機械制造基礎(chǔ)第十五章

1、機械制造基礎(chǔ)第十五章第1頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四9.1 特種加工方法的特點與分類對機械制造技術(shù)提出了新的要求第一，解決各種難加工材料的問題第二，解決各種復(fù)雜表面的加工問題第三，解決各種超精或具有特殊要求的零件的加工問題。如對表面質(zhì)量和精度要求很高，以及低剛度零件的加工。高強度、高硬度、高韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工如噴氣渦輪機葉片、整體渦輪、注射模的立體成型表面等第2頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四 人們研究探索出了許多新的加工方法，直接利用電能、聲能、光能、化學(xué)能、熱能等進行加工，這些方法統(tǒng)稱為特種加工。特種加工的主要特點:（1

2、）不是依靠機械能去除材料。（2）工具硬度可以低于被加工材料硬度。（3）加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機械切削力。 特種加工已經(jīng)成為當前機械制造領(lǐng)域不可缺少的加工方法，為新產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)提供了許多加工手段，為新材料的研制提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。本章只簡略介紹幾種常用的特種加工方法。 第3頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四9.2 電火花加工1. 電火花加工的原理電火花加工（Electrical Discharge Machining,簡稱EDM）是通過工具電極和工件之間產(chǎn)生脈沖性的火花放電，靠放電的瞬間局部產(chǎn)生高溫把金屬蝕除下來。由于在放電過程中可見到火花，故稱之為電火花加工。

3、 第4頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四圖11-1 電火花加工原理示意圖1-自動進給調(diào)節(jié)裝置 2-工具 3-工作液 4-工件 5-工作液泵 6-脈沖電源 第5頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四電火花加工第6頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四2. 電火花加工的特點（1）適合于難切削材料的加工，能“以柔克剛”（2）工具電極與工件不接觸，兩者間作用力很?。?）脈沖參數(shù)可調(diào)節(jié)，能在同一機床連續(xù)進行粗、半精、精加工，加工過程易于自動控制（4）主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料，在一定條件下也可以加工半導(dǎo)體和非金屬材料(5）電極的耗損影響加工精度第

4、7頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四3. 電火花加工的應(yīng)用 加工各種金屬及合金材料、特殊熱敏感材料、半導(dǎo)體材料等；加工各種形狀復(fù)雜的型腔和型孔，如各種模具的型腔、型孔，樣板、成形刀具以及小孔（直徑0.01mm）、異型孔等；加工范圍已達到小至十微米的孔、縫，大到幾米的大型模具和零件第8頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四9.3 電火花線切割加工1. 電火花線切割加工的原理 電火花線切割加工（Wire Cut EDM,簡稱WEDM）是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工藝方法，其基本原理是利用移動的細金屬導(dǎo)線（銅絲或鉬絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電、切割

5、成形。 第9頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四圖11-2 電火花線切割原理1-絕緣底板 2-工件 3-脈沖電源4-鉬絲 5-導(dǎo)向輪 6-支架 7-貯絲筒第10頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四電火花線切割加工過程第11頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四2. 線切割加工的特點（1）無需特定形狀的工具電極，節(jié)約了電極設(shè)計、制造費用，縮短了生產(chǎn)準備時間（2）由于加工表面的幾何輪廓由CNC控制的運動獲得，容易獲得復(fù)雜的平面形狀（3）電極絲在加工中不斷移動，使電極絲損耗較少，有利于提高加工精度第12頁，共30頁，2022年，5月20日，2

6、點31分，星期四（4）由于電極絲較細，可以加工微細異形孔、窄縫和復(fù)雜形狀工件，由于切縫很窄，金屬去除量少，可對工件套料加工，材料利用率高，節(jié)約貴重金屬（5）不同工件只需編制不同程序，易實現(xiàn)自動化（6）不能加工盲孔類零件表面和階梯形表面（立體形狀表面）第13頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四3. 線切割加工的應(yīng)用 加工各種硬質(zhì)合金和淬火鋼的沖模、拉絲模、冷拔模、樣板、成形刀具、各種形狀復(fù)雜的零件、窄縫和柵網(wǎng)等。將許多同樣零件疊起來加工，并獲得一致的尺寸，加工精密細小零件其經(jīng)濟效果尤其顯著。第14頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四9.4 電解加工1. 電

7、解加工的原理 利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的原理來去除工件上多余材料 圖11-3 電解加工示意圖1-工具陰極 2-工件陽極3-電解液泵 4-電解液 5-直流電源第15頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四2. 電解加工的特點（1）加工范圍廣，不受金屬材料本身力學(xué)性能的限制，可加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等（2）電解加工的生產(chǎn)率高，約為電火花加工的510倍（3）加工過程中工具陰極不耗損，可長期使用(4）不易達到較高的精度和加工穩(wěn)定性，難以實現(xiàn)窄縫、小孔的加工（5）電極工具設(shè)計與制造麻煩，工件必須是導(dǎo)電材料（6）電解液對設(shè)備與環(huán)境有腐蝕和污染作用，需要防腐和無害化處理第16頁，共30

8、頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四3. 電解加工的應(yīng)用 電解加工在各種膛線、花鍵孔、深孔、內(nèi)齒輪、鏈輪、葉片、異形零件及模具型腔等方面得到了廣泛的應(yīng)用。由于機床費用較 高，一般在加工難加工材料、型面復(fù)雜、批量大的零件時選用，而單件小批生產(chǎn)多采用電火花加工。第17頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四9.5 超聲波加工1. 超聲波加工的原理 超聲波加工（Ultrasonic Machining,簡稱USM）是利用工具端面作超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工脆硬材料的一種方法。圖11-4 超聲波加工原理示意圖1-超聲波發(fā)生器 2-換能器 3-振幅擴大器4-工具 5-工件

9、6-磨料懸浮液第18頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四2. 超聲波加工的特點：（1）適合加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料，例如玻璃、陶瓷、石英、寶石、金剛石等。（2）工具可用較軟的材料做較復(fù)雜的形狀。（3）工具與工件相對運動簡單，使機床結(jié)構(gòu)簡單。（4）切削力小、切削熱少，不會引起變形及燒傷，加工精度與表面質(zhì)量也較好。第19頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四超聲波加工的應(yīng)用 超聲波加工廣泛就用于加工半導(dǎo)體和非導(dǎo)體的脆硬材料，如玻璃、石英、金剛石等；由于其加工精度和表面粗糙度優(yōu)于電火花、電解加工，因此電火花加工后的一些淬火鋼、硬質(zhì)合金零件，還常

10、用超聲拋磨進行光整加工；此外，還可以用于套料、清洗、焊接和探傷等。第20頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四9.6 激光加工 激光加工（Laser Beam Machining,簡稱LBM）是用高強度、高亮度、方向性好、單色性好的相干光，通過一系列的光學(xué)系統(tǒng)聚焦成平行度很高的微細光束（直徑幾微米至幾十微米），獲得極高的能量密度（1081010W/cm2）和10000以上的高溫，使材料在極短的時間內(nèi)（千分之幾秒甚至更短）熔化甚至氣化，以達到去除材料的目的。第21頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四1. 激光加工的原理圖11-5 固體激光器加工簡圖1-全反射

11、鏡 2-激光工作物質(zhì) 3-激勵能源4-部分反射鏡 5-透鏡 6-工件第22頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四2. 激光加工的特點 （1）對材料的適應(yīng)性強。激光加工的功率密度是各種加工方法中最高的一種，激光加工幾乎可以用于任何金屬材料和非金屬材料，如高熔點材料、耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆性材料。（2）打孔速度極快，熱影響區(qū)小。 通常打一個孔只需0.001s,易于實現(xiàn)加工自動化和流水作業(yè)。（3）激光加工不需要加工工具。由于它屬非接觸加工，工件無變形，對剛性差的零件可實現(xiàn)高精度加工。（4）激光能聚焦成極細的光束，能加工深而小的微孔和窄縫（直徑幾微米，深度與直徑比可達10

12、以上），適于精微加工。（5）可穿越介質(zhì)進行加工。可以透過由玻璃等光學(xué)透明介質(zhì)制成的窗口對隔離室或真空室內(nèi)的工件進行加工。第23頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四3. 激光加工的應(yīng)用 激光加工可用于打孔、切割、電子器件的微調(diào)、焊接、熱處理以及激光存貯等各個領(lǐng)域。已經(jīng)在生產(chǎn)實踐中愈來愈多地顯示了它的優(yōu)越性，受到廣泛的重視。第24頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四9.7 電子束加工1. 電子束加工的原理 電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高（106109W/cm2）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，在極短的時間（幾分之一微秒）內(nèi)

13、，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的工件材料達到幾千攝氏度以上的高溫，從而使材料的局部熔化和氣化，被真空系統(tǒng)抽走，如圖11-6所示。第25頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四圖11-6 電子束加工原理及設(shè)備組成1-電源及控制系統(tǒng) 2-抽真空系統(tǒng)3-電子槍系統(tǒng)4-聚焦系統(tǒng) 5-電子束 6-工件第26頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四2. 電子束加工的特點 （1）電子束可以微細地聚焦，是一種精密微細的加工方法。（2）能量密度高，生產(chǎn)效率高，是非接觸式加工，不產(chǎn)生應(yīng)力和變形，加工材料范圍廣。（3）可以通過電場或磁場對電子束的強度、位置、聚焦等直接進行控

14、制，整個加工系統(tǒng)易實現(xiàn)自動化。（4）污染少，表面不氧化，特適合加工易氧化的材料。（5）整個加工系統(tǒng)價格較貴，生產(chǎn)中受到一定的限制。第27頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四3. 電子束加工的應(yīng)用 電子束加工按其能量密度和能量注入時間的不同，可用于打孔、切割、蝕刻、焊接、熱處理和光刻加工等。例如在0.1mm厚的不銹鋼板上加工直徑為0.2mm的孔，速度為每秒3000個孔。第28頁，共30頁，2022年，5月20日，2點31分，星期四9.8 離子束加工 離子束加工的原理和電子束加工基本相似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速、聚焦，使之沖擊到工件表面。不同的是離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大幾個數(shù)量級