1、第十二讲一、内容一、内容1 1、常用切削加工方法及应用、常用切削加工方法及应用2 2、特种加工、特种加工二、习题二、习题1、外圆磨削、高精度磨削、高效磨削各有哪些方法？、外圆磨削、高精度磨削、高效磨削各有哪些方法？2 2、特种加工优点有哪些？、特种加工优点有哪些？3 3、电火花加工的特点电火花加工的特点有哪些？有哪些？4 4、激光加工的特点有哪些？、激光加工的特点有哪些？5 5、电解加工的特点有哪些？、电解加工的特点有哪些？七、七、磨削的工艺特点及其应用磨削的工艺特点及其应用磨削：砂轮在磨床上加工工件。磨削：砂轮在磨床上加工工件。磨床：外圆磨床、内圆磨床和平面磨床等。磨床：外圆磨床、内圆磨床和
2、平面磨床等。砂轮：由磨料加结合剂用烧结的方法而制成的多孔物体。砂轮：由磨料加结合剂用烧结的方法而制成的多孔物体。（1 1）纵磨法）纵磨法 v 主运动：砂轮高速旋转主运动：砂轮高速旋转 v 圆周进给运动：工件旋转运动；圆周进给运动：工件旋转运动；v 纵向进给运动：工件和磨床工作台的往复直线运动；纵向进给运动：工件和磨床工作台的往复直线运动；v 横向进给运动：砂轮周期性横向进给。横向进给运动：砂轮周期性横向进给。v 特点：每次磨削量小，磨削力小，产生的热量少，散特点：每次磨削量小，磨削力小，产生的热量少，散热条件较好。加工精度和表面质量好。适应性强，生热条件较好。加工精度和表面质量好。适应性强，生
3、产率较低。产率较低。v 应用：单件小批生产，精磨，特别是细长轴的磨削。应用：单件小批生产，精磨，特别是细长轴的磨削。1.外圆磨削外圆磨削一般在普通外圆磨床或万能外圆磨床上进行。一般在普通外圆磨床或万能外圆磨床上进行。（2 2）横磨法）横磨法 v 切削运动：工件不作纵向移动，砂轮以慢速作连续的切削运动：工件不作纵向移动，砂轮以慢速作连续的横向进给。横向进给。v 特点：生产率高。工件与砂轮接触面积大，磨削力较特点：生产率高。工件与砂轮接触面积大，磨削力较大，发热量多，磨削温度高，工件易发生变形和烧伤。大，发热量多，磨削温度高，工件易发生变形和烧伤。v 应用：成批及大量生产，尤其是工件上的成形表面。
4、应用：成批及大量生产，尤其是工件上的成形表面。加工表面不太宽且刚性较好的工件。加工表面不太宽且刚性较好的工件。轴的磨削轴的磨削。（3 3）综合磨法）综合磨法 v 先用横磨法将工件表面分段进行粗磨，先用横磨法将工件表面分段进行粗磨，相邻两段间有相邻两段间有510mm的搭接，工件的搭接，工件上留下上留下0.0l0.03mm的余量，然后用的余量，然后用纵磨法进行精磨。纵磨法进行精磨。v 综合了横磨法和纵磨法的优点。综合了横磨法和纵磨法的优点。v磨削时用较小的纵向进给量、较大的背吃磨削时用较小的纵向进给量、较大的背吃刀量刀量(一般为一般为0.3mm左右左右)，在一次行程中，在一次行程中切除全部余量。切
5、除全部余量。v前端锥面进行粗磨，圆柱部分精磨和修光。前端锥面进行粗磨，圆柱部分精磨和修光。v应用：大批大量生产中加工刚度较大的应用：大批大量生产中加工刚度较大的工件，且被加工表面两端有较大的距离，工件，且被加工表面两端有较大的距离，允许砂轮切入切出。允许砂轮切入切出。（4 4）深磨法）深磨法 （5)在无心外圆磨床上磨外圆在无心外圆磨床上磨外圆 磨削时，工件放在两个砂轮之间，下方用托板托住，不用磨削时，工件放在两个砂轮之间，下方用托板托住，不用顶尖支持。顶尖支持。较小的一个用橡胶结合剂做的，磨粒较粗，称为较小的一个用橡胶结合剂做的，磨粒较粗，称为导轮导轮；另一个是用来磨削工件的砂轮，称为磨削轮。
6、另一个是用来磨削工件的砂轮，称为磨削轮。导轮轴线相对于砂轮轴线倾斜一角度，以比磨削轮低得多的导轮轴线相对于砂轮轴线倾斜一角度，以比磨削轮低得多的速度转动，靠摩擦力带动工件旋转。速度转动，靠摩擦力带动工件旋转。工件一方面旋转作圆周进给，另一方面作轴向进给运动。工件一方面旋转作圆周进给，另一方面作轴向进给运动。2.孔的磨削孔的磨削 可以在内圆磨床上进行，也可以在万能外圆磨可以在内圆磨床上进行，也可以在万能外圆磨床上进行，它可以加工圆柱孔、圆锥孔和成形床上进行，它可以加工圆柱孔、圆锥孔和成形内圆面等。内圆面等。v磨圆柱孔时，工件安装在卡盘磨圆柱孔时，工件安装在卡盘上旋转，并沿轴向作往复直线上旋转，并
7、沿轴向作往复直线运动；砂轮高速旋转并作周期运动；砂轮高速旋转并作周期性的横向进给。性的横向进给。v磨圆锥孔，只需将磨床的头架磨圆锥孔，只需将磨床的头架在水平方向偏转半个锥角在水平方向偏转半个锥角。磨削过程磨削过程3.平面磨削平面磨削 周磨周磨：利用砂轮的外圆面进行磨削。：利用砂轮的外圆面进行磨削。v特点：砂轮与工件的接触面积小，散热、冷却和排屑情特点：砂轮与工件的接触面积小，散热、冷却和排屑情况较好，加工质量较高。况较好，加工质量较高。v应用：加工质量要求较高的工件。应用：加工质量要求较高的工件。v设备：卧轴平面磨床。设备：卧轴平面磨床。端磨端磨：利用砂轮的端面进行磨削。：利用砂轮的端面进行磨
8、削。v特点：磨头伸出长度较短，刚度较好，允许采用较大打磨特点：磨头伸出长度较短，刚度较好，允许采用较大打磨削用量，生产率较高。但砂轮与工件的接触面积大，发热削用量，生产率较高。但砂轮与工件的接触面积大，发热量多、冷却较困难，加工质量较低。量多、冷却较困难，加工质量较低。v应用：加工质量要求不很高的工件，代替铣削作为精磨前应用：加工质量要求不很高的工件，代替铣削作为精磨前的预加工。的预加工。v设备：立轴平面磨床设备：立轴平面磨床。4、磨削发展简介磨削发展简介精密磨削、超精磨削，镜面磨削。精密磨削、超精磨削，镜面磨削。v要求：要求：磨床精度，运动平稳性，合理的工艺参磨床精度，运动平稳性，合理的工艺
9、参数，砂轮精细修整。数，砂轮精细修整。v磨削过程磨削过程：磨削时，磨粒的微刃在工件表面上：磨削时，磨粒的微刃在工件表面上切下微细切屑，同时在适当的磨削压力下，借切下微细切屑，同时在适当的磨削压力下，借助半钝状态的微刃，对工件表面产生摩擦抛光助半钝状态的微刃，对工件表面产生摩擦抛光作用，从而获得高的精度和小的表面粗糙度。作用，从而获得高的精度和小的表面粗糙度。（1 1）高精度磨）高精度磨削削（2 2）高效磨削）高效磨削v磨削速度磨削速度VC50m/s的磨削加工。因提高工件速度而增加金属的磨削加工。因提高工件速度而增加金属切除率，生产率提高。切除率，生产率提高。v由于磨削速度高，单位时间内通过磨削
10、区的磨粒数增多，每由于磨削速度高，单位时间内通过磨削区的磨粒数增多，每个磨粒的切削层厚度将变薄，切削负荷减小，砂轮的耐用度个磨粒的切削层厚度将变薄，切削负荷减小，砂轮的耐用度可显著提高。可显著提高。v由于每个磨粒的切削层厚度小，工件表面残留面积的高度小，由于每个磨粒的切削层厚度小，工件表面残留面积的高度小，并且高速磨削时磨粒刻划作用所形成的隆起高度也小，因此并且高速磨削时磨粒刻划作用所形成的隆起高度也小，因此磨削表面的粗糙度较小。且高速磨削的背向力相应减小，有磨削表面的粗糙度较小。且高速磨削的背向力相应减小，有利于保证工件利于保证工件(特别是刚度差的工件特别是刚度差的工件)的加工精度。的加工精
11、度。高速磨削、强力磨削和砂带磨削，主要目标是提高生高速磨削、强力磨削和砂带磨削，主要目标是提高生产效率。产效率。1 1）高速磨削）高速磨削v以大的背吃刀量和小的纵向进给速度进行以大的背吃刀量和小的纵向进给速度进行磨削，又称缓进深切磨削或深磨。磨削，又称缓进深切磨削或深磨。v适用于加工各种成形面和沟槽，特别能有适用于加工各种成形面和沟槽，特别能有效地磨削难加工材料效地磨削难加工材料(如耐热合金等如耐热合金等)。它。它可以从铸、锻件毛坯直接磨出合乎要求的可以从铸、锻件毛坯直接磨出合乎要求的零件，生产率大大提高。零件，生产率大大提高。v高速磨削和强力磨削都对机床、砂轮及冷高速磨削和强力磨削都对机床、
12、砂轮及冷却方式提出了较高的要求。却方式提出了较高的要求。2 2）强力磨削）强力磨削v设备一般都比较简单。砂带回转为主运动，设备一般都比较简单。砂带回转为主运动，工件由传送带作进给运动，工件经过支承板工件由传送带作进给运动，工件经过支承板上方的磨削区，即完成加工。上方的磨削区，即完成加工。v砂带磨削的生产效率高，加工质量好，能较砂带磨削的生产效率高，加工质量好，能较方便地磨削复杂形面，因而成为磨削加工的方便地磨削复杂形面，因而成为磨削加工的发展方向之一，其应用范围越来越广。发展方向之一，其应用范围越来越广。3 3）砂带磨削）砂带磨削第七章第七章 特种加工特种加工1 1、特种加工特种加工：是指那些
13、不属于传统加工工艺是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法范畴的加工方法。它不同于使用刀具、磨。它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法加工方法 ,而是将电、磁、声、光等物理而是将电、磁、声、光等物理能量、化学能量或其组合直接施加在被加能量、化学能量或其组合直接施加在被加工的部位上工的部位上 ,从而使材料被去除、变形或从而使材料被去除、变形或改变性能等。改变性能等。2 2、特种加工优点特种加工优点：可以完成传统加：可以完成传统加 工难以加工工难以加工的材料的材料 (如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、耐
14、高温材料和工业陶瓷、磁性材料等耐高温材料和工业陶瓷、磁性材料等 )以及精以及精密、微细、形状复杂零件的加工。密、微细、形状复杂零件的加工。在航空航天、电子、轻工等工业部门以及电机、在航空航天、电子、轻工等工业部门以及电机、电器、仪表、电器、仪表、透平机械、汽车和拖拉机等行业透平机械、汽车和拖拉机等行业中中 ,已成为不可缺少的加工方法。已成为不可缺少的加工方法。特种加工是近几十年发展起来的新工艺特种加工是近几十年发展起来的新工艺 ,是对是对传统加工工艺方法的重要补充与发展传统加工工艺方法的重要补充与发展 ,目前仍目前仍在继续研究开发和改进。在继续研究开发和改进。特种加工种类较多特种加工种类较多
15、,这里仅简略地介绍电火花这里仅简略地介绍电火花加工、电解加工、超声加工、水射流切割和高能加工、电解加工、超声加工、水射流切割和高能束束 (激光、电子束、离子束激光、电子束、离子束 )加工等。加工等。一、一、电火花加工电火花加工1、电火花加工的原理与特点、电火花加工的原理与特点（1 1）电火花加工：是）电火花加工：是基于脉冲放电蚀去除材基于脉冲放电蚀去除材料原理产生的料原理产生的 ,所以也有称放电加工或电所以也有称放电加工或电蚀加工的。蚀加工的。（2 2）加工的基本原理）加工的基本原理当工具电极当工具电极 (简称工简称工具具 )与工件电极与工件电极 (简称工件简称工件 )在绝缘液在绝缘液体中靠近
16、时体中靠近时 ,极间电压将在两极间极间电压将在两极间“相相对最靠近点对最靠近点”电离击穿电离击穿 ,形成脉冲放电。形成脉冲放电。在放电通道中瞬时产生大量的热能在放电通道中瞬时产生大量的热能 ,使金使金属局部熔化甚至气化属局部熔化甚至气化 ,并在放电爆炸力的并在放电爆炸力的作用下作用下 ,把熔化的金属抛出去把熔化的金属抛出去 ,达到蚀达到蚀除金属的目的。除金属的目的。（3 3）电火花加工原理图电火花加工原理图 直流电源经变阻器直流电源经变阻器 R R 向电容器向电容器 C C 充电储能充电储能 ,当电容器储电至某千极限电压时当电容器储电至某千极限电压时 ,液体介质被击液体介质被击穿穿 ,电流则通
17、过工具电流则通过工具 (阴极阴极 )和工件和工件 (阳极阳极 )之间的一定间隙之间的一定间隙 ,以火花放电的形式骤然接通。以火花放电的形式骤然接通。随后随后 ,电极间电压骤降电极间电压骤降 ,火花通道熄灭火花通道熄灭 ,电源电源又重新向电容器充电储能。又重新向电容器充电储能。依次循环依次循环 ,构成电火构成电火花加工的脉冲放电。花加工的脉冲放电。由于放电的结果由于放电的结果 ,在工件上在工件上形成与工具截形相同的精确型孔形成与工具截形相同的精确型孔 。而工具仍保持。而工具仍保持原来的截面形状。原来的截面形状。间隙自动调节器间隙自动调节器：自动调节极间距离和工具电极的进给速度：自动调节极间距离和
18、工具电极的进给速度 ,维持一定的放电间隙维持一定的放电间隙 ,使脉冲放电正常进行。使脉冲放电正常进行。（4）电火花加工机床简介如图所示电火花加工机床简介如图所示 ,电火花加工机床一般由以电火花加工机床一般由以下下四大部分组成四大部分组成 :脉冲电源脉冲电源：是放电蚀除的供能装置：是放电蚀除的供能装置 ,产生所需要的重复脉冲产生所需要的重复脉冲 ,加在工件电极与工具电极上加在工件电极与工具电极上 ,形成脉冲放电。每次放电延续时间形成脉冲放电。每次放电延续时间（10-10 10-10）-7-3机床本体机床本体用来实现工件和工具电用来实现工件和工具电极的装夹固定极的装夹固定 ,以及调整其相对以及调整
19、其相对位置精度等的机械系统。位置精度等的机械系统。工作液工作液及其及其循环过滤系统循环过滤系统放电必須是在一定的绝缘强度放电必須是在一定的绝缘强度（10-1010-10）的液体介质中进行，多）的液体介质中进行，多用煤油、矿物油用煤油、矿物油 皂化水或去离子皂化水或去离子水。还可排除电蚀产物及冷却电极水。还可排除电蚀产物及冷却电极和工件。和工件。37（5 5）电火花加工的特点）电火花加工的特点(1)(1)可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料。高纯度的导电材料。(2)(2)加工时无明显的机械力，故适用于低刚度工件和微细加工时无
20、明显的机械力，故适用于低刚度工件和微细结构的加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制在工结构的加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制在工件上，再加上数控技术的运用，因此特别适用于复杂的型件上，再加上数控技术的运用，因此特别适用于复杂的型孔和型腔加工。甚至可以使用简单的工具电极加工出复杂孔和型腔加工。甚至可以使用简单的工具电极加工出复杂形状的零件。形状的零件。(3)(3)脉冲参数可根据需要进行调节，因而可以在同一台机脉冲参数可根据需要进行调节，因而可以在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。床上进行粗加工、半精加工和精加工。(4)(4)在一般情况下生产效率低于切削加工。为了提高生产在一般情
21、况下生产效率低于切削加工。为了提高生产率，常采用切削加工进行粗加工，再进行电火花加工。目率，常采用切削加工进行粗加工，再进行电火花加工。目前电火花高速小孔加工的生产率已明显高于钻头钻孔。前电火花高速小孔加工的生产率已明显高于钻头钻孔。(5)(5)放电过程有部分能量消耗在工具电极上，从而导致电放电过程有部分能量消耗在工具电极上，从而导致电极损耗，影响成形精度。极损耗，影响成形精度。2 2、电火花加工的应用电火花加工的应用 按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途不同，电火花加工主要分为：不同，电火花加工主要分为：电火花成形加工电火花成形加工、电火花线切
22、割电火花线切割加工、加工、电火花表面强电火花表面强化等。化等。（1 1）电火花成形加工）电火花成形加工 电火花成形加工是通过工具电极相对于工件作电火花成形加工是通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件，如图上，从而加工出所需要的零件，如图所示。所示。电火花成形加工主要用于加工各类热锻模，压铸模、电火花成形加工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腔。这类型腔多为盲挤压模，塑料模和胶木模的型腔。这类型腔多为盲孔，内形复杂，各处深浅不同，加工较为因难。为孔，内形复杂，各处深浅不同，加工
23、较为因难。为了便于排除加工产物和冷却，以提高加工的稳定性，了便于排除加工产物和冷却，以提高加工的稳定性，有时在工具电极中间开有冲油孔。有时在工具电极中间开有冲油孔。电火花成形加工还可以用于加工型孔电火花成形加工还可以用于加工型孔(圆孔、方孔、圆孔、方孔、多边形孔、异形孔多边形孔、异形孔)，曲线孔，曲线孔(弯孔、螺旋孔弯孔、螺旋孔)、小孔、小孔和微孔，如图所示。和微孔，如图所示。近年来，在电火花穿孔加工中发近年来，在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工，解决了小孔展了高速小孔加工，解决了小孔加工中电极截面小，易变形，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，的深径比大，排屑困难等问
24、题，取得了良好的社会经济效益。加取得了良好的社会经济效益。加工时，一般采用管状电极，内通工时，一般采用管状电极，内通以高压工作液。工具电极在回转以高压工作液。工具电极在回转的同时作轴向进给运动如图。这的同时作轴向进给运动如图。这种方式适合于种方式适合于0.30.33 mm3 mm的小孔。的小孔。其加工速度可远远高于小直径麻其加工速度可远远高于小直径麻花钻头钻孔，而且避免了小直径花钻头钻孔，而且避免了小直径钻头容易折断的问题。钻头容易折断的问题。这种方法还可以用于在斜面和曲面上这种方法还可以用于在斜面和曲面上打孔，且孔的尺寸精度和形状精度较高。打孔，且孔的尺寸精度和形状精度较高。2电火花线切割加
25、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。工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。电火花线切割按线电极移动的速度大小可分为电火花线切割按线电极移动的速度大小可分为高高速走丝线切割速走丝线切割和低和低速走丝线切割速走丝线切割。我国普遍采用。我国普遍采用高速走丝线切割。近年还在发展低速走丝线切割。高速走丝线切割。近年还在发展低速走丝线切割。（1 1）高速走丝时，线电极是直径为）高速走丝时，线电极是直径为0.020.02一一0.30.3的的高强度钼丝；钼丝往复运动的速度为高强度钼丝；钼丝往复运动的速度为8
26、810m10ms s。（2 2）低速走丝时，多采用钢丝，线电极以小于）低速走丝时，多采用钢丝，线电极以小于0 02 m2 ms s的速度作单方向低速移动。的速度作单方向低速移动。（3 3）电火花线切割的原理）电火花线切割的原理 工作时，脉冲电源的一极接工件，另一极接缠绕金工作时，脉冲电源的一极接工件，另一极接缠绕金属丝的储丝筒。如果切割图示的内封闭结构零件，电极属丝的储丝筒。如果切割图示的内封闭结构零件，电极丝须先穿过工件上预加工的工艺小孔，再经导轮由储丝丝须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，反向的往复移动。工作台在水平面两个坐筒带动作正，反向的往复移动。工作台在水平面两
27、个坐标方向按各自预定的控制程序，根据放电间隙状态作伺标方向按各自预定的控制程序，根据放电间隙状态作伺服进给移动，合成各种曲线轨迹，把工件切割成形。与服进给移动，合成各种曲线轨迹，把工件切割成形。与此同时，工作液不断喷注在工件与钼丝之间，起绝缘、此同时，工作液不断喷注在工件与钼丝之间，起绝缘、冷却和冲走屑末的作用。冷却和冲走屑末的作用。电火花切割与电火花切割与成形加成形加工不同点：工不同点：线电极在切割时只有当电极丝和工件之间保持一线电极在切割时只有当电极丝和工件之间保持一定的轻微接触压力时，才形成火花放电。由此可定的轻微接触压力时，才形成火花放电。由此可以推断，在电极丝和工件间必然存在某种电化
28、学以推断，在电极丝和工件间必然存在某种电化学作用产生的绝缘薄膜介质，当电极丝相对工件移作用产生的绝缘薄膜介质，当电极丝相对工件移动摩擦和被顶弯所造成的压力使绝缘薄膜减薄到动摩擦和被顶弯所造成的压力使绝缘薄膜减薄到可以被击穿的程度，才发生火花放电。放电产生可以被击穿的程度，才发生火花放电。放电产生的爆炸力使钼丝或铜丝局部振动而暂时脱离接触，的爆炸力使钼丝或铜丝局部振动而暂时脱离接触，但宏观上仍但宏观上仍属轻压放电。属轻压放电。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。其平均加工精度可达因而加工精度较高。其平均加工精度可达0 001 mm01 m
29、m大大高于电火花成形加工，表大大高于电火花成形加工，表面粗糙度面粗糙度RaRa可达可达1 16 6 m m甚至更小。甚至更小。国内外绝大多数数控电火花线切割机床国内外绝大多数数控电火花线切割机床都采用了不同水平的微机数控系统，基本都采用了不同水平的微机数控系统，基本上实现了电火花线切割数控化。上实现了电火花线切割数控化。目前，电火花线切割广泛用于加工各种目前，电火花线切割广泛用于加工各种冲裁模冲裁模(冲孔和落料用冲孔和落料用)、样板以及各种形、样板以及各种形状复杂的型孔、型面和窄缝等。状复杂的型孔、型面和窄缝等。此外，电火花加工还可以进行表面强此外，电火花加工还可以进行表面强化化。当工具阴极不
30、断向工件进给时当工具阴极不断向工件进给时 ,在工件表面上在工件表面上 ,金属材料按阴极金属材料按阴极型面的形状不断地溶解型面的形状不断地溶解 ,电解产电解产生物被高速电解液带走生物被高速电解液带走 ,于是在于是在工件的相应表面上就加工出和阴工件的相应表面上就加工出和阴极型面近似相反的形状。电解加极型面近似相反的形状。电解加工采用低的工作电压工采用低的工作电压 (6-24 V)(6-24 V)、大的工作电流大的工作电流 (某些场合可高达某些场合可高达 20000A)20000A)、狭小的加工间隙、狭小的加工间隙 (0.1-0.8mm)(0.1-0.8mm)和高的电解液流速和高的电解液流速 (5-
31、60m/s)(5-60m/s)。二、二、电解加工电解加工(电化学加工电化学加工 )1 1、电解加工加工的基本原理电解加工加工的基本原理 ：是利用金属在电解液中产：是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学反应原理生阳极溶解的电化学反应原理 ,对金属材料进行成形加对金属材料进行成形加工的一种方法。工的一种方法。（1 1）电解加工原理电解加工原理如图如图,电解加工时电解加工时 ,以工件为阳极以工件为阳极 (接直流电源、正极接直流电源、正极 ),),工具为阴极工具为阴极 (接直流电源负接直流电源负极极 ),),在两极之间的狭小间隙内在两极之间的狭小间隙内 ,有高速电解液通过。有高速电解液通过。（2）化
32、学反应化学反应 电解加工时的化学反应是比较复杂的电解加工时的化学反应是比较复杂的,它它随工件材料、随工件材料、电解液成分等不同而不同。当用氯化钠电解液成分等不同而不同。当用氯化钠水溶液作电解液加工低碳钢工件时水溶液作电解液加工低碳钢工件时,其主要电化学反其主要电化学反应如下应如下:1)电解液在电场作用下离解电解液在电场作用下离解2)工件工件(阳极阳极)离解并与电解液反应离解并与电解液反应3)工具极工具极(阴极阴极)反应反应222HeH 由上述反应可知由上述反应可知,在电解加工过程中在电解加工过程中,外电源不断使工外电源不断使工件件(阳极阳极)的的 Fe 原子失去电子原子失去电子,以以 Fe+的
33、形式与电的形式与电解液中的解液中的 OH-化合生成化合生成 Fe(OH)2 而沉淀。由于而沉淀。由于 Fe(OH)2 在水中的溶解度很在水中的溶解度很 小小,起初为墨绿色的絮状起初为墨绿色的絮状物物,时间一长时间一长,就逐渐被电解液及空气中的氧氧化就逐渐被电解液及空气中的氧氧化,而而生成黄褐色的生成黄褐色的 Fe(OH)3(即铁锈即铁锈)沉淀物沉淀物,其反应如其反应如下下:4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3沉淀物被高速流沉淀物被高速流动的电解液带走动的电解液带走,达到去除工件材料的目的。达到去除工件材料的目的。电解液中的电解液中的 H+不断从工具不断从工具(阴极阴极)得到电子得
34、到电子,形成形成氢气氢气(H2)游离而出游离而出。在整个过程中在整个过程中,仅有工件仅有工件(阳极阳极)和水逐渐消耗和水逐渐消耗,而而工具工具(阴极阴极)和和 NaCl 并不消耗。因此并不消耗。因此,在理想的情况在理想的情况下下,工具可长期使用工具可长期使用,只要把电解液过滤干净只要把电解液过滤干净,并补充并补充适量的水适量的水,加工即可继续进行。加工即可继续进行。2、电解加工机床如图电解加工机床如图 所示所示 ,主要由以下三大部分组成主要由以下三大部分组成 :(1)(1)机床本体机床本体：在电解加工过程中：在电解加工过程中 ,机床主轴必须在高压机床主轴必须在高压电解液作用下稳定进给电解液作用
35、下稳定进给 ,以获得良好的加工精度。因以获得良好的加工精度。因此此 ,电解加工机床除具有一般机床的共同要求外电解加工机床除具有一般机床的共同要求外 ,还必须具有足够的刚度、可还必须具有足够的刚度、可 靠的进给平稳性和良好的靠的进给平稳性和良好的防腐蚀性。另外防腐蚀性。另外 ,机床还应具有良好的密封性能、供机床还应具有良好的密封性能、供电及绝缘性能和排风装置等。电及绝缘性能和排风装置等。(3)电解液系统电解液系统：作用在：作用在于连续而平稳地向加工于连续而平稳地向加工区供给足够流量和合适区供给足够流量和合适温度的干净电解液。它温度的干净电解液。它主主 要由电解液泵、电解要由电解液泵、电解液槽、过
36、滤器、热交换液槽、过滤器、热交换器以及其他管路附件等器以及其他管路附件等组成组成。(2)(2)直流稳压电源：直流稳压电源：它应该有合适的容量、良好的稳压它应该有合适的容量、良好的稳压 精度和可靠的短路保护。输出电流从精度和可靠的短路保护。输出电流从 500A 500A 至至 20000A,20000A,有多种系列有多种系列 ,输出电压为输出电压为 6-24V,6-24V,稳压精度应控制在稳压精度应控制在(1%-2%)(1%-2%)的范围内。为避免在加工过程中因短路而的范围内。为避免在加工过程中因短路而烧伤工件烧伤工件 ,电源应具有能快速电源应具有能快速 (10-20(10-20 s s)切断电
37、切断电源的短路保护装源的短路保护装置。置。3 3、电解加工的特点电解加工的特点 (1)(1)能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔腔 ,如锻模、叶片等。如锻模、叶片等。(2)(2)可加工高硬度可加工高硬度 及高强度和高韧性等难切削的金属材及高强度和高韧性等难切削的金属材料料 ,如淬火钢、高温合金、钛合金等。如淬火钢、高温合金、钛合金等。(3)(3)加工中无机械切削力或切削热加工中无机械切削力或切削热 ,适合于易变形或薄适合于易变形或薄壁零件的加工。壁零件的加工。(4)(4)加工后零件表面无剩余应力和毛刺加工后零件表面无剩余应力和毛刺 ,表
38、面粗糙度表面粗糙度 Ra Ra 值为值为 0.2-0.8 0.2-0.8 m m。(5)(5)工具阴极不损耗。工具阴极不损耗。(6)(6)由于影响电解加工的因素较多由于影响电解加工的因素较多 ,难于实现高精度的难于实现高精度的稳定加工。稳定加工。(7)(7)电解液对机床有腐蚀作用电解液对机床有腐蚀作用 ,电解产物的处理和回收电解产物的处理和回收困难。困难。4 4、电解加工和电火花加工的比较、电解加工和电火花加工的比较在应用范围上有许多相似之处在应用范围上有许多相似之处 ,所不同的是所不同的是电解加工的电解加工的生产率较高生产率较高 ,加工精度较低加工精度较低 ,且机床费用较高且机床费用较高。因
39、此。因此 ,电解加工适用于电解加工适用于成批和大量生产成批和大量生产 ,而电火花加工主要适用而电火花加工主要适用于单件小批生产于单件小批生产。5 5、电解加工的应用电解加工的应用 （1 1）电解整体叶轮电解整体叶轮 叶片是喷气发动机、汽轮机中的关键零件，它的形状复杂，精叶片是喷气发动机、汽轮机中的关键零件，它的形状复杂，精度要求高，生产批量大。度要求高，生产批量大。机械加工方法制造叶轮时，叶片毛坯是精密铸造的，经过机械加机械加工方法制造叶轮时，叶片毛坯是精密铸造的，经过机械加工和抛光，再分别镶入叶轮轮缘的榫槽中，最后焊接形成整体叶轮。工和抛光，再分别镶入叶轮轮缘的榫槽中，最后焊接形成整体叶轮。
40、电解加工整体叶轮时，只要先将整体叶轮的毛坯加工好，可用电解加工整体叶轮时，只要先将整体叶轮的毛坯加工好，可用套料法加工。每加工完一个叶片，退出阴极，分度后再依次加工下套料法加工。每加工完一个叶片，退出阴极，分度后再依次加工下一个叶片。一个叶片。电解加工的叶片型面电解加工的叶片型面 不但可大大缩短加工不但可大大缩短加工周期，而且可保证叶轮周期，而且可保证叶轮的整体强度和质量。不的整体强度和质量。不受材料硬度和韧性的限受材料硬度和韧性的限制，在一次行程中可加制，在一次行程中可加工出复杂的叶片型面，工出复杂的叶片型面，比机械加工有明显的优比机械加工有明显的优越性。越性。（2 2）电解去毛刺电解去毛刺
41、 机械加工中常采用钳工方法去毛刺，这不机械加工中常采用钳工方法去毛刺，这不但工作量大，而且有的毛刺因过硬或空间狭小但工作量大，而且有的毛刺因过硬或空间狭小而难以去除。若采用电解加工，则可以提高工而难以去除。若采用电解加工，则可以提高工效，节省费用。效，节省费用。利用电解加工，不仅可以完成上述重要的利用电解加工，不仅可以完成上述重要的工艺过程，而且还可以应用于加工型孔、型腔、工艺过程，而且还可以应用于加工型孔、型腔、复杂型面、小而深的孔复杂型面、小而深的孔 ,以及套料、去毛刺、以及套料、去毛刺、刻印等方面。刻印等方面。（3 3）电解加工锻模电解加工锻模 有一些机械零件锻模精度要求不高可采用电有一
42、些机械零件锻模精度要求不高可采用电解加工提高生产效率。解加工提高生产效率。三、超声波加工 人耳能感受到的声波频率在人耳能感受到的声波频率在161616000 Hz16000 Hz范围范围内，当声波频率超过内，当声波频率超过16000 Hz16000 Hz时，就是超声波。时，就是超声波。电火花加工和电解加工，一般只能加工导电材电火花加工和电解加工，一般只能加工导电材料，而利用超声波振动，则不但能加工像淬火钢、料，而利用超声波振动，则不但能加工像淬火钢、硬质合金等硬脆的导电材料，而且更适合加工像硬质合金等硬脆的导电材料，而且更适合加工像玻璃、陶瓷、宝石和金刚石等硬脆非金属材料。玻璃、陶瓷、宝石和金
43、刚石等硬脆非金属材料。超声波加工是利用工具端面的超声频振动，或超声波加工是利用工具端面的超声频振动，或借助于磨料悬浮液加工硬脆材料的一种工艺方法。借助于磨料悬浮液加工硬脆材料的一种工艺方法。1 1、超声波加工的原理与特点超声波加工的原理与特点（1 1）超声波加工原理超声波加工原理如图，如图，超声波发生器产生超声波发生器产生的超声频电振荡，通过换能器转变为超声频的机的超声频电振荡，通过换能器转变为超声频的机械振动。变幅杆将振幅放大到械振动。变幅杆将振幅放大到0.0l0.0l0.15 mm0.15 mm，再驱动工具端面作超声振动。在加工过程中，由再驱动工具端面作超声振动。在加工过程中，由于工具与工
44、件间不断注入磨料悬浮液，当工具端于工具与工件间不断注入磨料悬浮液，当工具端面以超声频冲击磨料时，磨料再冲击工件，迫使面以超声频冲击磨料时，磨料再冲击工件，迫使加工区域内的工件材料不断被粉碎成很细的微粒加工区域内的工件材料不断被粉碎成很细的微粒脱落下来。脱落下来。此外，当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工此外，当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙中的工作液内间隙中的工作液内 由于负压和局部真空形成许多微空由于负压和局部真空形成许多微空腔。当工具端面再以很大的加速度接近工件表面时，空腔。当工具端面再以很大的加速度接近工件表面时，空腔闭合，从而形成可以强化加工过程的液压冲击波，这
45、腔闭合，从而形成可以强化加工过程的液压冲击波，这种现象称为种现象称为“超声空化超声空化”。因此，超声波加工过程是。因此，超声波加工过程是磨磨粒在工具端面的超声振动下，以机械锤击和研抛为主，粒在工具端面的超声振动下，以机械锤击和研抛为主，以超声空化为辅的综合作用过程。以超声空化为辅的综合作用过程。（2 2）超声波加工的特点超声波加工的特点 超声波加工适宜加工各种硬脆材料，尤其是利超声波加工适宜加工各种硬脆材料，尤其是利用电火花和电解难以加工的不导电材料和半导体用电火花和电解难以加工的不导电材料和半导体材料。如玻璃、陶瓷、玛瑙、宝石、金刚石以及材料。如玻璃、陶瓷、玛瑙、宝石、金刚石以及GeGe和和
46、SiSi等。对于韧性好的材料，由于它对冲击有等。对于韧性好的材料，由于它对冲击有缓冲作用而难以加工，因此可用作工具材料，如缓冲作用而难以加工，因此可用作工具材料，如4545钢常被选作工具材料。钢常被选作工具材料。由于超声波加工中的宏观机械力小，因此能获由于超声波加工中的宏观机械力小，因此能获得良好的加工精度和表面粗糙度。尺寸精度可达得良好的加工精度和表面粗糙度。尺寸精度可达0.0l0.0l一一0.02 mm0.02 mm，表面租糙度，表面租糙度RaRa可达可达0 01 10 08 8 mmmm。采用的工具材料较软，易制成复杂形状，工具采用的工具材料较软，易制成复杂形状，工具和工件无需作复杂的相
47、对运动，因此普通和工件无需作复杂的相对运动，因此普通的超声的超声波加工设备结构较简单。但若需要加工复杂精密波加工设备结构较简单。但若需要加工复杂精密的三维结构，仍需设计制造三坐标数控超声波加的三维结构，仍需设计制造三坐标数控超声波加工机床。工机床。2 2、超声波加工的应用超声波加工的应用 超声波加工的超声波加工的生产率生产率一般低于电火花加工和电解加一般低于电火花加工和电解加工，但加工精度和表面质量都优于前者。更重要的是，工，但加工精度和表面质量都优于前者。更重要的是，它能加工前者所难以加工的半导体和非导体材料。它能加工前者所难以加工的半导体和非导体材料。（1 1）型孔和型腔加工）型孔和型腔加
48、工 目前超声波加工主要用于加工硬脆材料的圆孔、异目前超声波加工主要用于加工硬脆材料的圆孔、异形孔和各种型腔，以及进行套料、雕刻和研抛等，如形孔和各种型腔，以及进行套料、雕刻和研抛等，如图。图。（3 3）超声波清洗）超声波清洗 由于超声波在液体中会产生交变冲击波和超由于超声波在液体中会产生交变冲击波和超声声空化现象，这两种作用的强度达到一定值时，产生空化现象，这两种作用的强度达到一定值时，产生的微冲击就可以使被清洗物表面的污渍遭到破坏并的微冲击就可以使被清洗物表面的污渍遭到破坏并脱下来。加上超声作用无处不入，即使是小孔和窄脱下来。加上超声作用无处不入，即使是小孔和窄缝中的污物也容易被清洗干净。目
49、前，超声波清洗缝中的污物也容易被清洗干净。目前，超声波清洗不但用于机械零件或电子器件的清洗，也用于医疗不但用于机械零件或电子器件的清洗，也用于医疗器皿如生理盐水瓶、葡萄糖水瓶的清洗。利用超声器皿如生理盐水瓶、葡萄糖水瓶的清洗。利用超声振动去污原理，国外已生产出超声波洗衣机。振动去污原理，国外已生产出超声波洗衣机。（2 2）切割加工）切割加工 锗锗GeGe，硅，硅SiSi等半导体等半导体材料又硬又脆，用机械切材料又硬又脆，用机械切割非常困难，采用超声波割非常困难，采用超声波切割则十分有效，如图。切割则十分有效，如图。（4）超声波焊接 超声波焊接是利用超声频的振动作用，去除工超声波焊接是利用超声频
50、的振动作用，去除工件表层的氧化膜，使工件露出新的本体表面。此件表层的氧化膜，使工件露出新的本体表面。此时被焊工件表层的分子在高速振动撞击下，摩擦时被焊工件表层的分子在高速振动撞击下，摩擦生热并亲和焊接在一起。生热并亲和焊接在一起。它不仅可以焊接表面易生成氧化物的铝制品及它不仅可以焊接表面易生成氧化物的铝制品及尼龙、塑料等高分子制品，而且它还可以使陶瓷尼龙、塑料等高分子制品，而且它还可以使陶瓷等非金属材料在超声振动作用下挂上等非金属材料在超声振动作用下挂上SnSn或或AgAg，从，从而改善这些材料的焊接性。而改善这些材料的焊接性。超声波的应用范围十分广泛，利用其定向发射、超声波的应用范围十分广泛
