金屬工藝學(xué)課件-機(jī)械工程學(xué)院

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容對(duì)機(jī)械對(duì)機(jī)械制造技制造技術(shù)提出術(shù)提出了新的了新的要求要求第一，解決各種難加第一，解決各種難加工材料的問題工材料的問題第二，解決各種復(fù)第二，解決各種復(fù)雜表面的加工問題雜表面的加工問題第三，解決各種超精第三，解決各種超精或具有特殊要求的零或具有特殊要求的零件的加工問題。件的加工問題。如對(duì)表面質(zhì)量和精度如對(duì)表面質(zhì)量和精度要求很高，以及低剛要求很高，以及低剛度零件的加工。度零件的加工。高強(qiáng)度、高硬度、高高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性的金屬韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工及非金屬材料的加工如噴氣渦輪機(jī)葉片、如噴氣渦輪機(jī)葉片、整體渦輪、注射模的整體渦輪、注射模的立體成型表面等立體成型表

2、面等 人們研究探索出了許多新的加工方法，直接利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(jìn)行加工，用電能、聲能、光能、化學(xué)能、熱能等進(jìn)行加工，這些方法統(tǒng)稱為特種加工這些方法統(tǒng)稱為特種加工。特種加工的主要特點(diǎn)特種加工的主要特點(diǎn):（1）不是依靠機(jī)械能去除材料。）不是依靠機(jī)械能去除材料。（2）工具硬度可以低于被加工材料硬度。）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(jī)械切削力。）加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力。 特種加工已經(jīng)成為當(dāng)前機(jī)械制造領(lǐng)域不可缺少的加工方特種加工已經(jīng)成為當(dāng)前機(jī)械制造領(lǐng)域不可缺少的加工方法，為新產(chǎn)品

3、設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了許多加工手段，為新材料法，為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jiǎn)略介紹幾種常用的特種的研制提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。本章只簡(jiǎn)略介紹幾種常用的特種加工方法。加工方法。 1. 電火花加工的原理電火花加工的原理 電火花加工（電火花加工（Electrical Discharge Machining,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱EDM）是通過工具電極和工件之間產(chǎn)生脈沖）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(lái)。由于在放電過程中可見到火花，故屬蝕除下來(lái)。由于在放電過程中可見到火花，故稱之為電火花加

4、工。稱之為電火花加工。 圖圖11-1 電火花加工原理示意圖電火花加工原理示意圖1-自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置 2-工具工具 3-工作液工作液 4-工件工件 5-工作液泵工作液泵 6-脈沖電源脈沖電源 電火花加工電火花加工 2. 電火花加工的特點(diǎn)電火花加工的特點(diǎn)（1）適合于難切削材料的加工，能）適合于難切削材料的加工，能“以柔克剛以柔克剛”（2）工具電極與工件不接觸，兩者間作用力很?。┕ぞ唠姌O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(jī)床連續(xù)進(jìn)行粗、）脈沖參數(shù)可調(diào)節(jié)，能在同一機(jī)床連續(xù)進(jìn)行粗、半精、精加工，加工過程易于自動(dòng)控制半精、精加工，加工過程易于自動(dòng)控制（4）主要用于

5、加工金屬等導(dǎo)電材料，在一定條件）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）電極的耗損影響加工精度 3. 電火花加工的應(yīng)用電火花加工的應(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；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（直徑型腔、型孔，樣板、成形刀具以及小孔（直徑0.01mm）、異型孔等；）、異型孔等；加工范圍已達(dá)到小至十微米的孔、縫，大到幾米的大加工范圍已達(dá)到

6、小至十微米的孔、縫，大到幾米的大型模具和零件型模具和零件 1. 電火花線切割加工的原理電火花線切割加工的原理 電火花線切割加工（電火花線切割加工（Wire Cut EDM,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱WEDM）是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種）是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種工藝方法，其基本原理是利用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線工藝方法，其基本原理是利用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線（銅絲或鉬絲）作電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放（銅絲或鉬絲）作電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電、切割成形。電、切割成形。 圖圖11-2 電火花線切割原理電火花線切割原理1-絕緣底板絕緣底板 2-工件工件 3-脈沖電源脈沖電源4-鉬絲鉬絲 5-導(dǎo)向輪導(dǎo)向輪 6-支架

7、支架 7-貯絲筒貯絲筒電火花線切割加工過程電火花線切割加工過程 2. 線切割加工的特點(diǎn)線切割加工的特點(diǎn)（1）無(wú)需特定形狀的工具電極，節(jié)約了電極設(shè)計(jì)、制造）無(wú)需特定形狀的工具電極，節(jié)約了電極設(shè)計(jì)、制造費(fèi)用，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間費(fèi)用，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間（2）由于加工表面的幾何輪廓由）由于加工表面的幾何輪廓由CNC控制的運(yùn)動(dòng)獲得，控制的運(yùn)動(dòng)獲得，容易獲得復(fù)雜的平面形狀容易獲得復(fù)雜的平面形狀（3）電極絲在加工中不斷移動(dòng)，使電極絲損耗較少，有）電極絲在加工中不斷移動(dòng)，使電極絲損耗較少，有利于提高加工精度利于提高加工精度（4）由于電極絲較細(xì)，可以加工微細(xì)異形孔、窄縫）由于電極絲較細(xì)，可以加工微細(xì)異形孔、窄縫

8、和復(fù)雜形狀工件，由于切縫很窄，金屬去除量少，和復(fù)雜形狀工件，由于切縫很窄，金屬去除量少，可對(duì)工件套料加工，材料利用率高，節(jié)約貴重金屬可對(duì)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化）不同工件只需編制不同程序，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化（6）不能加工盲孔類零件表面和階梯形表面（立體形狀）不能加工盲孔類零件表面和階梯形表面（立體形狀表面）表面） 3. 線切割加工的應(yīng)用線切割加工的應(yīng)用 加工各種硬質(zhì)合金和淬火鋼的沖模、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。將種形狀復(fù)雜的零件、窄縫和

9、柵網(wǎng)等。將許多同樣零件疊起來(lái)加工，并獲得一致許多同樣零件疊起來(lái)加工，并獲得一致的尺寸，加工精密細(xì)小零件其經(jīng)濟(jì)效果的尺寸，加工精密細(xì)小零件其經(jīng)濟(jì)效果尤其顯著。尤其顯著。 1. 電解加工的原理電解加工的原理 利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽(yáng)極溶解的原理來(lái)利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽(yáng)極溶解的原理來(lái)去除工件上多余材料去除工件上多余材料 圖圖11-3 電解加電解加工示意圖工示意圖1-工具陰極工具陰極 2-工件陽(yáng)極工件陽(yáng)極3-電解液泵電解液泵 4-電解液電解液 5-直流直流電源電源 2. 電解加工的特點(diǎn)電解加工的特點(diǎn) （1）加工范圍廣，不受金屬材料本身力學(xué)性能的）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)

10、合金、耐熱合金等限制，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）電解加工的生產(chǎn)率高，約為電火花加工的510倍倍（3）加工過程中工具陰極不耗損，可長(zhǎng)期使用）加工過程中工具陰極不耗損，可長(zhǎng)期使用(4(4）不易達(dá)到較高的精度和加工穩(wěn)定性，難以實(shí)不易達(dá)到較高的精度和加工穩(wěn)定性，難以實(shí)現(xiàn)窄縫、小孔的加工現(xiàn)窄縫、小孔的加工（5）電極工具設(shè)計(jì)與制造麻煩，工件必須是導(dǎo)）電極工具設(shè)計(jì)與制造麻煩，工件必須是導(dǎo)電材料電材料（6）電解液對(duì)設(shè)備與環(huán)境有腐蝕和污染作用，需）電解液對(duì)設(shè)備與環(huán)境有腐蝕和污染作用，需要防腐和無(wú)害化處理要防腐和無(wú)害化處理 3. 電解加工的應(yīng)用電解加工的應(yīng)用 電解加工在

11、各種膛線、花鍵孔、深孔、內(nèi)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(jī)床費(fèi)用較面得到了廣泛的應(yīng)用。由于機(jī)床費(fèi)用較 高，高，一般在加工難加工材料、型面復(fù)雜、批量大的一般在加工難加工材料、型面復(fù)雜、批量大的零件時(shí)選用，而單件小批生產(chǎn)多采用電火花加零件時(shí)選用，而單件小批生產(chǎn)多采用電火花加工。工。 1. 超聲波加工的原理超聲波加工的原理 超聲波加工（超聲波加工（Ultrasonic Machining,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱USM）是利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，通過磨料懸浮液加是利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，通過磨料懸浮液加

12、工脆硬材料的一種方法。工脆硬材料的一種方法。圖圖11-4 超聲波加超聲波加工原理示意圖工原理示意圖1-超聲波發(fā)生器超聲波發(fā)生器 2-換能器換能器 3-振幅振幅擴(kuò)大器擴(kuò)大器4-工具工具 5-工件工件 6-磨料懸浮液磨料懸浮液 2. 超聲波加工的特點(diǎn)：超聲波加工的特點(diǎn)：（1）適合加工各種硬脆材料，特別是不）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、導(dǎo)電的非金屬材料，例如玻璃、陶瓷、石英、寶石、金剛石等。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）工具可用較軟的材料做較復(fù)雜的形狀。狀。（3）工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，使機(jī)床）工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，使機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

13、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。（4）切削力小、切削熱少，不會(huì)引起變）切削力小、切削熱少，不會(huì)引起變形及燒傷，加工精度與表面質(zhì)量也較好。形及燒傷，加工精度與表面質(zhì)量也較好。3. 超聲波加工的應(yīng)用超聲波加工的應(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，還常用超聲一些淬火鋼、硬質(zhì)合金零件，還常用超聲拋磨進(jìn)行光整加工；此外，還可以用于套拋磨進(jìn)行光整加工；此外

14、，還可以用于套料、清洗、焊接和探傷等。料、清洗、焊接和探傷等。 激光加工（激光加工（Laser Beam Machining,簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱稱LBM）是用高強(qiáng)度、高亮度、方向性好、）是用高強(qiáng)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)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(xì)光束（直徑幾微米聚焦成平行度很高的微細(xì)光束（直徑幾微米至幾十微米），獲得極高的能量密度至幾十微米），獲得極高的能量密度（1081010W/cm2）和）和10000以上的高溫，以上的高溫，使材料在極短的時(shí)間內(nèi)（千分之幾秒甚至更使材料在極短的時(shí)間內(nèi)（千分之幾秒甚至更短）熔化甚至氣化，以達(dá)到去除材料的目

15、的。短）熔化甚至氣化，以達(dá)到去除材料的目的。 1. 激光加工的原理激光加工的原理圖圖11-5 固體激光器加工簡(jiǎn)圖固體激光器加工簡(jiǎn)圖1-全反射鏡全反射鏡 2-激光工作物質(zhì)激光工作物質(zhì) 3-激勵(lì)能源激勵(lì)能源4-部分反射鏡部分反射鏡 5-透鏡透鏡 6-工件工件 2. 激光加工的特點(diǎn)激光加工的特點(diǎn) （1）對(duì)材料的適應(yīng)性強(qiáng)。激光加工的功率密度是各種）對(duì)材料的適應(yīng)性強(qiáng)。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(diǎn)材料、耐熱合金及陶瓷、屬材料和非金屬材料，如高熔點(diǎn)材料、耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆性

16、材料。寶石、金剛石等硬脆性材料。 （2）打孔速度極快，熱影響區(qū)小。）打孔速度極快，熱影響區(qū)小。 通常打一個(gè)孔只通常打一個(gè)孔只需需0.001s,易于實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化和流水作業(yè)。易于實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)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，）激光加工不需要加工工具。由于它屬非接觸加工，工件無(wú)變形，對(duì)剛性差的零件可實(shí)現(xiàn)高精度加工。工件無(wú)變形，對(duì)剛性差的零件可實(shí)現(xiàn)高精度加工。 （4）激光能聚焦成極細(xì)的光束，能加工深而小的微孔）激光能聚焦成極細(xì)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(dá)和窄縫（直徑幾微米，深度與直徑比可達(dá)10以上），適以上），適于精微加工。于精微加工

17、。 （5）可穿越介質(zhì)進(jìn)行加工。可以透過由玻璃等光學(xué)透）可穿越介質(zhì)進(jìn)行加工?？梢酝高^由玻璃等光學(xué)透明介質(zhì)制成的窗口對(duì)隔離室或真空室內(nèi)的工件進(jìn)行加工。明介質(zhì)制成的窗口對(duì)隔離室或真空室內(nèi)的工件進(jìn)行加工。 3. 激光加工的應(yīng)用激光加工的應(yīng)用 激光加工可用于打孔、切割、電子器件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(gè)的微調(diào)、焊接、熱處理以及激光存貯等各個(gè)領(lǐng)域。已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中愈來(lái)愈多地顯示了領(lǐng)域。已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中愈來(lái)愈多地顯示了它的優(yōu)越性，受到廣泛的重視。它的優(yōu)越性，受到廣泛的重視。 1. 電子束加工的原理電子束加工的原理 電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高

18、（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(shí)間（幾分之一微秒）內(nèi)，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(dá)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。圖圖11-6 電子束加工原理及設(shè)備組成電子束加工原理及設(shè)備組成1-電源及控制系統(tǒng)電源及控制系統(tǒng) 2-抽真空系統(tǒng)抽真空系統(tǒng)3-電子槍系統(tǒng)電子槍系統(tǒng)4-聚焦系統(tǒng)聚焦系統(tǒng) 5-電子束電子束 6-工件工件 2. 電子束加工的特點(diǎn)電子束加工的特點(diǎn) （1）電子束可以微細(xì)地聚焦，是一種精）電子束可以微細(xì)地聚焦，是一種精密微細(xì)的加工方法。密微細(xì)的加工方法。 （2）能量密度高，生產(chǎn)效率高，是非接）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，加工材料范觸式加工，不產(chǎn)生應(yīng)力和變形，加工材料范圍廣。圍廣。 （3）可以通過電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)電子束的強(qiáng)）可以通過電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)電子束的強(qiáng)度、位置、聚焦等直接進(jìn)行控制，整個(gè)加工度、位置、聚焦等直接進(jìn)行控制，整個(gè)加工系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 （4）污染少，表面不氧化，特適合加工）污染少，表面不氧化，特適合加工易氧化的材料。易氧化的材料。 （5）整個(gè)加工系統(tǒng)價(jià)格較貴，生產(chǎn)中受）整個(gè)加工系統(tǒng)價(jià)格較貴，生產(chǎn)中受到一定的限制。到一定的限制。