第6章 精密與特種加工技術(shù)

第6章精密與特種加工技術(shù)

精密加工：加工精度在1~0.1μm，加工表面粗糙度在Ra0.1~0.02μm之間的加工方法。超精密加工：加工精度高于0.1μm，表面粗糙度小于Ra0.01μm的加工方法。微細(xì)加工和超微細(xì)加工：微米工藝：微細(xì)尺寸的精密加工納米工藝：超微細(xì)尺寸的超精密加工加工方法：金剛石精密和超精密切削加工、精密和超精密砂輪磨削、研磨、珩磨及鏡面磨等。外圓表面加工方案

IT5Ra0.2～0.006μmIT5Ra0.08～0.008μmRa1.25～0.008μm典型加工表面路線選擇

內(nèi)孔表面加工方案

平面加工方案

特種加工(NTM，Non-TraditionalMachining)，也被稱為非傳統(tǒng)加工技術(shù)，其加工原理是將電、熱、光、聲、化學(xué)等能量或其組合施加到工件被加工的部位上，從而實現(xiàn)材料去除。

隨著社會生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，20世紀(jì)40年代，前蘇聯(lián)科學(xué)家拉扎連柯夫婦研究開關(guān)觸點遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被腐蝕掉，開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工。后來，由于各種先進(jìn)技術(shù)的不斷應(yīng)用，產(chǎn)生了多種有別于傳統(tǒng)機(jī)械加工的新加工方法。如電解加工、超聲波加工、激光加工、電子束加工、離子束加工等特種加工的特點及發(fā)展

與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，特種加工的不同點是：(1)不是主要依靠機(jī)械能，而是主要用其他能量(如電、化學(xué)、光、聲、熱等)去除金屬材料。(2)加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力，故加工的難易與工件硬度無關(guān)。(3)加工能量容易控制，機(jī)床運(yùn)動簡單，便于實現(xiàn)特殊形狀零件的加工和微細(xì)加工。(4)各種加工方法可以任意復(fù)合、揚(yáng)長避短，形成新的工藝方法，更突出其優(yōu)越性，便于擴(kuò)大應(yīng)用范圍。如目前的電解電火花加工(ECDM)、電解電弧加工(ECAM)就是兩種特種加工復(fù)合而形成的新加工方法。

特種加工可以加工任何硬度、強(qiáng)度、韌性、脆性的金屬或非金屬材料，且專長于加工復(fù)雜、微細(xì)表面和低剛度的零件。6.1精密與特種加工方法及其分類

按照加工成形的原理和特點來分類，可分為去除加工、結(jié)合加工和變形加工三大類，它們既涵蓋了利用刀具進(jìn)行的切削加工和磨削加工等傳統(tǒng)加工方法，又涵蓋了非傳統(tǒng)加工方法中的利用機(jī)、光、電、聲、熱、化學(xué)、磁、原子能等能源來進(jìn)行加工的特種加工方法，而且還包括了利用多種加工方法的復(fù)合作用形成的復(fù)合加工方法。1）去除加工（分離加工）：從工件上除去一部分材料2）結(jié)合加工：利用各種方法把工件結(jié)合在一起。附著加工（沉積加工）：在工件表面覆蓋一層物質(zhì)改變工件表面性能注入加工（滲入加工）：工件表層注入某些物質(zhì)，使其與基材結(jié)合，改變工件表面的各種特性連接加工：把工件通過物理和化學(xué)的方法連接在一起3）變形加工（流動加工）：利用力、熱手段是工件產(chǎn)生變形，改變其尺寸、形狀和性能6.2常用精密加工技術(shù)6.2.1精密切削加工

精密切削加工是從金剛石切削開始的。起先人們應(yīng)用天然金剛石車刀對鋁、銅和其他有色金屬及其合金進(jìn)行切削加工，可以得到極高的加工精度和極低的表面粗糙度，從而產(chǎn)生了金剛石精密車削加工方法。精密車削中，金剛石超精密車削可達(dá)到尺寸精度0.1μm,表面粗糙度Ra0.02~0.005μm。世界頭號鉆石“庫利南”重3106克拉，像拳頭大；中國頭號鉆石“常林鉆石”重158克拉，像核桃大。

金剛石的硬度是碳化硅的3倍，耐磨性是氧化鋁的5倍，抗壓強(qiáng)度是碳化鎢的20倍，傳聲速率是剛的3倍，傳熱率是銀的4倍

1．金剛石刀具和精密切削加工原理金剛石刀具的兩個關(guān)鍵問題：晶面的選擇：晶體各向異性，不同晶面耐磨性不同刃口半徑：決定最小切削厚度。刃口鈍圓半徑為2nm，極薄切削厚度可達(dá)10nm切削機(jī)理：

金剛石刀具的精密切削加工原理與一般切削有較大的差別。因為采用金剛石刀具切削時，其背吃刀量、進(jìn)給量很小，一般切削厚度在1μm以下，背吃刀量小于材料的晶粒尺寸，切削是在晶粒內(nèi)進(jìn)行，因此要求切削力很大，才能克服晶體內(nèi)部的原子、分子結(jié)合力。同時在切削時產(chǎn)生大量的熱，因此刀具要有高強(qiáng)度，高耐熱性。工件上已加工表面與待加工表面之間的垂直距離叫背吃刀量。工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀沿進(jìn)給方向移動的距離叫進(jìn)給量金剛石刀具的特點：具有高硬度、高強(qiáng)度、良好的耐磨性和導(dǎo)熱性，與非鐵金屬的摩擦系數(shù)低，能磨出鋒利的刀刃金剛石刀具不適宜加工鋼鐵材料，適合銅、鋁的超精密加工價格昂貴，易脆，不適合一般加工2．影響金剛石超精密切削的因素1）金剛石刀具的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)圖6-1金剛石刀具的切削刃的幾何形狀和幾何角度圖6-2金剛石刀具的刀頭固定2）機(jī)床的精度、剛度和微位移主軸采用空氣或液體靜壓軸承靜壓軸承：滑動軸承的一種，是利用壓力泵將壓力潤滑劑強(qiáng)行泵入軸承和軸之間的微小間隙的滑動軸承。特點是在任何軸的轉(zhuǎn)速下具有極高的旋轉(zhuǎn)精度和高的承載能力導(dǎo)軌、微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)、環(huán)境等3）切削用量（是指切削速度、進(jìn)給量和切削深度三者的總稱，這三者又稱切削用量三要素。）

切削速度v：在切削加工中，刀刃上選定點相對于工件的主運(yùn)動速度。

v=

πdn/1000

(m/min)

d---完成主運(yùn)動的刀具或工件的最大直徑（mm）

n---主運(yùn)動的轉(zhuǎn)速（r/min）

高切削速度、小背吃刀量、小進(jìn)給量LODTM結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)50年代末期，隨著國防技術(shù)和尖端技術(shù)發(fā)展的需要，美國首先發(fā)展了金剛石刀具精密切削技術(shù)，當(dāng)時稱為“SPDT技術(shù)”（SignalPointDiamondTurning）或者“微英尺技術(shù)”。

1微英尺=0.025μm

目前,世界上超精密加工最高水平的三臺大型超精密機(jī)床分別是:美國LLL國家實驗室的DTM-3型臥式大型光學(xué)金剛石車床、LODTM型立式大型光學(xué)金剛石車床和英國Cranfield公司研制成功的OAGM-2500型超精密機(jī)床。美國LLL實驗室的LODTMLLL=LowrenceLivermoreNationalLaboratory（美國勞倫斯里弗莫爾國立研究所）https:///（LargeOpticDiamondTurningMachine，大型光學(xué)金剛石車床）

LODTM由美國國防部高等研究計劃局（DARPA）投資1300萬美元，LLNL實驗室和空軍Wright航空研究所等單位合作研制。

1980年3月開始到1983年7月初步制成加工光學(xué)零件的LODTM大型光學(xué)金剛石切削機(jī)床（LargeOpticalDiamondTurningMachine），歷時40個月。1984年LODTM正式研制成功。該機(jī)床可加工大型金屬反光鏡的范圍：尺寸：Φ1625*500mm重量：1360kg超精密加工史上的經(jīng)典之作。這是一臺最大加工直徑為1.625m的立式車床，定位精度可達(dá)28nm，借助在線誤差補(bǔ)償能力，可實現(xiàn)長度超過1m、而直線度誤差只有士25nm的加工。

機(jī)床結(jié)構(gòu)：立式（減小工件重量產(chǎn)生的變形）機(jī)床主軸：油靜壓徑向軸承,液體靜壓止推軸承,柔性連接驅(qū)動方式機(jī)床導(dǎo)軌：X軸為V一平面液體靜壓導(dǎo)軌Z軸為平面空氣靜壓導(dǎo)軌機(jī)床底座：6.4x4.6xl.5m3

的花崗巖,花崗巖熱膨脹系數(shù)低,穩(wěn)定性好,對振動的衰減能力比鋼強(qiáng)15倍。機(jī)床結(jié)構(gòu)特點：LODTM機(jī)床精度設(shè)計精度：半徑方向形狀誤差27.9nm圓度和平面度12.5nm加工表面的粗糙度Ra≤4.2nm當(dāng)金剛石車刀切削超精度的鋁、銅、硅、金或鎳的薄絲時，工件在水平旋臺上1s內(nèi)旋轉(zhuǎn)約50次。LODTM能產(chǎn)生公差28nm的部件．比普通的機(jī)床精確1000倍。LODTM主要系統(tǒng)微進(jìn)給裝置

LODTM的微進(jìn)給裝置使用的是快速電致伸縮式微量進(jìn)給裝置FTS（FastToolServo）。該裝置與機(jī)床的控制系統(tǒng)相連，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，可用于誤差補(bǔ)償。

裝置移動部分380g，自振頻率1kHz,再現(xiàn)分辨率為2.5nm，最大位移量±1.27μ

m／100V。1-壓電伸縮傳感器2-制成彈性膜3-差動電容器4-基體5-微位移部分在線測量系統(tǒng)

機(jī)床大行程的測量是由7個激干涉儀完成，選用HP(Hewlett-Parkard)平面鏡干涉儀為系統(tǒng)的光學(xué)測量部分，基于干涉儀的外差信號，一個數(shù)字相位細(xì)分電路提供所需的0.635nm的分辨率,一個激光源為所需7個激光干涉儀提供輸人光束，為達(dá)到精確的測量，使用碘穩(wěn)定He-Ne激光為波長基準(zhǔn)。X向：4路，測量大溜座的x向位移，包括位移、歪斜和傾斜。z向：3路，測量刀座垂直運(yùn)動時的位移和歪斜。隔振系統(tǒng)1.4個空氣隔振墊（隔振彈簧）其中的兩個內(nèi)部相連，受力時自動平衡三點支撐2.花崗巖底座3.恒溫水靠重力流動到機(jī)床各部分4.隔振溝，隔振墻和單獨(dú)地基溫度控制系統(tǒng)恒溫室：鋁制框架和絕熱塑料護(hù)墻板空氣溫度控制在±0.005℃變化范圍內(nèi)

LODTM護(hù)欄中的氣溫精確保持在20℃。工件在機(jī)床安裝后至少在12h后才能開始操作，以消散機(jī)械師留下的體溫。當(dāng)切割一個零件時，所有員工都停LODTM護(hù)欄外面。LODTM機(jī)床周圍的空氣溫度測量記錄LODTM機(jī)床恒溫水溫度測量記錄球形反射鏡LODOM加工的美國宇航局用的拋物面鏡家宇航局工程師HolIyCagle在LODTM上檢查SPARCLE初級反射鏡3．金剛石刀具精密切削的應(yīng)用金剛石刀具精密切削銅、鋁及其合金等軟金屬是當(dāng)前最有成效的精密和超精密加工方法。它的出現(xiàn)，解決了不少難以加工的高精度元器件問題。如：計算機(jī)磁盤、球面軸承、非球面鏡等各種鏡面零件

計算機(jī)磁盤基片一般為鋁合金，其剛性差，技術(shù)要求高，加工難度很大。磁盤工作時，轉(zhuǎn)速高達(dá)3000-6000r/min而磁頭在盤面上的浮起高度僅為0.3微米左右。為了保證工作時浮動良好，旋轉(zhuǎn)的磁盤不致于碰撞固定的磁頭，須使磁盤表面及磁頭工作表面的精度達(dá)到浮起高度的5%以下。因此，對磁盤基片提出了非常高的表面粗糙度、旋轉(zhuǎn)方向波度及徑向平直度要求。一般均采用國外專用磁盤精密車床加工。且分為粗、精兩道工序，其中粗加工多采用人造金剛石燒結(jié)體材料(PCD)刀具加工，精加工多采用天然金剛石車刀。最后獲得鏡面的車削效果。6.2.2精密磨削加工

精密磨削加工是指利用細(xì)粒壓的磨?；蛭⒎蹖谏饘?、硬脆材料等進(jìn)行加工，得到高加工精度和小表面粗糙度值，它是用微小的多刃刀具剔除細(xì)微切屑的一種加工方法?！爸灰し蛏睿F杵磨成針”

“如切如磋，如琢如磨”

《孔子》中引申意為：君子的自我修養(yǎng)就像加工骨器,切了還要磋；就象加工玉器,琢了還得磨。

《詩經(jīng)·國風(fēng)·衛(wèi)風(fēng)》

研磨加工在我國是有著悠久歷史的。遠(yuǎn)在上古時代的打磨石斧，磨制骨針和各種材料的裝飾物原始公社和母系社會末期我國就出現(xiàn)了十分興盛的制陶業(yè)當(dāng)時用的繪畫材料主要是含有氧化鐵的礦物材料，這種繪畫材料也是通過研磨加工后調(diào)制而成的。在陜西半坡遺址博物館的出土文物中就有六千年前的很精致的研磨工具，是當(dāng)時加工繪畫材料的石研缽和石杵河南鄭州地區(qū)出土的加工谷物的石磨盤和石磨棒曾經(jīng)震驚世界，這種花崗巖質(zhì)的研磨工具本身就是通過艱難的研磨加工制成的。西漢梁王墓的金縷玉衣是由3000多個銅錢大小的玉片用金絲綴成，每片打有4個1mm大小的孔，共12000多個小孔精密和超精密磨料磨具砂輪是由磨料加結(jié)合劑用制造陶瓷的工藝方法制成的。它由磨料，結(jié)合劑，氣孔三元素組成。決定砂輪特性的五個要素分別是：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度和組織。1.磨料：砂輪中磨粒的材料。硬度、耐熱性和韌性

磨料種類：氧化物系（剛玉系）、碳化物系和高硬磨料系三類。氧化物系磨料主要成分是三氧化二鋁；碳化物系磨料通常以碳化硅、碳化硼等為肌體；高硬磨料系中主要有人造金剛石和立方氮化硼(CBN)。

2.粒度：指磨料顆粒的尺寸大小

60號粒度表示磨粒能通過每英寸(25.4mm)長度上有60個孔眼的篩網(wǎng)。微粉的粒度以該顆粒最大尺寸的微米數(shù)表示。如尺寸為20μm的微粉，其粒度號為W20

粗磨使用顆粒較粗的磨粒，精磨使用顆粒較細(xì)的磨粒。當(dāng)工件材料軟，塑性大或磨削接觸面積大時，為避免砂輪堵塞或發(fā)熱過多而引起工件表面燒傷，也常采用較粗的磨粒。3.結(jié)合劑：將磨料粘接成砂輪的粘接材料。使砂輪具有一定的強(qiáng)度、氣孔、硬度和抗腐蝕、抗潮濕等性能。陶瓷結(jié)合劑（代號V）

樹脂結(jié)合劑（代號B）橡膠結(jié)合劑（代號R）

金屬結(jié)合劑（代號M）4.硬度：結(jié)合劑粘接砂輪的牢固程度。砂輪的硬度不同于磨料的硬度。砂輪硬，磨粒不易脫落；砂輪軟，磨粒易于脫落。

砂輪硬度的選擇：（1）工件硬度

工件材料硬，砂輪硬度應(yīng)選軟一些，以使磨鈍的磨粒盡快脫落，保持工作磨粒的銳利，避免工件因磨削溫度過高而產(chǎn)生燒傷。但是磨削較軟的材料時，由于這些材料易使砂輪堵塞，故選用軟些的砂輪，可使堵塞處較易脫落。（2）加工接觸面

砂輪與工件磨削接觸面大時，砂輪硬度應(yīng)選軟些，使磨粒容易脫落，以防止砂輪堵塞。（3）砂輪粒度

砂輪粒度號大，砂輪硬度應(yīng)選軟些，以防止砂輪堵塞（4）精磨和成形磨

精磨和成形磨時，應(yīng)選硬一些砂輪，以利于保持砂輪的廓形。5.組織：磨料的含量。反應(yīng)磨料、結(jié)合劑和氣孔三者間的體積比例關(guān)系。

磨粒在砂輪總體積中所占比例越大，砂輪組織越緊密，氣孔越小。砂輪組織級別分為緊密、中等、疏松三大類。

表示方法：

磨粒率：磨料在砂輪體積中所占的百分?jǐn)?shù)

氣孔率：氣孔在砂輪體積中所占的百分?jǐn)?shù)組織對磨削加工的影響：組織松，排屑方便，砂輪不易堵塞，磨削效率高，氣孔還可將切削液帶入磨削區(qū)域，降低溫度，減少工件的發(fā)熱變形和避免產(chǎn)生燒傷。組織緊，砂輪輪廓形狀易于保證，可提高表面精度降低粗糙度6.形狀和尺寸7.強(qiáng)度：通常用安全速度表示1．研磨

研磨是一種傳統(tǒng)的光整、精密加工方法，屬于游離磨粒切削加工。研磨將微細(xì)的自由磨粒及油液或油脂涂于或嵌在研磨工具表面上，磨粒在一定的壓力作用下，通過滾動、刮擦、擠壓及研磨劑的化學(xué)作用，起到切除細(xì)微材料層的作用，以達(dá)到高級幾何精度和優(yōu)良表面粗糙度的加工方法。1）研磨的機(jī)理

研磨過程中磨粒的滾軋和微切削作用隨著工件和研具的材質(zhì)、磨粒、研磨壓力和研磨液等研磨條件的不同而不同，所產(chǎn)生的研磨表面的狀態(tài)也不同。研磨時磨料的工作狀態(tài)1）磨粒在工件與研具之間發(fā)生滾動，產(chǎn)生滾軋效果；2）磨粒壓入到研具表面，用露出的磨粒尖端對工件表面進(jìn)行刻劃，實現(xiàn)微切削加工；3）磨粒對工件表面的滾軋與微量刻劃同時作用。硬脆材料的研磨一部分磨粒由于研磨壓力的作用，嵌入研磨盤表面，用露出的尖端刻劃工件表面進(jìn)行微切削加工；另一部分磨粒則在工件與研磨盤之間發(fā)生滾動，產(chǎn)生滾軋效果。在給磨粒加壓時，就在硬脆材料加工表面的拉伸應(yīng)力最大部位產(chǎn)生微裂紋。當(dāng)縱橫交錯的裂紋擴(kuò)展并產(chǎn)生脆性崩碎形成磨屑，達(dá)到表面去除的目的。研磨脆硬材料時，要控制產(chǎn)生裂紋的大小和均勻性。通過選擇磨粒的粒度及控制粒度的均勻性，可避免產(chǎn)生特別大的加工缺陷。金屬材料的研磨當(dāng)金屬表面用硬度計壓頭壓入時，只在表面產(chǎn)生塑性變形的壓坑，不會發(fā)生脆性材料那樣的破碎和裂紋。研磨時，磨粒的研磨作用相當(dāng)于極微量切削和磨削時的狀態(tài)。磨粒是游離狀態(tài)的，其與工件僅是斷續(xù)的研磨狀態(tài)。研磨表面不會產(chǎn)生裂紋。但研磨鋁、銅等軟質(zhì)材料時，磨粒會被壓入工件材料內(nèi)，影響表面質(zhì)量。2）研磨的方法按操作方式分為：a.手工研磨b.機(jī)械研磨圖6-4研磨機(jī)1—上研盤；2—工件；3—隔板；4—下研盤3）研磨盤

研磨盤是涂敷或嵌入磨料的載體，以發(fā)揮磨粒切削作用，同時又是研磨表面的成形工具。研磨過程中研磨盤與工件是相互修整的，研磨盤本身的幾何精度按一定程度“復(fù)制”到工件上，因此對研磨盤加工面的幾何精度要求很高。研具是使工件研磨成形的工具，同時又是研磨劑的載體，硬度應(yīng)低于工件的硬度，又有一定的耐磨性，研具應(yīng)有足夠的剛度，其工作表面要有較高的幾何精度。研具在研磨過程中也受到切削和磨損，如操作得當(dāng)，使工件的加工精度能高于研具的原始精度。4）研磨劑

研磨劑是由磨料、研磨液及輔料按一定的比例調(diào)配而成的混合劑。研磨劑常配制成液態(tài)研磨劑、研磨膏和固體研磨劑（研磨皂）三種。磨料系列與用途系列磨料名稱代號特性適用范圍

氧化鋁系棕剛玉A棕褐色，硬度高，韌性大，價格便宜粗、精研磨鋼、鑄鐵和黃銅白剛玉WA白色，硬度比棕剛玉高，韌性比棕剛玉差精研磨淬火鋼，高速鋼、高碳鋼及薄壁零件鉻剛玉PA玫瑰紅或紫紅色，韌性比白剛玉高，磨削粗糙度值低研磨量具、儀表零件等單晶剛玉SA淡黃色或白色，硬度和韌性比白剛玉高研磨不銹鋼，高釩鋼等強(qiáng)度高韌性大的材料碳化物系黑碳化硅C黑色有光澤，硬度比白高，脆而鋒利，導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性良好研磨鑄鐵、黃銅、鋁、耐火材料及非金屬材料綠碳化硅GC綠色，硬度和脆性比黑色碳化高具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性研磨硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷、玻璃等材料碳化硼B(yǎng)C灰黑色，硬度僅次于金剛石，耐磨性好

精研磨和拋光硬質(zhì)合金，人造寶石等硬質(zhì)材料磨料系列與用途（續(xù)）系列磨料名稱代號特性適用范圍金剛石系人造金石

無色透明或淡黃色、黃綠色、黑色，硬度高，比天然金剛石脆，表面粗糙粗、精研磨硬質(zhì)合金、人造金剛石、半導(dǎo)體等天然金石

硬度高，價格昂貴其他氧化鐵紅色至暗紅，比氧化鉻軟精研磨或拋光鋼、玻璃等材料

氧化鉻

深綠色常用研磨料粒度號研磨加工類型可達(dá)到表面粗糙度Ra/μm100?！?40＃最初的研磨加工W40～W20粗研磨加工0.4～0.2W14～W7半精研磨加工0.2～0.1W5以下精磨加工0.1以下5）研磨用量

研磨用量是指研磨表面單位面積上所承受的壓力和工件與研具的相對滑動速度。研磨壓力過小，研磨效率降低；研磨壓力過大，研具磨損加快，研磨表面粗糙度升高，效率反而降低。對于滑動速度來說，在一定的范圍內(nèi)，研磨作用隨滑動速度的提高而增強(qiáng)。但過高的滑動速度不僅會造成發(fā)熱現(xiàn)象，甚至燒傷被研表面，且加劇研具磨損，直接影響加工精度。6）對被加工工件的要求

研磨的精度和粗糙度，很大程度上取決于工件研磨前的加工質(zhì)量。一般研磨余量僅留0.01～0.02mm。若研磨前工件的誤差過大，就難以糾正，若余量過大，應(yīng)分粗、精兩道工序研磨。研磨的基本原理包含著物理和化學(xué)的綜合作用。1）物理作用：研磨時要求研具材料要比被研磨的工件要軟，這樣受到一定壓力后，研磨劑中微小顆粒（磨料）被壓嵌在研具表面上。這些微小的磨料具有較高的硬度，像無數(shù)刀刃。由于研具和工件的相對運(yùn)動，使半固定或浮動磨粒在工件和研具之間做運(yùn)動軌跡很少重復(fù)的滑動和滾動，因而對工件產(chǎn)生微量的切削作用，均勻地從工件表面切一層極薄的金屬。借助于研具的精確型面，可使工件逐漸得到準(zhǔn)確的尺寸精度及合格的表面粗糙度。2）化學(xué)作用：有的研磨劑還起化學(xué)作用，例如：采用氧化鉻、硬脂酸等化學(xué)研磨劑進(jìn)行研磨時，與空氣接觸的工件表面，很快就形成一層極薄的氧化膜，而且氧化膜又容易被研磨掉，這就是研磨的化學(xué)作用。獲得高質(zhì)量平面研磨拋光的工藝規(guī)律研磨運(yùn)動軌跡應(yīng)均勻分布且不重疊—由研磨機(jī)的行星運(yùn)動保證。研磨盤要求材質(zhì)均勻，并有微細(xì)孔容納微粉磨料，修形后可獲得平面度很高的研磨表面。軟質(zhì)（半軟質(zhì)）研磨盤：容易獲得粗糙度極小和變質(zhì)層小的表面，但平面度不高。使用金剛石超硬磨料研磨和拋光效率更高。研磨平面度要求很高的零件時，可使用浮動研磨盤，以消除誤差。為提高效率，可在研磨劑中加化學(xué)活性物質(zhì)。避免粗磨料、空氣中灰塵等混入，否則將使研磨表面劃傷，達(dá)不到高質(zhì)量研磨要求。2．超精研加工

超精研加工簡稱“超精加工”，一般是指在良好的潤滑條件下，被加工工件按一定的速度旋轉(zhuǎn)，油石（用磨料和粘合劑等制成的條狀固結(jié)磨具）按一定的壓力彈性地壓在工件加工表面上，并在垂直于工件旋轉(zhuǎn)方向按一定規(guī)律作往復(fù)振蕩運(yùn)動的一種能夠自動完成的光整加工方法。

超精研采用的是細(xì)粒度、低硬度的油石，在一定壓力和切削速度下對工件的表面進(jìn)行的一種光整加工方法。精研時有三種運(yùn)動：工件低速回轉(zhuǎn)、油石往復(fù)振動及軸向進(jìn)給。超精研時加入冷卻潤滑液，可以起到冷卻、潤滑、清理切削和形成油膜作用。開始表面粗糙不平，僅有少數(shù)小面積接觸，接觸面上的比壓大，不能形成完整的油膜，隨著加工潤滑油膜形成，油石運(yùn)動僅起到拋光的作用。圖6-6超精研加工1）超精研加工原理（1）切削階段磨石表面與工件表面的凸峰接觸時，由于接觸面積較小，單位面積上的壓力較大，在一定壓力作用下，磨石首先受到工件的“反切削”作用，使磨石表面的部分磨粒脫落和碎裂，露出一些新的鋒利的磨粒和刃邊。與此同時，工件表面的凸峰受到快速切削，通過切削與反切削作用除去工件表面上的凸峰和磨削變質(zhì)層。這一階段被稱為切削階段，在這個階段切除了大部分的金屬余量。超精研加工整個過程包括三個階段：修整、恒定切削、磨光（也有分為切削階段或自銳階段、半切削階段、光整階段）。（2）半切削階段隨著加工的繼續(xù)進(jìn)行，工件表面逐漸被磨平。這時，磨石與工件表面接觸面積增加，單位面積上的壓力減小，切削深度減小，切削能力減弱。同時，磨石表面的氣孔被堵塞，磨石處于半切削狀態(tài)。這一階段被稱為半切削階段，在半切削階段工件表面切削痕跡變淺，并出現(xiàn)較暗的光澤。（3）光整階段這是超精加工的最后階段。隨著工件表面被逐步磨平，磨石與工件表面的接觸面積進(jìn)一步增大，并且，磨石與工件表面之間逐漸被潤滑油膜隔離，單位面積上的壓力很小，已不足以使磨石自銳，切削作用減小，最后趨于自動停止切削。這一階段被稱為光整階段。光整階段工作表面無切削痕跡，出現(xiàn)全面光澤2）磨具油石油石在超精加工中有切削性能和拋光性能。特點是：細(xì)粒度、硬度低、組織疏松3）工藝參數(shù)的選擇（1）最大切削角（2）油石的振擺頻率和振幅（3）工件的圓周速度（4）油石的壓強(qiáng)（5）油石的軸向進(jìn)給量珩磨是磨削加工的特殊形式，又是精加工中一種高效加工方法。它是一種低速磨削法，常用于內(nèi)孔表面的光整、精加工，也可用于外圓或齒形表面的加工。這種工藝不僅能去除較大的加工余量，而且是一種提高零件尺寸、幾何形狀精度和表面粗糙度的有效加工方法。圖6-7珩磨加工1—工件；2—珩磨頭3．珩磨1）內(nèi)孔珩磨的加工原理珩磨孔時，工件固定不動，珩磨頭在孔中回轉(zhuǎn)，并作軸向往復(fù)運(yùn)動，通過珩磨頭上的漲縮機(jī)構(gòu)，可使油石徑向伸出，向孔壁施加一定的壓力，這樣就使得油石在孔面上形成交叉且不重復(fù)的切削軌跡，從而切除一層薄金屬，實現(xiàn)珩磨加工（1）珩磨是利用安裝于珩磨頭圓周上的一條或多條油石，由漲開機(jī)構(gòu)（有旋轉(zhuǎn)式和推進(jìn)式兩種）將油石沿徑向漲開，使其壓向工件孔壁，以便產(chǎn)生一定的面接觸。同時使珩磨頭旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動，零件不動;或珩磨頭只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，工件往復(fù)運(yùn)動，從而實現(xiàn)珩磨。（2）為提高珩磨質(zhì)量，在大多數(shù)情況下，珩磨頭與機(jī)床主軸之間或珩磨頭與工件夾具之間是浮動的，或用剛性連接而配用浮動夾具，這樣，加工時珩磨頭以工件孔壁作導(dǎo)向。以減少珩磨機(jī)主軸回轉(zhuǎn)中心與被加工孔的同軸度誤差對珩磨質(zhì)量的影響。珩磨加工的特點:（1）加工精度高：特別是一些中小型的光通孔，其圓柱度可達(dá)0.001mm以內(nèi)。一些壁厚不均勻的零件，如連桿，其圓度能達(dá)0.002mm。珩磨比磨削加工精度高，磨削時支撐砂輪的軸承位于被珩孔之外，會產(chǎn)生偏差，特別是小孔加工，磨削比珩磨精度更差。珩磨一般只能提高被加工件的形狀精度，要想提高零件的位置精度，需要采取一些必要的措施。（2）表面質(zhì)量好:表面為交叉網(wǎng)紋，有利于潤滑油的存儲及油膜的保持。有較高的表面支承率（孔與軸的實際接觸面積與兩者之間配合面積之比），因而能承受較大載荷，耐磨損，從而提高了產(chǎn)品的使用壽命。珩磨速度低（是磨削速度的幾十分之一），且油石與孔是面接觸，因此每一個磨粒的平均磨削壓力小，這樣工件的發(fā)熱量很小，工件表面幾乎無熱損傷和變質(zhì)層，變形小。（3）加工范圍廣:主要加工各種圓柱形孔：光通孔。軸向和徑向有間斷的孔，如有徑向孔或槽的孔、鍵槽孔、花鍵孔。用外圓珩磨工具可以珩磨圓柱體，但其去除的余量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)圓珩磨的余量。幾乎可以加工任何材料，特別是金剛石和立方氮化硼磨料的應(yīng)用。同時也提高了珩磨加工的效率。2）油石及珩磨液珩磨質(zhì)量及生產(chǎn)率與油石的硬度、磨料性質(zhì)和粘接劑有著密切的關(guān)系。3）工藝參數(shù)珩磨內(nèi)孔時，珩磨速度v、切削角

（交叉角）和油石壓力F的選擇主要依據(jù)工件的材料和表面粗糙度的要求而定。6.3特種加工技術(shù)

特種加工有別于傳統(tǒng)切削加工的特點：（1）加工中工具不與工件接觸，沒有切削力的影響，工具硬度可以低于工件材料的硬度。（2）加工能量容易控制。（3）便于實現(xiàn)特殊形狀零件加工及微細(xì)加工。（4）機(jī)床運(yùn)動簡單。6.3.1電火花成形加工電火花加工（ElectricalDischargeMachining）又稱為放電加工或電蝕加工。它是利用工具電極和工件電極之間的脈沖火花放電所產(chǎn)生的局部瞬時高溫使工件材料被熔化及汽化，進(jìn)而材料表面形成電腐蝕坑穴的一種加工方法。是在20世紀(jì)40年代開始研究和逐步應(yīng)用到生產(chǎn)中的。電火花加工工藝方法分類按工具電極的形狀、工具電極和工件相對運(yùn)動的方式和用途的不同，大致分為電火花穿孔成形加工、電火花線切割加工、電火花磨削、電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工、電火花表面強(qiáng)化與刻字。前四類屬電火花成形、尺寸加工，是用于改變零件形狀或尺寸的加工方法；最后一類屬表面加工方法，用于改善或改變零件表面性質(zhì)。電火花穿孔加工和電火花線切割應(yīng)用最為廣泛。

工件電極和工具電極均浸泡在工作介質(zhì)中，工具電極在自動進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置的驅(qū)動下，與工件電極間保持一定的放電間隙。電極的表面（微觀）是凹凸不平的，當(dāng)脈沖電壓加到兩極上時，某一相對間隙最小處或絕緣強(qiáng)度最低處的工作液將最先被電離為負(fù)電子和正離子而被擊穿，形成放電通道，電流隨即劇增，在該局部產(chǎn)生火花放電，瞬時高溫使工件和工具表面都蝕除掉一小部分金屬，各自形成一個小凹坑。脈沖放電結(jié)束后，經(jīng)過一段間隔時間（即脈沖間隔t0），使工作液恢復(fù)絕緣后，第二個脈沖電壓又加到兩極上，又會在當(dāng)時極間距離相對最近或絕緣強(qiáng)度最弱處擊穿放電，又電蝕出一個小凹坑。這樣以很高頻率連續(xù)不斷地重復(fù)放電，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，就將工具的形狀復(fù)制在工件上，加工出所需要的零件。1.電火花成形加工原理1）極性效應(yīng)在電火花放電加工過程中，無論是正極還是負(fù)極，都會受到不同程度的電蝕。這種單純由于正、負(fù)極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。正極性加工：負(fù)極性加工：

為了充分地利用極性效應(yīng)，最大限度地降低工具電極的損耗，應(yīng)合理選用工具電極的材料，根據(jù)電極對材料的物理性能、加工要求選用最佳的電參數(shù)，正確地選用極性，使工件的蝕除速度最高，工具損耗盡可能小。2.影響電火花成形加工中的工藝因素（1）影響放電蝕除量的主要因素2）電參數(shù)電火花加工脈沖電源的可控參數(shù)有：脈寬、脈間、峰值電流、開路電壓、脈沖的前沿上升率和后沿下降率。對蝕除量影響的綜合作用規(guī)律可以用脈沖能量的大小和變化率來描述。

無論正極或負(fù)極，都存在單個脈沖的蝕除量與單個脈沖能量在一定范圍內(nèi)成正比的關(guān)系。某一段時間內(nèi)的總蝕除量約等于這段時間內(nèi)各單個有效脈沖蝕除量的總和?？捎霉奖硎緸橛纱丝梢姡岣唠娢g量和生產(chǎn)率的途徑在于：提高脈沖頻率，增加單個脈沖能量，設(shè)法提高系數(shù)

單位時間內(nèi)工件的蝕除量稱之為加工速度，一般采用體積加工速度來表示，即被加工掉的體積除以加工時間

提高脈沖頻率，靠縮小脈沖停歇時間，但脈沖停歇時間過短，會使加工區(qū)工作液來不及消電離、排除電蝕產(chǎn)物及氣泡來恢復(fù)其介電性能，以致形成破壞性的穩(wěn)定電弧放電，使電火花加工過程不能正常運(yùn)行。增加單個脈沖能量主要靠加大脈沖電流和增加脈沖寬度。單個脈沖能量的增加可提高加工速度，但同時會使表面粗糙度變壞和降低加工精度，一般只用于粗加工和半精加工的場合。提高工藝系數(shù)K的途徑，合理選用電極材料、電參數(shù)和工作液，改善工作液的循環(huán)過濾方式等，從而提高有效脈沖利用率，達(dá)到提高工藝系數(shù)的目的。3）金屬材料熱學(xué)常數(shù)熱學(xué)常數(shù)是指熔點、沸點、熱導(dǎo)率、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱等。當(dāng)脈沖放電能量相同時，金屬的熔點、沸點、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱愈高，電蝕量將愈小，愈難加工；導(dǎo)熱系數(shù)愈大的金屬，由于較多地把瞬時產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)散失到其他部位，降低了本身的蝕除量?？傊姌O的蝕除量與電極材料的導(dǎo)熱系數(shù)以及其他熱學(xué)常數(shù)、單個脈沖能量、脈沖能量變化率有密切關(guān)系。生產(chǎn)中多用銅和石墨等材料作為工具電極。4）工作液工作液的作用壓縮放電通道，提高放電的能量密度，提高蝕除效果。加速極間介質(zhì)的冷卻和消電離過程，防止電弧放電。加劇放電時的流體動力過程，以利于蝕除金屬的拋出。通過工作液的流動，加速蝕除金屬的排出，以保持放電工作穩(wěn)定。改變工件表面層的理化性質(zhì)。常用的工作液

（2）影響加工精度的主要因素

影響加工精度的主要因素有放電間隙的大小及其一致性、工具電極的損耗及其穩(wěn)定性和“二次放電”。電火花加工時，工具電極與工件之間存在著一定的放電間隙，如果加工過程中放電間隙能保持不變，則可以通過修正工具電極的尺寸，對放電間隙進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得較高的加工精度。然而，放電間隙的大小實際上是變化的，影響著加工精度。除此之外，間隙大小對復(fù)雜形狀的加工表面、棱角部位電場強(qiáng)度分布不均，間隙越大，影響越嚴(yán)重。因此，應(yīng)縮小放電間隙，這樣不但能提高仿形精度，而且放電間隙越小，可能產(chǎn)生的間隙變化量也越??；另外還必須盡可能使加工過程穩(wěn)定。

工具電極的損耗對尺寸精度和形狀精度都有影響。

“二次放電”是指已加工表面上由于電蝕產(chǎn)物等的介入而再次進(jìn)行的非正常放電，集中反映在加工深度方向產(chǎn)生斜度和加工棱角棱邊變鈍方面。工具電極損耗速度

采用相對損耗或損耗比θ作為衡量工具電極耐損耗的指標(biāo)。即上式中加工速度和損耗速度均以mm3/min為單位計算，則θ為體積相對損耗。如以g/min為單位計算，則θ為重量相對損耗；如以mm/min為單位計算，則θ為直線相對損耗。每種電極材料都有一最佳峰值電流寬度與熔坑的最大體積對應(yīng)。合理選擇工具電極的材料，以確保工具電極的最佳峰值電流寬度偏離工件電極的最佳峰值電流寬度，以工件電極的最佳峰值電流寬度作為依據(jù)選擇加工脈沖的參數(shù)，可以保證電極的低損耗。（3）影響表面質(zhì)量的主要因素1）表面粗糙度電火花加工表面是由無方向性的無數(shù)小坑和硬凸邊所組成，特別有利于保存潤滑油,表面的潤滑性和耐磨性能均比機(jī)械加工表面好。表面粗糙度評定指標(biāo)常用微觀不平度的平均算術(shù)偏差Ra和不平度的最大高度值Rmax，在數(shù)值大小上，Rmax約是（4～5）Ra。對表面粗糙度影響最大的是單個脈沖能量。因為脈沖能量大，每次脈沖放電的蝕除量也大，放電凹坑既大又深，從而使表面粗糙度變差。

工件材料對加工表面粗糙度也有影響。熔點高的材料（硬質(zhì)合金），在相同能量下加工的表面粗糙度要比熔點低的材料（鋼）好。精加工時，工具電極的表面粗糙度也將影響到加工表面粗糙度。由于石墨電極很難加工到非常光滑的表面，因此用石墨電極的加工表面粗糙度較差。2）表面變質(zhì)層和表面力學(xué)性能電火花加工過程中，在火花放電的瞬時高溫和工作液的快速冷卻作用下，材料表面層的化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，形成一層通常存在殘余應(yīng)力和微觀裂紋的變質(zhì)層。對于熔化、氣化材料，可將變質(zhì)層分為熔化凝固層和熱影響層。

熔化凝固層位于工件表面最上層，它被放電時瞬時高溫熔化而又滯留下來，受工作液快速冷卻而凝固。熔化凝固層的厚度隨脈沖能量的增大而變厚，大約為1～2倍的Rmax，但一般不超過0.1mm。

熱影響層介于熔化凝固層和基體之間。熱影響層的金屬材料并沒有熔化，只是受到高溫的影響，使材料的金相組織發(fā)生了變化，它和基體材料之間并沒有明顯的界限。熱影響層中靠近熔化凝固層部分，由于受到高溫作用并迅速冷卻，形成淬火區(qū)，其厚度與具體條件有關(guān)，一般為2～3倍的Rmax

。顯微裂紋一般僅在熔化層內(nèi)出現(xiàn)，只有在脈沖很大情況下才有可能擴(kuò)展到熱影響層。表面變質(zhì)層的形成導(dǎo)致電火花加工表面力學(xué)性能的改變，通常硬度和耐磨性能提高，而抗疲勞性能下降。要提高表面完整性，必須設(shè)法減小表面變質(zhì)層的厚度。3.電火花加工的特點1）適合無法采用刀具切削或切削加工困難的場合，可加工特殊及復(fù)雜形狀的零件，如深槽狹縫、異形孔等2）加工時，工具電極和工件不直接接觸，工具電極可比工件材料軟，因此工具電極容易制造。適用的材料范圍廣。3）脈沖參數(shù)可以在一個較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，可以在同一臺機(jī)床上連續(xù)進(jìn)行粗、半精及精加工。4）直接利用電能進(jìn)行加工，便于實現(xiàn)自動化。5）加工時工具電極有損耗，因此對加工形狀和尺寸精度有影響6）適合熱敏材料加工，加工放電時間短，工件表面受熱影響下，不易產(chǎn)生熱變形4.電火花成形加工應(yīng)用電火花成型加工穿孔加工型腔加工沖模（包括凸凹模及卸料板、固定板）粉末冶金模擠壓模（型孔）型孔零件小孔深孔型腔模（鍛模、壓鑄模、塑料模、膠木模）型腔零件（1）電火花穿孔加工

電火花穿孔加工可以應(yīng)用在沖裁模、拉絲模、粉末冶金模、擠壓模等各種精密零件和模具的圓孔、異形孔及小孔、深孔的成形加工。穿孔加工的精度主要決定于工具電極的尺寸精度及放電間隙。小孔電火花加工小孔加工的特點：1）加工面積小，深度大，直徑一般為Φ0.05～Φ2mm，深徑比達(dá)20以上；2）小孔加工排屑困難。

小孔加工由于工具電極截面積小，容易變形；不易散熱，排屑又困難，因此電極損耗大。工具電極應(yīng)選擇剛性好、容易矯直、加工穩(wěn)定性好和損耗小的材料，如銅鎢合金絲、鎢絲、鉬絲、銅絲等。加工時為了避免電極彎曲變形，還需設(shè)置工具電極的導(dǎo)向裝置。為了改善小孔加工時的排屑條件，常采用電磁振動頭，使工具電極絲沿軸向振動，或采用超聲波振動頭，使工具電極端面有軸向高頻振動，進(jìn)行電火花超聲波復(fù)合加工，可大大提高生產(chǎn)率。電火花高速小孔加工是近年來發(fā)展起來的。其工作原理是采用管狀電極，加工時電極作回轉(zhuǎn)和軸向進(jìn)給運(yùn)動，管電極中通入1～5MPa的高壓工作液。由于高壓工作液能迅速將電極產(chǎn)物排除，且能強(qiáng)化火花放電的蝕除作用，此加工方法的最大特點是加工速度高，一般小孔加工速度可達(dá)60mm/min左右，比普通鉆孔速度還要快。最適合加工0.3～3mm左右的小孔且深徑比可超過100。型腔模的電火花加工型腔加工困難（盲孔）1）工作液循環(huán)和電蝕產(chǎn)物排出條件差2）電極耗損后無法靠主軸進(jìn)給補(bǔ)償精度，金屬蝕除量大3）加工面積變化大，加工中的電規(guī)準(zhǔn)變化范圍也較大4）型腔復(fù)雜，電極耗損不均，對加工精度影響大對型腔模的電火花加工，既要求蝕除量大，加工速度高，又要求電極耗損低，并保證所要求的精度和表面粗糙度。型腔模的電火花加工型腔模電火花加工主要有單極平動法、多電極更換法和分解電極加工法等。（1）單電極平動法采用一個電極完成型腔的粗、中、精加工的。首先采用低損耗、高生產(chǎn)率的粗規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行加工，然后用平動頭作平面小圓運(yùn)動，按照粗、中、精的順序逐級改變電規(guī)準(zhǔn)。與此同時，依次加大電極的平動量，以補(bǔ)償前后兩個加工規(guī)準(zhǔn)之間型腔側(cè)面放電間隙差和表面微觀不平度差，實現(xiàn)型腔側(cè)面仿型修光，完成整個型腔模的加工。1)型腔模電火花加工的工藝方法特點：方便快捷、成本低

，但難以獲得高精度型腔，尤其是清楞、清角的型腔。

是最為常用的加工方法。（2）多電極更換法采用多個電極依次更換加工同一個型腔，每個電極加工時必須把上一規(guī)準(zhǔn)的放電痕跡去掉。一般用兩個電極進(jìn)行粗、精加工就可滿足要求；當(dāng)型腔模的精度和表面質(zhì)量要求很高時，才采用三個或更多電極進(jìn)行加工，但要求多個電極的一致性好、制造精度高；另外，更換電極時要求定位裝夾精度高。（2）特點：加工精度高，表面質(zhì)量好，可得到棱角分明的型腔。但電極制造精度高、安裝調(diào)整復(fù)雜，成本較高。一般多電極更換法只用于精密型腔的加工。例如盒式磁帶、收錄機(jī)、電視機(jī)等機(jī)殼的磨具，都是用多個電極加工出來的。（3）分解電極法是單極平動法和多電極更換加工法的綜合應(yīng)用。根據(jù)型腔的幾何形狀，把電極分解成主型腔和副型腔電極分別制造。先加工出主型腔，后用副型腔電極加工尖角、窄縫等部位的副型腔。（2）特點：可根據(jù)主型腔和局部型腔的不同要求，合理選用電極材料和加工規(guī)準(zhǔn)，有利于提高加工速度和改善加工表面質(zhì)量，同時簡化電極制造，便于修整電極。但更換電極時主型腔電極和局部型腔電極之間要求有精確的定位。2．其他電火花加工1）電火花小孔磨削

有時要加工一些直徑很小且很深的孔，工件材料加工性能又很差，對這類小孔的精加工用機(jī)械磨削的方法很難進(jìn)行，而用電火花磨削的方法可以滿足加工要求。圖6-15電火花磨削1-工件；2-工作液；3-脈沖電源；4-工具電極2）電火花共軛回轉(zhuǎn)精密加工

電火花共軛回轉(zhuǎn)精密加工是在加工過程中，工具電極與工件電極之間附加了滿足被加工型面要求的共軛回轉(zhuǎn)運(yùn)動的電火花加工工藝。這種方法是在1970年由中國的孫昌樹所發(fā)明的。

目前主要應(yīng)用在以下幾方面：（1）各類螺紋環(huán)規(guī)和塞規(guī)，特別適于硬質(zhì)合金材料及內(nèi)螺紋的加工。（2）精密內(nèi)外齒輪加工，特別適于非標(biāo)內(nèi)齒輪加工。（3）精密內(nèi)外錐螺紋、內(nèi)錐面油槽等的加工。（4）靜壓軸承油槍、回轉(zhuǎn)泵體的高精度成形的加工等。（5）梳刀、精密斜齒條的加工等。3）電火花表面強(qiáng)化和刻字電火花表面強(qiáng)化是一種對工件表面進(jìn)行強(qiáng)化處理的工藝方法。這種方法是利用工具電極和工件在空氣中或其他氣體介質(zhì)中火花放電，使工具（電極）上熔化的材料擴(kuò)散，從而改變工件表面的力學(xué)性能，達(dá)到表面強(qiáng)化和刻字的目的。圖6-17電火花表面強(qiáng)化原理

1-脈沖電源；2-振動器；3-振動器電源；4-電極；5-工件1)電火花線切割加工的原理電火花線切割加工與電火花成形加工的基本原理一樣，都是基于電極間脈沖放電時的電火花腐蝕原理，實現(xiàn)零部件的加工。不同的是，電火花線切割加工不需要制造復(fù)雜的成形電極，而是利用移動的細(xì)金屬絲（鉬絲或銅絲）作為工具電極，工件按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動，“切割”出所需要的各種尺寸和形狀。3電火花線切割加工圖6-19線切割加工原理2)電火花線切割加工設(shè)備電火花線切割加工設(shè)備主要由機(jī)床本體、脈沖電源、控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)和機(jī)床附件等幾部分組成。（1）機(jī)床本體機(jī)床本體由床身、坐標(biāo)工作臺、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、絲架、工作液箱、附件和夾具等幾部分組成。1）機(jī)床床身：一般為鑄件、是坐標(biāo)工作臺、繞絲機(jī)構(gòu)及絲架的支承和固定基礎(chǔ)。2）坐標(biāo)工作臺部分：一般采用“十”字滑板、滾動導(dǎo)軌和絲桿傳動副將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運(yùn)動，通過兩個坐標(biāo)方向各自的進(jìn)給移動，可合成獲得各種平面圖形曲線軌跡。3）走絲機(jī)構(gòu)：走絲系統(tǒng)使電極絲以一定的速度運(yùn)動并保持一定的張力。（2）脈沖電源線切割加工脈沖電源的脈寬較窄（2～60μs），單個脈沖能量、平均電流（1～5A）一般較小。（3）工作液循環(huán)系統(tǒng)目前，快走絲線切割工作液廣泛采用的是乳化液，其加工速度快。慢走絲線切割機(jī)床采用的工作液是去離子水和煤油。工作液循環(huán)裝置一般由工作液泵、液箱、過濾器、管道和流量控制閥等組成。對快速走絲機(jī)床，通常采用澆注式供液方式，而對慢速走絲機(jī)床，近年來有些采用浸泡式供液方式。（4）控制系統(tǒng)3)線切割加工特點及應(yīng)用（1）加工特點1）不需要制造復(fù)雜的成形電極。2）通過計算機(jī)控制，能夠方便快捷地加工薄壁、窄槽、異形孔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件。3）一般采用精規(guī)準(zhǔn)一次加工成形，在加工過程中大都不需要轉(zhuǎn)換加工規(guī)準(zhǔn)。4）由于采用移動的長電極絲進(jìn)行加工，使單位長度電極絲的損耗較少，從而對加工精度的影響比較小。5）工作液多采用水基乳化液，很少使用煤油，不易引燃起火，容易實現(xiàn)安全無人操作運(yùn)行。6）電火花線切割不能加工型腔、盲孔類零件（2）應(yīng)用1）適用于各種形式的沖裁模及擠壓模、粉末冶金模、塑壓模等。2）高硬度材料零件的加工。3）特殊形狀零件的加工。4）可以加工電火花成形加工用的銅、銅鎢、銀鎢合金等材料電極。電火花線切割加工與電火花成形加工有哪些相同點和不同點？

電化學(xué)加工(ElectrochemicalMachining簡稱ECM）包括從工件上去除金屬的電解加工和向工件上沉積金屬的電鍍、涂覆加工兩大類。6.3.2電化學(xué)加工電解液中的電化學(xué)反應(yīng)

電化學(xué)反應(yīng)過程將兩銅片插入氯化銅（CuCl2）水溶液中，當(dāng)兩銅片分別連接直流電源的正、負(fù)極時，即形成導(dǎo)電通路。水(H2O)離解為氫氧根負(fù)離子OH－和氫正離子H+，CuCl2離解為兩個氯負(fù)離子2Cl－和二價銅正離子Cu+2。在外電場的作用下，金屬導(dǎo)體及溶液中的自由電子定向運(yùn)動，銅片電極和溶液的界面上將發(fā)生得失電子的電化學(xué)反應(yīng)。溶液中的Cu2+正離子向陰極移動，在陰極表面得到電子而發(fā)生還原反應(yīng)，沉積出銅。陽極表面，Cu原子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，成為Cu2+正離子進(jìn)入溶液。電化學(xué)加工的原理在陰、陽極表面發(fā)生得失電子的化學(xué)反應(yīng)即稱為電化學(xué)反應(yīng)，利用這種電化學(xué)反應(yīng)作用加工金屬的方法就是電化學(xué)加工。其中，陽極上為電化學(xué)溶解，陰極上為電化學(xué)沉積。電化學(xué)加工分類：第Ⅰ類是利用電化學(xué)反應(yīng)過程中的陽極溶解來進(jìn)行加工，主要有電解加工和電化學(xué)拋光等；第Ⅱ類是利用電化學(xué)反應(yīng)過程中的陰極沉積來進(jìn)行加工，主要有電鍍、電鑄等；第Ⅲ類是利用電化學(xué)加工與其他加工方法相結(jié)合的電化學(xué)復(fù)合加工工藝進(jìn)行加工，目前主要有電解磨削、電化學(xué)陽極機(jī)械加工(其中還含有電火花放電作用)。電化學(xué)加工的類別如表1所示。表1電化學(xué)加工分類

電化學(xué)加工的適用范圍，因電解和電鍍兩大類工藝的不同而不同。電解加工可以加工復(fù)雜成型模具和零件，例如汽車、拖拉機(jī)連桿等各種型腔鍛模，航空、航天發(fā)動機(jī)的扭曲葉片，汽輪機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的扭曲葉片，齒輪、液壓件內(nèi)孔的電解去毛刺及擴(kuò)孔、拋光等。電鍍、電鑄可以復(fù)制復(fù)雜、精細(xì)的表面。電化學(xué)加工的適用范圍BliskMachining

整體葉盤加工BladeMachining

葉片加工Holedrilling

鉆孔Electrolyticcavitymachining電解型腔加工ElectrolyteFull-formShaping電解全成形加工Electroforming

電鑄1)電解加工的特點(1)能加工各種硬度和強(qiáng)度的材料。只要是金屬，不管其硬度和強(qiáng)度多大，都可加工。(2)生產(chǎn)率高，約為電火花加工的5～10倍，在某些情況下，比切削加工的生產(chǎn)率還高，且加工生產(chǎn)率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。(3)表面質(zhì)量好，電解加工不產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變質(zhì)層，又沒有飛邊、刀痕和毛刺。在正常情況下，表面粗糙度Ra可達(dá)0.2～1.25μm，平均加工精度±1mm左右。(4)陰極工具在理論上不損耗，基本上可長期使用。電解加工當(dāng)前存在的主要問題是加工精度難以嚴(yán)格控制，尺寸精度一般只能達(dá)到0.15～0.30mm。此外，電解液對設(shè)備有腐蝕作用，電解液的處理也較困難。1.電解加工2）電解加工的原理及特點

電解加工是利用金屬在電解液中的“電化學(xué)陽極溶解”來將工件成型的。如圖6-20所示，在工件(陽極)與工具(陰極)之間接上直流電源，使工具陰極與工件陽極間保持較小的加工間隙(0.1～0.8mm)，間隙中通過高速流動的電解液。這時，工件陽極開始溶解。開始時，兩極之間的間隙大小不等，間隙小處電流密度大，陽極金屬去除速度快；而間隙大處電流密度小，去除速度慢。隨著工件表面金屬材料的不斷溶解，工具陰極不斷地向工件進(jìn)給，溶解的電解產(chǎn)物不斷地被電解液沖走，工件表面也就逐漸被加工成接近于工具電極的形狀，如此下去直至將工具的形狀復(fù)制到工件上。圖6-20電解加工設(shè)備結(jié)構(gòu)3)電解液電解液的作用電解液是電解池的基本組成部分，是產(chǎn)生電解加工陽極溶解的載體。電解液的主要作用是：(1)與工件陽極及工具陰極組成進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的電極體系，實現(xiàn)所要求的電解加工過程，同時所含導(dǎo)電離子也是電解池中傳送電流的介質(zhì)，這是其最基本的作用。(2)排除電解產(chǎn)物，控制極化，使陽極溶解能正常連續(xù)進(jìn)行。(3)及時帶走電解加工過程中所產(chǎn)生的熱量，使加工區(qū)不致過熱而引起沸騰、蒸發(fā)，以確保正常的加工。對電解液的要求對電解液總的要求是加工精度和效率高、表面質(zhì)量好、實用性強(qiáng)。對電解液的基本要求包括以下四個主要方面：(1)電化學(xué)特性方面（電導(dǎo)率高，正負(fù)離子并存，可以保證用較低的加工電壓獲得較大的加工電流）。(2)物理特性方面（高溶解度、大電離度、低粘度等）。(3)穩(wěn)定性方面（性能穩(wěn)定，操作安全，腐蝕性低）。(4)實用性方面（價格低廉、對環(huán)境污染少，壽命長等）。常用電解液及其選擇原則電解液選擇的原則粗加工重點解決效率；精加工側(cè)重加工精度和表面質(zhì)量；高溫合金葉片側(cè)重保加工精度；鈦合金則側(cè)重表面質(zhì)量。2)常用電解液常用的電解液為中性電解液中的NaCl(氯化鈉）、NaNO3(硝酸鈉)及NaClO3（氯酸鈉）三種。電解液參數(shù)對加工過程的影響濃度↑導(dǎo)電率↑散蝕能力↑電解液的溫度電解液的粘度粘度↑流動性↓不易排屑↑散熱能力↓生產(chǎn)率↓加工效率↑加工質(zhì)量↓電解液的濃度4）電解加工設(shè)備基本設(shè)備包括直流電源、機(jī)床及電解液系統(tǒng)三大部分。(1)直流電源電解加工常用的直流電源為硅整流電源和晶閘管整流電源，為保證加工中電參數(shù)選擇的需要，電源電壓在一定范圍能連續(xù)可調(diào)并且保持穩(wěn)定。(2)機(jī)床電解加工機(jī)床的任務(wù)是安裝夾具、工件和陰極工具，并實現(xiàn)其相對運(yùn)動，傳送電和電解液。它與一般金屬切削機(jī)床相比，有其特殊要求：（a）有足夠的剛性（b）穩(wěn)定的進(jìn)給速度（c）防腐絕緣與好的安全措施(3)電解液系統(tǒng)在電解加工過程中，電解液不僅作為導(dǎo)電介質(zhì)傳遞電流，而且在電場的作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使陽極溶解能順利而有效地進(jìn)行，這一點與電火花加工的工作液的作用是不同的。同時電解液也擔(dān)負(fù)著及時把加工間隙內(nèi)產(chǎn)生的電解產(chǎn)物和熱量帶走的任務(wù)，起到更新和冷卻的作用。電解液可分為中性鹽溶液、酸性鹽溶液和堿性鹽溶液三大類。其中中性鹽溶液的腐蝕性較小，使用時較為安全，故應(yīng)用最廣。

5）影響電解加工的工藝因素（1）影響加工速度的主要因素。電解加工的加工速度指陽極的溶解速度。

ν-工件陽極的蝕除速度

η-電流效率

ω-被電解金屬的體積電化學(xué)當(dāng)量

i-電流密度電化學(xué)當(dāng)量愈大，蝕除速度就越高。電流密度越高，生產(chǎn)率越高，但在增加電流密度的同時，電壓也隨著增高，因此應(yīng)以不擊穿加工間隙、引起火花放電、造成局部短路為度。加工間隙越小，電解液的電阻越小，電流密度越大，蝕除速度也就越高。但間隙太小會引起火花放電或間隙通道內(nèi)電解液流動受阻、蝕除物排除不暢，以至產(chǎn)生局部短路，反而使生產(chǎn)率下降，因此間隙較小時應(yīng)加大電解液的流速和壓力。電流效率會受電源電壓、電解液種類、工件材料的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)等因素的影響。（2）影響加工精度的主要因素。影響加工精度的主要因素包括加工間隙的大小、均勻性及穩(wěn)定性。另外還與機(jī)床、工藝裝備、工具陰極、工件、工藝參數(shù)等諸多因素有關(guān)。

（3）影響表面質(zhì)量的主要因素。影響電解加工表面質(zhì)量的因素較多也較復(fù)雜。（a）工件材料的合金成分、金相組織和熱處理狀態(tài)（b）工藝參數(shù):電流密度、電解液的流速大小和溫度高低（c）工具陰極的表面質(zhì)量（d）工件表面必須除油去銹（e）電解液必須經(jīng)過濾沉淀，不含固體顆粒雜質(zhì)。6)電解加工工藝及其應(yīng)用

日前，電解加工主要應(yīng)用在深孔加工、葉片(型面)加工、鍛模(型腔)加工、管件內(nèi)孔拋光、各種型孔的倒圓和去毛刺、整體葉輪的加工等方面。

(1)深孔擴(kuò)孔加工

深徑比大于5的深孔，用傳統(tǒng)切削加工方法加工，刀具磨損嚴(yán)重，表面質(zhì)量差，加工效率低。目前采用電解加工方法加工φ4×2000mm、φ100×8000mm的深孔，加工精度高，表面粗糙度低，生產(chǎn)率高。電解加工深孔，按工具陰極的運(yùn)動方式可分為固定式和移動式兩種。優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便，生產(chǎn)率高缺點：電源功率較大，加工精度及Ra不太均勻，陰極剛性弱（2）型孔加工

對一些形狀復(fù)雜、尺寸較小的四方、六方、橢圓、半圓等形狀的通孔和不通孔，機(jī)械加工很困難，可采用電解加工。多采用端面進(jìn)給方式,陰極側(cè)面須絕緣。內(nèi)錐面高度1.5～3.5mm

（3）型腔加工

用于尺寸較大、形狀復(fù)雜的型腔加工，生產(chǎn)率高，表面質(zhì)量好，但加工精度不太高。多用于鍛模型腔加工，精度控制在±0.1～0.2mm。陰極設(shè)計制造是關(guān)鍵。用成型精度高的電解液或混氣加工時，陰極設(shè)計較易。為使流場均勻，陰極對應(yīng)處加開增液孔。

近年發(fā)展用簡單形狀電極的數(shù)控電解加工，柔性好，減少準(zhǔn)備時間，電源容量小，但加工速度降低（4）

型面加工

渦輪發(fā)動機(jī)、增壓器、汽輪機(jī)等的葉片，葉身型面形狀比較復(fù)雜、要求精度高，加工批量大，采用機(jī)械加工難度大，生產(chǎn)率低，加工周期長，而采用電解加工則不受葉片材料硬度和韌性的限制，在一次行程中就可加工出復(fù)雜的葉身型面，生產(chǎn)率高，表面粗糙度小。電解加工整體葉輪在我國已得到普遍應(yīng)用,葉輪強(qiáng)度高，質(zhì)量好，加工周期大大縮短。（5）電解刻字電解刻字則可以在那些常規(guī)的機(jī)械刻字不能進(jìn)行的表面上刻字。電解刻字時，字頭接陰極，工件接陽極，二者保持大約0.1mm的電解間隙，中間滴注少量的鈍化型電解液，在大約1-2s的時間內(nèi)完成工件表面刻出黑色的印記。

（6）電解倒棱去毛刺

智能控制的電化學(xué)齒輪修形工藝源于電解去毛刺和倒圓角機(jī)加工中去毛刺工作量很大，電解去毛刺效率高，節(jié)省費(fèi)用。加工原理是尖角處電流密度最高。去毛刺時間與加工電壓、加工間隙及電解液參數(shù)有關(guān)（7）電解拋光

電解拋光也是利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽極溶解對工件表面進(jìn)行腐蝕拋光的，它只是一種表面光整加工方法，用于改善工件的表面粗糙度和表面物理力學(xué)性能，而不用于對工件形狀和尺寸加工。它和電解加工的主要區(qū)別是工件和工具之間的加工間隙大，這樣有利于表面的均勻溶解；電流密度也比較??；電解液一般不流動，必要時加以攪拌。1)加工原理

電解磨削是電解加工的—種特殊形式，是電解與機(jī)械的復(fù)合加工方法。它是靠金屬的溶解(占95%～98%)和機(jī)械磨削(占2%～5%)的綜合作用來實現(xiàn)加工的。比電解加工的加工精度高，表面粗糙度小，比機(jī)械磨削的生產(chǎn)率高。與電解磨削相近似的還有電解珩磨和電解研磨。加工原理如圖所示。加工過程中，磨輪(砂輪)不斷旋轉(zhuǎn)，磨輪上凸出的砂粒與工件接觸，形成磨輪與工件間的電解間隙。電解液不斷供給，磨輪在旋轉(zhuǎn)中，將工件表面由電化學(xué)反應(yīng)生成的鈍化膜除去，繼續(xù)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，如此反復(fù)不斷，直到加工完畢。4.電解磨削圖

電解磨削加工原理圖

電解磨削的陽極溶解機(jī)理與普通電解加工的陽極溶解機(jī)理是相同的。不同之處在于：電解磨削中，陽極鈍化膜的去除是靠磨輪的機(jī)械加工去除的；而一般電解加工中的陽極鈍化膜的去除，是靠高電流密度去破壞(不斷溶解)或靠活性離子(如氯離子)進(jìn)行活化，再由高速流動的電解液沖刷帶走的。2)電解磨削的特點1)磨削力小，生產(chǎn)率高。這是由于電解磨削具有電解加工和機(jī)械磨削加工的優(yōu)點。2)加工精度高，表面加工質(zhì)量好。因為電解磨削加工中，一方面工件尺寸或形狀是靠磨輪刮除鈍化膜得到的，故能獲得比電解加工好的加工精度；另一方面，材料的去除主要靠電解加工，加工中產(chǎn)生的磨削力較小，不會產(chǎn)生磨削毛刺、裂紋等現(xiàn)象，故加工工件的表面質(zhì)量好。3)設(shè)備投資較高。其原因是電解磨削機(jī)床需加電解液過濾裝置、抽風(fēng)裝置、防腐處理設(shè)備等。3）電解磨削的應(yīng)用

電解磨削廣泛應(yīng)用于平面磨削、成型磨削和內(nèi)外圓磨削。下圖為電解成型磨削示意圖，其磨削原理是將導(dǎo)電磨輪的外圓圓周按需要的形狀進(jìn)行預(yù)先成型，然后進(jìn)行電解磨削。電解成型磨削原理圖4）電解珩磨

電解珩磨是電解加工和機(jī)械珩磨結(jié)合的一種復(fù)合加工，其中電解起主要作用。對于小孔、深孔、薄壁筒等零件，可以采用電解珩磨。齒輪的電解珩磨已在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，電解珩輪是由金屬齒片和珩輪齒片相間而組成的。電解研磨:電解加工與機(jī)械加工結(jié)合。電解研磨加工采用鈍化型電解液。利用機(jī)械研磨能去除表面微觀不平度各高點的鈍化膜，使其露出基體金屬并再次形成新的鈍化膜，實現(xiàn)表面的鏡面加工。電解研磨：固定磨料加工和流動磨料加工。可以加工碳鋼、合金鋼和不銹鋼。目前已應(yīng)用于金屬冷軋軋輥、大型船用柴油機(jī)軸類零件、大型不銹鋼化工容器內(nèi)壁以及不銹鋼太陽能電池基板的鏡面加工。5）電解研磨(電解超精加工）1)電鑄加工特點(1)復(fù)制精度高，可以做出機(jī)械加工不可能加工出的細(xì)微形狀(如微細(xì)花紋、復(fù)雜形狀等)，表面粗糙度Ra可達(dá)0.1μm，一般不需拋光即可使用。(2)母模材料不限于金屬，有時還可用制品零件直接作為母模。(3)表面硬度可達(dá)35～50HRC，所以電鑄型腔使用壽命長。(4)電鑄可獲得高純度的金屬制品，如電鑄銅，它純度高，具有良好的導(dǎo)電性能，十分有利于電加工。(5)電鑄時，金屬沉積速度緩慢，制造周期長。如電鑄鎳，一般需要一周左右。(6)電鑄層厚度不易均勻，且厚度較薄，僅為4～8mm左右。電鑄層一般都具有較大的應(yīng)力，所以大型電鑄件變形顯著，且不易承受大的沖擊載荷。這樣，就使電鑄成型的應(yīng)用受到一定的限制。2.電鑄加工2)電鑄加工原理

與大家熟知的電鍍原理相似，電鑄成型是利用電化學(xué)過程中的陰極沉積現(xiàn)象來進(jìn)行成型加工的，即在原模上通過電化學(xué)方法沉積金屬，然后分離以制造或復(fù)制金屬制品。電鑄與電鍍又有不同之處，電鍍時要求得到與基體結(jié)合牢固的金屬鍍層，以達(dá)到防護(hù)、裝飾等目的。而電鑄則要電鑄層與原模分離，其厚度也遠(yuǎn)大于電鍍層。

電鑄原理如圖6-23所示，在直流電源的作用下，金屬鹽溶液中的金屬離子在陰極獲得電子而沉積在陰極母模的表面。陽極的金屬原子失去電子而成為正離子，源源不斷地補(bǔ)充到電鑄液中，使溶液中的金屬離子濃度保持基本不變。當(dāng)母模上的電鑄層達(dá)到所需的厚度時取出，將電鑄層與型芯分離，即可獲得型面與型芯凹、凸相反的電鑄模具型腔零件的成型表面。圖6-23電鑄加工的原理1-電鑄槽；2-陽極；3-直流電源；4-電鑄層；5-原模；6-攪拌器；7-電鑄液；8-過濾器；9-泵；10-加熱器3）電鑄的應(yīng)用

電鑄具有極高的復(fù)制精度和良好的機(jī)械性能，已在航空、儀器儀表、精密機(jī)械、模具制造等方面發(fā)揮日益重要的作用。電鑄加工主要用于：a.復(fù)制精細(xì)的表面輪廓花紋。b.復(fù)制注塑用的模具、電火花型腔加工用的電極工具。c.制造復(fù)雜、高精度的空心零件和薄壁零件。d.制造表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣板、反光鏡、表盤、異形孔噴嘴等特殊零件。4)電鑄加工的工藝過程電鑄的生產(chǎn)率低，時間較長。電流密度大易使沉積金屬的結(jié)晶粗大，強(qiáng)度降低。一般每小時的電鑄金屬層0.02-0.5mm。電鑄通常用的金屬為銅、鎳和鐵三種。原模表面處理電鑄至規(guī)定尺寸襯背處理脫模清洗干燥成品電鑄過程中的要點:1）溶液必須連續(xù)過濾，以除去電解質(zhì)水解或硬水形成的沉淀、陽極夾雜物和塵土等固體懸浮物，防止電鑄件產(chǎn)生孔、疏松、瘤斑和凹坑等缺陷。2）必須攪拌電鑄液，降低濃差極化，以增大電流密度，縮短電鑄時間。3）電鑄件凸出部分電場強(qiáng)，鍍層厚，凹入部分電場弱，鍍層薄。4）要嚴(yán)格控制電鑄液成分、濃度、酸堿度、溫度、電流密度等。電鑄加工應(yīng)用實例：篩網(wǎng)的制造電鑄是制造各種篩網(wǎng)、濾網(wǎng)最有效的方法。（孔眼尺寸大到數(shù)十毫米，小至5μm)典型的是電鑄電動剃須刀的網(wǎng)罩。網(wǎng)罩的加工大致如下：1）制造原模2）對原模進(jìn)行化學(xué)處理，獲得鈍化層3）彎曲成形4）電鑄5）脫模制作各種網(wǎng)罩制作各種低剛度件各種微型圖案3涂鍍加工（電刷鍍加工）涂鍍又稱刷鍍或無槽電鍍，是在金屬工件表面局部快速電化學(xué)沉積金屬的新技術(shù)。鍍層厚度可以達(dá)到0.001mm-0.5mm,下圖為其原理圖。1-工件2-鍍液3-電源4-鍍筆5-棉套6-容器1)工作原理：轉(zhuǎn)動的工件1接直流電源3的負(fù)極；正極與鍍筆4相接；鍍筆端部的不溶性石墨電極用外包尼龍布的脫脂棉套5包?。诲円?飽蘸在脫脂棉中或另再澆注，多余的鍍液流回容器6。2)涂鍍的基本設(shè)備涂鍍設(shè)備主要包括電源、鍍筆、鍍液及泵、回轉(zhuǎn)臺等。電源：與電解類似。要自動記錄所耗電荷量，它與鍍層厚度成正比，可以控制厚度直流電源能方便改變極性，可在涂鍍前對工件表面電解處理電源中有短路快速切斷保護(hù)和過載保護(hù)，避免鍍筆和工件偶然接觸短路b.鍍筆：手柄和陽極組成。陽極用石墨，外包脫脂棉和耐磨棉布c.鍍液d.回轉(zhuǎn)臺：用于涂鍍回轉(zhuǎn)體工件表面3)涂鍍加工的特點：a)不需要鍍槽，可以對局部表面涂鍍，設(shè)備、操作簡單，機(jī)動靈活性強(qiáng)，可在現(xiàn)場就地施工，不易受工件大小、形狀的限制；甚至不必拆下零件即可對其局部刷鍍。b)涂鍍液種類、可涂鍍的金屬比槽鍍多，選用更改方便，易于實現(xiàn)復(fù)合鍍層，一套設(shè)備可鍍積金、銀、銅、鐵、錫、鎳、鎢銦等多種金屬。c)鍍層與基體金屬的結(jié)合力比槽鍍的牢固，涂鍍速度比槽鍍快(鍍液中離子濃度高)，鍍層厚薄可控性強(qiáng)。d)因工件與鍍筆之間有相對運(yùn)動，故一般都需人工操作，很難實現(xiàn)高效率的大批量、自動化生產(chǎn)。4)涂鍍技術(shù)主要的應(yīng)用范圍為：a)修復(fù)零件磨損表面，恢復(fù)尺寸和幾何形狀，實施超差品補(bǔ)救。例如各種軸、軸瓦、套類零件磨損后，以及加工中尺寸超差報廢時，可用表面涂鍍以恢復(fù)尺寸。b)填補(bǔ)零件表面上的劃傷、凹坑、斑蝕、孔洞等缺陷，例如機(jī)床導(dǎo)軌、活塞液壓缸、印制電路板的修補(bǔ)。c)大型、復(fù)雜、單個小批工件的表面局部鍍鎳、銅、鋅、鎘、鎢、金、銀等防腐層、耐蝕層等，故善表面性能。例如各類塑料模具表面涂鍍鎳層后，很易拋光至Ra0.1μm甚至更佳的表面粗糙度。激光的產(chǎn)生

激光最初被譯作“萊塞”，即英語“Laser”，是“Lightamplificationbystimulatedemissionofradiation”(意為“輻射的受激發(fā)射光放大”)的縮寫。后來在20世紀(jì)60年代初期，由錢學(xué)森建議，把光受激發(fā)射器改稱為“激光”或“激光器”。世界上第一臺紅寶石激光器由美國科學(xué)家梅曼于1960年發(fā)明成功，隨后各種激光器不斷涌現(xiàn)，我國科學(xué)家王之江也于1961年在長春光機(jī)所研究成功我國第一臺激光器。激光器作為20世紀(jì)四大發(fā)明之一(原子能、半導(dǎo)體、計算機(jī)、激光器

)，它為人們科學(xué)研究、生產(chǎn)提供一個新的方法，也給人類的生活提供了很大方便，特別在是進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，激光加工技術(shù)在工業(yè)上獲得廣泛的應(yīng)用，成為工業(yè)上不可缺少的一種方法。6.3.3激光加工

激光具有與普通光源很不相同的特性，一般稱為激光的四性：方向性好、單色性好、相干性好以及高亮度。

激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行切割、焊接、外表處理、打孔及微加工等的一門加工技術(shù)。激光加工技術(shù)是涉及到光、機(jī)、電、材料及檢測等多門學(xué)科的一門綜合技術(shù)，它的研究領(lǐng)域一般可分為:激光加工體系包括激光器、導(dǎo)光體系、加工機(jī)床、控制體系及檢測體系。激光加工工藝包括切割、焊接、外表處理、打孔、打標(biāo)、劃線、微調(diào)等各種加工工藝。1、激光加工的原理

激光是一種強(qiáng)度高、方向性好、單色性好的相干光。由于激光的發(fā)散角小和單色性好，理論上可以聚焦到尺寸與光的波長相近的(微米甚至亞微米)小斑點上，加上它本身強(qiáng)度高，故可以使其焦點處的功率密度達(dá)到107～1011W/cm2，溫度可達(dá)10000℃以上。在這樣的高溫下，任何材料都將瞬