特种加工方法与机床

,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2016/3/11,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,学习目的和要求：,了解,典型特种加工方法,。,1.5,特种加工方法与机床,特种,加工,利用化学、物理及其复合方法，将电、声、光、热、磁等物理能量及化学能量，或其组合乃至与机械能组合，直接施加在零件被加工的部位上，使材料被去除、变形及改变性能等。,1.5,特种加工方法与机床,特种,加工分类,（按能量形式和作用原理）,电能,与热能作用方式,：电火花成形与穿孔加工（,EDM,），电火花线切割加工（,WEDM），,电子束加工（,EBM），,等离子体加工（,PAM）。,电能,与化学能作用方式,：电解加工（,ECM），,电铸加工（,ECM）,。,电能与机械能作用方式,：离子束加工（,IM,）。,电化学,能与机械能作用方式,：电解磨削（,ECG），,电化学机械光整加工。,声能,与机械能作用方式,：超声波加工（,USM）。,光能,与热能作用方式,：激光加工（,LBM）。,液流,能与机械能作用方式,：水射流切割（,WJC），,磨料水喷射加工（,AWJC）,。,特种加工方法的,特点,加工时不受工件的强度和硬度等物理、机械性能的制约，故,可加工超硬脆材料和精密微细零件,。,加工,时主要用电能、化学能、声能、光能、热能等去除多余材料，而,不是靠机械能,去除多余材料。,加工机理不同于一般金属切削加工,，不产生宏观切屑，不产生强烈的弹、塑形变形，故可获得很低的表面粗糙度，其残余应力、冷作硬化、热影响度等也远比一般金属切削加工小。,加工能量易于控制和转换,，故加工范围广，适应性强。,各种加工方法易复合形成新工艺方法,，便于推广应用。,利用,工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温，熔蚀工件材料实现加工。,1.3.1,电火花,加工（放电加工）,100 V,直流电,0.01-0.05mm,10,4,-10,7,A/cm,2,10000 C,上述放电过程极为短促，具有爆炸性质,。爆炸力把融化的金属抛离电极表面，被液体介质迅速冷却凝固，继而从两极间被冲走。,每次火花放电后使工件表面形成一个凹坑。在进给机构控制下，工具电极不断进给，脉冲放电将不断进行下去，无数个电蚀小坑将重叠在工件上。,最终工具电极的形状精确地复印在工件上,。,生产中可以通过,控制极性和脉冲的长短,（放电持续时间的长短）控制加工过程。,电火花加工中，不仅工件被蚀除，工具也同样遭到蚀除，但两级的蚀除量不一样。,工件应该接在蚀除量大的一级,。,电火花加工机床一般由脉冲电源、自动进给机构、机床本体及工作液循环过滤系统等部分构成。,工件固定在工作台上，脉冲电源提供加工所需的能量，其两级分别接在工件和工具电极上，工作液以一定压力通过工具与工件的间隙，及时排除电蚀废料。,适应性强,，任何硬脆、软韧性材料及难切削加工的材料，只要能导电，都可以加工。工具电极一般采用紫铜或石墨等，不需要比工件硬度大，比较容易加工。,加工时无切削力,，适宜微细结构、低刚度零件等。,电火花加工的工件表面由无数小坑和硬凸边组成，其硬度比机械加工,表面硬度高,，且有利于保护润滑油。在相同粗糙度情况下，其表面润滑性和耐磨性也比机械加工表面好，特别适用于模具制造。但不容易形成锋利的刃角结构。,一般,加工速度较慢,。,加工过程中电极有损耗，,影响成形精度,。,电火花加工的特点,线切割加工是在电火花加工基础上发展起来的一种工艺形式，使用金属丝（钼丝或铜丝）做工具电极，靠金属丝和工件间产生脉冲火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割。,线,切割的基本原理和电火花相同，都是在脉冲电源作用下，通过脉冲放电而蚀除金属，达到加工目的。,电火花线切割加工（线切割）,电火花线切割最显著的特点是用连续移动的金属丝代替电火花成形加工的电极，线电极接高频脉冲电源的负极，工件接正极。,工件安放在数控工作台上，可以在垂直于电极丝的平面内做二维曲线运动，将工件加工成所需要的形状。,目前电火花线切割机床还能实现电极丝的摆动，从而能加工出锥面等形状。,1-,贮丝筒,2-,驱动,电动机,3-,导轮,4-,电极丝,5-,工件,6,-,脉冲电源,可以切割各种高硬度的导电材料,，如各种淬火模具钢和硬质合金模具等。,由于切割工件图形的轨迹采用数控，只对工件进行图形轮廓加工，因而,可以切割出形状很复杂工件,。,几乎没有切削力,，可以用于切割极薄的工件，或用于加工易变形的工件。,线,切割加工不需要制造成型电极，由于线切割加工中使用移动的长电极丝进行加工，可不比考虑电极丝损耗。电极丝很细，,可用于加工窄缝、窄槽（,0.07-0.09mm,）等，加工精度高,。,线切割加工,的特点,利用,金属在电解液中阳极溶解的电化学原理对工件进行成形加工。,1.3.2,电解,加工,电镀原理,：利用阳极溶解的电化学原理，将电镀材料作为阳极（接电源正极），工件作阴极（接电源负极），放入电解液中接通直流电源后，作为阳极的电镀材料就会逐渐溶解而附着到作为阴极的工件上形成镀层。,电解原理,：反过来将工件作为阳极，工具作为阴极，使工件按照需要的形状去溶解，并有电解液将溶解物迅速冲走，从而达到加工的目的。,电解,加工,原理,工件和工具两级之间保持狭小间隙，电解液从两级间高速流过。当阴极工具向工件不断进给时，在工件表面上，金属材料按工具形状不断溶解，于是工具形状就相应地复制在工件上。,电解加工实例,工作电压小,(,6-24V),，工作电流大,(500-20000A),。,应用范围广,，可加工任何高硬度、高强度、高韧性的难加工金属材料，并能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔。,加工,效率,较高,，约为电火花的,5-10,倍。,工具,电极理论上无损耗,，可长期使用。,加工,中,无机械切削力和切削热,。,加工,精度难以,控制,，平均公差可为正负,0.1mm,电解液,既腐蚀机床，又易污染环境。,电解加工的特点,图,1.60,激光加工原理,1-,激光器,2-,光阑,3-,反射镜,4-,聚光镜,5-,工件,6-,工作台,7-,电源,通过光学系统，将激光聚集成一个极小的光斑（直径几微米至即使微米），从而获得极高的能量密度（,107-1010W/cm2,），和极高的温度,10000,以上。,利用,材料在激光聚焦照射下瞬时急剧熔化和气化，并产生很强的冲击波，使被熔化的物质爆炸式地喷溅来实现材料去除。,1.3.3,激光加工,不需要加工工具，故不存在工具磨损问题，同时也不存在断屑、排屑的麻烦。,激光束的功率密度很高，几乎对任何难加工的金属和非金属材料都可以加工。,激光加工是非接触加工，工件无受力变形；,激光打孔、切割的速度很高，效率高，加工部位受热的影响较小，工件热变形很小。激光切割的切缝窄，切割边缘质量好。,激光束传递方便。可以通过空气、惰性气体或光学透明介质对工件进行加工。,易于控制，便于与机器人、自动检测、计算机数字控制等先进技术相结合，实现自动化加工。,激光加工的特点,激光切割,：激光切割,是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。与传统的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割质量、高的切割速度、高的柔性,(,可随意切割任意形状,),、广泛的材料适应性等优点,。,激光加工应用,激光焊接,：激光,辐射加热工件表面,，通过,控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池,。激光焊接,速度快、深度大、变形小。能在室温或特殊的条件下进行焊接，焊接设备装置简单,。,已成功地应用于微、小型零件焊接中,。,激光,热处理,：用激光照射材料，选择适当的波长和控制照射时间、功率密度，可使材料表面熔化和再结晶，达到淬火或退火的目的。激光热处理的优点是可以控制热处理的深度，可以选择和控制热处理部位，工件变形小,可处理形状复杂的零件和部件,可对盲孔和深孔的内壁进行处理。,激光打孔,：采用脉冲激光器可进行打孔,脉冲宽度为,0.1,1,毫秒,特别适于打微孔和异形孔,孔径约为,0.005,1,毫米。激光打孔已广泛用于钟表和仪表的宝石轴承、金刚石拉丝模、化纤喷丝头等工件的加工,。,超声波是指频率超过,16*10,3,Hz,的振动波。超声波的能量比声波大得多，具有频率高、波长短、能量大和无噪声等优特点，能量强度达到每平方厘米几百瓦。,超声波加工是利用,超声频振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨粒，由磨粒对工件表面撞击实现,加工的一种方法。,超声波加工装置一般包括超声波发生器、超声波振动系统、机床本体、工作液循环系统和换能器冷却系统等。,1.5.4,超声波加工,图,1.61,超声波加工原理,1-,超声波发生器,2,、,3-,冷却水进出口,4-,换能器,5-,振幅扩大棒,6-,工具,7-,工件,8-,工作液,超声,波发生器输出的超声频电振荡，通过换能器将其转变为超声振动；借助于振幅扩大棒，把振动位移幅值放大到,0.01-0.15mm,，驱动工具振动；工具端面在振动中冲击工作液中的悬浮磨粒，使其以很大的速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成微粒，通过循环工作液及时带走材料微粒，从而完成工件形状复印。,超声波加工适宜加工各种硬脆材料，特别是电火花加工和电解加工难以加工的,不导电材料和半导体材料,。如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等。,适用于加工表面的各种,型孔、型腔、复杂,成型面,等。,超声波加工能获得较好的加工质量，是靠极小的磨粒作用，无,宏观力,，一般尺寸精度可达到,0.0.1-0.05mm,，表面粗糙度,0.4-0.1um,，被加工表面无残余应力、组织改变及烧伤等。,工件材料去除是靠磨粒作用，因此工具,材料硬度可低于被加工材料硬度。,机床,结构,简单，操作维修方便。,加工,效率较低。,超声波加工特点,型孔型腔加工,超声波加工应用,超声波切割,：超声波切割利用,超声波的能量，将被切割材料的,局部熔化,，从而达到切割材料的目的,。,其最大,的特点是不用传统的刃口,。,主要用于切割金刚石、半导体、石英、宝石等硬脆材料。,精度,高、切口窄，工具价格便宜、生产效率高。,超声波清洗,：由于超声波在液体中会产生交变冲击波和超声空化现象，这两种作用的强度达到一定值时，产生的微冲击就可以使被清洗物表面的污渍遭到破坏并脱落下来。加上超声作用无处不在，即使是小孔和窄缝也容易被清洗干净。,超声波复合加工,：在加工难切削材料时，常将超声振动与其他加工方法配合进行复合加工，如超声车削、超声磨削、超声电解加工、超声线切割等。这些复合加工方法吧两种甚至多种加工方法结合在一起，能起到取长补短的租用，使加工效率、加工高精度及工件的表面质量显著提高。,DMS,超声波复合机床,