第四章 特种加工

,单击此处编辑母版标题样式,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,*,*,第四章 特种加工,特种加工,是当传统切削加工方法对产品（或材料）无法实施或保证不了规定的精度要求时而应用物理的（力、热、声、光、电）或化学的方法进行加工的手段。,特种加工与传统切削加工方法在原理上的,主要区别,为：,1,）用机械能以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到图样上全部技术要求。,2,）打破传统的硬刀具加工软材料的规律，刀具硬度可低于被加工材料的硬度，可谓“,以柔克刚,”。,3,）在切削加工中，,工具与工件不受切削力,的作用。,按能量的类型和加工机理特种加工可分为：,1,）电能与热能作用方式有：电火花成形与穿孔加工、,电火花线切割,加工、电子束加工和等离子束加工。,2,）电能与化学能作用方式有：,电解加工,、电铸加工和刷镀加工。,3,）化学能与机械能作用方式有：电解磨削、电解珩磨。,4,）声能与机械能作用方式有：,超声波加工,.,5,）光能与热能作用方式有：激光加工。,6,）电能与机械能作用方式有：离子束加工。,7,）液流能与机械能作用方式有：挤压珩磨和水射流切割。,第四章 特种加工,第四章 特种加工,3.1,电火花加工,一、电火花加工的原理,利用工具电极和工件电极间,瞬时火花放电所产生的高温来熔,蚀材料，因此又称放电加工或,电蚀加工,a),加工原理示意图,b),、,c,),加工表面局部放大图,1-,工件,2-,脉冲电源,3-,自动进给调节装置,4-,工具,5-,工作液,6-,过滤器,7-,工作液泵,8-,被蚀除的材料,第三章 特种加工,3.1,电火花加工,进行电火花加工应具备如下条件：,(1),工具电极和工件电极之间必须保持一定的,间隙,。,(2),必须采用,脉冲电源,。,(3),必须在有一定,绝缘,性能的,工作液,中进行火花放电,。,脉冲电源电压波形,第三章 特种加工,3.1,电火花加工,二、,电火花加工的特点,(1),可加工任何高强度、,高硬度,、高韧性、,高熔点,的,难切削,加工的,导电材料,，不受被加工材料的物理机械性能影响。,(2),工具的硬度可以低于被加工材料的硬度。,(3),加工时无显著机械切削力，,工具电极并不回转,，有利于小孔、窄槽、型孔、曲线孔及薄壁零件加工，也适合于精密,细微加工,。,(4),脉冲参数可任意调节，加工中只要,更换工具电极,或采用阶梯形工具电极就可以在同一机床上连续进行粗、半精和精加工。,(5),通常,效率低,于切削加工，可先用切削加工粗加工，再用电火花精加工。,(6),放电过程中有一部分能量消耗于工具电极而导致电极消耗，对成形精度有一定影响。,第三章 特种加工,3.1,电火花加工,三、电火花加工的应用范围,1.,穿孔加工,常指贯通的等截面或变截,面的二维型孔的电火花加工。,弯孔,异形孔,方槽,圆孔,电火花小孔加工,第三章 特种加工,3.1,电火花加工,2.,电火花型腔加工,一般指三维型腔和型面加工，如挤压模、压铸模、塑料模及胶木模等型腔的加工及整体式叶轮、叶片等曲面零件的加工。,电火花型腔加工,a),普通工作电极,b),工具电极开有冲油孔,第三章 特种加工,3.1,电火花加工,3.,电火花线切割加工,电火花线切割加工简称“,线切割,”，它是通过线状工具电极按规定的轨迹与工件间相对运动，切割出所需工件的。,电火花线切割加工原理图,1-,储丝筒,2-,工作台驱动电机,3-,导轮,4-,电极丝,5-,工件,6-,脉冲电源,第三章 特种加工,3.1,电火花加工,电火花,线切割,加工,与,成型穿孔,加工比较，有如下特点：,1),由于加工表面的轮廓是由,CNC,控制的复合运动所获得，所以可切割,复杂,表面。,2),可加工,细微,的几何形状，切缝和很小的内角半径。,3),无需特定形状的工具电极,，降低、节约生产成本及准备工时。,4),在电参数相同情况下，比穿孔加工,生产率高,，自动化程度高，操作使用方便。,5),加工同样的工件，其总蚀除量少，,材料利用率高,，对加工贵重金属有着重要意义。,6),线切割的缺点是,不能加工盲孔类零件和阶梯成形表面,。,第三章 特种加工,3.2,电解加工,一、电解加工的原理,电解加工是利用金属在电解液中发生,阳极溶解,的原理去除工件上多余的材料将零件加工成形的一种方法。,电解加工示意图,1-,直流电源,2-,工具阴极,3-,工件阳极,4-,电解液泵,5-,电解液,电解加工成型原理,第三章 特种加工,3.2,电解加工,最常用的有,NaCl,、,NaNO,3,和,NaClO,3,三种电解液。在用,10,20%,的,NaCl,水溶液作电解液加工低碳钢工件时，其主要的电化学反应：,水溶液：,(,工件阳极,),离解并与电解液反应：,工具（阴极）反应：,阳极失去电子,材料损耗,阴极得到电子,材料不损耗,第三章 特种加工,3.2,电解加工,二、,电解加工的特点,(1),不受材料本身强度、硬度和韧性的限制,，可加工高强度、高硬度和高韧性等难切削的金属材料。,(2),能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面和型腔。,(3),加工中,无切削力和切削热,的作用，适合于加工易变形或薄壁零件。,(4),加工过程中工具电极理论上无损耗，可长期使用。,(5),生产率较高,，约为电火花加工的,5,10,倍以上，在某些情况下比切削加工的生产率还高。,(6),电解液对机床有,腐蚀作用,，电解产物的处理和回收困难。,第三章 特种加工,3.2,电解加工,三、,电解加工的应用,型腔加工,在一些对模具消耗较大、精度要求不太高的矿山机械、农机、拖拉机等所需的锻模已逐渐采用电解加工。,2,叶片加工,叶片形状比较复杂、要求精度高，加工批量大，采用机械加工难度大，生产率低，加工周期长，而采用电解加工则不受叶片材料硬度和韧性的限制，在一次行程中就可加工出复杂的叶身型面，生产率高，表面粗糙度小，电解加工整体叶轮在我国已得到普遍应用。,3,倒棱去毛刺,机械加工中去毛刺的工作量很大，尤其是去除硬而韧的金属毛刺，需要很多的人力，电解倒棱去毛刺可以大大提高工效。,此外，电解加工还可以进行深孔的扩孔加工、各种形状复杂、尺寸较小的四方、六方、椭圆,、,半圆等形状的型孔的不通孔或通孔的加工，以及抛光等。,四、电解磨削,第三章 特种加工,3.2,电解加工,（一）电解磨削的基本原理,电解磨削是靠,电解腐蚀和机械作用,相结合进行加工的，比电解加工具有较高的加工精度和光洁度，比机械磨削有较高的生产率。,（二）电解磨削的特点,1.,加工范围广，加工效率高,由于它主要是电解作用，因此只要选择合适的电解液就可以来加工任何高硬度与高韧性的金属材料。,2.,可以提高加工精度及表面质量,因为砂轮并不主要磨削金属，磨削力和磨削热都很小，不会产生磨削毛刺、裂纹、烧伤现象，一般可达到表面粗糙度值,Ra0.1m,。,3.,砂轮的磨损量小,4.,电解磨削的缺点,具有与电解加工类似的缺点。,（三）电解磨削的应用,电解磨削用来磨削一些高硬度的零件，如各种硬质合金刀具、量具、挤压拉丝模具、轧辊等。对于普通磨削很难加工的小孔、深孔、薄壁筒等，电解磨削也能显出优越性。对于复杂型面的齿轮等零件，也可采用电解研磨和电解珩磨，因此电解磨削应用范围正在日益扩大。,第三章 特种加工,3.2,电解加工,第三章 特种加工,4.3,超声波加工,一、超声波加工的原理,利用工具端面作超声频振动，通过,磨料悬浮液,加工,硬脆,材料的一种加工方法。,超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波,空化作用,的综合结果，其中磨料的连续冲击是主要的。,所谓,空化作用,是指当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在液体内形成很多微空腔，当工具端面以很大的加速度接近工件表面时，空泡闭合引起极强的液压冲击波，可以强化加工过程。,4.3,超声波加工,第三章 特种加工,第三章 特种加工,4.3,超声波加工,二、超声波加工的特点,(1),由于去除被加工材料是靠机械撞击、抛磨和空化作用，适合于加工各种硬脆材料。,(2),可获得较高的加工精度,(,尺寸精度可达,0.005,0.02mm),和较低的表面粗糙度,(Ra,值为,0.05,0.2 ),。,(3),加工过程中不需要工具和工件作比较复杂的相对运动，易于加工各种复杂形状的型孔、型腔和成型表面等，超声波加工设备,的,结构一般比较简单，操作维修方便。,(4),工具可用较软的材料做成较复杂的形状。,第三章 特种加工,4.3,超声波加工,三、超声波加工的应用,1.,型孔和型腔的加工,超声波目前主要应用,在脆硬材料的圆孔、,型孔、型腔、套料、,微细孔等的加工。,型孔与型腔加工,第三章 特种加工,4.3,超声波加工,2.,切割加工,对于难以用普通加工方法切割的脆硬材料如陶瓷、石英、硅、宝石等用超声波加工具有切片薄、切口窄、精度高、生产率高、经济性好等优点。,3.,超声波清洗,主要用于几何形状复杂、清洗质量要求高而用其它方法清洗效果差的中小精密零件，特别是工件上的深小孔、微孔、弯孔、盲孔、沟槽、窄缝等部位的清洗，生产率和净化率都很高。,4.,超声波焊接,超声波焊接是利用超声振动作用去除工件表面的氧化膜，使工件露出本体表面，使两个被焊工件表面在高速振动撞击下摩擦发热并亲和粘在一起。,5.,复合加工,第三章 特种加工,4.4,高能束加工,高能束流加工有以下共同特点：,1.,加工速度快，热流输入少，对工件热影响极少，工件变形小。,2.,束流能够聚焦且有极高的能量密度，激光加工、电子束加工可使任何坚硬、难熔的材料在瞬间熔融汽化，而离子束加工是以极大能量撞击零件表面，使材料变形、分离破坏。,3.,工具与工件不接触，无工具变形及损耗问题。,4.,束流控制方便，易实现加工过程自动化。,第三章 特种加工,4.4,高能束加工,一、激光加工,1.,激光加工的原理,(1),激光加工,(laser beam machining,，,LBM),原理,固体激光器中激光的产生与加工原理,第三章 特种加工,4.4,高能束加工,2.,激光加工的特点,1),激光加工属非接触加工，无明显机械力，也无工具损耗，工件不变形，加工速度快，热影响区小，可达高精度加工，易实现自动化。,2),几乎可加工任何金属与非金属材料。,3),激光加工可通过惰性气体、空气或透明介质对工件进行加工。,4),常用于精密细微加工，最高加工精度可达,0.001mm,，表面粗糙度,Ra,值可达,0.4,0.1,。,5),能源消耗少，无加工污染，在节能、环保等方面有较大优势。,第三章 特种加工,4.4,高能束加工,3.,激光加工的应用范围,(1),激光打孔,(2),激光焊接,(3),激光切割,(4),激光表面热处理,(5),其它应用,激光切割原理图,第三章 特种加工,4.4,高能束加工,二、电子束和离子束加工,1.,电子束加工（,electron beam machining,EBM,）,(1),电子束加工原理,在真空条件下，利用电子枪中产生的,电子极细束流高速冲击到工件表面上极小的,部位，使材料局部熔化或蒸发，来去除材料,电子束加工原理图,1-,发射阴极,2-,控制栅极,3-,加速阳极,4-,聚焦系统,5-,电子束斑点,6-,工件,7-,工作台,第三章 特种加工,3.4,高能束加工,(2),电子束加工的特点,1,）高功率密度,电子束半径可达到微米级，因此使照射材料表面温度高达数千摄氏度，致使材料熔化和汽化，因此去除材料主要靠瞬时蒸发。由于属非接触式加工，工件不受机械力作用，很少产生宏观应力变形，同时也不存在工具损耗问题。,2,）电子束强度、位置、聚焦可精确控制,强度和束斑大小控制误差可达,1%,以下，位置的控制准确度可达,0.1,，电子束通过磁场和电场可在工件上以任何速度行进，便于自动化控制。,3,）环境污染少,由于电子束加工在真空环境（真空度为,10,-2,10,-4,Pa,）下进行，使加工部位不受污染，不易氧化，适合加工纯度要求很高的半导体材料及易氧化的金属