《精密加工与特种加工》电火花加工，电解加工 重点简答题

1.什么是电火花加工？试简述其加工过程。

电火花加工又称放电加工（Electrical Discharge Machining， 简称EDM），是通过导电工件（包括半导体）和工具电极（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余材料，以达到对工件尺寸、形状及表面质量要求的加工技术。 加工过程大致可分为以下四个连续的阶段：1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道；2）介质热分解、电极材料熔化与气化热膨胀；3）电极材料的抛出；4）极间介质的消电离。 2.为什么要及时排除电火花加工过程中产生的电蚀产物？

加工过程中产生的电蚀产物（如金属微粒、碳粒子、气泡等）如果来不及排除、扩散出去，就会改变间隙介质的成分和降低绝缘强度，结果导致下一个脉冲放电通道不能顺利地转移到其它部位，而始终集中在某一部位，使该处介质局部过热而破坏消电离过程，脉冲火花放电将恶性循环转变为有害的稳定电弧放电，同时工作液局部高温分解后可能结炭，在该处聚成焦粒而在两极间搭桥，使加工无法进行下去，并烧伤电极对。 3.什么是电化学加工？试简述电化学加工的分类及其加工过程。

电化学加工（Electrochemical Machining，简称ECM）包括从工件上去除金属的电解加工和在工件上沉积金属的电铸加工两大类，属于通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料的非传统加工方法。

加工过程：用两片金属作为电极，通电并浸入电解溶液中，即可形成通路。导线和溶液中均有电流通过。此时在金属片和溶液的界面上产生交换电子的反应，即电化学反应。若所接的电源是直流电，溶液中的离子便作定向移动，正离子移向阴极并在阴极上得到电子进行还原反应，沉积得到金属物质，称为镀覆沉积，即电铸（电镀、涂镀）加工；负离子将移向阳极并在阳极表面失掉电子，阳极金属原子失去电子而成为正离子进入溶液进行氧化反应为电解蚀除，即电解加工。

4.为什么说电化学加工过程中的阳极溶解是氧化过程，而阴极沉淀是还原过程？ 金属原子失去电子而成为正离子进入溶液（M－e＝M+），化合价升高，为氧化反应；

+

正离子移向阴极并在阴极上得到电子沉积得到金属物质（M+e=M），化合价降低，为还原反应。

5.电火花加工大致可分为几类？影响电火花加工精度的主要因素有哪些？

按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致可分为电火花穿孔成型加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类。

影响因素：放电间隙、工具电极损耗及稳定性、二次放电。 6.什么是二次放电？它会产生什么影响？

二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电，集中反映在加工深度方向产生斜度和加工棱角棱边变钝方面。二次放电使得电极入口处的蚀除量增大，产生加工斜度。

7.电火花线切割加工有何特点？

（1）脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工工艺参数的范围较小，属中、精正极性电火花

加工。

（2）采用水或水基工作液，不会引燃起火，容易实现安全无人运转，但由于工作液的电阻率远比煤油小，因而在开路状态下，仍有明显的电解电流。 （3）一般没有稳定电弧放电状态。

（4）电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。

（5）省掉了成形的工具电极，大大降低了成形工具电极的设计和制造费用，缩短了生产准备时间。

（6）单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工精度的影响比较小。 8.影响电火花加工表面粗糙度的因素有哪些？试分析说明。

1）单个脉冲能量：脉冲能量大，每次脉冲放电的蚀除量也就多，放电凹坑既大又深，从而使表面粗糙度恶化。

2）加工速度：与加工表面粗糙度有很大的矛盾。采用平动或摇动加工工艺，可以大为改善。 3）工件材料：在相同能量下加工的表面粗糙度要比熔点低的材料好，不过加工速度会相应下降。

4）工具电极的表面粗糙度：精加工时应当予以考虑。石墨电极很难加工到非常光滑的表面，因此用石墨电极的加工表面粗糙度较差。

9.试简述电解加工的工作原理以及电解液在加工过程中的作用。

加工时，工件接直流电源的正极（阳极），工具接电源的负极（阴极），工具向工件缓慢进给，使两极之间保持较小的间隙，这时阳极工件的金属逐渐电解腐蚀。工件上各点距工具表面的距离不相同，各点电流密度也不一样。距离近的地方，通过的电流密度就大，阳极溶解的速度就快；反之，距离远的地方，电流密度就小，阳极溶解就慢。当工具不断进给时，工件表面上各点就以不同的溶解速度进行溶解，工件的型面就逐步地接近于工具阴极的型面，直到将工具的型面复印在工件上，得到所需要的型面为止。 电解液的主要作用：

1）作为导电介质传递电流；

2）在电场作用下进行电化学反应，使阳极溶解得以顺利而有控制的进行； 3）将加工间隙内产生的产物及热量及时带走，起更新和冷却的效果。 10.试比较电解加工中电解液三种流向的优缺点。

正向流动是指电解液从阴极工具中心流入，经加工间隙后，从四周流出。它的优点是密封装置较简单，缺点是加工型孔时，电解液流经侧面间隙时已含有大量氢气及氢氧化物，加工精度和表面粗糙度值较大。

反向流动是指新鲜电解液先从型孔周边流入，而后经电极工具中心流出。它的优缺点与正向流动恰相反。

横向流动是指电解液从侧面流入、从另一侧面流出，一般用于发动机、汽轮机叶片的加工，以及一些较浅的型腔模的修复加工。 11.影响电解加工表面质量的因素主要有哪些？

（1）工件材料的合金成分、金相组织及热处理状态； （2）工艺参数；

（3）阴极表面条纹、刻痕等；

（4）工件表面必须除油去锈，电解液必须沉淀过滤，不能含有固体颗粒杂质

12.提高电解加工精度的途径有哪些？试比较各自的优缺点。

1）采用脉冲电流电解加工：能够消除加工间隙内电解液电导率的不均匀化

2）采用小间隙电解加工：加工间隙小，突出部位的去除速度将大大高于低凹处，从而提高整平效果；但间隙愈小，对液流的阻力愈大，电流密度大，且容易短路。 3）改进电解液；

4）采用混气电解加工：混气电解加工成形精度高，阴极设计简单，不必进行复杂的计算和修正，但电流密度下降很多，所以生产率较低。 13.试简述电铸加工的基本原理及加工过程。

电铸加工（E1ectroforming）是利用金属在电解液中产生阴极沉积的原理获得制件的特种加工方法，导电的原模作阴极，用于电铸的金属作阳极，金属盐溶液作电铸溶液，即阳极金属材料与金属盐溶液中的金属离子的种类相同，在直流电源的作用下，电铸溶液中的金属离子在阴极还原成金属，沉积于原模表面，而阳极金属则源源不断地变成离子溶解到电铸液中进行补充，使溶液中金属离子的浓度保持不变。当阴极原模电铸层逐渐加厚达到要求的厚度时，与原模分离，即获得与原模型面相反的电铸制件。 加工过程：

（1）原模的材料与设计 （2）原模电铸前的预处理 （3）电铸溶液 （4）衬背 （5）脱模

14.影响电铸加工质量的主要因素有哪些？

加工速度、铸层均匀性、铸层缺陷。

15.电铸加工有哪些优点？它适合于加工何种类型零件？试举例说明。

优点：

（1）能获得尺寸精度高、表面粗糙度小于Ra0.1?m的复制品，同一原模生产的电铸件一致性极好。

（2）借助石膏、石蜡、环氧树脂等作为原模材料，可把复杂零件的内表面复制为外表面，外表面复制为内表面，然后再电铸复制，适应性广泛。

（3）可以制造多层结构的构件，并能将多种金属、非金属拼铸成一个整体。

适合加工如精密微细喷嘴、链轮成形模电极、薄壁多孔、薄壁圆筒、筛网和精密微器件等。 16.提高电铸加工质量的途径有哪些？

脉冲电流电铸、喷射电铸、复合电铸组合电铸、电铸液成分及添加剂 17.为什么说喷射电铸的沉积速度较快且铸层的表面质量较好？

电铸液以高速喷射的形式喷向阴极表面为提高金属离子迁移速度提供了强大动力，使阴极表面离子数量得到迅速补充，有效地降低了由于金属离子迁移缓慢造成的浓差极化。铸层表面的电铸液以强烈紊流形式流动极大地降低了扩散层的厚度，使极限电流密度大幅度提高，可以以较高的电流密度进行电铸，从而实现高速电铸。

喷射冲击区的电场分布和电流密度近似均匀，克服了传统电铸由于电场分布不均匀造成的铸层厚度的不均匀，同时也尽可能地避免了电铸层的缺陷。喷射电铸可以采用远高于普通直流电铸和脉冲电流电铸的电流密度进行电沉积，进而产生更高的电化学极化，进一步达到

细化晶粒、提高铸层致密度的效果。在高速液流的冲击下，析出的氢气微气泡也难以附着在阴极表面，降低了铸层出现针孔和麻点的可能，提高了铸层的表面质量。

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