現(xiàn)代加工技術(shù)課件

1、項目九 現(xiàn)代加工技術(shù)課題一 概述課題二 電解加工課題三 激光加工課題四 電火花加工課題五 超聲加工課題六 電子束加工及水射流加課題一 概述 現(xiàn)代加工是指直接利用機械能、電能、熱能、光能、聲能、化學(xué)能機電化學(xué)能等進行加工的總稱(有時可稱特種加工)。與傳統(tǒng)的切削加工的區(qū)別在于:不是主要依靠機械能，而是主要用其他能量去除工件上的多余材料;工具硬度可以低于被加工材料的硬度;加工過程中工具與工件之間一般不存在顯著的切削力。特種加工分類方法很多.按能量來源和作用原理可分類如下:返回下一頁課題一 概述機械能高速切削加工電、熱電火花加工、電子束加工、等離子束加下電、機械離子束加工電化學(xué)電解加工電化學(xué)、機械電解

2、磨削、陽極機械磨削機械超聲加下熱激光加熱聲光流體、機械磨料流動加工、磨料噴射加下化學(xué)化學(xué)加工液流液力加工上一頁返回下一頁課題一 概述 傳統(tǒng)的機械加工，除磨削以外一般都安排在淬火熱處理工序之前，特種加工的出現(xiàn)，改變了這一成不變的程序。由于特種加工工具往往不直接接觸工件，其硬度可以低于被加工材料的硬度，而且為了避免淬火引起的變形，可將某些工序放在淬火后加工效果更好。例如，電火花線切割加工、電火花成行加工和電解加工等。 特種加工還對工藝過程的安排產(chǎn)生了影響，如粗、精加工分開以及工序集中與分散等產(chǎn)生了影響。由于特種加工時沒有顯著的切削力，所以機床、夾具、工具、工件的剛度、強度不是主要矛盾，即使是復(fù)雜的

3、、精度要求高的加工表面也常常用一個復(fù)雜工具，簡單的運動軌跡.一次安裝.一道工序就加工出來了。上一頁返回課題二 電解加工 一、電解加工的原理 電解加工是利用金屬在電解液中的“陽極溶解”作用使工件加工成形的，其原理如圖9一1所示。工件接直流電源的正極，工具接負(fù)極，兩極間保持較小的間隙(0.1 0.8 mm)，電解液以一定的壓力(0. 5一2 MPa)和速度(5一60 m/s)從間隙流過。 電解加工成形的原理如圖9 -2所示。電解加工剛開始時，工件毛坯的形狀與工具形狀不同，兩電極之間間隙不相等，如圖9 -2(a)所示，間隙小的地方電場強度高，電流密度大(圖中豎線密)，金屬溶解速度也較快;反之，間隙較

4、大處加工速度就慢。返回下一頁課題二 電解加工二、電解加工的特點 (1)加工范圍廣，能加工任何高強度、高硬度、高韌性的導(dǎo)電材料，如硬質(zhì)合金、淬火鋼、不銹鋼、耐熱合金等難加工的材料。 (2)生產(chǎn)率高，是特種加工中材料去除速度最快的方法之一，為電火花加工的5-10倍 (3)加工過程中無切削力和切削熱，也沒有因此給工件帶來的變形，因而可以加工剛性差的薄壁零件。加工表面殘留應(yīng)力和毛刺小，能獲得較光潔的表面和一定的加工精度。上一頁返回下一頁課題二 電解加工 (4)加工過程中工具陽極基本上無損耗，可長期保持工具的精度。 (5)電解加工不需要復(fù)雜的成形運動，即可加工復(fù)雜的空間曲面 (6)只能加工導(dǎo)電的金屬材料

5、，對加工窄縫、小孔及棱角很尖的表面則比較困難，加工精度受到限制。 (7)復(fù)雜加工表面的工具電極的設(shè)計和制造比較費時，因而在單件、小批生產(chǎn)中的應(yīng)用受到限制。 (8)附屬設(shè)備較多，占地面積大、投資大，電解液腐蝕機床，容易污染環(huán)境，須采取一定的防護措施。上一頁返回下一頁課題二 電解加工三、電解加工的應(yīng)用 電解加工主要應(yīng)用于切削加工困難的領(lǐng)域，如難以加工的材料、形狀復(fù)雜的表面和剛性較差的薄板的加工等。常用的工藝有:電解穿孔、電解成形、電解去毛刺、電解切割、電解拋光、電解刻蝕等 1.電解穿孔 對于一些形狀復(fù)雜、尺寸較小的微孔(四方孔、六方孔、橢圓、半圓等形狀的通孔和不通孔)是很難采用機械加工方法加工的，

6、但如果采用電解加工則往往容易解決，既可保證加工質(zhì)量，又可提高生產(chǎn)率。上一頁返回下一頁課題二 電解加工 2.電解成形 電解加工可以使用成形陰極(工具)對復(fù)雜的工件形腔一次成形，生成率高，表面粗糙度值小，可以節(jié)省大部分修磨工時，但加工精度不高，可控制在0. 1-0. 2 mm，目前多應(yīng)用于鍛模模腔加工，如汽車和拖拉機的連桿、曲軸、十字軸、凸輪軸等零件以及氣輪機和發(fā)動機的葉片、鏈輪以及擺線齒輪等復(fù)雜零件的加工。上一頁返回課題三 激光加工下一頁返回一、激光加工的原理 激光是一種亮度高、方向性好、單色性好的相干光)因此激光束具有發(fā)散角小、單色性好、亮度集中的特性. 圖9一3，激光加工就是利用這種原理進行

7、細(xì)微的打孔、切割工作的。二、激光加工的特點與應(yīng)用 1.激光加工的特點 (1)加工范圍廣。由于激光加工的功率密度是各種加工方法中最高的一種，幾乎能加工任何金屬和非金屬材料，如高熔點材料、耐熱合金、硬質(zhì)合金、有機玻璃及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料。課題三 激光加工上一頁下一頁返回 (2)操作簡單。激光加工不需要真空條件，可在各種環(huán)境下進行 (3)適合于精密加工。激光聚焦后的焦點直徑小至幾微米，形成極細(xì)的光束，可以加工深而小的微孔和窄縫。 (4)無工具損耗。激光加工不需要加工工具，是非接觸加工，工件不受明顯的切削力，可對剛性差的薄壁零件進行加工。 (5)加工速度快、效率高，可減少熱打一散帶來的熱變形

8、 (6)可控性好，易于實現(xiàn)加工自動化 (7)激光加工裝置小巧簡單，維修方便課題三 激光加工上一頁下一頁返回 2.激光加工的應(yīng)用 在機械加工中利用激光能量高度集中的特點，可進行打孔、切割、焊接、雕刻和表面處理，利用激光的單色性還可進行精密測量。 (1)激光打孔。激光打孔是激光加工中應(yīng)用最廣的方法。 (2)激光切割。激光切割與激光打孔的原理基本相同，都是將激光能量聚焦在很微小的范圍內(nèi)把工件“燒穿”，但切割時要移動工件或激光束，沿切口連續(xù)打一排小孔即把工件割開。激光可以切割各種金屬、陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體材料以及布、紙、橡膠、木材等各種材料，切割效率很高，切縫很窄，并可十分方便地切割出各種曲線形狀課題三

9、 激光加工上一頁返回 (3)激光焊接。激光焊接與激光打孔的原理有所不同，不需將材料“燒穿”，只需把材料燒熔，使其熔合在一起即可，因此所需的能量比打孔小些。激光焊接時間短，生產(chǎn)率高，沒有焊渣，被焊材料不易氧化，熱影響小，不僅能焊接同種材料，而且還可焊接不同種材料，這是普通焊接無法實現(xiàn)的。 (4)激光雕刻。激光雕刻與切割基本相同。只是工件的移動由兩個坐標(biāo)的數(shù)控系統(tǒng)傳動，可在平板上蝕出所需圖樣，一般多用于印染行業(yè)及美術(shù)作品。 (5)激光表面處理激光表面處理主要是用激光對金屬工件表面進行掃描加熱。激光加工是一門嶄新技術(shù)，是一種極有發(fā)展前途的新工藝。課題四 電火花加工下一頁返回一、數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇

10、 1.適于數(shù)控加工的內(nèi)容 在選擇時，一般可按下列順序考慮: (1)通用機床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容; (2)通用機床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點選擇內(nèi)容; (3)通用機床加工效率低、工人手工操作勞動強度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機床尚存在富裕加工能力時選擇課題四 電火花加工上一頁下一頁返回一、電火花加工的基本原理1.基本原理圖9 -4所示為電火花穿孔成形加工原理及設(shè)備組成如圖9一5 (a)所示。一個放電結(jié)束后，經(jīng)過一段時間間隔，使工件液恢復(fù)絕緣后，第二個脈沖電壓又加到兩極上，又會在間隙最小處擊穿放電，電蝕出一個小凹坑，這樣隨著高的頻率連續(xù)不斷地重復(fù)放電，工具電極不斷地向工件進給，就可

11、將工具電極的形狀復(fù)制到工件上，加工出所需要的工件，整個加工表面由無數(shù)個極細(xì)微的小凹坑所組成，如圖9一5 (b)所示課題四 電火花加工上一頁下一頁返回 2.電火花加工的特點 (1)可用軟工具電極來加工任何硬度的導(dǎo)電性工件材料，如淬火鋼、不銹鋼、耐熱合金和硬質(zhì)合金等。 (2)加工過程中無顯著的切削力，因而可加工小孔、深孔、窄縫和薄壁彈性件，可以不致因工具或工件剛度太低而無法加工。 (3)脈沖參數(shù)可以任意調(diào)節(jié)。加工中只要更換工具電極，就可以在同一臺機床上通過改變電規(guī)準(zhǔn)(電壓、電流、脈沖寬度、脈沖間隔等電參數(shù))連續(xù)進行粗、半精和精加工.課題四 電火花加工上一頁下一頁返回二、電火花穿孔、成形加工機床 電

12、火花加工機床主要由主機、脈沖電源、自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工作液過濾循環(huán)系統(tǒng)幾部分組成。電火花加工機床如圖9 -6所示，主要由機床總體、液壓油箱、工作液箱、電源箱等部分組成)機床總體部分包括床身、立柱、主軸頭、工作臺及工作液槽等) 工作液過濾循環(huán)系統(tǒng)一般采用強迫循環(huán)，使電蝕產(chǎn)物從間隙中及時排除，并將工作液經(jīng)過過濾后循環(huán)使用，以保證工作液的清潔，防止引起短路或非正常電弧放電。課題四 電火花加工上一頁下一頁返回三、電火花穿孔加工 電火花穿孔加工是應(yīng)用最廣的一種電火花加工方法，常用來加工沖模、拉絲模和噴嘴上的各種小孔。 電火花穿孔加工的精度取決于工具電極的尺寸和放電間隙。 用電火花加工較大的孔時，應(yīng)先粗加

13、工孔，留適當(dāng)?shù)募庸び嗔浚话銌芜呌嗔繛?. 5-1mm。若加工余量太大，生產(chǎn)效率低;加工余量太小，電火花加工時電極定位困難。課題四 電火花加工上一頁下一頁返回 五、電火花線切割加工電火花線切割加工簡稱線切割，是在電火花穿孔成形加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 電火花線切割加工與電火花穿孔成形加工相比較，具有以下特點: 省掉了成形的工具電極，降低了成形工具電極的制造費用，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。 由于電極絲比較細(xì)，可以加工窄縫窄槽和微型孔，用它切斷貴重金屬可以節(jié)約材料，而且余料還可以利用，提高了材料的利用率課題四 電火花加工上一頁返回切割時幾乎沒有切削力，所以，可以用于切割極薄的工件由于采用移動的長電極絲加工

14、，使單位長度電極絲的損耗較少，從而對加工精度的影響較小電火花線切割加工的不足之處是不能加工盲孔類零件表面和階梯成形表面(立體成形表面)。課題五 超聲加工下一頁返回一、超聲加工的工作原理 由超聲發(fā)生器產(chǎn)生高頻電振蕩(一般為16-30 kHz)，施加于超聲換能器上，將高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成超聲頻振動。超聲振動通過變幅桿放大振幅，并驅(qū)動以一定的靜壓力在工作表面上的工具產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動。工具端部通過磨料不斷地捶擊工件，使加工區(qū)的工件材料粉碎成很細(xì)的微粒，被損壞的磨料懸浮液帶走，工具便逐漸進入到工件中，從而加工出與工具相應(yīng)的形狀見圖9 -7所示課題五 超聲加工上一頁下一頁返回二、超聲加工的主要特點不受材料是

15、否導(dǎo)電的限制工具對工件的作用力小、熱影響小，因而可加工薄壁、窄縫和薄片工件;被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或強度、韌性越大則越難加工;由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度應(yīng)比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料;可以與其它多種加工方法結(jié)合應(yīng)用，如超聲振動切削、超聲電火花加工和超聲電解加工等。課題五 超聲加工上一頁返回三、超聲加工的應(yīng)用 超聲加工主要用于各種脆性材料，如玻璃、石英、陶瓷、硅、鍺、鐵氧體、寶石和玉器等的打孔(包括圓孔、異形孔和彎曲孔等)、切割、開槽、套料、雕刻、成批小零件去毛刺、模具表面拋光和砂輪修整等方面。 變幅桿起著放大振幅和聚能的作用，按截面積

16、變化規(guī)律有錐形、指數(shù)曲線形、懸鏈線形，階梯形等。機床本體一般有立式和臥式兩種類型，超聲振動系統(tǒng)則相應(yīng)地垂直放置和水平放置。課題六 電子束加工及水射流加下一頁返回一、電子束加工1.電子束加工原理在真空條件下，將具有很高速度和能量的電子射線聚集(一次或二次聚焦)到被加工材料上，電子的動能大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分材料的溫度升高至熔點，瞬時熔化、汽化及蒸發(fā)而去除，達到加工目的。其原理如圖9 -8所示 2.電子束加工的特點是:(1)由于在極小的面積上具有高能量(能量密度可達106-109W/cm)，故可加工微孔、窄縫等，其生產(chǎn)率比電火花加工高數(shù)十倍至數(shù)百倍。課題六 電子束加工及水射流加上一頁下一頁

17、返回 (2)加工中電子束的壓力很微小，主要是靠瞬時蒸發(fā)，所以工件產(chǎn)生的應(yīng)力及應(yīng)變均甚小。 (3)電子束加工是在真空度為1. 33 x 10-1一1. 33 x10 -3 Pa的真空加工室中進行的，加工表面無雜質(zhì)滲入，不氧化，加工材料范圍廣泛，特別是適宜加工易氧化的金屬和合金材料以及純度要求高的半導(dǎo)體材料。 (4)電子束的強度和位置比較容易用電、磁的方法實現(xiàn)控制，加工過程容易實現(xiàn)自動化，可進行程序控制和仿形加工課題六 電子束加工及水射流加上一頁下一頁返回 3.電子束加工裝置 電子束加工裝置的基本結(jié)構(gòu)由電子槍、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源等部分組成 (1)電子槍。這是獲得電子束的核心部件。由電子發(fā)射陰

18、極、控制柵極和加速陽極等組成。發(fā)射陰極用鎢或鈕制成，在加熱狀態(tài)下可發(fā)射大量電子?？刂茤艠O為一中間有孔的圓筒件，其上加以較陰極為負(fù)的偏壓，其作用既能控制電子束的強度，又具有初步聚焦作用加速陽極通常接地，為了使電子流得到更大的加速運動，常在陰極上施加很高的負(fù)電壓。課題六 電子束加工及水射流加上一頁下一頁返回(2)真空系統(tǒng)。只有在高真空室內(nèi)才能實現(xiàn)電子的高速運動，防止發(fā)射陰極及工件表面被氧化，需要真空系統(tǒng)經(jīng)常保證電子束加工系統(tǒng)的高真空度要求，一般真空度為1. 33 x10-2-1. 33 x 104Pa(3)控制系統(tǒng)。其主要作用是控制電子束聚焦直徑、束流強度、束流位置和工作臺位置。電子束經(jīng)過聚焦而成為很細(xì)的束斑，它決定著加工點的孔徑或縫寬大小。課題六 電子束加工及水射流加上一頁下一頁返回二、水射流加工 1.水射流加工基本原理 水射流加工是利用高速水流對工件的沖擊來侵蝕材料的。如圖9-9所示。采用帶有添加劑的水，以高達3倍聲速的速度沖擊工件進行加工或切削水由水泵抽出，通過增壓器增2.材料去除速度和加工精度 切割速度主要由工件材料決定，并與功率大小成正比，和材料的厚度成反比。加工精度主要受機床精度的影響，切縫比