【文章內(nèi)容簡介】 以化學腐蝕作用為主，機械作用為輔的加工，又稱為化學機械拋光。水面滑行拋光（Hvdroplan Polishing）是一種工件與拋光盤互不接觸，不使用磨料的新型化學拋光方法。它借助于流體壓力使工件基片從拋光盤面上浮起，利用具有腐蝕作用的液體作加工液完成拋光。水面滑行拋光法是為拋光GaAs和lnP等化合物半導體基片而開發(fā)的。將被加工的半導體基片吸附在作為工件夾具的直徑為100mm的水晶光學平板的底面。水晶平板的邊緣呈錐狀，并通過帶輪與拋光裝置相連?；叨瓤衫谜{(diào)節(jié)螺母進行調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)范圍在125μm以內(nèi)）。將腐蝕液注到拋光盤中心附近，當拋光盤以1200r/min的轉速回轉時，通過液體摩擦力，使水晶平板以1800r/min轉速回轉，同時動壓力使水晶平板上浮，完成拋光盤對工件表面的非接觸化學拋光。水面滑行拋光的加工液為甲醇、甘醇和溴的混合液。甲醇和溴對GaAs和InP是有效的腐蝕液，甘醇具有調(diào)整液體粘度的作用。 5)．切斷、開槽及端面拋光采用非接觸端面拋光可實現(xiàn)對溝槽的壁面、垂直柱狀軸斷面進行鏡面加工。這是傳統(tǒng)拋光方法難以做到的。端面非接觸鏡面拋光裝置示意圖如圖315所示。工具與工件互不接觸，高速旋轉的工具驅動微粒沖擊工件形成溝槽或切斷，然后再用同一種工具，對同一位置進行數(shù)次拋光，即可實現(xiàn)斷面的鏡面拋光。其加工表面粗糙度低于Ra3nm，而且沒有熱氧的層疊缺陷。第四章 電火花加工1．電火花加工的發(fā)展和特點 電火花加工：是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱EDM。1943年，蘇聯(lián)學者拉扎連科夫婦研究發(fā)明電火花加工，之后隨著脈沖電源和控制系統(tǒng)的改進，而迅速發(fā)展起來。最初使用的脈沖電源是簡單的電阻電容回路。50年代改進為電阻電感電容等回路。同時，還采用脈沖發(fā)電機之類的所謂長脈沖電源，使蝕除效率提高，工具電極相對損耗降低。隨后又出現(xiàn)了大功率電子管、閘流管等高頻脈沖電源，使在同樣表面粗糙度條件下的生產(chǎn)率得以提高。60年代出現(xiàn)了晶體管和可控硅脈沖電源，提高了能源利用效率和降低了工具電極損耗，并擴大了粗精加工的可調(diào)范圍。 70年代 出現(xiàn)了高低壓復合脈沖、多回路脈沖、等幅脈沖和可調(diào)波形脈沖等電源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具電極損耗等方面又有了新的進展。在控制系統(tǒng)方面，從最初簡單地保持放電間隙，控制工具電極的進退，逐步發(fā)展到利用微型計算機，對電參數(shù)和非電參數(shù)等各種因素進行適時控制。 ：進行電火花加工時，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或將工作液充入放電間隙。通過間隙自動控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進給，當兩電極間的間隙達到一定距離時，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。 在放電的微細通道中瞬時集中大量的熱能，溫度可高達一萬攝氏度以上，壓力也有急劇變化，從而使這一點工作表面局部微量的金屬材料立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝，形成固體的金屬微粒，被工作液帶走。這時在工件表面上便留下一個微小的凹坑痕跡，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復絕緣狀態(tài)。緊接著，下一個脈沖電壓又在兩電極相對接近的另一點處擊穿，產(chǎn)生火花放電，重復上述過程。這樣，雖然每個脈沖放電蝕除的金屬量極少，但因每秒有成千上萬次脈沖放電作用，就能蝕除較多的金屬，具有一定的生產(chǎn)率。在保持工具電極與工件之間恒定放電間隙的條件下，一邊蝕除工件金屬，一邊使工具電極不斷地向工件進給，最后便加工出與工具電極形狀相對應的形狀來。因此，只要改變工具電極的形狀和工具電極與工件之間的相對運動方式，就能加工出各種復雜的型面。工具電極常用導電性良好、熔點較高、易加工的耐電蝕材料，如銅、石墨、銅鎢合金和鉬等。在加工過程中，工具電極也有損耗，但小于工件金屬的蝕除量，甚至接近于無損耗。工作液作為放電介質，在加工過程中還起著冷卻、排屑等作用。常用的工作液是粘度較低、閃點較高、性能穩(wěn)定的介質，如煤油、去離子水和乳化液等。按照工具電極的形式及其與工件之間相對運動的特征，可將電火花加工方式分為五類：利用成型工具電極，相對工件作簡單進給運動的電火花成形加工；利用軸向移動的金屬絲作工具電極，工件按所需形狀和尺寸作軌跡運動，以切割導電材料的電火花線切割加工；利用金屬絲或成形導電磨輪作工具電極，進行小孔磨削或成形磨削的電火花磨削；用于加工螺紋環(huán)規(guī)、螺紋塞規(guī)、齒輪等的電火花共軛回轉加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面強化等其他種類的加工。加工特性（1）電火花加工速度與表面質量 模具在電火花機加工一般會采用粗、中、精分檔加工方式。粗加工采用大功率、低損耗的實現(xiàn)，而中、精加工電極相對損耗大，但一般情況下中、精加工余量較少，因此電極損耗也極小，可以通過加工尺寸控制進行補償，或在不影響精度要求時予以忽略。 （2）電火花碳渣與排渣 電火花機加工在產(chǎn)生碳渣和排除碳渣平衡的條件下才能順利進行。實際中往往以犧牲加工速度去排除碳渣，例如在中、精加工時采用高電壓，大休止脈波等等。另一個影響排除碳渣的原因是加工面形狀復雜，使排屑路徑不暢通。唯有積極開創(chuàng)良好排除的條件，對癥的采取一些方法來積極處理。 （3）電火花工件與電極相互損耗 電火花機放電脈波時間長，有利于降低電極損耗。電火花機粗加工一般采用長放電脈波和大電流放電，加工速度快電極損耗小。在精加工時，小電流放電必須減小放電脈波時間，這樣不僅加大了電極損耗，也大幅度降低了加工速度。 電火花加工是與機械加工完全不同的一種新工藝。 隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學技術的進步，具有高熔點、高硬度、高強度、高脆性，高粘性和高純度等性能的新材料不斷出現(xiàn)。具有各種復雜結構與特殊工藝要求的工件越來越多，這就使得傳統(tǒng)的機械加工方法不能加工或難于加工。因此，人們除了進一步發(fā)展和完善機械加工法之外，還努力尋求新的加工方法。電火花加工法能夠適應生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應用中顯示出很多優(yōu)異性能，因此，得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應用。主要用于模具生產(chǎn)中的型孔、型腔加工，已成為模具制造業(yè)的主導加工方法，推動了模具行業(yè)的技術進步。電火花加工零件的數(shù)量在3000件以下時，比模具沖壓零件在經(jīng)濟上更加合理。按工藝過程中工具與工件相對運動的特點和用途不同，電火花加工可大體分為：電火花成形加工、電火花線切割加工、電火花磨削加工、電火花展成加工、非金屬電火花加工和電火花表面強化等。①.能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復雜形狀工件； ②.加工時無切削力； ③.不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷； ④.工具電極材料無須比工件材料硬； ⑤.直接使用電能加工，便于實現(xiàn)自動化； ⑥.加工后表面產(chǎn)生變質層，在某些應用中須進一步去除； ⑦.工作液的凈化和加工中產(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩。 ①.加工具有復雜形狀的型孔和型腔的模具和零件；②.加工各種硬、脆材料如硬質合金和淬火鋼等；③.加工深細孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等；④.加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。第五章 電火花線切割加工 電火花線切割加工(wire cut EDM，簡稱WEDM)是在電火花加工基礎上發(fā)展起來的一種新的工藝形式，是用線狀電極（鉬絲或銅絲等）靠火花放電對工件進行切割加工，故稱為電火花線切割。有時簡稱線切割。線切割加工技術已經(jīng)得到了迅速發(fā)展，逐步成為一種高精度和高自動化的加工方法，在模具、各種難加工材料、成形刀具和復雜表面零件的加工等方面得到了廣泛應用。20世紀中期，蘇聯(lián)拉扎林科夫婦發(fā)明了電火花加工方法，開創(chuàng)了制造技術的新局面，隨后蘇聯(lián)又于１９５５年制成了電火花線切割機床，瑞士于１９６８年制成了ＮＣ方式的電火花線切割機床。電火花線切割加工歷經(jīng)半個多世紀的發(fā)展，已經(jīng)成為先進制造技術領域的重要組成部分。電火花線切割加工不需要制作成形電極，能方便地加工形狀復雜、大厚度的工件，工件材料的預加工量少，因此在模具制造、新產(chǎn)品試制和零件加工中得到了廣泛應用。尤其是進人20世紀90年代后，隨著信息技術、網(wǎng)絡技術、航空和航天技術、材料科學技術等高新技術的發(fā)展，電火花線切割加工技術也朝著更深層次、更高水平的方向發(fā)展。我國是國際上開展電火花加工技術研究較早的國家之一，在到２０世紀５０年代后期先后研制了電火花穿孔機床和線切割機床。線切割加工機床經(jīng)歷了靠模仿形、光電跟蹤、簡易數(shù)控等發(fā)展階段，在上海張維良高級技師發(fā)明了世界獨創(chuàng)的快速走絲線切割技術后，出現(xiàn)了眾多形式的數(shù)控線切割機床，線切割加工技術突飛猛進，全國的線切割機床擁有量突破了萬臺大關，為我國國民經(jīng)濟，特別是模具工業(yè)的發(fā)展作出了巨大的貢獻。隨著精密模具需求的增加，對線切割加工的精度要求愈來愈高，快速走絲線切割機床目前的結構與其配置已無法滿足生產(chǎn)的精密要求。在大量引進國外慢走絲精密線切割機床的同時，也開始了國產(chǎn)慢走絲機床的研制工作，至今已有多種國產(chǎn)慢走絲線切割機床問世。我國的線切割加工技術的發(fā)展要高于電火花成形加工技術，如在國際市場上除高速走絲技術外，我國還陸續(xù)推出了大厚度 （≥３００ｍｍ）及超大厚度 （≥６００ｍｍ）線切割機床，在大型模具與工件的線切割加工方面，發(fā)揮了巨大的作用，拓寬了線切割工藝的應用范圍，在國際上處于先進水平。１）.試制新產(chǎn)品及零件加工 在新產(chǎn)品開發(fā)過程中需要單件的樣品，使用線切割直接切割出零件，例如試制切割特殊微電機硅鋼片定轉子鐵心，由于不需另行制造模具，可大大縮短制造周期、降低成本。又如在沖壓生產(chǎn)時，未開出落料模時，先用線切割加工的樣板進行成形等后續(xù)加工，得到驗證后再制造落料模。另外修改設計、變更加工程序比較方便，加工薄件時還可多片疊在一起加工。在零件制造方面，可用于加工品種多，數(shù)量少的零件，特殊難加工材料的零件，材料試驗樣件，各種型孔、型面、特殊齒輪、凸輪、樣板、成型刀具。有些具有錐度切割的線切割機床，可以加工出“天圓地方”等上下異形面的零件。同時還可進行微細加工，異形槽和標準缺陷的加工等2).加工特殊材料切割某些高硬度、高熔點的金屬時，使用機加工的方法幾乎是不可能的，而采用線切割加工既經(jīng)濟又能保證精度。加工電火花成形加工用的電極 一般穿孔加工用的電極以及帶錐度型腔加工用的電極，以及銅鎢、銀鎢合金之類的電極材料，用線切割加工特別經(jīng)濟，同時也適用于加工微細復雜形狀的電極。3).加工模具零件 電火花線切割加工主要應用于沖模、擠壓模、塑料模、電火花型腔模的電極加工等。由于電火花線切割加工機床加工速度和精度的迅速提高，目前已達到可與坐標磨床相競爭的程度。例如，中小型沖模，材料為模具鋼，過去用分開模和曲線磨削的方法加工，現(xiàn)在改用電火花線切割整體加工的方法，制造周期可縮短３／４～５／４，成本降低２／３～３／４，配合精度高，不需要熟練的操作工人。因此，一些工業(yè)發(fā)達國家的精密沖模的磨削等工序，已被電火花和電火花線切割加工所代替。 隨著模具等制造業(yè)的快速發(fā)展，近年來我國電火花線切割機床的生產(chǎn)和技術得到了飛速發(fā)展，同時也對電火花線切割機床提出了更高的要求，促使我國電火花線切割生產(chǎn)企業(yè)積極采用現(xiàn)代研究手段和先進技術深入開發(fā)研究，向信息化、智能化和綠色化方向不斷發(fā)展，以滿足市場的需要。未來的發(fā)展，將主要表現(xiàn)在以下幾個方面：１).穩(wěn)步發(fā)展高速走絲線切割機床的同時，重視低速走絲電火花線切割機床的開發(fā)和發(fā)展。 （１）高速走絲機床依然穩(wěn)步發(fā)展。高速走絲電火花線切割機床是我國發(fā)明創(chuàng)造的。由于高速走絲有利于改善排屑條件，適合大厚度和大電流高速切割，加工性能價格比優(yōu)異，深受廣大用戶歡迎，因而在未來較長的一段時間內(nèi)，高速走絲電火花線切割機床仍是我國電加工行業(yè)的主要發(fā)展機型。目前的發(fā)展重點是提高高速走絲電火花線切割機床的質量和加工穩(wěn)定性，使其滿足那些量大面寬的普遍模具及一般精度要求的零件加工要求。根據(jù)市場的發(fā)展需要，高速走絲電火花線切割機床的工藝水平必須相應提高，其最大切割速度應穩(wěn)定在１００ｍｍ２／ｍｉｎ以上，而加工尺寸精度控制在177?！?范圍內(nèi)，加工表面粗糙度達到Ｒａ１～２μｍ。這就需要在機床結構、加工工藝、高頻電流及控制系統(tǒng)等方面加以改善，積極采用各種先進技術，重視窄脈寬、高峰值電流的高頻電源的開發(fā)及應用。(2)重視低速走絲電火花線切割機床的開發(fā)和發(fā)展 低速走絲電火花線切割機床由于電極絲移動平穩(wěn)，易獲得較高加工精度和表面粗糙度，適于精密模具和高精度零件的加工。我國在引進、消化、吸收的基礎上，也開發(fā)并批量生產(chǎn)了低速走絲電火花線切割機床，滿足了國內(nèi)市場的部分需要?，F(xiàn)在必須加強對低速走絲機床的深入研究，開發(fā)新的規(guī)格品種，為市場提供更多的國產(chǎn)低速走絲電火花線切割機床。與此同時，還應該在大量實驗研究的基礎上，建立完整的工藝數(shù)據(jù)庫，完善ＣＡＤ／ＣＡＭ 軟件，使自主版權的 ＣＡＤ／ＣＡＭ軟件商品化。２).進一步完善機床結構設計，改進走絲機構（１）為使機床結構更加合理，必須用先進的技術手段對機床總體結構進行分析。這方面的研究將涉及到運用先進的計算機有限元模擬軟件對機床的結構進行力學和熱穩(wěn)定性的分析。為了更好地參與國際市場競爭，還應該注意造型設計，在保證機床技術性能和清潔加工的前提下，使機床結構合理，操作方便，外形新穎。（２）為了提高坐標工作臺精度，除考慮熱變形及先進的導向結構外，還應采用絲距誤差補償和間隙補償技術，以提高機床的運動精度。龍門式機床的工作臺只作Ｙ方向運動，Ｘ方向運動在龍門架上完成，上下導輪座掛于橫架上，可以分別控制。這不僅增加了絲杠的剛性，而且工作臺只作Ｙ方向運行，省去了Ｘ方向的滑板，有助于提高工作臺的承重能力，降低整機總重量。（３）高速走絲電火花線切割機床的走絲機構，是影響其加工質量及加工穩(wěn)定性的關鍵部件，目前存在的問題較多，必須認真加以改進。目前已開發(fā)的恒張力裝置及可調(diào)速的走絲系統(tǒng)，應在進一步完善的基礎上推廣應用。（４）支持新機型的開發(fā)研究。目前新開發(fā)的自旋式電火花線切割機床、高低雙速電火花線切割機床、走絲速度連續(xù)可調(diào)的電火花線切割機床，在機床結構和走絲方式上都有創(chuàng)新。盡管它們還不夠完善，但這類的開發(fā)研究工作都有助于促進電火花線切割技術的發(fā)展，必須積極支持，并幫助完善。３).積極推廣多次切割工藝，提高