工程技術(shù)課件

1、第8章 特種加工 8.1 特種加工概述8.2 特種加工方法返回浙江科技學(xué)院第1節(jié) 特種加工概述 特種加工是指除常規(guī)切削加工以外的新的加工方法，這種加工方法利用電、磁、聲、光、化學(xué)等能量或其各種組合作用在工件的被加工部位上，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的去除、變形、改變性能和鍍覆，從而達(dá)到加工目的。 8.1.1 特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展1.特種加工的產(chǎn)生 材料愈來(lái)愈難加工，零件結(jié)構(gòu)和形狀愈來(lái)愈復(fù)雜、對(duì)表面粗糙度和精度的要求愈來(lái)愈高，因而對(duì)機(jī)械制造部門(mén)提出了加工超硬材料、復(fù)雜表面和超精零件等一系列新的要求。2.特種加工的特點(diǎn) 不用機(jī)械能，加工作用力極小，可進(jìn)行微細(xì)加工、無(wú)大面積熱應(yīng)變等。 3.特種加工的發(fā)展趨勢(shì) 1）充

2、分融合現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和精密制造技術(shù)等高新技術(shù)，使加工設(shè)備向自動(dòng)化和柔性化方向發(fā)展。 2）大力開(kāi)發(fā)新的特種加工方法，包括微細(xì)加工和復(fù)合加工。 8.1.2 特種加工對(duì)機(jī)械制造工藝技術(shù)的影響 1）提高了材料的可加工性； 2）改變了零件的工藝路線； 3）縮短了新產(chǎn)品的試制周期； 4）對(duì)產(chǎn)品和零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生較大影響； 5）需重新評(píng)估傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)工藝性。 特種加工方法可按其能量來(lái)源和加工原理分為電火花加工、電化學(xué)加工、高能束加工、物料切蝕加工、化學(xué)加工、成形加工和復(fù)合加工等多種門(mén)類(lèi)的加工。8.2.1 電火花加工 電火花加工又稱(chēng)放電加工（簡(jiǎn)稱(chēng)EDM），它利用電、熱能對(duì)零件進(jìn)行加工。 1.

3、電火花加工的原理 電火花加工是利用脈沖放電對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行蝕除，以獲得一定形狀和尺寸的加工方法。其加工原理如圖8-1所示。第2節(jié) 特種加工方法 電火花加工的基本設(shè)備是電火花穿孔成型加工機(jī)床，它由床身、立柱、工作臺(tái)、工作液槽、主軸頭、工具電極夾具、工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)等主要部件組成。 2.電火花加工的特點(diǎn)及應(yīng)用 1）可用硬度低的紫銅或石墨作為工具電極對(duì)任何硬、脆、高熔點(diǎn)的導(dǎo)電材料進(jìn)行加工，具有以柔克剛的功能； 2）可以加工特殊和形狀復(fù)雜的表面，常用于注塑模、壓鑄模等型腔模的加工； 3）無(wú)明顯的機(jī)械切削力，適宜于加工薄壁、窄槽和細(xì)微精密零件； 4）由于脈沖電源的輸出脈沖參數(shù)可任意調(diào)節(jié)，因而能在同一臺(tái)床

4、子上連續(xù)進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。 8.2.2 電火花線切割加工 電火花線切割加工是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種加工工藝（簡(jiǎn)稱(chēng)WEDM）。其工具電極為金屬絲（鉬絲或銅絲），在金屬絲與工件間施加脈沖電壓，利用脈沖放電對(duì)工件進(jìn)行切割加工，因而也稱(chēng)線切割。1.電火花線切割加工的原理 電火花線切割加工的電蝕原理與電火花加工的原理相同，其加工原理如圖8-2所示。 電火花線切割加工的基本設(shè)備是數(shù)控電火花切割機(jī)，它由床身部分、坐標(biāo)工作臺(tái)部分（一般均采用十字和滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)絲杠）、走絲機(jī)構(gòu)和錐度切割裝置等主要部件組成。 2.電火花線切割加工的特點(diǎn)和應(yīng)用 1）可切割各種高硬度材料，用于加工淬火后的模具、

5、硬質(zhì)合金模具和強(qiáng)磁材料； 2）由于采用數(shù)控技術(shù)，可編程切割形狀復(fù)雜的型腔，易于實(shí)現(xiàn)CAD/CAM； 3）由于幾乎無(wú)切削力，故可切割極薄工件； 4）由于金屬絲直徑小，因而加工時(shí)省料，特別適宜于切割貴重金屬材料； 5）試制新產(chǎn)品時(shí)，可直接將某些板類(lèi)工件切割出，省去了模具、刀具、工夾具等工裝，使開(kāi)發(fā)產(chǎn)品周期明顯縮短。 8.2.3 電解加工 電解加工（簡(jiǎn)稱(chēng)ECM）是電化學(xué)加工中的主要加工方法，已成功應(yīng)用于國(guó)防、航空航天、汽車(chē)、拖拉機(jī)等領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)。1.電解加工的原理 電解加工是利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽(yáng)極溶解原理將工件加工成形的，如圖8-3所示為加工示意圖。 電解加工的成形原理如圖8-4所示。 電

6、解加工的基本設(shè)備包括直流設(shè)備、電解加工機(jī)床和電解液系統(tǒng)三個(gè)部分。 2.電解加工的特點(diǎn)和應(yīng)用 1）加工范圍廣，可加工高硬度、高強(qiáng)度和高韌性的各類(lèi)導(dǎo)電材料，可加工汽輪機(jī)葉片、葉輪等復(fù)雜型面； 2）生產(chǎn)率高； 3）能以簡(jiǎn)單的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次完成復(fù)雜型腔表面的加工，不產(chǎn)生變形和殘余應(yīng)力，也無(wú)飛邊、毛刺等； 4）可獲得較好的表面粗糙度，加工精度不高； 5）加工過(guò)程中，工具陰極在理論上不會(huì)損耗，可長(zhǎng)期使用。 8.2.4 超聲加工 超聲加工也稱(chēng)超聲波加工（簡(jiǎn)稱(chēng)USM），超聲加工不僅能加工金屬導(dǎo)電材料，而且更適宜加工玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體鍺和硅片等不導(dǎo)電的非金屬脆硬材料，還可以用于清洗和探傷等。1. 超聲加工的原

7、理和特點(diǎn) 超聲波特點(diǎn)： 1）超聲波能傳遞很大的能量； 2）當(dāng)超聲波在液態(tài)介質(zhì)中傳播時(shí)，在介質(zhì)中連續(xù)形成壓縮和稀疏區(qū)域，產(chǎn)生壓力正負(fù)交變的液壓沖擊和空化現(xiàn)象； 3）超聲波通過(guò)不同介質(zhì)時(shí)，在界面上發(fā)生波速突變，產(chǎn)生波的反射和折射； 4）超聲波在一定條件下，會(huì)產(chǎn)生波的干涉和共振現(xiàn)象。 超聲加工的基本原理見(jiàn)圖8-5所示。超聲加工是磨粒在超聲振動(dòng)作用下的機(jī)械撞擊和拋磨作用以及空化作用的綜合結(jié)果。 超聲加工設(shè)備為超聲加工機(jī)床，它由超聲發(fā)生器、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)床本體（由工作頭、加壓機(jī)構(gòu)和工作進(jìn)給機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)等組成）、工作液及循環(huán)系統(tǒng)和換能器冷卻系統(tǒng)等主要部件組成。2.超聲加工的特點(diǎn)和應(yīng)用 1）適宜加工各種硬

8、脆材料，特別是非金屬材料；2）能以簡(jiǎn)單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)加工復(fù)雜的表面；3）由于切削力很小，因而其工件的殘余應(yīng)力和加工變形很小，表面質(zhì)量好，表面粗糙度可達(dá)Ra10.1m，加工精度可達(dá)0.010.02mm?？梢约庸の⒓?xì)結(jié)構(gòu)，如薄型、窄縫和低剛度零件。 8.2.5 激光加工 激光加工是利用光能經(jīng)透鏡聚焦以極高的能量密度靠光熱效應(yīng)加工各種材料的一種新工藝（簡(jiǎn)稱(chēng)LBM）。1.激光加工的原理 激光是一束相同頻率、相同方向和嚴(yán)格位相關(guān)系的高強(qiáng)度平行單色光。由于光束的發(fā)散角通常不超過(guò)0.1，因此在理論上可聚焦到直徑為光波波長(zhǎng)尺寸相近的焦點(diǎn)上，焦點(diǎn)處的能量密度可達(dá)1081010W/cm2，溫度可高達(dá)攝氏1萬(wàn)度，從而使

9、任何材料均在瞬時(shí)（103s ）被急劇熔化乃至汽化，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波被噴發(fā)出去，從而達(dá)到切除材料的目的。 常用的激光器按激活介質(zhì)的種類(lèi)可分為固體激光器和氣體激光器。如圖8-6為固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。 2.激光加工的特點(diǎn)和應(yīng)用 1）由于激光加工的功率密度高，幾乎可以加工任何材料； 2）激光束可調(diào)焦到微米級(jí)，其輸出功率可以調(diào)節(jié)，因此，激光可用于精細(xì)加工； 3）激光屬非接觸式加工，無(wú)明顯機(jī)械切削力，因而具有無(wú)工具損耗、加工速度快、熱影響區(qū)小、熱變形和加工變形小，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)； 4）能透過(guò)透視窗孔對(duì)隔離室或真空室內(nèi)的零件進(jìn)行加工。 電子束加工（簡(jiǎn)稱(chēng)EBM）和離子束加工（簡(jiǎn)稱(chēng)IBM）是近年來(lái)得到高

10、速發(fā)展的新興特種加工。這兩種加工主要用于精細(xì)加工領(lǐng)域，尤其是微電子領(lǐng)域。8.2.6 電子束和離子束加工 1.電子束加工的原理 如圖8-7所示為電子束加工原理圖。2. 電子束加工的特點(diǎn) 1）電子束加工屬于精細(xì)加工 ； 2）加工范圍廣 ，加工質(zhì)量好； 3）生產(chǎn)率高； 4）加工過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。3.離子束加工原理和特點(diǎn) 離子束加工的物理基礎(chǔ)是，當(dāng)離子束打擊到材料表面上，會(huì)產(chǎn)生所謂撞擊效應(yīng)、濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)，從而達(dá)到不同的加工目的。 離子束加工裝置中的主要系統(tǒng)是離子源，如圖8-8是其中一種，稱(chēng)為考夫曼型離子源。4.離子束加工應(yīng)用 1）刻蝕加工； 2）鍍膜加工； 3）離子注入加工。 思考題1.試簡(jiǎn)述

11、特種加工的產(chǎn)生與發(fā)展以及對(duì)機(jī)械制造工藝技 術(shù)的主要影響。2.試述電火化加工的原理和特點(diǎn)。 返回文檔 圖8-1電火花加工原理示意圖 1工具電極 2工作液箱 3工件電極 4工作液 5絕緣墊 6伺服電機(jī) 返回文檔圖8-2 電火花線切割工作原理示意圖 1進(jìn)電裝置 2導(dǎo)向輪 3金屬絲 4工件 5X軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 6Y軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 7橫向工作臺(tái) 8縱向工作臺(tái) 返回文檔圖8-3 電解加工示意圖 1直流電源 2工具陰極 3工件陽(yáng)極 4電解液泵 5電解液 返回文檔a) b) 圖8-4 電解加工成形原理 返回文檔圖8-5 超聲加工原理圖1工具 2工件 3磨料懸浮 4、5變幅桿 6換能器 7超聲波發(fā)生器返回文檔圖86 固體