现代制造技术-第4章特种加工技术.ppt

第四章特种加工工艺基础第四章特种加工工艺基础第一节第一节 特种加工概述特种加工概述一、特种加工的产生与特点一、特种加工的产生与特点1.1.特种加工的概念特种加工的概念所所谓谓特特种种加加工工是是指指不不采采用用常常规规的的刀刀具具或或磨磨具具对对工工件件进进行行加加工工，而而是是直直接接利利用用电电能能、电电化化学学能能、声声能能或或光光能能等等能能量量，或或选选择择几几种种能能量量的的复复合合形形式式对对材材料料进进行加工的工艺方法。行加工的工艺方法。2.2.特种加工的产生特种加工的产生特特种种加加工工早早期期的的发发明明和和应应用用是是在在19431943年年由由前前苏苏联联的的拉拉扎扎连连柯柯夫夫妇妇发发现现开开关关触触点点遭遭受受火火花花放放电电的的腐腐蚀蚀损损坏坏现现象象，继继而而进进一一步步研研究究，最最终发明了电火花加工。终发明了电火花加工。从而首次摆脱了常规的切削加工，直接利用从而首次摆脱了常规的切削加工，直接利用电能去除金属，达到了电能去除金属，达到了“以柔克刚以柔克刚”的效果。的效果。随后，人门不停的进行研究和探索，相继发随后，人门不停的进行研究和探索，相继发展了一系列的特种加工新方法。展了一系列的特种加工新方法。如如电电解解加加工工、超超声声波波加加工工和和激激光光加加工工等等，开开创了特种加工的广阔领域。创了特种加工的广阔领域。3.3.特种加工的特点特种加工的特点与与传传统统的的切切削削加加工工相相比比，特特种种加加工工具具有有下下列列特点：特点：1)1)工工具具材材料料的的硬硬度度可可以以大大大大低低于于工工件件材材料料的的硬度；硬度；2)2)可可直直接接利利用用电电能能、电电化化学学能能、声声能能或或光光能能等能量对材料进行加工；等能量对材料进行加工；3)3)加工过程中的机械力不明显；加工过程中的机械力不明显；4)4)各各种种加加工工方方法法可可以以有有选选择择地地复复合合成成新新的的工工艺艺方方法法，使使生生产产效效率率成成倍倍的的增增长长，加加工工精精度度也相应提高；也相应提高；5)5)几乎每产生一种新的能源，就有可能导致几乎每产生一种新的能源，就有可能导致一种新的特种加工方法产生。一种新的特种加工方法产生。由由于于特特种种加加工工方方法法具具有有上上述述特特点点，因因此此，可可以用于解决以下工艺难题：以用于解决以下工艺难题：1 1、解解决决各各种种难难加加工工材材料料的的加加工工问问题题，如如耐耐热热钢钢、不不锈锈钢钢、钛钛合合金金、淬淬火火钢钢、硬硬质质合合金金、陶陶瓷瓷、宝宝石石、金金刚刚石石以以及及锗锗和和硅硅等等各各种种高高强强度度、高高硬硬度度、高高韧韧性性、高高脆脆性性以以及及高高纯纯度度的的金金属属和和非金属的加工。非金属的加工。2 2、解解决决各各种种复复杂杂零零件件表表面面的的加加工工问问题题，如如各各种种热热锻锻模模、冲冲裁裁模模和和冷冷拔拔模模的的模模腔腔和和型型孔孔、整整体体蜗蜗轮轮、喷喷气气蜗蜗轮轮叶叶片片、炮炮管管内内腔腔线线以以及及喷喷油油嘴和喷丝头的微小孔的加工问题。嘴和喷丝头的微小孔的加工问题。3 3、解解决决各各种种精精密密的的、有有特特属属要要求求的的零零件件的的加加工工问问题题，如如航航空空航航天天、国国防防工工业业中中表表面面质质量量和和精精度度要要求求都都很很高高的的陀陀螺螺仪仪、伺伺服服阀阀以以及及低低刚刚度度的细长轴、薄壁筒和弹性元件等的加工。的细长轴、薄壁筒和弹性元件等的加工。由由于于特特种种加加工工具具有有上上述述特特点点并并可可以以解解决决生生产产中中上上述述工工艺艺难难题题，因因此此，在在现现代代制制造造、科科学学研研究究和国防事业中获得日益广泛的应用，和国防事业中获得日益广泛的应用，而而生生产产和和科科学学研研究究中中提提出出来来的的新新问问题题又又促促进了特种加工方法的迅速发展。进了特种加工方法的迅速发展。特特种种加加工工发发展展至至今今虽虽有有5050多多年年的的历历史史，但但在分类方法上并无明确的规定。在分类方法上并无明确的规定。一般按能量形式和作用原理进行划分。一般按能量形式和作用原理进行划分。二、特种加工方法分类二、特种加工方法分类1 1、电电能能与与热热能能作作用用方方式式有有：电电火火花花成成形形与与穿穿孔孔加加工工（EDMEDM）、电电火火花花线线切切割割加加工工（WEDMWEDM）、电子束加工（电子束加工（EBMEBM）和等离子体加工（和等离子体加工（PAMPAM）。）。2 2、电电能能与与化化学学能能作作用用方方式式有有：电电解解加加工工（ECMECM）、）、电铸加工（电铸加工（ECMECM）和刷镀加工。和刷镀加工。3 3、电电化化学学能能与与机机械械能能作作用用方方式式有有：电电解解磨磨削（削（ECGECG）、电解珩磨（）、电解珩磨（ECHECH）。）。4 4、声声能能与与机机械械能能作作用用方方式式有有：超超声声波波加加工工（USMUSM）。）。5 5、光光能能与与热热能能作作用用方方式式有有：激激光光加加工工（LBMLBM）。）。6 6、电电能能与与机机械械能能作作用用方方式式有有：离离子子束束加加工工（PAMPAM）。）。7 7、液液流流能能与与机机械械能能作作用用方方式式有有：挤挤压压珩珩磨磨（AFHAFH）和水射流切割（和水射流切割（WJCWJC）。）。根根据据在在生生产产中中的的实实际际应应用用情情况况，本本章章将将主主要要介介绍绍电电火火花花加加工工、电电解解加加工工、超超声声波波加加工工、激激光光加工、电子束和离子束加工加工、电子束和离子束加工。三、特种加工对机械制造技术产生的影响三、特种加工对机械制造技术产生的影响特种加工自问世以来，由于其突出的工艺特点特种加工自问世以来，由于其突出的工艺特点和日益广泛的应用，逐步深化了人们对制造工和日益广泛的应用，逐步深化了人们对制造工艺艺技技术术的的认认识识，同同时时也也引引起起了了制制造造工工艺艺技技术术的的一系列变革。一系列变革。1 1、改变了对材料可加工性的认识。、改变了对材料可加工性的认识。对对切切削削加加工工而而言言，淬淬火火钢钢、硬硬质质合合金金、陶陶瓷瓷、立立方方氮氮化化硼硼和和金金刚刚石石一一直直被被认认为为是是难难切切削削材材料料。而而现现在在已已较较广广泛泛使使用用的的由由陶陶瓷瓷、立立方方氮氮化化硼硼和和人造聚晶金刚石制成的刀具、工具和拉丝人造聚晶金刚石制成的刀具、工具和拉丝模模等等，都都可可以以采采用用电电火火花花、电电解解、超超声声波波和和激激光等多种方法进行加工。光等多种方法进行加工。对对于于淬淬火火钢钢、硬硬质质合合金金，采采用用电电火火花花成成形形加加工和电火花线切割加工已在也不是难事。工和电火花线切割加工已在也不是难事。这这样样一一来来，材材料料的的可可加加工工性性就就不不在在仅仅仅仅以以材材料料的的强强度度、硬硬度度、韧韧性性和和脆脆性性进进行行衡衡量量，而而于所选择的加工方法有关。于所选择的加工方法有关。2 2、要重新衡量设计结构工艺性的优劣问题。、要重新衡量设计结构工艺性的优劣问题。在传统的结构设计中，在传统的结构设计中，通常认为方孔、小孔、通常认为方孔、小孔、弯孔和窄缝的结构工艺性很差。弯孔和窄缝的结构工艺性很差。而对特种加工来讲，利用电火花工作之便穿孔而对特种加工来讲，利用电火花工作之便穿孔和电火花线切割加工孔时，方孔和圆孔在加工和电火花线切割加工孔时，方孔和圆孔在加工难度上是没有分别的。难度上是没有分别的。有了高速电火花小孔加有了高速电火花小孔加工专用机床后，各种导电材料的小孔加工变得工专用机床后，各种导电材料的小孔加工变得更为容易；喷丝头上的各种异形孔则由以往的更为容易；喷丝头上的各种异形孔则由以往的不能加工变为可以加工；不能加工变为可以加工；现现在在则则可可以以用用电电加加工工方方法法予予以以补补救救；过过去去攻攻螺螺纹纹因因无无法法取取出出孔孔内内折折断断的的丝丝锥锥，而而使使工工件件报废的现象已经不复存在。报废的现象已经不复存在。有有了了特特种种加加工工，设设计计和和工工艺艺人人员员在在设设计计零零件件结结构构，安安排排工工艺艺过过程程时时有有了了更更大大的的灵灵活活性性和和选选择择余余地地。过过去去因因一一时时疏疏忽忽在在淬淬火火前前没没有有钻钻的的定定位位销销孔孔，没没有有铣铣的的槽槽，淬淬火火后后因因难难以以切切削加工只能报废，削加工只能报废，3 3、对对零零件件的的结结构构设设计计带带来来重重大大变变革革。喷喷气气发发动动机机的的叶叶轮轮由由于于形形状状复复杂杂，过过去去只只能能在在做做好好的的一一个个个个叶叶片片后后组组装装而而成成。有有了了电电解解加加工工设设计计人人员员就就可可以以设设计计整整体体涡涡轮轮了了。又又如如山山形形硅硅钢钢片片冲冲模模，结结构构复复杂杂不不易易制制造造，往往往往采采用用拼拼装结构。有了电火花装结构。有了电火花线切割，就可以设计线切割，就可以设计成整体结构。成整体结构。4 4、可可以以进进一一步步优优化化零零件件的的机机械械加加工工工工艺艺过过程程。按按照照传传统统的的切切削削加加工工，除除磨磨削削外外，其其它它切切削削加加工工一一般般需需要要安安排排在在淬淬火火工工序序之之前前。按按照照常常规，这是工艺人员必须遵循的工艺准则之一。规，这是工艺人员必须遵循的工艺准则之一。有有了了特特种种加加工工，为为了了避避免免淬淬火火工工序序中中引引起起的的已已加加工工表表面面的的变变形形甚甚至至开开裂裂，工工艺艺人人员员可可以以先安排淬火再加工孔槽。先安排淬火再加工孔槽。采采用用电电火火花花成成形形加加工工、电电火火花花线线切切割割加加工工或或电电解解加加工工的的零零件件常常先先安安排排淬淬火火，这这已已经经成成为为较典型的工艺过程。较典型的工艺过程。总之，各种特种加工方法不仅给设计师提供总之，各种特种加工方法不仅给设计师提供了更广阔的结构设计的新天地，而且给工艺了更广阔的结构设计的新天地，而且给工艺师提供了解决各种工艺难题的新手段，有力师提供了解决各种工艺难题的新手段，有力地促进着我国的科技发展和技术进步。地促进着我国的科技发展和技术进步。随着我国国民经济和科学技术的飞速发展的随着我国国民经济和科学技术的飞速发展的需要，特种加工技术将取得更加辉煌的成就。需要，特种加工技术将取得更加辉煌的成就。第二节第二节 电火花加工电火花加工电电器器开开关关在在合合上上和和拉拉开开时时，有有可可能能因因局局部部放放电电使使开开关关的的接接触触部部位位烧烧蚀蚀，这这种种现现象象称称为为电电蚀。蚀。电火花加工正是在一定的液体介质中，利用电火花加工正是在一定的液体介质中，利用脉冲放电对导电材料的电蚀现象来蚀除材料，脉冲放电对导电材料的电蚀现象来蚀除材料，从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。在特种加工中，电技术要求的一种加工方法。在特种加工中，电火花加工的应用最为广泛。火花加工的应用最为广泛。一、电火花加工的原理及特点一、电火花加工的原理及特点（一）电火花加工原理（一）电火花加工原理电电火火花花加加工工是是在在如如图图1-11-1所所示示的的加加工工系系统统中中进进行的。行的。加加工工时时，脉脉冲冲电电源源的的一一极极接接工工具具电电源源，另另一一极极接接工工件件电电极极。两两极极均均浸浸入入具具有有一一定定绝绝缘缘度度的的液液体体介介质质（常常用用煤煤油油或或矿矿物物油油）中中。工工具具电电极极由由自自动动进进给给调调节节装装置置控控制制，以以保保证证工工具具与与工工件件在在正正常常加加工工时时维维持持一一很很小小的的放放电电间间隙隙（0.01-0.01-0.05mm0.05mm）。当当脉脉冲冲电电压压加加到到两两极极之之间间，便便将将当当时时条条件件下下极极间间最最近近点点的的液液体体介介质质击击穿穿，形形成成放放电通道。电通道。由由于于通通道道的的截截面面积积很很小小，放放电电时时间间极极短短，致致使使能能量量高高度度集集中中（10106 610107 7W/mmW/mm2 2)，放放电电区区域域产产生生的的瞬瞬时时高高温温,可可达达1000010000以以上上,足足以以使使材材料料溶溶化化甚甚至至蒸蒸发发，灼灼热热的的金金属属蒸蒸气气具具有有很很大大的的压压力力,引引起起剧剧烈烈的的暴暴炸炸,而而将将熔熔融融的的金金属属抛抛出出,以以致致形形成成一一个个小小凹凹坑坑。第第一一次次脉脉冲冲放放电电结结束束后后，经经过过很很短短的的时时间间间间隔隔，第第二二个个脉脉冲冲又又在另一极间最近点击穿放电。在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地重复地循环下去，工如此周而复始高频率地重复地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。复制在工件上，形成所需要的加工表面。与与此此同同时时，总总能能量量的的一一小小部部分分也也释释放放到到工工具具电电极极上上，从从而而造造成成工工具具电电极极的的损损耗耗。电电蚀蚀过过程如图程如图1-21-2所示。所示。（二）电火花加工的条件（二）电火花加工的条件从从上上面面的的叙叙述述中中可可以以看看出出，进进行行电电火火花花加加工工必必须具备下列三个条件：须具备下列三个条件：1 1、必必须须采采用用脉脉冲冲电电源源，以以形形成成瞬瞬时时的的脉脉冲冲放放电电。每每次次脉脉冲冲放放电电延延续续一一段段时时间间(10(10-7-71010-3-3s)s)后，需停歇一段时间，如图后，需停歇一段时间，如图1-31-3所示。所示。这这样样才才能能使使能能量量集集中中于于微微小小区区域域，而而不不致致于于扩散到邻近的材料中去。扩散到邻近的材料中去。如果形成连续放电，就会形成象电焊一样的电如果形成连续放电，就会形成象电焊一样的电弧，使工件表面烧伤而不能保证零件的尺寸和弧，使工件表面烧伤而不能保证零件的尺寸和表面质量。表面质量。2 2、必须采用自动进给调节装置、必须采用自动进给调节装置以以保保证证工工具具电电极极与与工工件件电电极极间间微微小小的的放放电电间间隙隙。间间隙隙过过大大，极极间间电电压压难难以以击击穿穿极极间间的的掖掖体体介介质质，不不能能产产生生火火花花放放电电；间间隙隙过过小小，容容易易产产生生短短路路，也也不不能能产产生生火火花花放放电电。电电参参数数对对放放电电间间隙隙的的影影响响很很大大，精精加加工工时时单单边边间间隙隙仅仅有有0.01mm,0.01mm,而而粗粗加工时则可达加工时则可达0.5mm0.5mm，甚至更大。甚至更大。3 3、火火 花花 放放 电电 必必 须须 在在 具具 有有 一一 定定 绝绝 缘缘 强强 度度(10(103 310107 7cm)cm)的液体介质中进行。的液体介质中进行。常常用用的的液液体体介介质质有有煤煤油油、皂皂化化液液和和去去离离子子水水等等。液液体体介介质质又又称称工工作作液液，它它除除了了有有利利于于产产生生脉脉冲冲式式火火花花放放电电外外，而而且且有有利利于于排排除除放放电电过过程程中中产产生的电蚀产物和冷却电极及工件表面。生的电蚀产物和冷却电极及工件表面。（三）电火花加工的特点（三）电火花加工的特点电火花加工具有如下特点：电火花加工具有如下特点：1 1、可可以以加加工工任任何何高高强强度度、高高硬硬度度、高高韧韧性性、高高脆脆性性以以及及时时高高纯纯度度的的导导电电材材料料。如如不不锈锈钢钢、钛钛合合金金、工工业业纯纯铁铁、淬淬火火钢钢、硬硬质质合合金金、导导电电陶陶瓷瓷、立立方方氮氮化化硼硼和和人人造造聚聚晶晶金金刚石等。刚石等。2 2、加加工工时时无无明明显显机机械械力力，故故适适用用于于低低刚刚度度工工件件和和细细微微结结构构的的加加工工。由由于于可可以以简简单单地地将将工工具具电电极极的的形形状状复复制制在在工工件件上上，再再加加上上数数控控技技术术的的运运用用，因因此此，特特别别适适用用于于复复杂杂的的型型孔孔和和型型腔腔加加工工。甚甚至至可可以以使使用用简简单单的的工工具具电电极极加加工工出出复复杂杂形状的零件。形状的零件。3 3、脉脉冲冲参参数数可可根根据据需需要要进进行行调调节节，因因而而，可可以以在在同同一一台台机机床床上上进进行行粗粗加加工工、半半精精加加工工厂厂和和精加工。精加工。4 4、在在一一般般情情况况下下生生产产率率低低于于切切削削加加工工。为为了了提提高高生生产产率率，常常采采用用切切削削加加工工进进行行粗粗加加工工，再再进进行行电电火火花花加加工工。目目前前电电火火花花小小孔孔加加工工的的生生产产率已明显高于钻头钻孔。率已明显高于钻头钻孔。5 5、放放电电过过程程有有部部分分能能量量消消耗耗在在工工具具电电极极上上，从而导致工具电极的损耗，影响成形精度。从而导致工具电极的损耗，影响成形精度。由由电电火火花花加加工工具具有有上上述述特特点点，因因此此，一一方方面面广广泛泛用用于于机机械械制制造造、航航空空航航天天、仪仪器器仪仪表表和和电电子子设设备备等等行行业业，另另一一方方面面正正在在加加强强研研究究，以以扩扩大大其其应应用用范范围围，并并不不断断改改善善其其不足之处。不足之处。二、表面质量及其影响因素二、表面质量及其影响因素电电火火花花加加工工的的表表面面质质量量主主要要包包括括表表面面粗粗糙糙度、表面变质层和表面力学性能。度、表面变质层和表面力学性能。1 1）表面粗糙度）表面粗糙度 电火花加工的表面由许多无方向性的小坑和电火花加工的表面由许多无方向性的小坑和硬凸边所组成，这种表面形貌在保存润滑油硬凸边所组成，这种表面形貌在保存润滑油方面，有点类似于刮削表面。在相同的表面方面，有点类似于刮削表面。在相同的表面粗糙度和有润滑油的情况下，其表面的润滑粗糙度和有润滑油的情况下，其表面的润滑性能和耐磨损性能优于带方向性的切削和磨性能和耐磨损性能优于带方向性的切削和磨削加工的表面。削加工的表面。对于表面粗糙度对于表面粗糙度RaRa值影响最大的是单个脉冲值影响最大的是单个脉冲能量。能量。单单个个脉脉冲冲能能量量越越大大，脉脉冲冲放放电电的的能能量量越越大大，越越容容易易产产生生又又深深又又大大的的放放电电凹凹坑坑，从从而而使使加加工工表表面粗糙度加大。面粗糙度加大。工工件件材材料料对对表表面面粗粗糙糙度度也也有有影影响响。熔熔点点高高的的材材料料，如如硬硬质质合合金金，在在相相同同能能量量下下加加工工出出的的表表面面粗粗糙糙度度RaRa值值要要小小于于熔熔点点低低的的材材料料，如如钢钢。由由于于放放电电加加工工时时的的仿仿形形作作用用，工工具具电电极极的的表表面面粗粗糙糙度度也也直直接接影影响响被被加加工工表表面面的的表表面面粗粗糙糙度度。因因此此精加工用的工具电极表面要光滑平整。精加工用的工具电极表面要光滑平整。放放电电加加工工的的表表面面粗粗糙糙度度还还受受到到加加工工方方法法的的影影响响。普普通通的的电电火火花花成成形形加加工工达达到到的的表表面面粗粗糙糙度度Ra值值约约为为3.20.4m；采采用用平平动动或或摇摇动动加加工工，则则可可达达到到0.80.05m；采采用用电电火火花花磨磨削削可可达达到到0.050.025m。其其基基本本规规律律是是：加加工工速速度度越高，被加工表面越粗糙；越高，被加工表面越粗糙；被被加加工工表表面面要要求求越越平平整整，则则加加工工速速度度会会明明显显降低。降低。在在生生产产中中必必须须善善于于处处理理加加工工速速度度与与表表面面粗粗糙糙度这一对矛盾，否则愈速则不达。度这一对矛盾，否则愈速则不达。2 2）表面变质层）表面变质层 放放电电加加工工时时，在在放放电电的的瞬瞬时时高高温温和和液液体体介介质质的的快快速速冷冷却却作作用用下下，材材料料的的表表层层产产生生较较大大的的变变化化，大大体体可可分分为为熔熔化化凝凝固固层层、热热影影响响层层和和显微裂纹如图显微裂纹如图1-51-5所示。所示。（1 1）熔化凝固层位于工件表层的最上层。）熔化凝固层位于工件表层的最上层。它它是是放放电电时时瞬瞬时时高高温温熔熔化化后后被被液液体体介介质质快快速速冷冷却却凝凝固固的的薄薄层层。它它不不同同于于基基体体金金属属，与与内内层层结结合合也也不不牢牢固固。其其厚厚度度随随脉脉冲冲能能量量的的增增大大而而变厚，但一般小于变厚，但一般小于0.1mm0.1mm。（2 2）热影响层）热影响层 位于熔化层和基体间。位于熔化层和基体间。虽然受到瞬时放电高温的影响，但没有熔化。虽然受到瞬时放电高温的影响，但没有熔化。高高温温使使其其金金相相组组织织发发生生变变化化，但但与与基基本本材材料料间间不不存存在在明明显显界界限限。热热影影响响层层主主要要为为淬淬火火区区，其厚度一般为最大微观不平度的其厚度一般为最大微观不平度的2 23倍。倍。（3 3）显微裂纹）显微裂纹 电电火火花花加加工工表表面面由由于于受受到到瞬瞬时时高高温温和和骤骤冷冷作作用用，容容易易出出现现显显微微裂裂纹纹。脉脉冲冲能能量量越越大大显显微微裂裂纹纹越越深深；脉脉冲冲能能量量小小到到一一定定程程度度时时，则则一一般不再出现显微裂纹。般不再出现显微裂纹。由由于于脆脆性性材材料料的的原原始始内内应应力力较较大大，放放电电加加工工时也容易产生裂纹。时也容易产生裂纹。3 3）表面力学性能）表面力学性能 电电火火花花加加工工表表面面层层主主要要影影响响材材料料的的显显微微硬硬度度与耐磨性、残余应力和耐疲劳性能。与耐磨性、残余应力和耐疲劳性能。（1 1）对对显显微微硬硬度度与与耐耐磨磨性性的的影影响响 电电火火花花加加工工表表面面层层的的硬硬度度一一般般较较高高，对对于于滑滑动动摩摩擦擦，表表面面的的耐耐磨磨性性性性好好。对对于于交交变变载载荷荷的的滚滚动动摩摩擦，尤其是干摩擦，则容易造成剥落磨损。擦，尤其是干摩擦，则容易造成剥落磨损。（2 2）对残余应力的影响）对残余应力的影响 由由于于电电火火花花加加工工是是瞬瞬时时高高温温与与快快速速冷冷却却交交替替频频繁繁地地进进行行，容容易易在在材材料料的的表表层层产产生生拉拉应应力力为为主主的的残残余余应应力力。残残余余应应力力的的大大小小和和分分布布，主主要要取取决决于于脉脉冲冲能能量量的的大大小小和和材材料料加加工工前前的的热热处处理理状状态态。为为了了减减少少残残余余应应力力，对对表表面面质质量量要要求求较较高高的的工工件件，需需选选用用较较小小的的脉脉冲冲能能量量和适当的热处理。和适当的热处理。（3）对耐疲劳性能的影响）对耐疲劳性能的影响 电电火火花花加加工工表表面面层层的的耐耐疲疲劳劳性性能能大大大大低低于于机机械械加加工工的的表表面面。在在实实际际生生产产中中，可可采采用用回回火火处处理理来来降降低低残残余余应应力力；采采用用喷喷丸丸处处理理，将将残残余余拉拉应应力力转转化化为为压压应应力力。此此外外，当当选选用用很很小小的的脉脉冲冲能能量量进进行行加加工工，表表面面粗粗糙糙度度Ra值值可可达达0.40.1m时时，其其耐耐疲疲劳劳性性能能将将于于机机械械加加工工的的表面接近。表面接近。三、加工精度及其影响因素三、加工精度及其影响因素电电火火花花加加工工的的尺尺寸寸精精度度随随加加工工方方法法而而异异。目目前前电电火火花花成成形形加加工工的的平平均均加加工工精精度度为为0.05mm0.05mm，最最高高精精度度可可达达0.005mm0.005mm；电电火火花花线线切切割割加加工工的的平平均均加加工工精精度度为为0.01mm0.01mm，最最高高精度可达精度可达0.005mm0.005mm。如如排排除除机机床床的的制制造造误误差差，工工件件和和工工具具电电极极的的定定位位和和安安装装误误差差，影影响响加加工工精精度度的的主主要要因因素素有有放放电电间间隙隙的的大大小小和和一一致致性性、工工具具电电极极的的损损耗耗以以及及加工过程中的加工过程中的“二次放电二次放电”等等因素。因素。1 1）放电间隙的大小和一致性）放电间隙的大小和一致性 电火花加工时，如果放电间隙能保持不变，就电火花加工时，如果放电间隙能保持不变，就可以获得较高的加工精度。然而，由于加工过可以获得较高的加工精度。然而，由于加工过程的复杂性，放电间隙的大小实际是变化的。程的复杂性，放电间隙的大小实际是变化的。此此外外，间间隙隙的的大大小小对对加加工工精精度度也也产产生生影影响响。尤尤其其是是在在加加工工具具有有复复杂杂型型面面的的内内腔腔时时，棱棱角角部部位位的的电电场场强强度度分分布布不不均均，间间隙隙愈愈大大，影影响响也也愈愈大大。为为了了减减小小加加工工误误差差，往往往往采采用用较较小小的放电参数，以提高仿形精度。的放电参数，以提高仿形精度。2 2）工具电极的损耗）工具电极的损耗 工工具具电电极极的的损损耗耗既既影影响响尺尺寸寸精精度度也也影影响响形形状状精精度度。因因此此，当当尺尺寸寸精精度度和和表表面面质质量量要要求求较较高时，往往粗、精加工分开进行。高时，往往粗、精加工分开进行。精精加加工工时时除除了了采采用用较较小小的的放放电电参参数数外外，还还采采用用更换新电极或采用平动方法来提高加工精度。更换新电极或采用平动方法来提高加工精度。3 3）二次放电）二次放电 “二二次次放放电电”是是指指已已加加工工表表面面由由于于电电蚀蚀产产物物等等的的未未及及时时排排除除而而产产生生的的非非正正常常放放电电。由由于于二二次次放放电电，在在工工件件的的加加工工深深度度方方向向会会产产生生斜斜度度并并容容易易使使待待加加工工的的棱棱角角棱棱边边产产生生圆圆角角如如图图2-62-6所所示示。采采用用高高频频率率窄窄脉脉宽宽精精加加工工，此此时时的的放放电电间间隙隙小小，可以使精密冲模获得小于可以使精密冲模获得小于0.01mm0.01mm的圆角半径。的圆角半径。四、电火花加工的应用范围四、电火花加工的应用范围由由于于电电火火花花加加工工在在国国防防、民民用用和和科科学学研研究究中中的的应应用用日日益益广广泛泛，因因此此，电电加加工工机机床床的的种种类类和和应应用用形形式式也也朝朝着着多多样样性性方方向向发发展展。按按工工艺艺过过程程中中工工具具与与工工件件相相对对运运动动的的特特点点和和用用途途不不同同，电电火火花花加加工工大大体体上上可可分分为为：电电火火花花成成形形加加工工、电电火火花花线线切切割割加加工工、电电火火花花磨磨削削加加工工、电电火火花花展展成成加加工工、非非金金属属电电火火花花加加工工和和电电火火花表面强化等。花表面强化等。（一）（一）电火花成形加工电火花成形加工电电火火花花成成形形加加工工是是通通过过工工具具电电极极相相对对于于工工件件作作进进给给运运动动，将将工工具具电电极极的的形形状状和和尺尺寸寸复复制制在在工工件件上上，从从而而加加工工出出所所需需要要的的零零件件。它它包包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。括电火花型腔加工和穿孔加工两种。1.1.电火花型腔加工电火花型腔加工电火花型腔加工包括三维型腔和型面加工，电火花型腔加工包括三维型腔和型面加工，此外还包括电火花雕刻。主要用于加工各类热此外还包括电火花雕刻。主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木模的型锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木模的型腔，如图腔，如图1-71-7所示。所示。型型腔腔多多为为盲盲孔孔，内内形形复复杂杂，各各处处深深浅浅不不同同，加加工工较较为为困困难难。为为了了便便于于排排除除加加工工产产物物和和冷冷却却，以以提提高高加加工工的的稳稳定定性性，有有时时在在工工具具电电极极中间开有冲油孔，如图中间开有冲油孔，如图1-71-7（b b）所示。所示。2.2.电火花穿孔加工电火花穿孔加工电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异形孔等）、曲线孔（弯孔、螺多边形孔、异形孔等）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工，旋孔）、小孔和微孔的加工，如图如图1-81-8所示。所示。近几年来，在电火花穿孔加工中发展了高速近几年来，在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工，解决了小孔加工中电极截面小，小孔加工，解决了小孔加工中电极截面小，易变形，孔的深径比大，排屑困难等问题，易变形，孔的深径比大，排屑困难等问题，取得了良好的社会经济效益。加工时，一般取得了良好的社会经济效益。加工时，一般采用管状电极，内通一高压工作液。工具电采用管状电极，内通一高压工作液。工具电极在回转的同时作轴向进给运动，如图极在回转的同时作轴向进给运动，如图1-91-9所所示。这种方式适合于示。这种方式适合于3 33mm3mm的小孔。的小孔。其其加加工工速速度度可可达达60mm/min60mm/min，远远远远高高于于小小直直径径麻花钻头钻孔，麻花钻头钻孔，而且避免了小直径钻而且避免了小直径钻头（头（d1mm）容易折）容易折断的问题。这种方法断的问题。这种方法还可以用于在斜面和还可以用于在斜面和曲面上打孔，且孔的曲面上打孔，且孔的尺寸精度和形状精度尺寸精度和形状精度较高。较高。直径小于直径小于0.2mm0.2mm的孔称为细微孔。目前国外已的孔称为细微孔。目前国外已加工出深径比为加工出深径比为5 5，直径为，直径为0.0150.015的细微孔。的细微孔。我国也能稳定地加工出深径比为我国也能稳定地加工出深径比为1010，直径为，直径为0.05mm0.05mm细微孔。细微孔加工时，除了工具电细微孔。细微孔加工时，除了工具电极制备困难外，排屑状态也极为恶劣，还要有极制备困难外，排屑状态也极为恶劣，还要有特殊的脉冲电源来控制单个脉冲的放电能量，特殊的脉冲电源来控制单个脉冲的放电能量，对伺服进给系统亦有严格的要求。这里仅介绍对伺服进给系统亦有严格的要求。这里仅介绍细微孔加工中工具电极材料的选用和工具电极细微孔加工中工具电极材料的选用和工具电极的制造方法。的制造方法。由由于于细细微微孔孔加加工工的的孔孔径径小小，电电极极的的相相对对损损耗耗相相当当大大，故故不不能能选选用用常常用用的的电电极极材材料料作作工工具具电电极极，而而应应选选用用杂杂质质少少、损损耗耗小小、刚刚度度和和加加工工稳稳定定性性好好的的钨钨丝丝。但但市市场场上上购购得得的的钨钨丝丝，其其尺尺寸寸和和形形状状难难以以满满足足加加工工要要求求。对对于于微微米米级级直直径径的的工工具具电电极极，需需加加工工成成阶阶梯梯轴轴的的形形状状，以以提提高高电电极极刚刚度。度。通通常常采采用用的的电电火火花花反反拷拷加加工工法法是是加加工工细细微微工工具具的有效方法，如图的有效方法，如图1-101-10所所示。示。反反拷拷加加工工有有两两种种：一一种种是是采采用用长长方方块块的的铜铜钨钨合合金金固固定定在在工工作作台台上上作作为为反反拷拷电电极极（图图1-10a1-10a）；另另外外一一种种是是采采用用线线电电极极电电火火花花磨磨削削法法（图图1-1-10b10b）。利利用用后后一一种种方方法法，甚甚至至可可以以加加工工出出0.01mm0.01mm的的细细轴轴。当当然然，这这种种细细轴轴的的长长度度以以满满足加工深度为宜。足加工深度为宜。（二）（二）电火花线切割加工电火花线切割加工电火花线切割加工是利用移动的细金属丝作工电火花线切割加工是利用移动的细金属丝作工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。按线电极移动的速度大小分为高速走丝电火按线电极移动的速度大小分为高速走丝电火花线切割和低速电火花线切割加工。花线切割和低速电火花线切割加工。我国普遍采用高速电火花线切割加工，近年来我国普遍采用高速电火花线切割加工，近年来正在发展低速电火花线切割。正在发展低速电火花线切割。高速走丝时，线电极是直径为高速走丝时，线电极是直径为0.02-0.02-0.03mm0.03mm的高强度钼丝。的高强度钼丝。钼丝往复运动的速度为钼丝往复运动的速度为8 810m/s10m/s。低速走丝时，低速走丝时，多采用铜丝，线电极以小于多采用铜丝，线电极以小于0.2m/s0.2m/s的速度作的速度作单方向低速移动。电火花线切割的原理如图单方向低速移动。电火花线切割的原理如图10-1110-11所示。工作时，脉冲电源的一极接工件，所示。工作时，脉冲电源的一极接工件，另外一极接缠绕金属丝的储丝筒。如果切割另外一极接缠绕金属丝的储丝筒。如果切割图示的内封闭结构，钼丝先穿过工件上预加图示的内封闭结构，钼丝先穿过工件上预加工的工艺小孔，再经导轮由储丝筒带动作正、工的工艺小孔，再经导轮由储丝筒带动作正、反向的往复移动。反向的往复移动。工工作作台台在在水水平平面面两两个个坐坐标标方方向向按按各各自自预预定定的的控控制制程程序序，根根据据放放电电间间隙隙状状态态作作伺伺服服进进给给移移动动，合合成成各各种种曲曲线线轨轨迹迹，把把工工件件切切割割成成形形。与与此此同同时时，工工作作液液不不断断地地喷喷注注在在工工件件与与钼钼丝丝之之间间，起起绝缘、冷却和冲走屑末的作用。绝缘、冷却和冲走屑末的作用。与与电电火火花花成成形形加加工工不不同同的的是是，线线电电极极在在切切割割时时，只只有有当当电电极极丝丝和和工工件件之之间间保保持持一一定定的的轻轻微微接接触触压力时，才形成火花放电。压力时，才形成火花放电。由由此此可可以以推推断断，在在电电极极丝丝与与工工件件间间必必然然存存在在某某种种电电化化学学作作用用产产生生的的绝绝缘缘薄薄膜膜介介质质。当当电电极极丝丝相相对对工工件件移移动动摩摩擦擦和和被被顶顶弯弯所所造造成成的的压压力力使使绝绝缘缘膜膜减减薄薄到到可可以以被被击击穿穿的的程程度度，才才发发生生火火花花放放电电。放放电电产产生生的的爆爆炸炸力力使使钼钼丝丝或或铜铜丝丝局局部部振振动动而而暂暂时时脱脱离离接接触触，但但宏宏观观上上仍仍属属于轻压放电。于轻压放电。线切割时，电极丝不断移动，其损耗很小，线切割时，电极丝不断移动，其损耗很小，因而加工精度较高。因而加工精度较高。其其平平均均加加工工精精度度可可达达0.01mm0.01mm，大大大大高高于于电电火火花花成成形形加加工工。表表面面粗粗糙糙度度RaRa值值可可达达1.61.6m或或更更小。小。国国内内外外绝绝大大多多数数数数控控电电火火花花线线切切割割机机床床都都采采用用了了不不同同水水平平的的微微机机数数控控系系统统，基基本本上上实实现现了电火花线切割数控化。了电火花线切割数控化。目目前前电电火火花花切切割割广广泛泛用用于于加加工工各各种种冲冲裁裁模模（冲冲孔孔和和落落料料用用），样样板板以以及及各各种种形形状状复复杂杂的型孔、型面和窄缝等。的型孔、型面和窄缝等。（三）（三）电火花磨削电火花磨削与镗磨加工与镗磨加工1 1、电火花磨削加工电火花磨削加工采采用用类类似似工工具具磨磨床床的的方方式式，即即可可实实现现电电火火花花磨磨削削加加工工。DK6825DK6825数数控控旋旋转转电电火火花花加加工工机机床床如如图图1-121-12所所示示。就就是是利利用用数数控控和和伺伺服服技技术术，专专用用脉脉冲冲电电源源以以及及旋旋转转工工具具电电极极来来解解决决各各种种超超硬硬导导电电材材料料的的磨磨削削加加工工问问题题。该该机机床床装装有有大大直直径径高高纯纯度度石石墨墨电电极极的的主主轴轴，该该主主轴轴可可以以实实现现无无级级调调速速和沿立柱上下调整，工作台由和沿立柱上下调整，工作台由步进电机通过滚珠丝杠驱动，根据用户程序可步进电机通过滚珠丝杠驱动，根据用户程序可实现纵向或横实现纵向或横向的伺服运动向的伺服运动以及相对应的以及相对应的纵向或横向的纵向或横向的往复运动，往复运动，工作台上的螺旋进给装置如图工作台上的螺旋进给装置如图1-131-13所示。所示。既既可可分分别别提提供供工工件件的的回回转转和和往往复复运运动动，又又可可由由旋旋转转运运动动和和轴轴向向移移动动方方便便地地组组合合为为螺螺旋旋运运动动。再再加加上上其其它它必必要要的的附附件件，可可以以方方便便地地磨磨削削平平面面、外外圆圆、螺螺