專題三：特種加工工藝基礎(chǔ)課件

1、1 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 2專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 重點介紹內(nèi)容 1. 電火花加工 2. 電解加工 3. 超聲波加工 4. 激光加工 5. 電子束和離子束加工3 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 一、特種加工概述 Introduction of non-conventional machinin 1歷史發(fā)展與我國在該領(lǐng)域現(xiàn)狀 Historical development and the present situation at the field in China 以柔克剛，用不同能量直接加工，實際必須靠電能 轉(zhuǎn)化，電能是最基本的。除核能以外，太陽能是最基 本的。因此，作為地球上最基本的能源：太

2、陽能、核能。 拉扎連柯夫婦發(fā)明電加工歷史故事（20世紀(jì)40年代）。 Story of invention about EDM by lazanianke couple 4 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 2特種加工基本特點 Fundamental characteristics of non- conventional machining 1）工具材料硬度可以大大低于工件材料的硬度 （甚至無須工具，如激光、水射流 ） The hardness of tool material is much lower than workpiece. 2）可直接利用電能、電化學(xué)能、光能和聲能等進 行加工 Direc

3、tly to use electricity, electro-chemical energy, light energy and sound energy to machine different materials.5 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 3) 加工過程機械力幾乎可以忽略不計 The machining force almost can be ignored at the process of machining. 4）復(fù)合加工可使生產(chǎn)率提高、加工精度提高 Productivity and machining accuracy can be enhanced by composite

4、 machining. 5）幾乎每產(chǎn)生一種新的能源，就可以導(dǎo)致一 種新的加工方法 Almost every kind of energy can produce a new machining method.7 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 1電能與熱能作用方式 電火花成形加工 EDM 電火花磨削加工 EGM 電火花線切割加工 WEDM 電子束加工 EBM 等離子體加工 PAM 2電能與化學(xué)能作用方式 電化學(xué)加工 ECHM 3電能與機械能作用方式 離子束加工 IBM 二、特種加工分類8 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 4電化學(xué)能與機械能作用方式 電解磨削 ECG 電化學(xué)珩磨 ECH 5機械能與聲能作用方

5、式 超聲波加工 USM 6光能與熱能作用方式 激光加工 LBM 7液流能與機械能作用方式 磨料流珩磨 ( 擠壓珩磨) AFH 水射流切割 WJC 10 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 四、電火花加工 Electrical discharge machining 1原理與特點 Principle and characteristics 1）原理：電場強度、擊穿介質(zhì)、形成放電 通道、繼續(xù)放電 Principle: field strength, breakdown medium, forming a discharge channel, continuing discharging.11 專題三 特種加

6、工工藝基礎(chǔ) （常用煤油或礦物油）放電間隙0.01 0.05 毫米12 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 2電火花加工的基本規(guī)律（比切削加工復(fù)雜） 主要體現(xiàn)在加工速度、工具損耗、加工精 度和表面質(zhì)量四個方面。 1）加工速度及其影響 體積加工速度：單位時間內(nèi)的體積蝕除量。 質(zhì)量加工速度：單位時間內(nèi)的質(zhì)量蝕除量。 Vg= M/t(g/min) 提高加工速度的途徑： 提高單個脈沖能量； 提高脈沖頻率； 提高工藝系數(shù)：放電參數(shù)、電極材料、工作 液； 正確選擇工件的極性。Vw= V/t(mm3/min) 2）工具相對損耗(客觀存在) 降低損耗：減少工具消費 利用極性效應(yīng)：因極性不同而引起

7、的電蝕除量不一 致的現(xiàn)象。 如用紫銅電極打鋼：ti 10 s, 正極性加工 ti 80 s, 負(fù)極性加工 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 如圖：直徑25.4石墨電極加工 不淬火鋼板。采用負(fù)極性加工：脈沖寬度超 過400s時，電極損耗1%。采用正極性加工：脈沖寬度超 過400s時，電極損耗12%。17 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 3）加工精度及其影響因素 加工精度： 電火花成形加工： 0.05-0.005 毫米； 電火花線切割加工： 0.01 毫米。 影響因素： 放電間隙大小和一致性； 工具電極損耗； “二次放電”的影響。 （注：所謂二次放電，就是電蝕產(chǎn)物等未及時排除， 從而產(chǎn)生非正常放電） 18 專題

8、三 特種加工工藝基礎(chǔ) 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 4）表面質(zhì)量及其影響因素 表面質(zhì)量： 表面粗糙度、表面變質(zhì)層、表面力學(xué)性能。 表面粗糙度：單個脈沖放電能量、工件材料、 工具電極表面粗糙度、放電加工方式等。 Ra值0.1m 認(rèn)為和機加工的影響差不多。 表面變質(zhì)層：熔化凝固層小于 0.1 毫米； 熱影響層，淬火區(qū)，很??；顯微裂紋等。 表面力學(xué)性能：對硬度和耐磨性的影 響，殘 余應(yīng)力對耐疲勞性能影響。20 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 21 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 3.電火花加工應(yīng)用范圍 1）成形加工22 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) （影像資料1分48秒）24 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 25 專題三 特

9、種加工工藝基礎(chǔ) 3）線切割加工（影像資料2分10秒）27 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 28 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 29 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 視頻資料4分4秒30 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 31 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 5）展成加工此方法加工出的內(nèi)螺紋表面粗糙，有錐度、效率低。32 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 運動：工具與工件同向、同步旋轉(zhuǎn)，工件作徑向切入進給。精度：中徑誤差小于4m。適用：精密內(nèi)外螺紋、內(nèi)外齒輪、回轉(zhuǎn)圓弧面和錐面等。大于工件厚度的整數(shù)倍螺距值。 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 五、電解加工 利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的電化學(xué)原理，對工 件進行成形加工。 電解加工：電分解機

10、制 金屬置于電解液中：產(chǎn)生陽極溶解的電化學(xué)原理。 1.電解加工原理 1） 工件接“+ ”極；工具接“- ”極； 以氯化鈉水溶液作電解液加工低碳鋼為例： 主要化學(xué)反應(yīng)式 水 溶 液陽極反應(yīng)陰極反應(yīng) 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 2）兩極間隙； 0.1-1 毫米 工具陰極凸出部分與工件陽極的電極間隙最小， 此處的電流密度最大，單位時間內(nèi)消耗的電 量最多。根據(jù)法拉第定律，金屬陽極的溶解 量與通過的電量成正比。故此處溶解更快。 3）電解液在兩極間流過，壓力： 0.5-2.5 MPa 電解產(chǎn)物不斷被高速流動的電解液帶走，最終 工具的形狀就“復(fù)制”在工件上。 4）在理想情況下，工具陰極可長期使用（與電加 工不

11、同），工件陽極和水不斷消耗。 5）效率約為電火花加工的5到10倍，某些情況下甚 至高于切削加工。 35 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 間隙 0.11 毫米壓力0.52.5 MPa流速560 m/s此處電流密度最大，單位時間內(nèi)消耗的電量最多根據(jù)法拉第定律，金屬陽極的溶解量與通過的電量成正比，因此，此處溶解速度更快。 電解液作用： 導(dǎo)電介質(zhì)傳遞電流； 在電場作用下進行 電化學(xué)反應(yīng)； 帶走電解產(chǎn)物、散熱。36 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 2.電解加工的基本工藝規(guī)律 1）生產(chǎn)率及其影響因素 材料電化學(xué)當(dāng)量的影響 V=It V工件陽極溶解或析出材料的體積,mm3； 工件材料的體積電化學(xué)當(dāng)量, mm3/(Ami

12、n)； 電解電流，A； t電解時間，min。 電流密度的影響 電極間隙大小的影響 37 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 2）加工精度及其影響因素 脈沖電源比穩(wěn)壓電源好； 混氣電解加工 減少加工間隙 合適的電解液 3）表面質(zhì)量及其影響因素 工具陰極形狀精度及表面質(zhì)量 工藝參數(shù)的選擇 合適的電解液 38 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 3.電解加工的應(yīng)用范圍 電解鍛模型腔39 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 電解整體葉輪40 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 電解去毛刺（視頻資料45秒）41 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 六、超聲波加工 1加工原理 1）系統(tǒng)構(gòu)成： 超聲波發(fā)生器換能器變幅桿工具： 磨料懸浮液；金剛石工具。 聲頻

13、： 16 Hz16 KHz（人耳能感受到的聲波頻率） 超聲頻： 16 KHz 25 KHz 變幅桿將振幅放大到 0.01 0.15 毫米 。42 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 產(chǎn)生電振蕩轉(zhuǎn)化為機械振動振幅 0.010.15 毫米機械錘擊和研拋為主超聲空化為輔的縱合作用43 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 2）加工原理： 磨料在工具端面的超聲振動下，以機械振動 和研拋為主，以“超聲空化”為輔的綜合作用過程。 3）加工特點： 可以加工各種硬脆材料； 可獲得良好的加工精度和表面質(zhì)量; 精度： 0.02-0.01 毫米，Ra 值：0.8-0.1 m ； 工具材料軟，可制成復(fù)雜形狀。 金剛石工具主要用于打孔和套料

14、。44 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 2基本工藝規(guī)律 1）加工速度及其影響因素 進給壓力的影響； 工具振幅和頻率的影響： 0.1-0.01 毫米,16 仟赫 -25 仟赫； 磨料種類和粒度的影響; 工件材料的影響：材料韌性愈好，愈難去除。 2）加工精度及其影響因素 磨料粒度的影響； 加工工具的影響：磨料懸浮液不如金剛石工具。 3）表面質(zhì)量及其影響因素 良好，無變質(zhì)層，無應(yīng)力，無燒傷。 45 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 3.超聲波加工應(yīng)用范圍 型孔與型腔加工 46 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 切割鍺、硅等半導(dǎo)體材料 47 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 清洗、焊接、醫(yī)療設(shè)備和器具 （手術(shù)刀，體內(nèi)超聲波碎石等）

15、 （視頻資料1分37秒)48 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 七、激光加工 激光是一種經(jīng)受激輻射而產(chǎn)生的加強光。1原理 光熱效應(yīng)下產(chǎn)生高溫熔融和沖擊波的綜合作用過 程。它的光強度高，方向性強，相干性和單色性好， 易聚焦成高能光束。 2加工特點 1）高能束流加工，功率密度可達(dá)108-1010（W/cm2）； 2）加工速度快，熱影響區(qū)小，易實現(xiàn)自動化加工； 3）可聚焦形成微小光斑，可實現(xiàn)精密微細(xì)加工； 4）平均加工精度0.01毫米,Ra值0.4-0.1m49 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) （激勵脈沖氙燈）受激輻射造成光放大，然后再經(jīng)過諧振腔內(nèi)的反射鏡的反饋作用產(chǎn)生振蕩，由諧振腔的一端輸出激光。聚焦直徑幾十到

16、幾微米，能量密度 1081010 W/ cm2 。50 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 3激光加工的應(yīng)用范圍 1）表面強化處理：熱處理 51 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 熱處理效果 52 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 1）表面強化處理： 合金化 53 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 1）表面強化處理：激光重熔 54 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 2）激光切割激光還可以進行焊接、打孔。55 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 八、電子束和離子束加工1電子束加工 1）條件：高壓、密封 2）利用電子高速運動產(chǎn)生的熱能加工（熱效應(yīng)） 3）造價高昂4）效率非常高：每秒可在0.1mm厚的鋼板上加工出 3000個直徑為0.2mm的孔 5）在真空中進行，工件加工表面不易氧化，尤其 適合加工易氧化的金屬及合金。 56 專題三 特種加工工藝基礎(chǔ) 名詞術(shù)語：電磁透鏡實際是通直流電的多匝線圈，利用