專題三：特種加工工藝基礎(chǔ)

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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(diǎn)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

Introductionofnon-conventionalmachinin

1．歷史發(fā)展與我國在該領(lǐng)域現(xiàn)狀

HistoricaldevelopmentandthepresentsituationatthefieldinChina

以柔克剛，用不同能量直接加工，實(shí)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）。

StoryofinventionaboutEDMbylazaniankecouple

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專題三特種加工工藝基礎(chǔ)

2．特種加工基本特點(diǎn)

Fundamentalcharacteristicsofnon-conventionalmachining

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

）

Thehardnessoftoolmaterialismuchlowerthanworkpiece.

2）可直接利用電能、電化學(xué)能、光能和聲能等進(jìn)行加工

Directlytouseelectricity,electro-chemicalenergy,lightenergyandsoundenergytomachinedifferentmaterials.5

專題三特種加工工藝基礎(chǔ)

3)加工過程機(jī)械力幾乎可以忽略不計

Themachiningforcealmostcanbeignoredattheprocessofmachining.

4）復(fù)合加工可使生產(chǎn)率提高、加工精度提高

Productivityandmachiningaccuracycanbeenhancedbycompositemachining.

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

Almosteverykindofenergycanproduceanewmachiningmethod.6

專題三特種加工工藝基礎(chǔ)

3.特種加工解決的工藝難題

Tosolvethehard-to-solvedproblemsbynon-conventionalmachining

1）各種難加工材料的加工：高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、高純度。如金剛石刀具、拉絲模、陶瓷螺桿、淬火模具鋼、工業(yè)純鐵等。

Tofabricatethehardtocutmaterials,etc..

2）復(fù)雜零件表面的加工：整體葉輪

Machiningthesurfacesofcomplexparts:integrateimpeller

3）低剛性、微細(xì)結(jié)構(gòu)零件的加工：超細(xì)長不銹鋼螺桿、其他

Machininglowrigid,finestructure

Parts:superfineandlongstainlesssteelleadscrewandtheothers.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(jī)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(jī)械能作用方式

電解磨削ECG

電化學(xué)珩磨ECH

5．機(jī)械能與聲能作用方式

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(jī)械能作用方式

磨料流珩磨(擠壓珩磨)AFH

水射流切割WJC

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專題三特種加工工藝基礎(chǔ)三、特種加工對機(jī)械制造工藝技術(shù)的影響

Theeffectofnon-conventionalmachining

onmanufacturingprocess.

1）改變了對材料可加工性的認(rèn)識

Changingtherecognitionofmachinabilityformaterials.

2）重新衡量設(shè)計結(jié)構(gòu)工藝性的優(yōu)劣，并帶來變革

Re-balancingtheadvantageanddisadvantageofthestructuraltechnology.

3）優(yōu)化零件加工工藝過程

Tooptimumthemanufacturingprocessofpartsmachining.

下面介紹各種特種加工方法10

專題三特種加工工藝基礎(chǔ)

四、電火花加工

Electricaldischargemachining

1．原理與特點(diǎn)

Principleandcharacteristics

1）原理：電場強(qiáng)度、擊穿介質(zhì)、形成放電通道、繼續(xù)放電

Principle:fieldstrength,breakdownmedium,formingadischargechannel,continuingdischarging.11

專題三特種加工工藝基礎(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）加工條件（從系統(tǒng)觀點(diǎn)看）：

Machiningcondition(fromthesystempointofview)

脈沖電源：輸出所需要的電脈沖，脈寬（ON-TIME）、脈間（OFF-TIME）、峰值電壓、峰值電流、波形等。

Pulsesupply:outputtherequiredelectricalpulse,ontime,offtime,peakvoltage,peakcurrent,waveform.

伺服進(jìn)給裝置：自動進(jìn)給（發(fā)展自適應(yīng)控制）

Servofeeddevice:automaticfeed(developmentofadaptivecontrol)

工作液循環(huán)系統(tǒng)：絕緣介質(zhì)、過濾

Circulationsystemofworkingcoolant:insulatemedium,filtration.

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(fèi)利用極性效應(yīng)：因極性不同而引起的電蝕除量不一

致的現(xiàn)象。如用紫銅電極打鋼：ti≤10μs,正極性加工

ti≥80μs,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400μs時，電極損耗﹤1%。采用正極性加工：脈沖寬度超

過400μs時，電極損耗﹥12%。16

專題三特種加工工藝基礎(chǔ)利用覆蓋效應(yīng)：黑膜只能在正極表面形成，要利用覆蓋效應(yīng)，必須采用負(fù)極性（工件接負(fù)極）加工。

注：覆蓋效應(yīng)：工作液使用煤油等碳?xì)浠衔飼r，放電產(chǎn)生的

高溫會使工作液分解出碳化物并附著在電極表面，形成

能繼續(xù)放電的保護(hù)層（黑膜），此現(xiàn)象稱為覆蓋效應(yīng)或

吸附效應(yīng)。

類似切削刀具上的積屑瘤，總是動態(tài)平衡狀態(tài)，對工具電

極起保護(hù)作用。

選用合適的工具電極材料

常用：銅、石墨、鎢、銅鎢合金及銀鎢合金等。

銅—熔點(diǎn)雖低，但導(dǎo)熱性好、切削性好，常用作形狀復(fù)雜電極。

石墨—導(dǎo)熱性、加工性均好，長脈沖加工時能吸附游離態(tài)的碳。

鎢、鉬、銅鎢合金、銀鎢合金等--熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱性好，但價格昂

貴又難于加工，一般在精密電火花加工中使用。鉬在高速電火

花線切割中用作線電極。

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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）

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專題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≤0.1μm認(rèn)為和機(jī)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?。伙@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)

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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）

專題三特種加工工藝基礎(chǔ)工具電極運(yùn)動：回轉(zhuǎn)同時軸

向進(jìn)給。適合：直徑0.3至3mm小孔。加工速度：60mm/min,遠(yuǎn)高于

小直徑麻花鉆。可在斜面、曲面上打孔。尺寸精度、形狀精度較高。微細(xì)加工：直徑小于0.2的。

目前國外：深徑比5，直徑0.015mm.

目前國內(nèi)：深徑比10，直徑0.05.技術(shù)難點(diǎn)：工具電極制備、排

屑困難、伺服進(jìn)給系統(tǒng)及特

殊的脈沖電源控制單個脈沖

的放電能量。24

專題三特種加工工藝基礎(chǔ)25

專題三特種加工工藝基礎(chǔ)3）線切割加工（影像資料2分10秒）26

專題三特種加工工藝基礎(chǔ)4）磨削與鏜削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(yùn)動：工具與工件同向、同步旋轉(zhuǎn)，工件作徑向切入進(jìn)給。精度：中徑誤差小于4μm。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(jìn)行成形加工。電解加工：電分解機(jī)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：0.5-2.5MPa

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。