《機械制造工藝》課件-第3次課特種加工

2-4特種加工專業(yè)課程/項目化課程機械制造工藝機械制造技術基礎主講教師：萬蘇文聯(lián)系郵箱：99099106@專業(yè)課程/項目化課程復習舊課幾種常用的切削加工方法有哪些特

種

加

工01特種加工概述特種加工是指那些不屬于傳統(tǒng)加工工藝范疇的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用機械能切除多余材料的傳統(tǒng)加工方法。特種加工是近幾十年發(fā)展起來的新工藝,是對傳統(tǒng)加工工藝方法的重要補充與發(fā)展,仍在繼續(xù)研究開發(fā)和改進。直接利用電能、熱能、聲能、光能、化學能和電化學能，有時也結合機械能對工件進行的加工。特種加工中以采用電能為主的電火花加工和電解加工應用較廣，泛稱電加工。特種加工介紹1、與加工對象的機械性能無關，有些加工方法，如激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學加工等，是利用熱能、化學能、電化學能等，這些加工方法與工件的硬度強度等機械性能無關，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點、高強度、特殊性能的金屬和非金屬材料。2、非接觸加工，不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性極低元件及彈性元件得以加工。3、微細加工，工件表面質量高，有些特種加工，如超聲、電化學、水噴射、磨料流等，加工余量都是微細進行，故不僅可加工尺寸微小的孔或狹縫，還能獲得高精度、極低粗糙度的加工表面。4、不存在加工中的機械應變或大面積的熱應變，可獲得較低的表面粗糙度，其熱應力、殘余應力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩(wěn)定性好。5、兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用。6、特種加工對簡化加工工藝、變革新產品的設計及零件結構工藝性等產生積極的影響。特種加工技術特點特種加工發(fā)展方向特種加工技術在國際上被稱為21世紀的技術，對新型武器裝備的研制和生產，起到舉足輕重的作用。隨著新型武器裝備的發(fā)展，國內外對特種加工技術的需求日益迫切。不論飛機、導彈，還是其它作戰(zhàn)平臺都要求降低結構重量，提高飛行速度，增大航程，降低燃油消耗，達到戰(zhàn)技性能高、結構壽命長、經濟可承受性好。為此，上述武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)平臺都要求采用整體結構、輕量化結構、先進冷卻結構等新型結構，以及缽合金、復合材料、粉末材料、金屬間化合物等新材料。發(fā)展納米級的超精密加工；提高加工精度和表面質量；發(fā)展復合加工；提高生產率和自動化程度02電火花加工電火花加工原理（視頻講解P86二維碼）電火花成型加工示意圖電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產生的電蝕作用蝕除導電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱EDM。電火花線切割加工（視頻講解P88二維碼）該方法是利用移動的細金屬絲作工具電極，按預定的軌跡進行脈沖放電切割。按金屬絲電極移動的速度大小分為高速走絲和低速走絲線切割。我國普通采用高速走絲線切割，近年來正在發(fā)展低速走絲線切割，高速走絲時，金屬絲電極是直徑為φ0.02～φ0.3mm的高強度鉬絲，往復運動速度為8～10m/s。低速走絲時，多采用銅絲，線電極以小于0.2m/s的速度作單方向低速運動。線切割時，電極絲不斷移動，其損耗很小，因而加工精度較高。其平均加工精度可達0.0lmm，大大高于電火花成形加工。表面粗糙度Ra值可達1.6或更小。電火花線切割加工示意圖電火花線切割產品03電解加工電解加工利用金屬在電解液中產生陽極溶解的電化學反應，對金屬工件進行成形加工的一種方法。加工時，工件接直流電源的正極，工具接直流電源的負極，如圖5.4.6所示。工件緩慢進給，使兩極之間始終保持0.1~1mm的狹小間隙，電解液從間隙中以5~60m/s的高速流過，陽極工件表面的金屬逐漸按陰極型面的形狀溶解電解產物被高速電解液帶走，于是在工件表面上加工出與陰極型面基本相似的形狀電解加工原理（1）加工范圍廣。電解加工幾乎可以加工所有的導電材料，并且不受材料的強度、硬度、韌性等機械、物理性能的限制，加工后材料的金相組織基本上不發(fā)生變化。它常用于加工硬質合金、高溫合金、淬火鋼、不銹鋼等難加工材料。（2）生產率高，且加工生產率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。電解加工能以簡單的直線進給運動一次加工出復雜的型腔、型面和型孔，而且加工速度可以和電流密度成比例地增加。據(jù)統(tǒng)計，電解加工的生產率約為電火花加工的5至10倍，在某些情況下，甚至可以超過機械切削加工。（3）加工質量好?？色@得一定的加工精度和較低的表面粗糙度。加工精度(mm)：型面和型腔為±0.05～0.20；型孔和套料為±0.03～0.05。表面粗糙度(μm):對于一般中、高碳鋼和合金鋼，可穩(wěn)定地達到Ra1.6～0.4，有些合金鋼可達到Ra0.1（4）可用于加工薄壁和易變形零件。電解加工過程中工具和工件不接觸，不存在機械切削力，不產生殘余應力和變形，沒有飛邊毛刺。（5）工具陰極無損耗。在電解加工過程中工具陰極上僅僅析出氫氣，而不發(fā)生溶解反應，所以沒有損耗。只有在產生火花、短路等異?，F(xiàn)象時才會導致陰極損傷。電解加工的局限性電解加工特點（1）加工精度和加工穩(wěn)定性不高。電解加工的加工精度和穩(wěn)定性取決于陰極的精度和加工間隙的控制。而陰極的設計、制造和修正都比較困難，陰極的精度難以保證。此外，影響電解加工間隙的因素很多，且規(guī)律難以掌握，加工間隙的控制比較困難。（2）由于陰極和夾具的設計、制造及修正困難，周期較長，因而單件小批量生產的成本較高。同時，電解加工所需的附屬設備較多，占地面積較大，且機床需要足夠的剛性和防腐蝕性能，造價較高。因此，批量越小，單件附加成本越高。電解加工局限性04超聲波加工超聲波加工原理超聲波加工原理超聲加工是利用超聲頻作小振幅振動的工具，并通過它與工件之間游離于液體中的磨料對被加工表面的捶擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工，英文簡稱為USM。超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和拋光。原理：超聲波發(fā)生器將工頻交流電能轉變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，換能器將超聲頻電振蕩轉變?yōu)槌暀C械振動，通過振幅擴大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具振產生超聲波振動，迫使磨料懸浮液高速地不斷撞擊、拋磨被加工表面使工件成型。超聲加工范圍：主要用于各種硬脆材料，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、成批小型零件去毛刺、模具表面拋光和砂輪修整等方面。超聲波加工特點超聲波加工特點（視頻P96）1.適用于加工各種脆硬材料；2.加工復雜型腔3.加工精度高4.加工效率低超聲波加工產品05激光加工激光加工是利用光的能量經過透鏡聚焦后在焦點上達到很高的能量密度，靠光熱效應來加工的。激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小，可加工各種材料。用激光束對材料進行各種加工，如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級的物質，在外來光子的激發(fā)下會吸收光能，使處于高能級原子的數(shù)目大于低能級原子的數(shù)目——粒子數(shù)反轉，若有一束光照射，光子的能量等于這兩個能相對應的差，這時就會產生受激輻射，輸出大量的光能。激光加工原理激光加工產品激光加工產品激光加工產品06增材制造增材制造（AdditiveManufacturing，簡稱AM）技術，俗稱3D打印增材制造（AdditiveManufacturing，AM）俗稱3D打印，融合了計算機輔助設計、材料加工與成形技術、以數(shù)字模型文件為基礎，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、

燒結、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實體物品的制造技術。相對于傳統(tǒng)的、對原材料去除切削、組裝的加工模式不同，是一種“自下而上”通過材料累加的制造方法，

從無到有，是一種完全的“自由制造”。增材制造概述《經濟學人》雜志曾評價：“偉大發(fā)明所能帶來的影響，在當時那個年代都是難以預測的，

1750年的蒸汽機如此，1450年的印刷術如此，1950年

的晶體管也是如此。而今，我們仍然無法預測，增材制造（3D打印）將在漫長的時光里如何改變這個世界?！痹霾闹圃靽H地位原理與方法增材制造

（3D打?。?/p>

---為什么能夠制造快速復雜結構原理與方法原理與方法成型制作STL模型CAD模型*實體造型方法

*STL輸出接口*其它數(shù)據(jù)接口數(shù)據(jù)準備處理快速成型系統(tǒng)增材制造工藝過程示意圖*模型制作定向*分層處理

*加支撐CAD造型系統(tǒng)成型過程成型零件加工文件

增材制造（3D打印）

機原理與方法.增材制造（3D打?。C--多種工藝方法激光固化（SLA）-紫外光熔絲堆積（FDM）-

電熱選擇燒結（SLS

）-固體激光器增材制造（3D打?。?DP）-粘接劑粘接金屬直接成形：金屬粉(SLM)

、絲(WAAM)材料與工藝

特點劃分?激光（固體、光纖激光器）?

電子束、離子束、電弧原理與方法應用領域.日常生活.新技術融入日常生活

日常生活

應用領域

產品創(chuàng)新應用領域應用領域

醫(yī)療領域

金屬零件應用領域應用領域應用領域威斯康星州工程師、業(yè)余槍械師邁克爾·格斯林克(Michael

Guslick)日前使用Stratasys增材制造（3D打

?。C以及從網(wǎng)絡上下載的設計圖，

成功打印出了AR-15

步槍的下機匣，并把它變成了一支槍，他還在博客上對

此進行了分享。應用領域增材制造（3D打?。脤嵗獦屩Ыㄖ?土木工程/結構領域使用ZCorp增材制造（3D

打?。┘夹g使用增材制造（3D打?。┑哪Ｐ筒考鳛樵O計過程

的一個步驟：a.早期概念模型b.城市景觀c.復雜建筑外嵌和內陷的研究學習d.增強設計者與客戶之間的交流增材制造（3D打?。脤嵗ㄖＰ蛻妙I域增材制造（3D打?。?/p>

——火箭零件NASA用來激光熔融的原型機是德國

HoffmanInnovationGroupof

Lichtenfels旗下ConceptLaser生產的M2CusingMachine

。M2看起來和一般激光熔融增材制造（3D打

?。C一樣，但打印的材料不是聚合物，而是不銹鋼、鋁、鈦和鎳合金等金屬。M2的光纖激光器有200W。這種高能激光金屬熔融技術生產零件的靈活性相當強，可以直接從設計圖紙生產出

零件來，而且有很好的加工精度和機械性能。這次NASA用M2來打印的是J-2X引擎的零件，這些零件如果通過結構測試和耐火測