特种加工技术题目及答案

1.从特种加工的发生和进展来举例分析科学技术中有哪些事例是“物极必

反“？有哪些事例是“坏事有时变为好事”?

答：这种事例还是许多的。以“物极必反”来说，人们创造了螺旋桨式飞机，并不断

加大螺旋桨的转速和功率以提高飞机的飞行速度和飞行高度。但后来人们发觉证明螺旋桨原

理本身限制了飞机很难达到音速和超音速，随着飞行高度愈高，空气愈淡薄，螺旋桨的效率

愈来愈低，更不行能在宇宙空间中飞行。于是人们采纳爆竹升空的简洁原理研制出喷气式发

动机取代了螺旋桨式飞行器，实现了洲际和太空飞行。由轮船进展成气垫船，也有类似规律。

以“坏事变好事”来说，火花放电会把接触器、继电器等电器开关的触点烧毛、损蚀，

而采用脉冲电源瞬时、局部的火花放电高温可用作难加工材料的尺寸加工。同样，铝饭盒盛

放咸菜日久会腐蚀穿孔，钢铁器皿、小刀等在潮湿的环境下会腐蚀。钢铁在风吹雨淋时患病

锈蚀，海洋船舰的钢铁船体为了防止海水的腐蚀，得消耗巨资进行防锈、防蚀。人们讨论清

晰钢铁电化学锈蚀的原理后，制造了选择性阳极溶解的电解加工方法。这些都是“坏事变好

事”的实例。

2.试列举几种采纳特种加工工艺之后，对材料的可加工性和结构工艺性

产生重大影响的实例。

答:这类实例是许多的，例如：

(1)硬质合金历来被认为是可加工性较差的材料，由于一般刀具和砂轮无法对它进行切

削磨削加工，只有碳化硅和金刚石砂轮才能对硬质合金进行磨削。可是用电火花成形加工或

电火花线切割加工却可轻而易举地加工出各式内外圆、平面、小孔、深孔、窄槽等简单表面,

其生产效率往往高于一般磨削加工的生产率。更有甚者，金刚石和聚晶金刚石是世界上最硬

的材料，过去把它作为刀具和拉丝模具等材料只有靠用金刚石砂轮或磨料“自己磨自己”，

磨削时金刚石工具损耗很大，正是硬碰硬两败俱伤，的确是可加工性极差。但特种加工中电

火花可成形加工聚晶金刚石刀具、工具，而激光加工则不但“削铁如泥”而且可“削金刚石

如泥工在激光加工面前，金刚石的可加工性和钢铁差不多了。对过去传统概念上的可加工

性,的确需要重新评价。

(2)对结构工艺性，过去认为方孔、小孔、小深孔、深槽、窄缝以及瘦长杆、薄壁等低

刚度零件的结构工艺性很差，在结构设计时应尽量避开，对E字形的硅钢片硬质合金冲模,

由「90°内角很难磨削，因此常采纳多块硬质合金拼镶结构的冲模。但采纳电火花成形加

工或线切割数控加工，则很简洁加工成整体硬质合金的E形硅钢片冲模，特种加工可使某

些结构工艺性由“差”变"好二

3.工艺和特种加工工艺之间有何关系(应当说如何正确处理常规工艺和特

种加工之间的差别)？

答：一般而言，常规工艺是在切削、磨削、研磨等技术进步中形成和进展起来的行之

有效的有用工艺，而且今后也始终是主流工艺。但是随着•难加工的新材料、简单表面和有特

别要求的零件愈来愈多，常规、传统工艺必定会有所不适应。所以可以认为特种加工工艺是

常规加工工艺的补充和进展。特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分常规加工工艺，

但不行能取代和排斥主流的常规加工工艺。

二、课外习题及答案

（-）是非题（“表示正确，“X”表示错误）

1.加工是指采用电能、电化学能、化学能、光能、声能、热能为主，不用机械能或以

机械能为辅的去除材料的新奇加工方法。（J）

（二）填空题

1.电火花加工，粗加工时工件常接（负）极，精加工时工件常接（正）极；线切割加

工时，工件接（正）极；电解加工时，工件接（正）极；电解磨削时，工件接（正）极；电

铸加工时，工件接（负极）；电子束加工时，工件接（正极）；离子束加工时，工件接（负极）。

（三）名词解释

1.特种加工

答：是指采用电能、电化学能、化学能、光能、声能、热能为主，不用机械能或以机

械能为辅的去除材料的新奇加工方法。

（四）问答题

1.试述在去除材料的工艺范畴中特种加工工艺形式所能解决的主要问题，

特种加工在生产中常用的工艺形式和适用范围。

答：可以解决

①高硬度、高韧性、高强度、高脆性等难加工材料的加工问题。

②解决精密，微细、外形简单零件的加工问题。

③薄壁、弹性等易变形零件的加工问题。

常用的工艺形式有：

①电火花加工。适用于加工任何导电材料及半导体材料，常用于各种模具、异形孔、

盲孔、窄缝的加工。

②电解加工.适用于任何导电材料的加工，可用来加工各种深孔、花键孔、叶片、异

形零件及模具等，生产率较高，加工表面粗糙度几=O.g~OZim。

③化学加工。适用于对难加工的具有化学活泼性的材料进行表面蚀刻，可用来制造印

制电路板、薄板零件，蚀刻图案、花纹等。

④激光加工。可加工任何材料，主要用于加工各种金属、非金属材料上的微细孔、对布

匹、纸张、木材等进行切割及热处理。

⑤超声加工。主要适用于各种不导电硬脆材料的加工，如玻璃、石英、陶瓷、宝石、金

刚石及各种半导体材料，也可加工硬脆的金属材料。

⑥电铸、涂镀加工。快速拷贝到制造模具、修好表面磨损的零部件。

⑦此外还有电子束加工和离子束加工等。

其次章电火花加工

一、课内习题及答案

1.两金属在（1）在真空中火花放电；（2）在空气中；（3）在纯水（蒸憎水

或去离子水）中；（4）在线切割乳化液中；（5）在煤油中火花放电时，在宏观和

微观过程以及电蚀产物方面有何相同和相异之处？

答：（1）两金属在真空中火花放电时，当电压（电位差）超过肯定时即产生“击穿”，

电子由“一”极逸出飞向“+”极，由于真空中没有物质阻挡电子的运动，所以没有正离子

形成，没有发热的放电“通道”的概念，示波器、显像管中电子流的运动与此类似。基本上

没有“电蚀产物”成生。

（2）两金属在空气中放电的例子是电火花表面强化、涂覆。电焊、等离子切割、等离

子焊等，也是在空气中放电，采用电子流在空气中撞击气体原子形成放电通道，在通道中和

工件表面产生大量的热能用于强化、涂覆、切割和焊接.

（3）在纯水、蒸储水或去离子水中，两金属间电火花放电与在煤油中类似，只是水分

子、原子受电子、正离子撞击发热气化，最终分解为氧原子和氢原子（分子），而不像煤油

中会分解出碳原子（碳黑微粒）和氢气等。

（4）、（5）在乳化液中和煤油中放电过程，详见教材中有关章节，不再另行论述。

2.有没有可能或在什么状况下可以用工频沟通电源作为电火花加工的脉冲

直流电源？在什么状况下可用直流电源作为电火花加工用的脉冲直流电源？（提

示：轧辐电火花对磨、齿轮电火花跑合时，不考虑电极相对磨损的状况下，可用

工频沟通电源；在电火花磨削、切割下料等工具、工件间有高速相对运动时，可

用直流电源代替脉冲电源，但为什么？）

答：如提示所述，在不需要“极性效应”、不需考虑电极损耗率等的状况下，可以直接

用220V的50Hz沟通电作为脉冲电源进行轧辐电火花市磨和齿轮电火花跑合等。不过I可路

中应用接限流电阻，限制放电电流不要过大。如需精规准对磨或跑合，则可在沟通工频电源

上并联RC电路（/?々500~10（）0。,O0.l~0.0WF）,再接到两个工件上。

在用高速转动的金属轮或圆片作电火花磨削、电火花切断、下料时，假如可以不计电极

损耗率，则就可以用全波整流或整流后并联电解电容滤波的直流电源进行电火花磨削。由于

工具电极高速转动，所以一般不会产生稳定电弧烧伤工件。最好是经调压变压器降压到

5〜100V再整流供磨削之用，一则可以调整电压或电流，二则和220V沟通电源隔离，以保

障人身避开触电的危急。

3.电火花加工时的自动进给系统和车、钻、磨削时的自动进给系统，在原

理上、本质上有何不同？为什么会引起这种不同？

答：电火花加工时工具电极和工件间并不接触，火花放电时需通过自动调整系统保持

肯定的放电间隙，而车、钻、磨削时是接触加工，靠切削力把多余的金属除去，因此进给系

统是刚性的、等速的，一般不需要自动调整。

4.电火花共聊同步回转加工和电火花磨削在原理上有何不同？工具电极和

工件上的瞬间放电点之间有无相对移动？加工内螺纹时为什么不会“乱扣”？用

6.在电火花加工机床上用010mm的纯铜杆加工。10mm的铁杆，加工时两

杆的中心线偏距5mm,选用/i=200|is,/=5.4A,各用正极性和负极性加工lOmin,

试画出加工后两杆的外形、尺寸，电极侧面间隙大小和表面粗糙度值(提示：采

用电火花加工工艺参数曲线图表来测算)。

答：加工示意图见图2Ta。设先用正极性加工，加工后的图形见图b,负极损耗较大;

负极性加工后的图形见图c,正极工具损耗较小。详细数据请自行在图中标明，并与书中工

艺曲线图表进行对比比较，

a)b)c)

图27

7.电火花加工一个纪念章浅型腔花纹模具，设花纹模电极的面积为

10mmX20mm=200mm2,花纹的深度为0.8mm,要求加工出模具的深度为1mm,

表面粗糙度为凡二().63卬小分粗、中、精三次加工，试选择每次的加工极性、电

规准脉宽心峰值电流3加工余量及加工时间，并列成一表(提示：用电火花

加工工艺参数曲线图表来计算)。

答：可按书中电火花加工工艺曲线图表选择粗、中、精加工的规准。例如

加工后

极

脉宽脉间峰值电流加工余量表面粗时间

性

糙度

粗加工(可负600及lOOps10A0.9mmRa约30min

不加抬刀）3pm

中加工（加氏

负lOOps50ps4A0.08mm30min

抬刀）1.25pm

精加工（加Ra

正20ps5Ogs2A0.02mm30min

抬刀）0.63gm

二、课外习题及答案

（-）是非题（“表示正确，“X”表示错误）

1.电火花加工是非接触加工（指工具和工件不接触），所以加工后的工件表面无残余应

力。（x）

（二）填充题

1.电火花加工按工件和工具电极相对运动的关系可分为：电火花（穿孔和成形加工）,

（电火花线切割），（电火花磨削），（电火花同步回转共朝加工），（电火花刻字、强化）等类

型。

2.电火花加工时靠火花放电产生（局部、瞬时的高温）将金属蚀除下来的。

3.电火花加工蚀除金属材料的微观物理过程可分为：（介质电离击穿）、（火花放电能最

转换）、（蚀除物抛出）和（间隙介质消电窝恢复绝缘）四个阶段。

4.电火花加工中把（由于正负极接法不同而蚀除量不同）的现象叫极性效应。电火花

型腔加工的工艺方法有：〔单电极加平动法）、（多次更换电极法）、（分解电极法）、（简洁电

极数控创成法）等。

（三）选择题

1.一般来说，精密电火花加工时电极是：a、高损耗：b、低损耗；c、零损耗：d、负

损耗。（a）

2.用电火花加工冲模时，若加工间隙与协作间隙相同，可选用哪种工艺方法？a、直接

协作法；b、修配冲头法；c、修配电极法。（a）

（四）名词解释

1.极性效应（电火花加工中）

答：电火花加工中，把由于正负极接法不同而蚀除量不同的现象叫极性效应。

2.电极相对损耗0（电火花加工中）

答：指工具电极损耗速度与工件损耗速度加之百分比。即"=M〃wX100%

（五）计算题

1.用黄铜和石墨西种电极加工钢，已知

电极对生产率电极肯定损耗率

黄铜加工钢0.936g/min0.225g/min

石墨加工钢________________22（）mm3/min_________________L47mm3/min

（钢的密度7.8g/cm3；铜8.4g/cm3；石墨2.0g/cm3）

试问哪个生产率高？哪个电极肯定损耗小？哪个相对损耗比0小？

解：相对损耗比^=ye/nwX100%

De----电极损耗速度（mm3/min）；

“w---工件加工速度（mm3/min）o

3

a、黄铜加工钢时的生产率：ywi=0.936g/min=0.936/7.8cm/min

=0.12cm3/min=120mm3/min；

石墨加工钢时的生产率：Pw2-220mm3/mino

所以石墨加工钢时的生产率小2大于黄铜加工钢时的生产率Dwlo

b、黄铜加工钢时的电极肯定损耗：（＞ei=0.225g/min=0.225/8.4cm3/min=26.8mm3/min；

石墨加工钢时的电极肯定损耗：yc2=1.47mm3/min＜如。

所以石墨加工钢时的电极肯定损耗小。

c、黄铜加工钢时的电极相对损耗：/wwiX100%=26.3/120X100%=22.3%；

石墨加工钢时的电极相对损耗：〃2=%2/%zX100睨1.47/120X100%-0.67机

所以石墨加工钢时的电极相对损耗小。

（六）问答题

1.试述电火花加工中蚀除工件材料（电腐蚀）的微观物理过程。

答：由以下四个阶段组成

①介质击穿工具电极和工件凸点处电场强度最大,此处工作液绝缘性最低而最先被击

穿，形成等离子放电通道。

②能量转换电流通过放电通道时释放能量形成火花放电，把电能转化为热能、磁能、

声能、光能等，其中大部分转化成热能，由于通道截面很小，电流密度很大（10~10%/加2）,

通道中心温度高达10000C以上，瞬时压力达几十兆帕，高温使两极放电点局部熔化或气化V

③蚀除产物的抛出材料气化时产生很大的热爆炸力，把熔化状态的材料抛出，抛离的

金属大部分在工作液中收缩成球状小颗粒。一小部分飞溅，镀覆在对面电极上。

④消电离一次脉冲放电结束后，工件留下带凸边的小凹穴、电场消逝，通道中带电粒

子复合，恢复介质的绝缘强度，为其次个脉冲火花放电预备条件。假如介质来不及消电离，

易使脉冲放电转为电弧放电，加工就无法进行。

许多次脉冲放电蚀除金属，使工件达到加工要求。

2.电火花加工和机械加工相比有哪些优点和缺点。

答：优点：

①电火花加工是“以柔克刚”，用较软的电极材料（如纯铜、石墨）加工任何高硬度的

导电材料。而机械加工是“以硬克软”，用高硬度、高强度的材料（如高速钢、硬质合金）

作刀具加工相对较软的材料。因此许多难加工材料可用电火花加工方法加工。

②电火花加工过程中工具和工件是不接触的，不是靠机械作用力，而是靠电火花局部瞬

时产生的高温蚀除金属的，因此不会引起工件变形,可以加工易变形的薄壁零件及弹性零件,

可以加工微小孔及窄缝。

③加工能量易于掌握和转换，易于实现自动化。

缺点：加工设施成本高、生产率低、工具损耗大。

3.电火花加工按工件和工具相对运动的关系可分为哪些类型？及各有何特

八占、、？•

答：①电火花穿孔和型腔加工

运动：工具电极和工件间只有一个垂直伺服进给基本运动。

工具电极和工件有凹凸相反而外形相同的截面。

用途：加工各类模具，如冷冲、冷拔、锻压、铸造、塑料型腔模、粉末冶金模；加工曲

面零件、异型孔、盲孔、窄缝及取出断丝锥等。

②电火花线切割

运动：工具为轴向移动的线状电极，称电极丝。

电极丝相对工件在水平面内有伺服进给运动。

用途：切割冲模，切割空间直纹曲面的各种零件，如凸轮，样板等。

③电火花镇、磨，电火花共挽回转加工，齿轮电火花跑合。

运动：工具电极和工件有相对的旋转运动、径向进给运动及轴向补偿运动。

用途：加工在尺寸精度、圆度、表面粗糙度方面要求较高的孔、外圆、内外螺纹、齿轮、

静压轴承内腔等。

④电火花刻字

运动：工具电极在工件表面上一边振动，一边相对移动。

用途：在金属上刻字、打印记。

4.什么叫电火花加工中的极性效应？如何在生产中采用极性效应？

答：在电火花加工中，即使电极材料相同，但正、负电极上的蚀除速度仍是不同的，

这种把由于正、负极性接法不同而蚀除速度不同的现象叫极性效应。

在短脉宽的脉冲加工时，电子轰击是主要的，正极蚀除量大于负极；在长脉宽的脉冲加

工时离子轰击是主要的，兔极蚀除量大。从提高生产率和削减工具损耗角度来看；极性效应

愈显著愈好。

一•般在用短脉宽做精加工时，应将工件接正极，称正极性加工；在用长脉宽作粗加工时,

应将工件接负极，称负极性加工。

5.电火花加工中，工具电极相对损耗的含义是什么？如何降低工具电极相

对损耗？

答：工具电极体枳相对损耗用电极损耗速度分与工件损耗速度〃”之比的百分数来表示。

即：0=2x100%

也可用长度相对损耗比来表示，

01=-----L—X100%

LF-ALE

式中ALE——电极损耗长度；

(LE-△AE)——电极穿入深度。

降低工具电极相对损耗的途径如下：

①正确选择电极的极性

短脉宽Qi<3()M)精加工时，电极选正极性，工件接正极。

长脉宽缶>302)精加工时，电极选负极性，工件接负极。

在用短脉宽做精加工时，虽然相对损耗大（20%~40%）但肯定损耗不大，在用长脉宽

做粗加工时相对损耗较小，通常可达1%以下。

②正确选择电极的材料

选用熔点高、沸点高而耐蚀的材料，如石墨、鸨、铝等。

选用导热性好而耐蚀的材料，如纯铜、银等。

常用石墨和纯铜做电极材料。

③采用加工过程中电极表面形成的碳镀覆层来补偿和爱护电极和削减电极损耗，电极表

面如能形成0.01mm厚的黑膜，则电极损耗可降低到1%以下。不过黑膜通常只能在阳极上

（正电位时）形成。

6.工件经过电火花加工后表面物理力学性能有何变化？影响加工表面质量

的主要因素有哪些？

答：电火花加工后的工件表面将产生包含熔化层和热影响层两部分在内的表面变质层。

熔化层经过快速冷却后，层中的金属晶粒特别细小，有很强的抗化学腐蚀力量，有较高的硬

度，耐磨性比机械加工的好，在金相试片上虽经酸腐蚀，但显微镜下观看时仍呈白亮色，故

又称之为白层。热影响层位于溶化层和工件基体之间，对未淬火钢，热影响层就是淬火层；

对淬火钢，热影响层是重新淬火层、高温回火层和低温回火层。

由于电火花加工后工件表面经受了从高温熔化到急剧冷却的过程，所以会形成残余拉应

力并常常有微细裂纹产生，因而疲惫强度有所下降。

当脉冲能量增加，熔化层和热影响层的厚度也增加，而表面粗糙度将变差。

7.影响电火花加工精度的因素有哪些？

答：除了工件的安装、定位误差和机床的运动误差会影响加工精度外，影响电火花加

工精度的因素还有：

①工具电极的外形和尺寸误差直接影响工件的加工精度。

②放电间隙的影响。放电间隙的大小和加工时所选的电规准（电压、峰值电流、脉冲宽

度、工作液的绝缘强度等）有关系，同时由于蚀除产物引起的一次放电现象也使入口间隙大

于出口间隙。

③加工过程中电极损耗会直接影响到加工精度。

8.试述电火花加工用脉冲电源的主要类型及优缺点

答：①驰张式脉冲电源包括RC、RLC、RLCL等脉冲电源，结构简洁，使用和修理

便利，用于小功率，精加工时。加工表面粗糙度值较小。

但脉冲参数受间隙物理状态影响不稳定（乂称非独立式脉冲电源）电能采用率低，电极

损耗大，加工速度低，目前只用于小功率精微光整加工中。

②电子管及闸流管式冰冲电源（为独立式脉冲电源）能满意中、精加工的要求，但

灯丝需预热、线路中有数千伏高压，不利于操作平安，现在很少应用。

③晶体管式脉冲电源（为独立式脉冲电源）脉冲参数调整范围宽，脉冲波形较好，

工具电极损耗较小，简洁实现自动化要求。但线路比较简单，一般用于型腔及穿孔加工，元

件寿命长，操作平安，简便。

④可控硅晶闸管式脉冲电源（为独立式脉冲电源）线路较简洁。工具电极损耗小，

生产率较高，但频率不能做得很高，适用于大、中型模具，工件穿孔和成形。元件寿命长，

操作平安简便。

9.试述电火花加工时液体介质的作用以及常用的工作液种类

答：工作液的主要作用是：

①压缩放电通道，限制其集中，使放电能亮高度集中在微小的区域内，以提高放电的能

量密度，提高蚀除效果。

②加速极间介质的冷却和消电离过程，防止电弧放电。

③工作液在电火花放电时的高温下分解出碳黑，对E电极表面产生掩盖效应，使电极损

耗削减并得到补偿和爱护，但这种状况只能在负极性粗加工时消失。

④加剧放电时流体动力过程，以利金属的抛出。

⑤流淌的工作液加速砂除物的排解，以保持加工过程的稳定。

常用的工作液有：

①煤油粘度低、排屑简洁，有足够的绝缘强度，广泛使用。

②机油、变压器油、锭子油粘度大，有利于压缩放电通道，提高蚀除效果，但排屑困

难，适用于大功率粗加工中。

③蒸储水、去离子水或乙醇水溶液排屑简洁，常用于精密、小间隙加工中。

10.电火花加工必需采纳自动调整伺服进给装置的缘由何在？

答：用以跟踪、补偿工件上的蚀除量和工具电极的损耗量，保持工具电极和工件间恰

当的放电间隙。由于工件的蚀除速度和电极的损耗速度是随机的，不是常值。因此，电火花

加工中不能用等速的进给装置而必需采纳调整伺服进给装置。

第三章电火花线切割加工

二、课内习题及答案

1.电火花线切割时，粗、中、精加工时的生产率的大小和脉冲电源的功率、

输出电流的大小有关。用什么方法来衡量、推断脉冲电源加工性能的好坏（肯定

性能和相对性能）？

答：可用单位电流（每安培电流）的生产率来衡量，即可客观地推断脉冲电源加工性

能的好坏。例如某脉冲电源峰值电流25A时的切割速度为IOOmm2/min,另一电源峰值电流

27A时切割速度为106:nm2/min,则前者的相对生产率为100/25=4mn]2/min,优于后者

IO6/27=3.9mm2/min。乂如某线切割脉冲电源3A时切割速度为100mm2/min,另一电源3.5A

时为124mm2/min,则前者相对切割速度为33.3mm2/A,min,低于后者35.5mm2/A•min。

2.电火花加工和线切割加工时，如何计算脉冲电源的电能的采用率？试估

量一般线切割方波脉冲电源的电能采用率？

答：设脉冲电源的空载电压为I00V,加工时火花放电间隙的维持电压为25V,则消耗

在晶体管限流电阻上的电压为100-25=75V,由此可以算出电能采用率为：

有用能量:输入能量=25:100=1:4=25%

能量的消耗率为：

损耗能量:输入能量=75:100=3:4=75%

可见75%的能量损耗在限流电阻的发热上。

3.设计一个测量、绘制数控线切割加工的间隙蚀除特性曲线的方法（提示:

使线切割等速进给，由欠跟踪到过跟踪）。

答：这一习题有肯定的难度，需对间隙蚀除特性曲线和线切割加工伺服进给系统有肯

定深度的理解才行。间隙蚀除特性曲线是蚀除速度和放电间隙（间隙平均电压）的关系曲线

（参见其次章电火花加工的伺服进给）。线切割加工时，调整伺服进给量的大小，可以在肯

定程度上转变平均放电间隙。例如把进给速度人为调慢，处于“欠进给”状态，则平均放电

间隙偏大，反之，进给速度过高，“过进给”时，则放电间隙偏小。测绘间隙蚀除特性曲线

时，采用“转变预置进给速度”来转变放电间隙的大小。实际上放电间隙的大小（肯定值）

很难测量，但可以用加工时的平均间隙电压大小来相对测量间隙值的大小。为此，要在工件

和钳丝（导电块）或直接在电源输出端并一个满刻度100V（用于测空载、偏空载时的开路

间隙电压）、20V（用于测偏短路时的间隙电压）的直流电压表。实际测绘时，先不用线切

割机床的“自动档”（伺服）进给，而采纳“人工档”（等速进给）进给功能。

最初用较慢的等速进给速度进行切割，此时处于“欠跟踪”的进给状态，待切割稳定后

就登记进给速度和此时的诃隙平均电压，在坐标上作出曲线上的某一点。以后略微调快进给

速度（仍为等速进给），同样测得其次、三…点的数据。当调整到进给速度约等于蚀除速度

时，此时即为最佳状态4点，放电间隙为最佳放电间隙SB，此时的切割速度为最大。当以

更大的进给速度（等速）切割时，由于没有伺服功能，进给速度大于可能的蚀除速度，放电

间隙逐步减小，最终即将形成短路，放电间隙为零。此时应尽快停止进给，并事先做好纪录。

在曲线最高点B之右，用上述方法比较简洁做出间隙蚀除特性曲线的右半部分。但B

点左边的曲线，因放电间隙逐步减小并趋于短路，易把粗丝顶弯，因此应多加当心。

4.一般线切割加工机床的进给调解特性曲线和电火花加工机床的进给特性

曲线有何不同？与有短路回退功能的线切割加工机床的进给调解特性曲线又有

什么不同？

答：一般线切割机床的进给系统，往往没有短路回退功能，或短路后经肯定时间例如

30s后仍不能自动消退短路状态，则回退256步（相当于0.256mm）,如仍不能消退短路，则

自动停止进给或同时报警，这与电火花成形加工机床遇短路即退回不一样。上述无短路回退

功能的线切割机床的进给调解特性曲线就不会有横坐标左下部分的曲线，亦即工具电极（钥

丝）的进给速度。d没有负值。

即使有短路回退功能的线切割机床，短路后的回退速度是固定的（不像电火花成形加工

机床那样短路后将以较高的速度加0同退），所以进给调整曲线特征曲线的左下部为窄小矩

形，即放电间隙较小时，进给速度〃户0,一旦完全短路后，铝丝才低速（恒速）回退。

5.设计一个测量、绘制数控线切割加工机床的进给调解特性曲线的方法（提

示：在线切割机床上作空载模拟试验。用可调的直流电源模拟火花间隙的平均电

压）。

答：这一习题也有肯定难度，需对线切割机床的变频进给系统有肯定的了解。线切割

机床的进给速度力是由火花放电间隙的平均电压4来打算的。必越大，，d亦大，“小，d也

小，”=0,"d=0或等速回退。为此可以用“模拟法”来测绘线切割加工机床的进给调解特

性曲线。

详细的方法是：使线切割机床处于加工状态，可不开丝筒、不开高频电源，但应使工作

台处于“人工”等速进给状态。此时工作台进给的“取样电压”，并不是来自火花放电间隙

的平均电压以气再经电阻分压成10〜12V的电压，经“变频调整”电位器送至“压一频”（u

⑴转换器，将此低电压u转换成进给脉冲，频率为/,令工作台进给），而是由+I2V的外加

电压，经“变频调整”电位器调压输入至“压一频”（u-f）转换器。低电压0V相当于间隙短

路，最高10〜12V相当于间隙开路状态。可以将此电压由低向高调整，例如（）V、2V、4V、

6V、8V、10V…直至12V,模拟不同的纪录下每种不同电压时的工作台进给速度（可

以从掌握器面板数显表上测得），然后即可绘制出进给调整特性曲线。

6.今拟用数控线切割加工有8个齿的爪牙离合器，试画出其工艺示意图并

编制出相应的线切割3B程序。

答：由于爪牙离合器工件是圆筒形的，端面上需切割出8个爪牙方齿，故切割时必需

数控回转台

有一个数控回转工作台附件。方法为先在圆套筒上钻一个0l~2mm的穿丝孔，装夹好工件

后，调整到穿丝孔为最高点时穿丝，回转台转动切除爪牙的端面，见示意图。

（俯视图）

切割的程序（一次切出凸、凹两个爪牙离合器）为:

）穿丝孔距离（向杨

IBRBJ=GXL3x

2）BBBJ=l/2齿宽（y向转动）

爪牙前砰BBJ=^^GL（x向移动）

4）BBBJ二齿宽（y向转动）

5）BBBJ=齿深GxL（x向移动）

6）BBBJ二齿宽（y向转动）

7）

二、课外习题及答案

（一）计算题9

1.试确定加工如下图所示工件的工艺

过程，以及各工序所用的大致工艺规准。

设材料为40Cr,硬度55HRC。

技术要求：

1）顶底面的平行度0.01mm；

2）内外柱面同轴度0.02mm；

3）内外柱面对底面的垂直度

0.02mm。

解：工艺过程

1）在工件中心钳工钻穿丝孔05~6mm；

2）淬火、回火；

3）磨上卜两平面到尺寸（19±0.02）mm；

4）研磨穿丝孔，便于找正中心；

5）装夹，找中心，线切割

0（IO±O.O2）mm,凡0.即m孔，电压

7OV,脉宽了52；

6）线切割外形，保记。（30±0.02）mm、40土QQ2

R（5、40±0.02）mm及凡1.6am和同心度0.02mm、

垂直度0.02mm要求，电压8OV,脉宽行202

2.试按我们国家数控机床3B格式编出中心轨迹为下示图形的程序。

⑥

解：设自力点切入，按4B、切割，按勾股弦定理，力点坐标的肯定值

为:x=0.5mm=5000Nm,y=V52-O.525554.975mm=4975|.un,由此编程得3B程序为:

①BBB4975GyL2：（2）BBB4975GyL3：

（3）B4975B500B1000GySR3；④BBB4975GXL2；

⑤BBB4975GyL2；（6）B500B4975B1000GXSR2；

⑦BBB4975GyL4：@BBB4975GyLi：

@B4975B500B1000GySRl；0BBB4975GyL3；

（Q）BBB4975GyL4；

第四章电化学加工

三、课内习题及答案

1.从原理和机理上来分析，电化学加工有无可能进展成为“纳米级加工”

或“原子级加工”技术？原则上要采纳哪些措施才能实现？

答：由于电化学加工从机理上看，是通过电极表面逐层地原子或分子的电子交换，使

之在电解液中“阳极溶解”而被去除来实现加工的，可以掌握微量、极薄层“切削”去除。

因此，电化学加工有可能进展成为纳米级加工或原子级的精密、微细加工。但是真的要实现

它，从技术上讲还有相当难度。主要是由于电化学加工的实质是实现选择性阳极溶解或选择

性阴极沉积，只要能把这种溶解或沉积的大小、方向掌握到原子级上就可以了。但是由于它

们的影响因素太多，如温度、成分、浓度、材料性能、电流、电压等，故综合掌握起来还很

不简洁。

2.为什么说电化学加工过程中的阳极溶解是氧化过程，而阴极沉积是还原

过程？

答：从电化学过程来说，凡是反应过程中原子失去电子成为正离子（溶入溶液）的，

称为氧化，反之，溶液中的正离子得到电子成为中性原子（沉积在阴极上）的称为还原，即

由正离子状态还原成为原来的中性原子状态。例如在精炼电解铜的时候，在电源正极上纯度

不高的铜板上的铜原子在电场的作用下，失去两个电子成为C/+正离子氧化而溶解入CuCh

溶液，而溶液中的Cu2+正离子在阴极上，得到两个电子还原成为原子而沉积在阴极上,

3.原电池、微电池、干电池、蓄电池中的正极和负极，与电解加工中的阳

极和阴极有何区分？两者的电流（或电子流）方向有何区分？

答：原电池、微电池、干电池和蓄电池中的正极，一般都是较不活泼的金属或导电体,

而其负极，则为较活泼的金属。例如干电池，正极为不活泼的石墨（碳）棒，负极为活泼金

属锌，蓄电池的正极是不活泼的铅。金属与导电液体形成的微电池中的正极往往是不活泼的

碳原子或杂质。两种活泼程度不同的金属（导电体）在导电溶液中发生电化学反应能产生电

位差，电位较正的称为“正极”，流出电流（流入电子流），电位较低的流入电流（流出电子

流）。电解加工时人为地外部加以电源，接电源正极称阳极，接电源负极的称阴极，阳极表

面流出电流（流入电子流），阴极表面流入电流（流出电子流），两者的方向仍全都，见图

4-1o

图4-1

4.举例说明电极电位理论在电解加工中有什么详细应用？

答：电极电位理论在讨论、分析电解加工中有很重要的作用，详细应用在：

1）分析电极上电化学反应的产物在电解加工时，在阴阳两极都有电化学反应，可能

参加反应的有电极金属材料、电解液中的有效成分以及水的电离产物FT、OH-o但真正能

在电极上完成电化学反应的是什么？则需要应用电极电位理论加以分析推断。即：在阳极上,

只有电极电位最“一”的离子才能参加反应。

2）估量某种金属材料电解加工的质量和可加工性每一种金属材料都是由不同元素所

组成（真正由单一元素组成的材料极少），而在电解加工时，人们盼望阳极金属的电解过程

是匀称的。只有这样，加工表面的粗糙度值才会比较好，加工过程才能平稳。假如阳极金属

材料的组成元素其电极电位相差很大，则在电解加工中会由于一些元素的电极电位较“十”,

而不能准时溶解，使加工表面形成一些凸出点，造成加工表面粗糙度值增大。更为严峻的是

这种凸出的质点会造成加工过程的短路、烧损电极，甚至使加工无法进行。例如铸铁和高碳

钢中有C及Fe3c存在，它们的电极电位高达+0.37V,而Fe/Fe?+的电极电位仅为-0.59V,

因此C及Fe3c在电解加工中几乎无法被阳极溶解而最终形成凸出质点，从而造成铸铁、高

碳钢甚至渗碳钢的电解加工可加工性很差。

5.阳极钝化现象在电解加工中是优点还是缺点？举例说明。

答：电极钝化现象的存在，使电解加工中阳极溶解速度下降甚至停顿。从生产率的角

度动身人们不盼望选用能产生钝化现象的钝化型电解液.

但是，当采纳Na。等非钝化型电解液工作时，虽然生产率很高，但由于杂散腐蚀严峻,

成形精度较差，严峻影响了电解加工的应用。而当采纳钝化型电解液加工时，尽管电极工具

的非工作面没有绝缘，但当加工间隙达到肯定尺寸后，对应的工件表面就会产生钝化膜，可

以避开产生杂散腐蚀，提高加工精度，促进电解加工的推广应用。

电解唇削、电解研磨等加工方法也是采用了阳极钝化现象的存在而开发出来的。它们采

用了钝化膜对金属表面的爱护作用，采纳机械去除钝化膜的方法，使金属微观表面凸点的钝

化膜被刮除，并快速电解，而低凹处的钝化膜起爱护作月，使局部不被电解，最终使金属表

面的整平作用加快，可实现精加工。

6.在厚度为64mm的低碳钢钢板上用电解加工方法加工通孔，已知阴极直

径024mm,端面平衡间隙/b=（）.2mm。

求：（1）当阴极侧面不绝缘时，加工出的通孔在钢板上表面及下表面其孔径

各是多少？

（2）当阴极工具侧面绝缘，且阴极侧面工作圈高度〃=lmm时，所加工出的

孔径是多少？

答：（1）当阴极侧面不绝缘时，加工出的孔是喇叭口状，其孔纵剖面侧壁为一抛物线

（见图4-2）,设其上部直径为Di，下部尺寸为

。2，则：

Q=d+24=d+24杼+1

=（24+2x0.2榨微

=34.1mm

Dz=d+2Jb=（24+2x0.2）mm=24.4mm

<2）当阴极工具侧面绝缘，并有力=lmm

的工作圈时，上、下孔的尺寸为：图4-2

D=d+24=d+24)mmp25.33mm

7.电解加工（如套料、成形加工等）的自动进给系统和电火花加工的自动

进给系统有何异同？为什么会形成这些不同？

答：一般电解加工自动进给系统主要是掌握匀称等速的进给速度，它的大小是事先设

定的。进给速度的大小与端面平衡间隙有直接关系（双曲线关系），而端面平衡间隙又直接

影响到阴极外形（成形加工时）。在正常电解加工时，主要依照电流的大小来进行掌握，但

在电极开头进入或即将退出工件时，由于加工面积的变化，则不能依据电流的大小进行掌握。

电火花加工的自动进给掌握系统的目的是保证某一设定加工间隙（放电状态）的稳定，

它是依据电极间隙蚀除特性曲线和调整特性曲线来工作的，它的进给速度不是匀称等速的。

之所以形成这种不同的进给特性，主要是电解加工中存在平衡间隙，进给速度大，平衡

间隙变小。在进给方向、端面上不易短路；而电火花加工中不存在平衡间隙，进给速度稍大

于蚀除速度，极易引起短路，所以必需调整进给速度以保证放电间隙。

8.电解加工时，何谓电流效率？它与电能采用率有何不同？假如用12V的

直流电源（如汽车蓄电池）作电解加工，电路中串联一个滑杆电阻来调整电解加工

时的电压和电流（例如调到两极间隙电压为8V）,问：这样是否会降低电解加工

时的电流效率？为什么？

答：电解加工时的电流效率是指依据法拉第电解定律所计算出的理论金属蚀除量与实

际金属蚀除量之比。由于在电解加工阳极溶解的同时，逐会消失如析氧等副反应，因此电解

加工时电流效率一般小于1。

电能采用率是指电源输入的总能量在电解加工中用了多少，在其它方面（如线路损耗）又用了多少。如题所示，采

用滑杆电阻可以调整电解加工时的输入电流、电压，而滑杆电阻本身产生的热损耗与电解加工无关。滑杆电阻的热损耗

愈大，电能采用率愈低。而经过滑杆电阻调整电压、电流之后进行电解加工时，它的电流效率并没有变化，仍旧是依据

法拉第电解定律计算,与其它因素无关。

9.电解加工时的电极间隙蚀除特性与电火花加工时的电极间隙蚀除特性有

何不同？为什么？

答：电解加工时，电极间隙蚀除特性曲线是一条双曲线，即U“/二C（常数）如图4-3a

所示；而电火花加工的蚀除特性曲线则是一条蚀除速度在起点和终点都为零的上凸二次曲

线，如图4-3b所示。

电火花加工放电间隙小

a)b)

图4-3

电解加工时，只要电吸不发生短路，电极间隙愈小，阳极工件的蚀除速度就愈高，生产

率就愈高；反之，当电极间隙变大时，蚀除速度将下降。

电火花加工时，当放电间隙为零时，蚀除速度也为零。其实，当放电间隙很小时，排屑

困难，短路率增加，蚀除速度将大大下降，甚至无法正常加工；而当放电间隙过大时，间隙

无法击穿，蚀除速度也为零（相当于非线性电解液中电解加工时有一“切断间隙”）。

10.如何用电极间隙的理论进行电解加工阴极工具的设计？

答：电解加工时的蚀除速度应遵循双曲线规律，即=对平板电极而言，当电

极进给速度与阳极蚀除速度相等时，电极间隙相对平衡不变，称为端面平衡间隙。对于曲面

电极各法线方向的平衡间隙等于：

4TCi

式中4——法向平衡间隙；

db一—端面平衡间隙；

4小

0一一法线方向与进给方向的夹角。

由此，在已知端面平衡间隙4b的状况下，可以采用作图法（称为COS。法）

设计电极。图4-4

步骤如下：

已知工件外形及端面平衡间隙

1）在工件轮廓线上取4、AZ…点；

2）过4、A2…作法线及与进给方向相平行的直线：

3）在与进给方向相平行的线上取4G=A2c2=3=』b；

4）过G,C2，…作垂线，与各点法线的交点为自，

5）连接丛，场,…即为阴极工具轮廓。

二、课外习题及答案

（-）是非题（“表示正确，“X”表示错误）

1.电化学反应时，金属的电极电位越负，越易失去电子变成正离子溶解到溶液中去。

（V）

2.氯化钠电解液在使用中，氯化钠成分不会消耗，不必常常添加补充。（V）

3.法拉第电解定律认为电解加工时电极上溶解或析出的物质的量与通过的电量成正比,

它也适用于电镀。（J）

4.用线性电解液进行电解加工，可获得较高的加工精度。（X）

5.电解加工时，串联在回路中的降压限流电阻使电能变成热能而降低电解加工的电流

效率。（X）

（二）填充题

1.工件为铁，工具为铜，在Na。电解液中进行电解加工时，阳极生成（Fe（OH）2），

阴极生成H2,但电解液内最终生成物是（Fe（OH）3）0

2.电解加工采纳（低）电压、（大）电流的（直）流电源、常用的有（直流发电机组）、

（硅整流电源）和（晶闸管电源）。

3.电解加工必需有足够的流速，约在（10）nVs以上，为的是（把氢、氢氧化物等电

解产物冲走，并把加工区产生的热量带走）。

4.将一般磨床改装为电解磨床，主要改装工作有：［将一般砂轮改用导电砂轮）、（增加

电刷导电装置）、（使砂轮轴与机床绝缘）、（使工件、夹详细与机床绝缘）以及（增加防护罩、

排风和电解液锈蚀、过滤装置）等。

（三）选择题

1.用铜电极电解加工钢，在阴极主要生成：a.H2;b.O2;c.Ch;d.Na。而电

解液中最终生成物是：a.FeClz：b.NaCl；c.Fe（OH）2：d.Fe（OH）3。（a；d）

2.需加工一批叶片型面，精度为0.1mm,表面粗糙度Ru<0.4pm,应选用：a.电火花

成形加工；b.三维线切割加工；c.电解加工；d.化学加工。（c）

3.有一批内孔015+0.01mm,长50mm的合金钢套,需去除磨削内孔后表面变质层和

改善表面粗糙度，应采纳：a.甩解磨削；b.超声研磨；c.挤压研磨；d.电解抛光；已.化

学抛光。（c）

4.一批不锈钢内齿轮，需去除插齿时留在端面上的毛刺，应选用：a.电解去毛刺；b.磨

削喷射去毛刺；c.挤压者磨去毛刺；d.液力加工去毛刺。（a）

（四）名词解释

1.切断电流密度八

答：在电解加工中，当电流密度小于匕时，电流效率1=0即加工速度为零，则%称切

断电流密度。

2.电解加工中复制精度

答：为加工后工件尺寸外形与阴极尺寸外形之偏差.

3.电解加工中重复精度

答：用同一工具阴极加工的一批工件间尺寸外形的偏差。

4.电解加工的平衡间隙

答：当电解加工肯定时间后，工件的溶解速度“L和阴极的进给速度“相等，加工过程

达到动态平衡，此时的加工间隙为平衡间隙/心

5.混气电解加工

答：在气液混合器中将肯定压力的气体混合成含许多小气泡的电解液再进入间隙进行

加工的方法，可改善电解液性能，提高复制精度。

6.线性电解液

答：例如NaQ电解液，其电流效率为接近100%的常数，加工速度〃।,与电流密度，・曲

线为通过原点的直线（川二〃3）,生产率高，但存在杂散腐蚀，加工精度差。

7.非线性电解液/

答：例NaCICh、NaNCh电解液，其电解效率〃"NaCl//NaClOs

不是常数，ST曲线为不同过原点的曲线。当电流密度小///Na、

于切断电流密度ia时，加工速度为零，加工精度高，没有

杂散腐蚀，加工生产率低，////7

8.复合加工///

答：把两种特种加工方法复合在一起，或者把一种hj:

或两种特种加工方法与常规机械加工方法复合在一起，

从而使之成为相辅相成，相得益彰的加工工艺，例电解电火花加工（ECDM）、电解电火花

机械磨削（ECDMG）等。

（五）计算题

1.用NaCl电解液加工低合金钢（体积电化当量co=2.22mm3/A•min）,当电

流为900A时，加工4min,求工件去除体积丫是多少？

解：依据法拉第定律

V=l]colt

钢的体积电化当量3=2.22mm'/A•min

电流7=900A加工时间B4min

NaCl电解液的电流效率〃=1

工件去除的体积V=lx2.22x9（X）x4mm3=7992mm3

2.用NaCl电解液加工低合金钢（体积电化当量口=2.22mm3/A・min）,当

电流为900A时，若工件面积S=200mm2,求阴极的进给速度？

解：加工电流密度曰/S二900/500A/mm3=l.8A/mn?

阴极进给速度v=t]（oi

NaCl电解液的电流效率〃=1；（0=2.22mm3/Amin；

阴极进给速度“L=1x2.22x1.8mm/min=4mm/min

3.用10%NaCl电解液加工高温合金。已知外电压

E=12V,阴极压降加二2V,阴极进给速度De=0.3mm/min,

电导率上0.1501/C・cm,电化当量①=1.5mm3/Amin。求：A

点的平衡间隙及B点的法向平衡间隙。

解：，尸100%；co=1.5mm3/Aniin；

k=0A501/Q*cm=0.0l501/Q・mm

DR=£-^=(12-2)7=107

De=().3mm/min

G30°

A点的平衡间隙/产小或UR/〃C=1x0.01501xl.5x10/0.8mm=0.281mm

夕点的法向平衡间隙/m=zVcos^M).281/cos30°mm=0.325mm

4.用侧面绝缘的阴极电解法加工淬火钢上的型孔，阴极直径为040mm；

工作刃圈Z?=1.5mm；电解液NaCl溶液外加

电压E=14V；阴极压降速=2V,钢的体积电

化当量co=2.22mm3/A,min,电导率

仁O2/C・cm；阴极进给速度%=2mm/min,求

端面平衡间隙4及加工直径。。

解：已知：NaCl电蟀液电流效率”二1；

w=2.22nim3/A-min；Q02'Q・cm；DR

=E­(5E=14-2=12V：vc=2mm/min；Z?=1.5mm；阴极

直径d=040mm。

端面平衡间隙

/b=[3kURh)c-1x2.22：＜0.5x12/2mm=0.266nim

侧面间隙◎40

4=/bmm=0.932

mm

力口工孑L直径。=d+2ds=(40+2x0.93)iTim=41.864mm

(六)问答题

I.电解加工的基本原理如何？

答：电解加工就足采用金属在电解液中

发生阳极溶解的原理将零件加工成形的。

加工时，工件接直流电源正极，称为阳

极，工具接直流电源的负极，称为阴极。二

极间电压为6〜21V,两极间保持肯定间隙

(0.1〜1mm),电解液以较高的流速