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、化學等能量或其各種組合作用在工件的被加工部位上，實現(xiàn)對材料的去除、變形、改變性能和鍍覆，從而達到加工目的。 8.1.1 特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展1.特種加工的產(chǎn)生 材料愈來愈難加工，零件結(jié)構(gòu)和形狀愈來愈復雜、對表面粗糙度和精度的要求愈來愈高，因而對機械制造部門提出了加工超硬材料、復雜表面和超精零件等一系列新的要求。2.特種加工的特點 不用機械能，加工作用力極小，可進行微細加工、無大面積熱應變等。 3.特種加工的發(fā)展趨勢 1）充

2、分融合現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)和精密制造技術(shù)等高新技術(shù)，使加工設備向自動化和柔性化方向發(fā)展。 2）大力開發(fā)新的特種加工方法，包括微細加工和復合加工。 8.1.2 特種加工對機械制造工藝技術(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）對產(chǎn)品和零件的結(jié)構(gòu)設計產(chǎn)生較大影響； 5）需重新評估傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)工藝性。 特種加工方法可按其能量來源和加工原理分為電火花加工、電化學加工、高能束加工、物料切蝕加工、化學加工、成形加工和復合加工等多種門類的加工。8.2.1 電火花加工 電火花加工又稱放電加工（簡稱EDM），它利用電、熱能對零件進行加工。 1.

3、電火花加工的原理 電火花加工是利用脈沖放電對導電材料進行蝕除，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備是電火花穿孔成型加工機床，它由床身、立柱、工作臺、工作液槽、主軸頭、工具電極夾具、工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)等主要部件組成。 2.電火花加工的特點及應用 1）可用硬度低的紫銅或石墨作為工具電極對任何硬、脆、高熔點的導電材料進行加工，具有以柔克剛的功能； 2）可以加工特殊和形狀復雜的表面，常用于注塑模、壓鑄模等型腔模的加工； 3）無明顯的機械切削力，適宜于加工薄壁、窄槽和細微精密零件； 4）由于脈沖電源的輸出脈沖參數(shù)可任意調(diào)節(jié)，因而能在同一臺床

4、子上連續(xù)進行粗加工、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上發(fā)展起來的一種加工工藝（簡稱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，利用脈沖放電對工件進行切割加工，因而也稱線切割。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備是數(shù)控電火花切割機，它由床身部分、坐標工作臺部分（一般均采用十字和滾動導軌、滾動絲杠）、走絲機構(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和應用 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)合金模具和強磁材料； 2）由于采用數(shù)控技術(shù)，可編程切割形狀復雜的型腔，易于實現(xiàn)CAD/CAM； 3）由于幾乎無切削力，故可切割極薄工件； 4）由于金屬絲直徑小，因而加工時省料，特別適宜于切割貴重金屬材料； 5）試制新產(chǎn)品時，可直接將某些板類工件切割出，省去了模具、刀具、工夾具等工裝，使開發(fā)產(chǎn)品周期明顯縮短。 8.2.3 電解加工 電解加工（簡稱ECM）是電化學加工中的主要加工方法，已成功應用于國防、航空航天、汽車、拖拉機等領域的工業(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陽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、解加工的基本設備包括直流設備、電解加工機床和電解液系統(tǒng)三個部分。 2.電解加工的特點和應用 1）加工范圍廣，可加工高硬度、高強度和高韌性的各類導電材料，可加工汽輪機葉片、葉輪等復雜型面； 2）生產(chǎn)率高； 3）能以簡單的直線進給運動一次完成復雜型腔表面的加工，不產(chǎn)生變形和殘余應力，也無飛邊、毛刺等； 4）可獲得較好的表面粗糙度，加工精度不高； 5）加工過程中，工具陰極在理論上不會損耗，可長期使用。 8.2.4 超聲加工 超聲加工也稱超聲波加工（簡稱USM），超聲加工不僅能加工金屬導電材料，而且更適宜加工玻璃、陶瓷、半導體鍺和硅片等不導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 超聲波特點： 1）超聲波能傳遞很大的能量； 2）當超聲波在液態(tài)介質(zhì)中傳播時，在介質(zhì)中連續(xù)形成壓縮和稀疏區(qū)域，產(chǎn)生壓力正負交變的液壓沖擊和空化現(xiàn)象； 3）超聲波通過不同介質(zhì)時，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，會產(chǎn)生波的干涉和共振現(xiàn)象。 超聲加工的基本原理見圖8-5所示。超聲加工是磨粒在超聲振動作用下的機械撞擊和拋磨作用以及空化作用的綜合結(jié)果。 超聲加工設備為超聲加工機床，它由超聲發(fā)生器、超聲振動系統(tǒng)、機床本體（由工作頭、加壓機構(gòu)和工作進給機構(gòu)、工作臺等組成）、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.超聲加工的特點和應用 1）適宜加工各種硬

8、脆材料，特別是非金屬材料；2）能以簡單的進給運動加工復雜的表面；3）由于切削力很小，因而其工件的殘余應力和加工變形很小，表面質(zhì)量好，表面粗糙度可達Ra10.1m，加工精度可達0.010.02mm。可以加工微細結(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加工各種材料的一種新工藝（簡稱LBM）。1.激光加工的原理 激光是一束相同頻率、相同方向和嚴格位相關系的高強度平行單色光。由于光束的發(fā)散角通常不超過0.1，因此在理論上可聚焦到直徑為光波波長尺寸相近的焦點上，焦點處的能量密度可達1081010W/cm2，溫度可高達攝氏1萬度，從而使

9、任何材料均在瞬時（103s ）被急劇熔化乃至汽化，并產(chǎn)生強烈的沖擊波被噴發(fā)出去，從而達到切除材料的目的。 常用的激光器按激活介質(zhì)的種類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.激光加工的特點和應用 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，其輸出功率可以調(diào)節(jié)，因此，激光可用于精細加工； 3）激光屬非接觸式加工，無明顯機械切削力，因而具有無工具損耗、加工速度快、熱影響區(qū)小、熱變形和加工變形小，易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點； 4）能透過透視窗孔對隔離室或真空室內(nèi)的零件進行加工。 電子束加工（簡稱EBM）和離子束加工（簡稱IBM）是近年來得到高

10、速發(fā)展的新興特種加工。這兩種加工主要用于精細加工領域，尤其是微電子領域。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 1）電子束加工屬于精細加工 ； 2）加工范圍廣 ，加工質(zhì)量好； 3）生產(chǎn)率高； 4）加工過程易于實現(xiàn)自動化。3.離子束加工原理和特點 離子束加工的物理基礎是，當離子束打擊到材料表面上，會產(chǎn)生所謂撞擊效應、濺射效應和注入效應，從而達到不同的加工目的。 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，稱為考夫曼型離子源。4.離子束加工應用 1）刻蝕加工； 2）鍍膜加工； 3）離子注入加工。 思考題1.試簡述

11、特種加工的產(chǎn)生與發(fā)展以及對機械制造工藝技 術(shù)的主要影響。2.試述電火化加工的原理和特點。 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 返回文檔圖8-2 電火花線切割工作原理示意圖 1進電裝置 2導向輪 3金屬絲 4工件 5X軸步進電動機 6Y軸步進電動機 7橫向工作臺 8縱向工作臺 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