特種加工技術(shù)教案樣本

特種加工技術(shù)一、特種加工就是當(dāng)老式切削加工辦法對產(chǎn)品（或材料）無法實行或保證不了規(guī)定精度規(guī)定期而應(yīng)用物理（力、熱、聲、光、電）或化學(xué)辦法進行加工手段。二、特種加工與老式切削加工辦法在原理上重要區(qū)別：1）用機械能以外其她能量去除工件上多余材料，以達到圖樣上所有技術(shù)規(guī)定。2）打破老式硬刀具加工軟材料規(guī)律，刀具硬度可低于被加工材料硬度，可謂“以柔克剛”。3）在切削加工中，工具與工件不受切削力作用。三、特種加工分類：1）電能與熱能作用方式有：電火花成形與穿孔加工、電火花線切割加工、電子束加工和等離子束加工。2）電能與化學(xué)能作用方式有：電解加工、電鑄加工和刷鍍加工。3）化學(xué)能與機械能作用方式有：電解磨削、電解珩磨。4）聲能與機械能作用方式有：超聲波加工5）光能與熱能作用方式有：激光加工。6）電能與機械能作用方式有：離子束加工。7）液流能與機械能作用方式有：擠壓珩磨和水射流切割。第一節(jié)電火花加工一、電火花加工原理1、電火花加工（放電加工或電蝕加工）：運用工具電極和工件電極間瞬時火花放電所產(chǎn)生高溫來熔蝕材料。工具和工件與電源兩極相接，均浸在有一定絕緣度流體介質(zhì)（通慣用煤油或礦物油）中。脈沖電壓加到兩極之間，在工具電極向工件電極運動中，將極間近來點液體介質(zhì)擊穿，形成火花放電。由于放電通道截面積很小，通道中瞬時高溫使材料熔化和氣化。單個脈沖能使工件表面形成微小凹坑，而無數(shù)個脈沖積累將工件上高點逐漸熔蝕。隨著工具電極不斷地向工件作進給運動，工具電極形狀便被復(fù)制在工件上。加工過程中所產(chǎn)生金屬微粒，則被流動工作液流帶走。同步，總能量一小某些也釋放到工具電極上形成一定工具損耗。1-工件2-脈沖電源3-自動進給調(diào)節(jié)裝置4-工具5-工作液6-過濾器7-工作液泵8-被蝕除材料2、電火花加工應(yīng)具備如下條件：1）、工具電極和工件電極之間必要保持一定間隙。這可由自動進給調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)。間隙可在幾微米至幾百微米之間，間隙過大極間電壓不能擊穿兩極間介質(zhì)而不能產(chǎn)生火花放電，間隙過小則會引起拉弧燒傷或短路。由于工件不斷被蝕除，工具電極也有一定損耗，間隙將不斷擴大。這就規(guī)定工具不但要隨著工件材料不斷蝕除而進給，形成工件規(guī)定尺寸和形狀，并且還要不斷地調(diào)節(jié)進給速度，有時甚至要停止進給或回退以保持恰當(dāng)放電間隙。由于放電間隙很小，且位于工作液中無法觀測和直接測量，因而必要要有自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)來保持恰當(dāng)放電間隙。2）、必要采用脈沖電源。因火花放電必要是瞬時脈沖放電，放電延續(xù)一段時間（普通10-7～10-8s）后，需停歇一段時間。3）、必要在有一定絕緣性能流動工作液中進行火花放電.這有助于產(chǎn)生脈沖性火花放電，并排除放電間隙中電蝕物，以免間隙中電蝕產(chǎn)物過多而引起已加工過側(cè)表面間“二次放電”，影響加工精度，還可以對電極及工件表面起較好冷卻作用。二、電火花加工特點（１）可加工難切削加工導(dǎo)電材料，如淬火鋼、硬質(zhì)合金、不銹鋼、工業(yè)純鐵等。（２）工具硬度可以低于被加工材料硬度。（３）加工時無明顯機械切削力，有助于小孔、窄槽、型孔、曲線孔及薄壁零件加工，也適合于精密細微加工。（４）脈沖參數(shù)可任意調(diào)節(jié)，加工中只要更換工具電極或采用階梯形工具電極就可以在同一機床上持續(xù)進行粗、半精和精加工。（５）普通效率低于切削加工，可先用切削加工粗加工，再用電火花精加工。（６）放電過程中有一某些能量消耗于工具電極而導(dǎo)致工具電極消耗，對成形精度有一定影響。三、電火花加工基本工藝規(guī)律1、加工速度和工具損耗速度加工速度：單位時間內(nèi)工件電蝕量，即生產(chǎn)率；損耗速度：單位時間內(nèi)工具電蝕量加工速度qp--正極總蝕除量；kp--工藝系數(shù)（與電極材料、脈沖參數(shù)和工作液關(guān)于）；wM--單個脈沖能量；f--脈沖頻率；t--加工時間；vp--正極蝕除速度。φ——有效脈沖運用率，%；提高加工速度途徑１）提高脈沖頻率：縮小脈沖停歇時間或壓窄脈沖寬度。２）增長單個脈沖能量：加大脈沖電流或增長脈沖寬度，但會影響表面質(zhì)量和加工精度，普通只用于粗、半精加工之中。３）提高工藝參數(shù)：如合理選用電極材料、工作液及放電參數(shù)，改進工作液循環(huán)過濾方式等，來有效地提高脈沖運用率，以達到提高工藝參數(shù)目。４）對的選取工件極性：窄脈沖加工選用正極性加工（工件接脈沖電源正極），而采用寬脈沖加工時，采用負極性加工（工件接電源負極）。2）工具相對損耗加工中衡量工具電極與否耐損耗，不但要看工具損耗速度，還要看同步能達到加工速度，因此采用相對損耗（損耗比）作為衡量工具電極耐損耗之指標(biāo)。100%100%減少工具電極相對損耗途徑：１）極性效應(yīng)２）覆蓋效應(yīng)：黑膜只能在正極表面形成，因而須采用負極性加工３）傳熱效應(yīng)4）沉積效應(yīng)5）選取適當(dāng)工具電極材料工具電極材料銅：制成各種精密復(fù)雜電極，可用于中小型腔加工鎢、鉬：熔點和沸點較高、損耗少，但其機械加工性能不好，價格較貴，普通僅用于線切割。石墨：用于型腔加工銅碳、銅鎢和銀鎢合金等合金材料：導(dǎo)熱性好，熔點高，電極損耗少，價格較貴、制導(dǎo)致型困難，普通只用于精密電火花加工。2、影響加工精度重要因素（１）放電間隙大小和一致性（２）工具電極損耗及“二次放電”二次放電是指已加工表面上由于電蝕產(chǎn)物等介入而再次進行非正常放電。二次放電重要是在加工深度方向側(cè)面產(chǎn)生斜度和使加工棱角邊變鈍。圖3-4加工斜度產(chǎn)生a)工具損耗產(chǎn)生加工斜度b)輪廓對比圖1-工具電極無損耗時輪廓線2-工具電極有損耗但不考慮二次放電時工件輪廓線1`-工具電極有損耗時輪廓線2`-工具電極有損耗且產(chǎn)生二次放電時工件輪廓線3-工件4-工具電極此外，工具尖角或凹角很難精準(zhǔn)地復(fù)制在工件表面上。圖3-5尖角變圓現(xiàn)象a)加工外表面b)加工內(nèi)表面1-工件電極2-工具電極3．影響表面質(zhì)量因素（１）表面粗糙度：單個脈沖能量、工具電極表面粗糙度、加工速度。（２）表面變質(zhì)層：熔化凝固層、熱影響層及顯微裂紋。（３）表面力學(xué)性能：表面最外層硬度與耐磨性、殘存應(yīng)力、耐疲勞性能四、電火花加工應(yīng)用電火花加工應(yīng)用在穿孔加工、型腔加工、電火花磨削與鏜磨加工、電火花展成加工、表面強化、非金屬電火花加工或用于打印標(biāo)記、刻字、跑合齒輪嚙合件、取出折斷在零件中絲錐或鉆頭等方面。1、穿孔加工常指貫通等截面或變截面二維型孔（圓孔、方孔、多邊孔、異形孔）、曲線孔（彎孔、螺旋孔）、小孔、微孔等加工電火花加工。1）穿孔加工尺寸精度重要取決于工具電極尺寸和放電間隙。2）工具電極截面輪廓尺寸要比預(yù)定加工型孔尺寸均勻地縮小一種加工間隙，其尺寸精度要比工件高一級，表面粗糙度應(yīng)比工件小。3）普通電火花加工后尺寸公差可達IT7級，表面粗糙度Ra值1.25。4）電火花加工較大孔時，普通先預(yù)制孔，留適當(dāng)余量（單邊余量為0.5～1mm左右），余量太大，生產(chǎn)率低，電火花加工時不好定位。5）細微孔：直徑不大于0.2mm孔。6）國外當(dāng)前可加工出深徑比為5，直徑為0.015mm細微孔。在國內(nèi)普通可加工出深徑比為10，直徑為0.05mm細微孔。7）但加工細微孔效率較低，由于工具電極制造困難，排屑也困難，單個脈沖放電能量須有特殊脈沖電源控制，對伺服進給系統(tǒng)規(guī)定更嚴。8）電火花重要應(yīng)用在直徑為0.3～3mm高速小孔加工，可避免小直徑鉆頭（d≤1mm）易折斷問題。9）還合用于斜面和曲面上加工小孔，并可達較高尺寸精度和形狀精度。10）在加工時可采用管狀電極，內(nèi)通高壓工作液，工具電極在回轉(zhuǎn)同步又作軸向進給運動，速度可達60mm/min。２．電火花型腔加工1）普通指三維型腔和型面加工，如擠壓模、壓鑄模、塑料模及膠木模等型腔加工及整體式葉輪、葉片等曲面零件加工。2）型腔多為盲孔加工，且形狀復(fù)雜，致使工作液難以循環(huán)，排出蝕除渣困難，因而比穿孔加工困難。為了改進加工條件，有時在工具電極中間開有沖油孔，以便冷卻和排出加工產(chǎn)物。第二節(jié)電火花線切割加工在電火花加工基本上用線狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對工件進行切割，故稱為電火花線切割，簡稱線切割。一、電火花線切割加工原理運用上下高速移動金屬導(dǎo)線（銅絲或鉬絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電、切割成形。提問：電火花放電過程中如此高溫度鉬絲為什么沒有熔斷？鉬絲不易溶化因素：1.高速上下移動使之迅速離開高溫2.工作液不斷地沖洗也達到了降溫作用3.這屬于正極性，鉬絲接負極不易被腐蝕二、線切割加工應(yīng)用（1）合用于各種形狀沖模。（2）可以加工微細異形孔、窄縫和復(fù)雜形狀工件。（3）加工樣板和成型刀具。（4）加工粉末冶金模、鑲拼型腔模、拉絲模、波紋板成型模。（5）加工硬質(zhì)材料、切割薄片，切割貴重金屬材料。（6）加工凸輪、特殊齒輪。（7）合用于小批量、多品種零件加工。三、線切割加工必要具備條件1）鉬絲與工件被加工表面之間必要保持一定間隙，間隙寬度由工作電壓、加工量等加工條件而定。2）電火花線切割加工時,必要在有一定絕緣性能液體介質(zhì)中進行,如煤油、皂化油、去離子等。3）必要采用脈沖電源,即火花放電必要是脈沖性、間歇性。二、線切割加工機床線切割加工機床型號及含義線切割加工機床構(gòu)成及作用線切割機床分類數(shù)控線切割技術(shù)發(fā)展趨勢1、型號及含義DK774040主參數(shù)代號：表達工作臺橫向X軸行程1/10，即400mm7型別代號：表達中走絲線切割機7組別代號：表達電火花加工機床K通用特性代號：表達數(shù)字程序控制D機床類別代號：電加工機床2、DK7740機床構(gòu)成及作用DK7740型線切割機床重要技術(shù)指標(biāo)：工作臺橫向行程400mm工作臺縱向行程500mm加工最大錐度±30-±150工作臺最大承載重量320Kg工作臺臺面寬度460mm工作臺臺面長度690mm加工最大厚度I400mm（可調(diào)）加工表面粗糙度Ra≤2.5um電極絲直徑范疇Ф0.16-0.20mm電極絲速度11m/s最高材料去出率≥100mm2/min工作液DX-1、DX-4、南光-1供電電源380V，三相，50Hz功耗<2KW3、線切割機床分類1）按走絲速度分：高速走絲和低速走絲高速走絲電火花線切割機床（WEDM-HS）電極絲作高速往復(fù)運動，普通走絲速度為6-11m/s，這是國內(nèi)生產(chǎn)和使用重要機種，也是國內(nèi)獨創(chuàng)電火花線切割加工模式。低速走絲電火花線切割機床（WEDM-LS）電極絲作低速單向運動，普通走絲速度低于2.5m/s，這是國外生產(chǎn)和使用重要機種。2）按控制方式分由靠模仿形控制、光電跟蹤控制、數(shù)字程序控制以及微機控制等，前兩種辦法現(xiàn)已很少采用。3）按脈沖電源形式分有RC電源、晶體管電源、分組脈沖電源以及自適應(yīng)控制電源等，RC電源現(xiàn)已基本不用。4）按加工特點分有大、中、小型，以及普通直壁切割型與錐度切割型等。4、數(shù)控線切割技術(shù)發(fā)展趨勢1）切割速度、加工精度、表面粗糙度、復(fù)雜度進一步提高；低速當(dāng)前最高切割速度：300高速當(dāng)前最高切割速度：2602）線切割機床逐漸形成產(chǎn)品系列化、原則化和通用化，向大型、精密、高效率、多功能及自動化等方向發(fā)展。三、DK7740型線切割機床操作系統(tǒng)簡介概述：HF線切割數(shù)控自動編程軟件，是一種高智能化圖形交互式軟件系統(tǒng)。通過簡樸直觀繪圖工具，將所要進行切割零件形狀描繪出來，按照工藝規(guī)定，將描繪出來圖形進行編排等解決。再通過系統(tǒng)解決成一定格式加工程序。1、全繪編程——主界面2、功能選取框13、功能選取框24、加工——界面5、異面合成功能第三節(jié)激光加工技術(shù)重要內(nèi)容1激光產(chǎn)生及其特性2激光加工基本原理及特點3激光加工基本設(shè)備4激光加工技術(shù)應(yīng)用一、激光產(chǎn)生光產(chǎn)生與光源內(nèi)部原子運動狀態(tài)關(guān)于,原子內(nèi)原子核和核外電子間存在著吸引和排斥矛盾，電子按一定半徑軌道環(huán)繞原子核運動。當(dāng)原子接受一定外來能量或向外釋放一字能量時，核外電子運動軌道半徑將發(fā)生變化，即產(chǎn)生能級變化，這就是發(fā)光原理。激光是通過入射光子影響處在亞穩(wěn)態(tài)高能紡原子、離子或分子躍遷到低能能而完畢受激輻射時發(fā)出光，簡言之，激光就是受激輻射得到加強光。二、激光基本原理及特點1、激光發(fā)生原理勉勵勉勵還原勉勵還原電極電極激光熱2、激光特性

普通光源激光光源亮度電燈：約470sb太陽：約1.65X105sb紅寶石激光器，約1.65X1015sb功率1000MW/cm2方向無擬定方向、發(fā)散角大、難會聚發(fā)散角小到0.1mrad（近似平行光），光束會聚其焦點處光斑10um單色性氪燈光源譜線寬為0.0047?激光譜線寬度為10-7?相干性氪燈光源相干長度78cm激光相干長度可達幾十公里3、激光加工基本原理激光加工是一種重高能束加工辦法，它是運用激光高強度、高亮度、方向性好、單色性好特性，通過一系列光學(xué)系統(tǒng)聚焦成平行度很高微細光束（直徑幾微米至幾十微米），獲得極高能量密度（108~1010W/cm2）照射到材料上，使材料在極短時間內(nèi)（千分之幾秒甚至更短）熔化甚至氣化，以達到加熱和去除材料目。激光加工特點1）適應(yīng)性強激光加工功率密度高，幾乎能加工任何材料，如各種金屬、陶瓷、石英、金剛石、橡膠等。2）加工精度高激光束可聚焦成微米級光斑（理論上直徑可不大于1um）適合精密微細加工。3）加工質(zhì)量好激光加工能量密度高,熱作用時間很短,整個加工區(qū)幾乎不受熱影響,工件熱變形極小，故可加工對熱沖擊敏感材料。4）加工速度快效率高激光打孔只需0.01s，切割比常規(guī)辦法提高效率8~20倍，激光焊接可提高效率30倍，微調(diào)薄膜電阻可提高1000倍，提高精度1~2數(shù)量級。5）容易實現(xiàn)自化加工激光束傳播以便，易于控制，便于與機器人、自動檢測、計算機數(shù)字控制等先進技術(shù)相結(jié)合。6）通用性強用一臺激光器變化不同導(dǎo)光系統(tǒng)，可以解決各種形狀和尺寸工件。也可以選取恰當(dāng)加工條件，用同一臺裝置進行切割、打孔、焊接和表面解決等各種加工。7）節(jié)能節(jié)材激光束能量運用率為常規(guī)熱加工工藝10~1000倍，激光切割可以節(jié)約材料15%~30%。局限性點激光加工是一種瞬時、局部熔化和氣化加工，影響因素多。因而，微細加工時重復(fù)加工精度和表面粗糙度不易保證。此外對具備高熱傳導(dǎo)率材料加工較困難。三、激光加工基本設(shè)備1）激光器激光器是激光加工核心設(shè)備，通過它可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，獲得方向好、能量密度高、穩(wěn)定激光束。按材料分：固體激光器、氣體激光器、液體激光器、半導(dǎo)體激光器及自由電子激光器。按工作方式分：持續(xù)激光器和脈沖激光器。2）激光器電源激光電源依照加工工藝規(guī)定，為激光提供所需能量及控制功能。由于激光器工作特點不同，對供電電源規(guī)定也不同。3）光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)涉及聚焦系統(tǒng)和觀測瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。聚焦系統(tǒng)作用是把激光引向聚焦物鏡，并聚焦在加工工件上；為了使激光束精確地聚焦在加工位置，要有焦點位置調(diào)節(jié)以及觀測描準(zhǔn)系統(tǒng)。4）機械系統(tǒng)機械系統(tǒng)重要涉及床身、工作臺和機電控制系統(tǒng)。四、激光加工技術(shù)應(yīng)用慨述：激光加工應(yīng)范疇很廣，其因素是其輸出功率較大，既可脈沖輸出，也可持續(xù)輸出；激光束既可以聚焦成小光斑，也可聚焦成直線或其她開狀；功率密度可調(diào)范疇大；激光可以在不同環(huán)境下工作；同步也能很以便地用在其她辦法不易加工地方。材料加熱溫度高低重要取決于激光輻射功率密度。功率在103~104/cm2時只能加熱材料，在105~106/cm2時，材料開始熔化；到106~107/cm2以上時材料則產(chǎn)生蒸發(fā)。激光輻射在加工材料上引起作用不但與輻射功率密度關(guān)于，還與輻射延續(xù)時間關(guān)于，調(diào)節(jié)這兩個參數(shù)，便可以得到不同工藝規(guī)范，進行加工。重要應(yīng)用有：打孔、切割、焊接、熱解決、雕刻、微調(diào)和迅速成型。1、激光打孔激光打孔特點：1）可加工精度高、深徑比大微小孔2）能加工小至幾微米小孔3）可加工異型孔4）能在所有金屬和非金屬材料上打孔5）容易實現(xiàn)自動化，加工效率高提高打孔精度辦法:1）投影法打孔2）光柱法打孔3）激光脈沖調(diào)制4）噴氣加工2、激光切割特性:1）能切割任何難加工高熔點材料、耐高溫和硬脆材料2）切割精度高3）非接觸切割4）切割速度高5）切割深寬比高6）切割質(zhì)量優(yōu)良7）可與計算機數(shù)控技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)自動化加工3、激光焊接特性

1）激光照射時間短，焊接過程極為迅速2）具備熔化凈化效應(yīng)，能純凈焊縫金屬3）能量密度高，對高熔點、高導(dǎo)熱率材料焊接有利4）可透過透明體焊接，防止雜質(zhì)污染和腐蝕5）能以簡樸辦法實現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)，更合用于復(fù)雜零件焊接4、激