液体介质电子、离子电子、离子2 2）放电：）放电： 电子电子阴离子阴离子 阳介质绝缘形成电通道阳介质绝缘形成电通道3 3）热膨胀：电子、离子碰撞，）热膨胀：电子、离子碰撞， 阴、阳极碰撞阴、阳极碰撞1000012000 1000012000 工件表面工件表面熔化、汽化介质汽化、分离碳黑熔化、汽化介质汽化、分离碳黑4 4）抛处金属：爆炸力使工

12、件表面抛出金属，形成凹坑。）抛处金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形成凹坑。5 5）消电离：）消电离： 带电粒子转变成中性粒子，介质恢复成绝缘状态，为下一带电粒子转变成中性粒子，介质恢复成绝缘状态，为下一次准备。次准备。12l加工过程加工过程影响电火花加工工艺规律因素：影响电火花加工工艺规律因素： 材料的电蚀量材料的电蚀量 加工速度加工速度 电极损耗电极损耗 加工精度加工精度 表面质量表面质量 电极损耗电极损耗放电间隙放电间隙加工斜度加工斜度14l影响电火花加工精度的主要因素影响电火花加工精度的主要因素电火花加工时的加工斜度电火花加工时的加工斜度11电极无损耗时工具轮廓线电极无损耗时工具轮廓线2

13、2电极有损耗时而不考虑二次放电时电极有损耗时而不考虑二次放电时工件轮廓线工件轮廓线放电间隙大小及一致性；工具电极损耗及稳定性。放电间隙大小及一致性；工具电极损耗及稳定性。放电间隙大小实际是变化的，影响着加工精度；放电间隙大小实际是变化的，影响着加工精度；工具电极损耗对尺寸和形状精度都有影响。工具电极损耗对尺寸和形状精度都有影响。二次放电：二次放电：已加工表面上，由于电蚀产物等的已加工表面上，由于电蚀产物等的介入，而再次进行的不必要的放电，使得加工介入，而再次进行的不必要的放电，使得加工深度方向产生斜度和加工棱角，棱边变钝。深度方向产生斜度和加工棱角，棱边变钝。电火花加工的表面质量电火花加工的表

14、面质量表面粗糙度表面粗糙度表面变化层表面变化层表面机械性能表面机械性能15l影响表面质量主要因素影响表面质量主要因素电火花加工表面质量电火花加工表面质量表面粗糙度、表面变质层、表面机械性能表面粗糙度、表面变质层、表面机械性能单个脉冲能量单个脉冲能量加工速度加工速度熔化凝固层熔化凝固层热影响层热影响层显微裂纹显微裂纹显微硬度及耐磨性显微硬度及耐磨性残余应力残余应力耐疲劳性能耐疲劳性能特种加工特种加工思考与练习思考与练习1、简述、简述电火花加工原理、特点和应用范围；电火花加工原理、特点和应用范围；2、影响、影响电火花加工工艺规律的因素？电火花加工工艺规律的因素？18第三章第三章. .电火花线切割加

15、工电火花线切割加工 3-1.3-1.电火花线切割加工原理、特点及应用范围电火花线切割加工原理、特点及应用范围19l 基本原理：是用连续移动的细金属导线（称作电极丝）作基本原理：是用连续移动的细金属导线（称作电极丝）作为工具电极对工件进行脉冲火花放电，切割成形的。为工具电极对工件进行脉冲火花放电，切割成形的。a)a)工件及其运动方向工件及其运动方向 b)b)电火花线切割加工原理图电火花线切割加工原理图电火花线切割加工分类电火花线切割加工分类 20l 快走丝、慢走丝线切割机床快走丝、慢走丝线切割机床快走丝快走丝：0.080.080.22mm0.22mm的钼丝作电极，往复循环，的钼丝作电极，往复循环

16、， 走走丝速度为丝速度为8 810m/s10m/s，加工精度为，加工精度为0.01mm0.01mm，表面粗，表面粗糙度糙度Ra1.6Ra1.66.3m 6.3m 。工作液为乳化液，如：。工作液为乳化液，如：DX-1DX-1、TM-1TM-1、502502型型 。慢走丝慢走丝: :走丝速度是走丝速度是3 312m/min12m/min，电极丝广泛使用铜丝，电极丝广泛使用铜丝，单向移动，可达到加工精度，单向移动，可达到加工精度0.001mm0.001mm，表面粗糙，表面粗糙度为度为Ra1.6Ra1.66.3m 6.3m 。价格比快走丝高。价格比快走丝高。 工作液为工作液为去离子水去离子水 。电火花

17、线切割加工的主要特点电火花线切割加工的主要特点 不需要像电火花成行加工一样的成形工具电极，减少了工具电不需要像电火花成行加工一样的成形工具电极，减少了工具电极的设计与制造工作量，缩短了生产准备周期；极的设计与制造工作量，缩短了生产准备周期；由于电极丝很细，可以加工出微细异形孔、窄缝和形状复杂的由于电极丝很细，可以加工出微细异形孔、窄缝和形状复杂的工件；工件；金属蚀除量少、材料利用率高，特别是贵重金属的加工；金属蚀除量少、材料利用率高，特别是贵重金属的加工；可以直接采用半精、精加工电规准一次成形，一般不需要中途可以直接采用半精、精加工电规准一次成形，一般不需要中途转换电规准；转换电规准；电极丝是

18、不断移动的，极间间隙认为正常放电、开路、短路组电极丝是不断移动的，极间间隙认为正常放电、开路、短路组成，一般不会出现持续电弧放电现象；成，一般不会出现持续电弧放电现象；采用线切割加工冲模时，可实现凸、凹模一次加工成形。采用线切割加工冲模时，可实现凸、凹模一次加工成形。不能加工盲孔类零件表面、阶梯成形表面；不能加工盲孔类零件表面、阶梯成形表面；21主要应用范围主要应用范围 电火花线切割加工有许多突出的长处，因而发展很快。电火花线切割加工有许多突出的长处，因而发展很快。 广泛应用于加工各种模具，成型工具电极，以及各种形广泛应用于加工各种模具，成型工具电极，以及各种形 孔、凸轮、样板等。孔、凸轮、样

19、板等。 同时还可进行微细加工，异型槽的加工。同时还可进行微细加工，异型槽的加工。 在线切割机上增加锥度切割功能，可使加工范围得到扩在线切割机上增加锥度切割功能，可使加工范围得到扩 大，甚至可进行复杂空间形状的加工。大，甚至可进行复杂空间形状的加工。 在单向走丝电火花线切割加工中最大倾角可达在单向走丝电火花线切割加工中最大倾角可达5，极，极大的增强机床的功能大的增强机床的功能.3-2.电火花线切割加工设备电火花线切割加工设备一一.机床本体机床本体 床身床身 机床本体机床本体 坐标工作台坐标工作台 走丝机构走丝机构二二.脉冲电源脉冲电源 1.晶体管矩形波脉冲电源晶体管矩形波脉冲电源 2.高频分组脉

20、冲电源高频分组脉冲电源 3.并联电容型脉冲电源并联电容型脉冲电源 4.低损耗电源低损耗电源三三.工作液循环系统工作液循环系统 常用去离子水、乳化液、煤油等常用去离子水、乳化液、煤油等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一一.线切割控制系统线切割控制系统作用：在切割加工过程中，自动控制电极丝相对工件的运动作用：在切割加工过程中，自动控制电极丝相对工件的运动轨迹和进给速度，实现工件的设计形状和尺寸。轨迹和进给速度，实现工件的设计形状和尺寸。系统功能：系统功能：1.轨迹控制，准确控制走丝的运动精度获得所需要的零件精轨迹控制，准确控制走丝的运动精度获得所需要的零件精度。

21、度。2.加工控制，主要对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、加工控制，主要对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统等的控制。工作液系统等的控制。大多数采用简单的开环控制；超精密线切割采用闭环控制大多数采用简单的开环控制；超精密线切割采用闭环控制 低速走丝线切割数控系统采用半闭环系统。低速走丝线切割数控系统采用半闭环系统。二二. .电火花线切割数控加工编程要点电火花线切割数控加工编程要点 l 编程技术编程技术25人工编程技术人工编程技术自动编程技术自动编程技术l脉冲当量：一个进给脉冲，工作台只进给一步距离，是脉冲当量：一个进给脉冲，工作台只进给一步距离，是机床精度的重要参数。机床精度的重要参

22、数。程序的编制；程序的编制；国产线切割国产线切割机多数采用机多数采用3B程序，其格式程序，其格式如下如下编制程序应考虑编制程序应考虑:工件几何形工件几何形状状尺寸、精度；确定工艺过尺寸、精度；确定工艺过程程,然后根据工件图形、加工路然后根据工件图形、加工路线，计算出各加工线段的交线，计算出各加工线段的交点、电极丝偏置量，通常电点、电极丝偏置量，通常电极丝偏置量为：极丝偏置量为：ZdfZdf丝丝粗加工时：21213-4.3-4.影响电火花线切割加工工艺指标的因素影响电火花线切割加工工艺指标的因素 27l 线切割加工工艺线切割加工工艺 ：坯料的准备：坯料的准备下料下料锻造锻造退火退火刨平面刨平面磨

23、平面磨平面划线划线铣漏料孔铣漏料孔孔加孔加工工淬火淬火磨平面磨平面线切割（穿丝孔应在淬火前加工好）线切割（穿丝孔应在淬火前加工好） 工艺参数的指标工艺参数的指标：1.1.切割速度切割速度 2.2.工件表面粗糙度工件表面粗糙度 3.3.电极丝电极丝损耗量损耗量 4.4.加工精度加工精度特殊指标特殊指标：1.1.电极丝张力影响电极丝张力影响 2.2.走丝速度影响走丝速度影响 3. 3.工件厚度影响工件厚度影响 4.4.进给速度影响进给速度影响工艺参数选择工艺参数选择：1.1.脉冲参数选择脉冲参数选择: :加工电流加工电流I I选择、脉宽选择、脉宽titi选选择择 、脉冲间隔、脉冲间隔t0t0选择选

24、择 。2.2.电极丝选择电极丝选择 3.3.工作液选择工作液选择 3-5 线切割加工工艺及其应用线切割加工工艺及其应用一、线切割加工中的主要工艺问题一、线切割加工中的主要工艺问题1.加工过程中，工件内部残余应力的影响。加工过程中，工件内部残余应力的影响。2.加工过程中，工件刚度变化的应响。加工过程中，工件刚度变化的应响。3.对电规准的选择问题对电规准的选择问题二、线切割加工的应用二、线切割加工的应用1.各种模具、固定板、卸料板。各种模具、固定板、卸料板。2.加工各种成型工具。加工各种成型工具。3.微细孔、异型孔、射流元件及各种微细结构。微细孔、异型孔、射流元件及各种微细结构。4.难加工金属的切

25、削加工。难加工金属的切削加工。5.二维曲面的加工二维曲面的加工l 工件装卡29线切割加工的实际工艺方法线切割加工的实际工艺方法电火花线切割加工电火花线切割加工 l 工件调整工件调整30百分表找正百分表找正 划线找正划线找正 电火花线切割加工电火花线切割加工 l 电极丝位置的调整电极丝位置的调整 31目测法目测法火花法火花法 自动找正中心自动找正中心 第四章第四章.电化学加工电化学加工电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工属材料等的特种加工4-1.电化学加工原理及分类电化学加工原理及分类1.电化学加工过程：电化学

26、加工过程：两片金属作电极侵入电解液并通电。导两片金属作电极侵入电解液并通电。导线和溶液中有电流通过。线和溶液中有电流通过。 靠靠“自由电子自由电子”在外电场作用下沿定向移动而导电是电子在外电场作用下沿定向移动而导电是电子导体；靠溶液中正负离子移动而导电是离子导体。导体；靠溶液中正负离子移动而导电是离子导体。 溶液中正、负离子的定向移动称为电荷的迁移，这种反应溶液中正、负离子的定向移动称为电荷的迁移，这种反应称电化学反应，利用这一原理对金属进行加工称电化学加称电化学反应，利用这一原理对金属进行加工称电化学加工。工。2.电解质溶液电解质溶液凡溶于水后能导电的物质称电解质，形成的溶液为电解液。凡溶于

27、水后能导电的物质称电解质，形成的溶液为电解液。电解质的浓度是指电解质中所含电解质的多少，一般以重量电解质的浓度是指电解质中所含电解质的多少，一般以重量百分比浓度百分比浓度%表示，也可用克分子浓度（表示，也可用克分子浓度（M）表示。）表示。3.电极电位电极电位金属原子都是由金属阳离子和自由电子组成的金属晶体。金金属原子都是由金属阳离子和自由电子组成的金属晶体。金属和溶液接触时常会发生电子得失的反应过程。属和溶液接触时常会发生电子得失的反应过程。产生在金属和它盐溶液之间的电位差称为金属的电极电位。产生在金属和它盐溶液之间的电位差称为金属的电极电位。采用氢电极作为标准。离子浓度改变，电极电位随着变化

28、。采用氢电极作为标准。离子浓度改变，电极电位随着变化。能斯特公式：能斯特公式：anEElg059. 004.电极的极化电极的极化有电流通过，电极的平衡状态遭到破坏，使阳极电位值增大有电流通过，电极的平衡状态遭到破坏，使阳极电位值增大，阴极电位值减少的现象程电极极化。，阴极电位值减少的现象程电极极化。根据极化产生的原因可将电极极化分为：根据极化产生的原因可将电极极化分为： .浓差极化浓差极化 .电化学极化电化学极化 .钝化极化钝化极化 使金属钝化膜破坏的过程称为活化使金属钝化膜破坏的过程称为活化 。 5.电化学加工的分类电化学加工的分类：依据其作用原理可分为三大类：依据其作用原理可分为三大类：

29、.利用电化学阳极溶解来进行加工。利用电化学阳极溶解来进行加工。 .利用电化学阴极沉积、涂覆进行加工。利用电化学阴极沉积、涂覆进行加工。 .利用电化学加工与其他加工方法相结合的复合加工。利用电化学加工与其他加工方法相结合的复合加工。4-2.电解加工电解加工l 原理：利用金属在电解液中发生原理：利用金属在电解液中发生“阳极溶解阳极溶解”的原理，将的原理，将工件加工成形的一种方法。工件加工成形的一种方法。3611主轴主轴22工具阴极工具阴极33工件工件44直流电源直流电源一一.电解加工的过程及其特点电解加工的过程及其特点l 电解加工的特点：电解加工的特点：可加工高硬度、高强度、高韧性等难切削的金属，

30、适用范围广。可加工高硬度、高强度、高韧性等难切削的金属，适用范围广。加工生产率高。加工生产率高。加工中工具和工件间无切削力存在，适用于加工易变形的零件。加工中工具和工件间无切削力存在，适用于加工易变形的零件。加工后的表面无残余应力和毛刺，粗糙度可达加工后的表面无残余应力和毛刺，粗糙度可达Ra1.250.2Ra1.250.2，平，平均加工精度可达均加工精度可达0.1mm0.1mm左右。左右。加工过程中工具损耗极小，可长期使用。加工过程中工具损耗极小，可长期使用。37二二.电解加工的电极反应电解加工的电极反应 电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理实现电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶

31、解的原理实现金属零件的成形加工。金属零件的成形加工。原原 理理：工件为阳极，工具为阴极，加：工件为阳极，工具为阴极，加6-12v的直流电压，电的直流电压，电解液以解液以5-60m/s的流速从两极间缝隙冲过，使两极间形成的流速从两极间缝隙冲过，使两极间形成导电通路，有电流通过，金属表面在化学反应的作用下，导电通路，有电流通过，金属表面在化学反应的作用下，不断溶解到电解液中，产生物被高速流动电解液带走。不断溶解到电解液中，产生物被高速流动电解液带走。 随着工具电极恒速向工件进给，工件材料按照工具电极型随着工具电极恒速向工件进给，工件材料按照工具电极型面的形状不断溶解，最终使工件与工具之间各处间隙趋

32、于面的形状不断溶解，最终使工件与工具之间各处间隙趋于一致，在工件上加工出和工具电极型面相反的形状。一致，在工件上加工出和工具电极型面相反的形状。1.金属阳极溶解的机理金属阳极溶解的机理 电解液中，电解质分子电离成正离子和负离子，正、负离电解液中，电解质分子电离成正离子和负离子，正、负离子所带电荷数目相等、均匀分布，溶液呈中性。子所带电荷数目相等、均匀分布，溶液呈中性。 通电后，在电场力的作用下，正离子移向阴极，负离子移通电后，在电场力的作用下，正离子移向阴极，负离子移向阳极，形成离子电流。向阳极，形成离子电流。电解加工时反应复杂，原因有：电解加工时反应复杂，原因有： .工件材料是多元素，金相组

33、织不同。工件材料是多元素，金相组织不同。 .电解液不是纯金属盐溶液，含有杂质。电解液不是纯金属盐溶液，含有杂质。 .电解液浓度、压力、温度、流速对反应有影响。电解液浓度、压力、温度、流速对反应有影响。 2.电解加工时的电极反应电解加工时的电极反应电极反应的复杂原因电极反应的复杂原因: .有多种元素有多种元素,金相组织不相同。金相组织不相同。 .电解液含有杂质。电解液含有杂质。 .浓度、压力、温度对反应有影响。浓度、压力、温度对反应有影响。.钢电解的电极反应钢电解的电极反应 a.阳极反应情况阳极反应情况 电极电位最负的物质将首先在阳极反应电极电位最负的物质将首先在阳极反应 b.阴极反应情况阴极反

34、应情况 电极电位最正的粒子将首先在阴极反应电极电位最正的粒子将首先在阴极反应2.电解加工过程的电能利用电解加工过程的电能利用 电解加工，加工电压电解加工，加工电压U是保持阳极不断溶解的总能源。是保持阳极不断溶解的总能源。形成加工电流，保证阳极具有较高的溶解速度，则满足下式形成加工电流，保证阳极具有较高的溶解速度，则满足下式)(caRUUUU 若若U等于或小于两极的电极反应所需要的电压降等于或小于两极的电极反应所需要的电压降Ua、Uc 时，阳极溶解速度为零。时，阳极溶解速度为零。 Ua和和Uc主要取决于电化学极化和钝化。主要取决于电化学极化和钝化。3.电解液的作用电解液的作用电解液的主要作用：电

35、解液的主要作用： .作为导电介质传递电流。作为导电介质传递电流。 .将加工产物、热量及时带走，起更新和冷却作用。将加工产物、热量及时带走，起更新和冷却作用。电解液应具备的基本要求：电解液应具备的基本要求： .具有较高的溶解度、离解度和导电率，蚀除速度和生产具有较高的溶解度、离解度和导电率，蚀除速度和生产率。率。 .电解液具有良好的综合性能。电解液具有良好的综合性能。电解液种类电解液种类酸性电解液酸性电解液碱性电解液碱性电解液中性电解液中性电解液三三.电解加工的基本规律电解加工的基本规律1.生产率及其影响因素生产率及其影响因素电解加工生产率电解加工生产率:单位时间内被去除的金属量。单位时间内被去

36、除的金属量。影响因素有：材料的电化学当量、电流密度、电极间隙、电解影响因素有：材料的电化学当量、电流密度、电极间隙、电解液等。液等。.金属电化学当量和生产率的关系金属电化学当量和生产率的关系法拉第电解定律：法拉第电解定律：itVkitm（用质量计）（用质量计）（用体积计）（用体积计）材料的实际去除量会小于计算理论值材料的实际去除量会小于计算理论值itVkitm2.电流密度和生产率的关系电流密度和生产率的关系.体积蚀除速度体积蚀除速度单位时间内去除材料的体积单位时间内去除材料的体积Aidtdvuw.重量蚀除速度重量蚀除速度: 单位时间内去除材料的重量单位时间内去除材料的重量(g/min)kAid

37、tdmVg.深度蚀除速度深度蚀除速度单位时间内工件沿进给方向材料去除量单位时间内工件沿进给方向材料去除量(mm/min)iVa要提高生产率就得提高要提高生产率就得提高、i，但要注意问题，但要注意问题*i ，电压也随增加，应以不击穿加工间隙为限。，电压也随增加，应以不击穿加工间隙为限。*i ，不应造成电解液温度太高。，不应造成电解液温度太高。* i ，将使，将使Ra变大，一般要根据实验确定。变大，一般要根据实验确定。3.电极间隙大小与蚀除速度的关系电极间隙大小与蚀除速度的关系 电极间隙越小、电解液的电阻越小、电流密度就越大、蚀电极间隙越小、电解液的电阻越小、电流密度就越大、蚀除速度就越高。除速度

38、就越高。4.提高电解加工精度的途径提高电解加工精度的途径 目前的主要途径：目前的主要途径：.实现小间隙加工。实现小间隙加工。.改善电流的效改善电流的效率特性。率特性。.严格控制各种参数的变化范围。严格控制各种参数的变化范围。.正确设计正确设计工具阴极。工具阴极。 采用的具体措施：采用的具体措施：.加工工件。加工工件。.电解溶液。电解溶液。.工具阴工具阴极。极。.加工工艺参数。加工工艺参数。.机床的设备系统。机床的设备系统。.其他的相其他的相关技术方面。关技术方面。四四.电解加工基本设备电解加工基本设备电解加工设备，主要包括：直流电源、机床、电解液系统、电解加工设备，主要包括：直流电源、机床、电

39、解液系统、自动控制系统。自动控制系统。1.直流电源直流电源对电压要求对电压要求:824V，在一定范围可调。同时要求加工电流，在一定范围可调。同时要求加工电流较大，几千到上万安培。较大，几千到上万安培。2.机床机床足够刚度、工具电极具有稳定进给速度、机床精度高、防腐足够刚度、工具电极具有稳定进给速度、机床精度高、防腐绝缘性能好、安全保护等。绝缘性能好、安全保护等。3.电解液系统电解液系统连续、平稳向加工区供给足够压力、流量、合适温度和清洁连续、平稳向加工区供给足够压力、流量、合适温度和清洁的电解液的电解液五五.电解加工工艺及其应用电解加工工艺及其应用电解加工主要有下面几个应用范围电解加工主要有下

40、面几个应用范围1.深孔和深小孔加工深孔和深小孔加工 .固定式电解加工。固定式电解加工。 .移动式电解加工移动式电解加工2.型孔的加工，现场主要采用端面进给法。型孔的加工，现场主要采用端面进给法。3.型腔的加工，采用电解加工一道工序完成型腔，提高生产型腔的加工，采用电解加工一道工序完成型腔，提高生产率，降低制造成本。率，降低制造成本。普通电解加工普通电解加工电液束的加工电液束的加工l 混气电解加工：将具有一定压力的气体与电解液混合后，再送混气电解加工：将具有一定压力的气体与电解液混合后，再送入加工区进行电解加工。入加工区进行电解加工。49l特点：提高了加工质量、简化了工具阴极设计及制造的过程、特

41、点：提高了加工质量、简化了工具阴极设计及制造的过程、加工速度低加工速度低垂直交互式混合腔垂直交互式混合腔4-3.电解磨削电解磨削一一.电解磨削的基本原理和特点电解磨削的基本原理和特点 是由电解加工和磨削加工相结合的复合加工。砂轮接阴极是由电解加工和磨削加工相结合的复合加工。砂轮接阴极、工件接阳极，加工区喷入电解液。、工件接阳极，加工区喷入电解液。 加工过程由于电解作用在阳极表面形成钝化膜，产生活化加工过程由于电解作用在阳极表面形成钝化膜，产生活化作用，使电解加工继续进行。作用，使电解加工继续进行。 电解磨削加工是电解加工和磨削加工交替进行。电解磨削加工是电解加工和磨削加工交替进行。特点：特点：

42、.加工材料广，加工效率高。加工材料广，加工效率高。 .加工精度和表面质量好，基本无磨削裂纹和烧伤加工精度和表面质量好，基本无磨削裂纹和烧伤 .砂轮磨损量小、加工成本低。砂轮磨损量小、加工成本低。二二.影响电解磨削生产率和加工质量的因素影响电解磨削生产率和加工质量的因素.影响生产率的主要因素影响生产率的主要因素 .电化学当量。电化学当量。.电流密度。电流密度。.磨轮（阴极）与工件间磨轮（阴极）与工件间的导电面积。的导电面积。.磨削压力。磨削压力。.影响加工精度的因素影响加工精度的因素 .机械因素。机械因素。.电解液。电解液。.阴极的导电面积。阴极的导电面积。.被加工被加工材料的性质。材料的性质。

43、.影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素 .电参数。电参数。.电解液。电解液。.工件材料的性质。工件材料的性质。.机械因素机械因素三三.电解磨削用电解液及其设备电解磨削用电解液及其设备.电解液电解液选择原则：选择原则：1.使金属表面生成结构紧密、粘附力强的钝化膜使金属表面生成结构紧密、粘附力强的钝化膜2.导电性好、以获得高生产率。导电性好、以获得高生产率。3.不锈蚀机床和工具。不锈蚀机床和工具。4.对人体无危害。对人体无危害。5.经济性好、价格便宜、来源丰富。经济性好、价格便宜、来源丰富。.电解磨削用设备电解磨削用设备 直流电源：电压可调直流电源：电压可调520v、电流、电流101000A。

44、 电解液系统：离心泵、耐酸腐蚀、过滤和沉淀装置。电解液系统：离心泵、耐酸腐蚀、过滤和沉淀装置。 电解磨床：与普通磨床相同电解磨床：与普通磨床相同 电解砂轮：具有良好导电性的专用砂轮。电解砂轮：具有良好导电性的专用砂轮。四四.电解磨削的应用电解磨削的应用主要用于磨高硬度材料，如：硬质合金刀具、各种量具、挤主要用于磨高硬度材料，如：硬质合金刀具、各种量具、挤压模具、拉伸模具等。压模具、拉伸模具等。形状：深小孔、薄壁筒、细长轴、电解研磨、珩磨加工复杂形状：深小孔、薄壁筒、细长轴、电解研磨、珩磨加工复杂型面的零件。型面的零件。1.硬质合金刀具的电解磨削硬质合金刀具的电解磨削2.硬质合金轧辊的电解成型磨

45、削硬质合金轧辊的电解成型磨削3.电解珩磨、研磨的电解加工电解珩磨、研磨的电解加工4-4.电铸和涂镀加工电铸和涂镀加工一一.电铸加工电铸加工1.原理原理：用导电的原模做阴极，电铸材料做阳极，用电铸材：用导电的原模做阴极，电铸材料做阳极，用电铸材料的盐作电铸液，在电化学作用下，阳极金属以正离子形料的盐作电铸液，在电化学作用下，阳极金属以正离子形式溶电解液，在阴极表面得到电子沉积在阴极表面。式溶电解液，在阴极表面得到电子沉积在阴极表面。2.特点特点：.准确精密复制复杂型面和细微纹路。准确精密复制复杂型面和细微纹路。.获得尺获得尺寸精度高、表面粗糙度好的复制品。寸精度高、表面粗糙度好的复制品。.适应性

46、广泛。适应性广泛。3.应用应用：.复制精细的表面轮廓花纹复制精细的表面轮廓花纹,唱片、工艺美术、纸唱片、工艺美术、纸币、证卷、邮票膜等。币、证卷、邮票膜等。.复制注塑模具、电火花型腔加复制注塑模具、电火花型腔加工电极。工电极。.制造复杂、高精度的空心零件和薄壁零件。制造复杂、高精度的空心零件和薄壁零件。.制造表面粗糙度标准样块、反光镜、异形孔喷嘴等特制造表面粗糙度标准样块、反光镜、异形孔喷嘴等特殊零件。殊零件。二二.电铸加工的基本设备：电铸加工的基本设备：1.电铸槽。电铸槽。2.直流电源。直流电源。3.搅拌和搅拌和循环过滤系统。循环过滤系统。4.加热和冷却装置。加热和冷却装置。三。电铸加工的工

47、艺过程及要点三。电铸加工的工艺过程及要点1.原模材料选择和表面处理原模材料选择和表面处理2.电铸过程，常用金属铜、镍、铁等，时间长、生产率低。电铸过程，常用金属铜、镍、铁等，时间长、生产率低。3.衬背和脱模，主要根据使用要求加衬背。衬背和脱模，主要根据使用要求加衬背。四四.电铸加工应用实例电铸加工应用实例1.型腔模的电铸：型腔模的电铸：制原模制原模镀铬镀铬电铸电铸机加工机加工脱模。脱模。2.电铸精密零件：电铸精密零件：加工型芯加工型芯电铸镍电铸镍车外圆车外圆去型芯。去型芯。五五.涂镀加工涂镀加工.原理、特点及应用范围原理、特点及应用范围原理：原理：涂镀又称刷镀，或无槽电镀，金属工件表面局部、快

48、涂镀又称刷镀，或无槽电镀，金属工件表面局部、快速电化学沉积金属的新技术，原理与电铸相同。沉积正离速电化学沉积金属的新技术，原理与电铸相同。沉积正离子靠镀液提供，阴极沉积，阳极不容解。子靠镀液提供，阴极沉积，阳极不容解。特点：特点：不需要渡槽，可局部进行涂镀；涂镀液种类多、更方不需要渡槽，可局部进行涂镀；涂镀液种类多、更方便复合镀层；涂镀速度快、镀层可控性好；工件与镀笔间便复合镀层；涂镀速度快、镀层可控性好；工件与镀笔间有相对运动、需要人控。有相对运动、需要人控。应用：应用：修复零件磨损面，实施超差补救；填补表面划伤斑蚀修复零件磨损面，实施超差补救；填补表面划伤斑蚀孔洞缺陷；大型复杂工件的表面局

49、部涂镀等。孔洞缺陷；大型复杂工件的表面局部涂镀等。.设备：设备：电源、镀笔、镀液、泵和回转台等。电源、镀笔、镀液、泵和回转台等。.工艺过程工艺过程：表面预加工：表面预加工清洗除油除锈清洗除油除锈电净处理电净处理活化活化处理处理镀底层镀底层镀尺寸层和工作镀层镀尺寸层和工作镀层镀后清洗镀后清洗.应用实例：应用实例： 1.修复机床导轨划伤修复机床导轨划伤 2.修复发电机、气轮机主轴超差部位修复发电机、气轮机主轴超差部位 3.零件加工后，改善表面粗糙度、物理、化学性能零件加工后，改善表面粗糙度、物理、化学性能六六.电解加工目前存在的问题和今后方向电解加工目前存在的问题和今后方向 1.存在问题：精度不好

50、，设备较差，人员专业素质欠佳，存在问题：精度不好，设备较差，人员专业素质欠佳，应用范围不广。应用范围不广。 2.今后方向：扩大应用范围，改善设备，发展和推广脉冲今后方向：扩大应用范围，改善设备，发展和推广脉冲加工及钝化电解液，发展复合加工研究，进一步开展基础加工及钝化电解液，发展复合加工研究，进一步开展基础技术研究，搞好技术培训。技术研究，搞好技术培训。第五章第五章 超声波加工超声波加工一、超声波加工的基本原理一、超声波加工的基本原理 声波频率超过声波频率超过16000Hz被被称为超声波。超声波加工是利称为超声波。超声波加工是利用超声波振动的冲击磨料对工用超声波振动的冲击磨料对工件进行加工的一