特种加工工艺

第 八 章 特 种 加 工 工 艺 第 一 节 概 述一 、 特 种 加 工 的 基 本 概 念二 、 特 种 加 工 的 分 类三 、 特 种 加 工 的 特 点四 、 特 种 加 工 的 应 用 第 一 节 概 述一 、 特 种 加 工 的 基 本 概 念特 种 加 工 又 被 称 为 非 传 统 或 非 常 规 加 工 。英 译 ： Non-traditional（ conventional） Machining， 简 写 ： NTM或 NCM。 第 一 节 概 述特 种 加 工 是 指 那 些 除 了 车 、 铣 、 刨 、 磨 、 钻等 传 统 的 切 削 加 工 方 法 之 外 的 一 些 新 的 加 工 方 法 ，它 直 接 利 用 电 能 、 热 能 、 声 能 、 光 能 、 化 学 能 和电 化 学 能 等 及 其 复 合 加 工 技 术 对 工 件 进 行 加 工 的方 法 。 第 一 节 概 述二 、 特 种 加 工 方 法 的 分 类 工 具 损 耗 率 ( ) 金 属 去 除 率/mm3min-1 尺 寸 精 度 /mm 表 面 粗 糙 度Ra/m 特 种 加 工 方法 加 工 所用 能 量 可 加 工的 材 料 最 低 平 均 平 均 最 高 平 均 最 高 平 均 最 高 特 殊 要 求 主 要 适 用 范 围 电 火 花 加 工 电 热 能 1 50 30 3000 0.05 0.005 10 0.16 各 种 冲 、 压 、 锻模 及 三 维 成 型曲 面 的 加 工 电 火 花 线 切 割 电 热 能 极 小 (可 补偿 ) 5 20 0.02 0.005 5 0.63 各 种 冲 模 及 二维 曲 面 的 成 型截 割 电 化 学 加 工 电 、 化学 能 无 100 10000 0.I 0.03 2.5 0.16 锻 模 及 各 种 二维 、 三 维 成 型 表 面 加 工 电 化 学 机 械 电 、 化 、机 械 能 任 何 导电 的 金属 材 ， 如硬 质 合 金 、 耐 热钢 、 不 锈钢 、 淬 火钢 等 1 50 1 100 0.020.001 1.25 0.04 机 床 、 夹具 、 工 件需 采 取防 锈 防 蚀 措 施 硬 质 合 金 等 难加 工 材 料 的 磨削 第 一 节 概 述 超 声 加 工 声 、 机械 能 任 何 脆 硬的 金 属 及非 金 属 材料 0.1 10 1 50 0.03 0.005 0. 63 0.16 石 英 、 玻 璃 、 锗 、 硅 、 硬 质 合 金 等脆 硬 材 料 的 加工 、 研 磨 快 速 成 形 光 、 热 、化 学 树 脂 、 塑料 、 陶 瓷 、金 属 、 纸张 、 ABS 无 增 材 制造 制 造 各 种 模 型 激 光 加 工 光 、 热 能 电 子 束 加 工 电 、 热能 瞬 时 去 除 率 很高 ， 受 功 率 限制 ， 平 均 去 除率 不 高 0.0I 0.001 10 1.25 加 工 精 密 小 孔 、小 缝 及 薄 板 材成 型 切 割 、 刻 蚀 离 于 束 加 工 电 、 热能 任 何 材料 不 损 耗 很 低 0.01m 0.01 需 在 真空 中 加工 表 面 超 精 、 超 微 量加 工 、 抛 光 、 刻 蚀 、材 料 改 性 、 镀 覆 第 一 节 概 述三 、 特 种 加 工 的 特 点特 种 加 工 与 传 统 切 削 加 工 的 不 同 点 是 ：1） 主 要 依 靠 机 械 能 以 外 的 能 量 去 除 材 料 ， 多 数 属于 “ 熔 溶 加 工 ” 的 范 畴 。2） 加 工 用 的 工 具 硬 度 一 般 低 于 被 加 工 材 料 的 硬 度 ，即 能 做 到 “ 以 柔 克 刚 ” ； 也 可 以 不 使 用 工 具 而 通 过某 种 介 质 进 行 加 工 。3） 加 工 过 程 中 工 具 和 工 件 之 间 不 存 在 显 著 的 机 械切 削 力 ， 工 件 很 少 产 生 受 力 、 受 热 变 形 ， 有 利 于 提高 工 件 的 加 工 精 度 和 表 面 质 量 。 第 一 节 概 述四 、 特 种 加 工 的 应 用特 别 适 合 于 加 工 难 加 工 的 材 料 、 复 杂 的 零 件表 面 以 及 一 些 特 殊 的 精 密 微 细 的 结 构 。广 泛 地 应 用 于 模 具 、 刀 具 、 量 具 、 微 电 子 元器 件 、 生 物 医 疗 、 仪 器 仪 表 、 纺 织 、 汽 车 、 航 空航 天 等 生 产 领 域 。 第 二 节 电 火 花 加 工一 、 工 作 原 理电 火 花 加 工 的 原 理 是 基 于 工 具 和 工 件 （ 正 、负 电 极 )之 间 脉 冲 性 火 花 放 电 时 的 电 腐 蚀 现 象 来 蚀除 多 余 的 金 属 ， 以 达 到 对 零 件 的 尺 寸 、 形 状 及 表面 质 量 等 加 工 要 求 的 方 法 。 第 二 节 电 火 花 加 工工 作 原 理 第 二 节 电 火 花 加 工要 达 到 上 述 加 工 目 的 ， 设 备 装 置 必 需 要 达 到 以下 三 个 条 件 ： 1） 工 具 电 极 和 工 件 被 加 工 表 面 之 间 经 常 保 持一 定 的 放 电 间 隙 （ 通 常 约 为 几 微 米 至 几 百 微 米 ） 。 2） 火 花 放 电 必 须 是 瞬 时 的 脉 冲 性 放 电 ， 放 电延 续 一 段 时 间 后 ， 需 停 歇 一 段 时 间 ， 放 电 延 续 时 间一 般 为 10-710-3s。 3） 火 花 放 电 必 须 在 有 一 定 绝 缘 性 能 的 液 体 介质 中 进 行 ， 例 如 煤 油 、 皂 化 液 或 去 离 子 水 等 。 第 二 节 电 火 花 加 工二 、 电 火 花 加 工 的 特 点 电 火 花 加 工 的 优 点 ： 1） 适 合 于 难 切 削 材 料 的 加 工 2） 可 以 加 工 特 殊 及 复 杂 形 状 的 零 件 3） 主 要 用 于 加 工 金 属 等 导 电 材 料 ， 一 定 条 件 下 也可 以 加 工 半 导 体 和 非 导 体 材 料 。 第 二 节 电 火 花 加 工4） 加 工 表 面 微 观 形 貌 圆 滑 ， 工 件 的 棱 边 、 尖 角 处无 毛 刺 、 塌 边 ；5） 工 艺 灵 活 性 大 ， 本 身 有 “ 正 极 性 加 工 ” （ 工 件接 电 源 正 极 ） 和 “ 负 极 性 加 工 ” （ 工 件 接 电 源 负 极 ）加 工 之 分 ； 还 可 与 其 他 工 艺 结 合 ， 形 成 复 合 加 工 ，如 与 电 解 加 工 复 合 ； 第 二 节 电 火 花 加 工 电 火 花 加 工 的 局 限 性1） 一 般 加 工 速 度 较 慢2） 存 在 电 极 损 耗 和 二 次 放 电3） 最 小 角 部 半 径 有 限 制 第 二 节 电 火 花 加 工三 、 影 响 电 火 花 加 工 精 度 和 表 面 质 量 的 主 要 因 素 与 传 统 的 机 械 加 工 一 样 ， 机 床 本 身 的 各 种 误差 ， 工 件 和 工 具 电 极 的 定 位 、 安 装 误 差 都 会 影 响到 电 火 花 加 工 的 精 度 。 另 外 ， 与 电 火 花 加 工 工 艺有 关 的 主 要 因 素 是 放 电 间 隙 的 大 小 及 其 一 致 性 、工 具 电 极 的 损 耗 及 其 稳 定 等 。 第 二 节 电 火 花 加 工四 、 电 火 花 加 工 的 工 艺 方 法 分 类 v电 火 花 成 型 加 工v电 火 花 线 切 割 加 工v电 火 花 磨 削 加 工v电 火 花 包 络 加 工 第 二 节 电 火 花 加 工1、 电 火 花 成 型 加 工（ 1） 加 工 原 理 第 二 节 电 火 花 加 工电 火 花 成 型 加 工 机 床的 组 成 第 二 节 电 火 花 加 工（ 2） 应 用 ：1） 可 以 加 工 特 殊 及 复 杂 形 状 的 零 件2） 适 合 于 难 切 削 材 料 的 加 工 3） 广 泛 地 应 用 于 工 模 具 、 刀 具 、 量 具 、 微 电子 元 器 件 、 生 物 医 疗 、 仪 器 仪 表 、 纺 织 、 汽车 、 航 空 航 天 等 生 产 领 域 。 第 二 节 电 火 花 加 工2、 电 火 花 线 切 割 加 工 （ 1） 电 火 花 线 切 割 加 工 的 基 本 原 理 利 用 轴 向 移 动 的 细 金 属 丝 作 为 工 具 电 极 ，对 工 件 进 行 脉 冲 火 花 放 电 ， 以 实 现 金 属 切 割的 加 工 方 法 。 第 二 节 电 火 花 加 工 第 二 节 电 火 花 加 工 1.按 电 极 丝 运 动 速 度 分 2.按 电 极 丝 位 置 分 3.按 工 作 液 供 给 方 式 分 快 走 丝 6-10m/s慢 走 丝 0.001-0.25m/s立 式卧 式 冲 液 式浸 液 式（ 2） 电 火 花 线 切 割 机 床 的 分 类 第 二 节 电 火 花 加 工（ 3） 电 火 花 线 切 割 加 工 的 特 点 脉 冲 放 电 加 工 ， 无 宏 观 切 削 力电 极 丝 沿 轴 向 运 动 ， 并 相 对 工 件 作 进 给 运 动 ,单 位长 度 电 极 丝 的 损 耗 少 ， 对 加 工 精 度 的 影 响 小 ， 多 用 于 加 工 零 件 上 的 直 壁 曲 面 切 缝 可 窄 达 仅 0.005mm， 材 料 利 用 率 高 第 二 节 电 火 花 加 工（ 3） 电 火 花 线 切 割 加 工 的 特 点 可 加 工 高 硬 度 材 料一 般 采 用 水 基 工 作 液 ， 安 全 可 靠省 掉 了 成 型 的 工 具 电 极 ， 大 大 降 低 了 成 型 工 具 电极 的 设 计 和 制 造 费 用 ， 缩 短 了 生 产 准 备 时 间 。 在 实 体 部 分 开 始 切 割 时 ， 需 加 工 穿 丝 用 的 预 孔 . 第 二 节 电 火 花 加 工 （ 4） 电 火 花 线 切 割 加 工 的 应 用 1） 加 工 模 具 2） 加 工 电 火 花 成 型 加 工 用 的 电 极 3） 直 接 在 板 料 上 割 出 零 件 第 二 节 电 火 花 加 工微 细 结 构 零 件 第 二 节 电 火 花 加 工 第 三 节 激 光 加 工 一 激 光 加 工 的 工 作 原 理 第 三 节 激 光 加 工二 、 激 光 加 工 的 特 点1） 激 光 瞬 时 功 率 密 度 高 ， 几 乎 可 以 加 工 任 何 高 硬 、耐 热 材 料 ， 适 用 范 围 广 。2） 激 光 光 斑 大 小 可 以 聚 焦 到 微 米 级 ， 输 出 功 率 可以 调 节 ， 因 此 可 用 以 精 密 微 细 加 工 。3） 无 机 械 接 触 作 用 ， 没 有 工 具 损 耗 ， 不 会 产 生 加工 变 形 。4） 加 工 速 度 快 、 热 影 响 区 小 ， 几 乎 无 热 变 形 。 第 三 节 激 光 加 工5） 生 产 率 高 。6） 设 备 复 杂 ， 一 次 性 投 资 较 大 。7） 靠 聚 焦 点 去 除 材 料 ， 激 光 打 孔 和 切 割 的 激 光 深度 受 限 ， 目 前 的 切 割 、 打 孔 厚 （ 深 ） 度 一 般 不 超 过10mm， 因 而 主 要 用 于 薄 件 加 工 。 第 三 节 激 光 加 工三 激 光 加 工 的 应 用 激 光 打 孔 激 光 切 割 激 光 焊 接 (4)激 光 热 处 理 第 四 节 超 声 波 加 工 一 、 超 声 波 加 工 的 原 理 第 四 节 超 声 波 加 工二 、 超 声 波 加 工 的 特 点 1） 适 合 脆 性 材 料 工 件 的 加 工2） 加 工 精 度 高 ， 表 面 质 量 好 。3） 加 工 设 备 简 单 ， 操 作 维 修 方 便 。 第 四 节 超 声 波 加 工三 、 超 声 波 加 工 的 应 用 1） 型 孔 、 型 腔 加 工 2） 切 割 加 工 3） 复 合 加 工 4） 超 声 清 洗