1、第一節(jié) 特種加工技術(shù),1、概念：特種加工主要是利用電能、光能、聲能、熱能和化學(xué)能對(duì)材料進(jìn)行加工的方法。,引言：,2、特點(diǎn)：,（1）工具的硬度可以低于工件的硬度。,（2）工具與工件無(wú)顯著的切削力。,（3）能用簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)加工復(fù)雜的型面。,（4）其內(nèi)容包括去除和結(jié)合等加工。,常用特種加工方法有：,電火花加工、電解加工、激光加工、超聲波加工、電子束加工、離子束加工等。,一、加工原理,電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡(jiǎn)稱EDM.,電火花加工,電火花加工的基本概念和特點(diǎn),電火花加工的基本概念：,電火花加工又稱放電加工（El

2、ectrical Discharge Machining 簡(jiǎn)稱EMD）。它是在加工過(guò)程中,使工具和工件之間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電,靠放電時(shí)產(chǎn)生的局部、瞬時(shí)的高溫將金屬蝕除下來(lái)。這種利用火花放電產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象對(duì)金屬材料進(jìn)行加工的方法叫電火花加工。,電火花加工的特點(diǎn)： 隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,具有高熔點(diǎn)、高硬度、高脆性、高粘性、高韌性和高純度的新型材料不斷涌現(xiàn)，同時(shí),零件的結(jié)構(gòu)形狀也越來(lái)越復(fù)雜,這使的采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法難以加工甚至無(wú)法加工。因此,電火花加工適應(yīng)了這種要求,得到了廣泛的應(yīng)用。,（1）可以加工難以用金屬切削方法加工的零件,不受材料硬度影響。 （2）由于工具電極與工件電

3、極不直接接觸,沒(méi)有機(jī)械切削力。所以在制作工具電極時(shí)不必考慮其受力特性,工具電極可以做的十分微細(xì),能進(jìn)行微細(xì)加工和復(fù)雜型面加工。,1.電火花加工的優(yōu)點(diǎn)：,（3）電火花加工是通過(guò)脈沖放電來(lái)蝕除金屬材料的,而脈沖電源的參數(shù)隨時(shí)可調(diào),因此在同一情況下,只需調(diào)整電參數(shù)即可切換粗、半精、精、超精加工。,(6)線切割加工有厚度極限。,2.電火花加工的局限性：,(1)電火花加工生產(chǎn)效率低。,(2)被加工的工件只能是導(dǎo)體.,(3)存在電極損耗,這就影響了成型精度。,(4)加工表面有變質(zhì)層。,(5)加工過(guò)程必須在工作液中進(jìn)行。電火花加工時(shí)放電部位必須在工作液中,否則將引起異常放電。,采用成型工具電極進(jìn)行仿形電火花

4、加工的方法,電火花加工的分類與發(fā)展概況：,根據(jù)目前電火花設(shè)備使用情況來(lái)分,可分為3大類:,1電火花成型加工,2電火花線切割加工,3其他類型電火花加工,利用金屬線作為電極對(duì)工件進(jìn)行切割的方法,如電火花磨削加工、電火花回轉(zhuǎn)加工、電火花研磨、珩磨 以及金屬電火花表面強(qiáng)化、刻字等,電火花加工的發(fā)展概況,國(guó)外電火花加工的發(fā)展,目前計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,電火花加工實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化和無(wú)人化。美國(guó)、日本的一些電火花加工設(shè)備生產(chǎn)公司依靠其精密機(jī)械制造的雄厚實(shí)力,通過(guò)兩軸、三軸和多軸數(shù)控系統(tǒng)、自動(dòng)工具交換系統(tǒng)及采用多方向伺服的平動(dòng)、搖動(dòng)方案,解決了電火花加工技術(shù)中一系列實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題。隨著具有高精度、高剛度、高

5、自動(dòng)化、高加工表面粗糙度的機(jī)床不斷出現(xiàn),使加工的功能及范圍不斷擴(kuò)大。如今,在國(guó)際上,電火花加工可以加工大至數(shù)十噸重的模具和零件,小至只有幾微米的微孔。 在電火花線切割方面,目前已過(guò)渡到全面計(jì)算機(jī)控制的階段。變截面三維圖形的線切割工藝、自動(dòng)穿絲系統(tǒng)及鏡面線切割技術(shù)都已達(dá)到了實(shí)用化階段。,我國(guó)電火花加工的發(fā)展,20世紀(jì)50年代初期,我國(guó)開始研究和試制電火花鍍敷設(shè)備,即把硬質(zhì)合金用電火花工藝鍍敷在高速鋼金屬切削刀具和冷沖模刃口上,提高金屬切削刀具和模具的使用壽命。同時(shí)我國(guó)還成功研制了電火花穿孔機(jī),并廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)噴嘴小孔的加工。 60年代初,上?？茖W(xué)院電工研究所成功研制了我國(guó)第一臺(tái)靠模仿形電火花線

6、切割 機(jī)床。隨后又出現(xiàn)了具有我國(guó)特色的冷沖模工藝,即直接采用凸模打凹模的方法,使凸凹模配合的均勻性得到了保證,大大簡(jiǎn)化了工藝過(guò)程。 60年代末,上海電表廠張維良工程師在陽(yáng)極切割的基礎(chǔ)上發(fā)明了我國(guó)獨(dú)有的高速走絲線切割機(jī)床。上海復(fù)旦大學(xué)研制出電火花線切割數(shù)控系統(tǒng)。 70年代隨著電火花工藝裝備的不斷進(jìn)步,電火花型腔模具成型加工工藝已經(jīng)成熟。線切割工藝也從加工小型冷沖模發(fā)展到可以加工中型和較大型模具。切割厚度不斷增加,加工精度也不斷提高。 80年代以來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展,電火花加工也引進(jìn)了數(shù)控技術(shù)和電腦編程技術(shù),數(shù)控系統(tǒng)的普及,使人們從繁重、瑣碎的編程工作中解放出來(lái),極大的提高了效率。,電火花加工的基

7、本原理：,電火花加工基于電火花腐蝕原理,是在工具電極與工件電極相互靠近時(shí),極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產(chǎn)生瞬時(shí)高溫,使局部金屬融化,甚至汽化,從而將金屬蝕除下來(lái)。這一過(guò)程大致分為以下幾個(gè)階段：,(1)極間介質(zhì)的電離、擊穿,形成放電通道,放電通道是有大量帶正電和負(fù)電的粒子以及中型粒子組成,帶電粒子高速運(yùn)動(dòng),相互碰撞,產(chǎn)生大量熱能,使通道溫度升高,通道中心溫度可達(dá)到10000攝氏度以上。由于放電開始階段通道截面很小,而通道內(nèi)有高溫?zé)崤蛎浶纬傻膲毫Ω哌_(dá)幾萬(wàn)帕,高溫高壓的放電通道急速擴(kuò)展,產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波向四周傳播。在放電的同時(shí)還伴隨著光效應(yīng)和聲效應(yīng),這就形成了肉眼所能看到的電火花。,液

8、體介質(zhì)被電離、擊穿,形成放電通道后,通道間帶負(fù)電的粒子奔向正極,帶正電的粒子奔向負(fù)極,粒子間相互撞擊,產(chǎn)生大量的熱能,使通道瞬間達(dá)到很高的溫度。通道高溫首先使工作液汽化,進(jìn)而氣化,然后高溫向四周擴(kuò)散,使兩電極表面的金屬材料開始融化直至沸騰氣化。氣化后的工作液和金屬蒸汽瞬間體積猛增,形成了爆炸的特性。所以在觀察電火花加工時(shí),可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象并聽到輕微的爆炸聲。,(3)電極材料的拋出,正負(fù)電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象,使放電通道產(chǎn)生高溫高壓。通道中心的壓力最高,工作液和金屬汽化后不斷向外膨脹,形成內(nèi)外瞬間壓力差,高壓力處的熔融金屬液體和蒸汽被排擠,拋出放電通道,大部分被拋入到工作液中。

9、加工中看到的桔紅色火花就是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。,(2)電極材料的融化,汽化熱膨脹,(4)極間介質(zhì)的消電離,在電火花放電加工過(guò)程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物如果來(lái)不及排除和擴(kuò)散, 那么產(chǎn)生的熱量將不能及時(shí)傳出,使該處介質(zhì)局部過(guò)熱,局部過(guò)熱的工作液高溫分解,結(jié)碳,使加工無(wú)法進(jìn)行,并燒壞電極。因此為了保證電火花加工過(guò)程的正常進(jìn)行,在兩次放電之間必須有足夠的時(shí)間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排除,恢復(fù)放電通道的絕緣性,使工作液介質(zhì)消電離,實(shí)際上,電火花加工的過(guò)程遠(yuǎn)比上述復(fù)雜,它是電力、磁力、熱力、流體動(dòng)力、電化學(xué)和膠體化學(xué)等綜合作用的過(guò)程。到目前為止, 人們對(duì)電火花加工過(guò)程的了解還有限,需要進(jìn)一步研究。,加工原理圖,

10、二、特點(diǎn),1、穿孔加工,2、型腔加工,3、線切割,4、打印標(biāo)記,三、應(yīng)用,能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復(fù)雜形狀工件；加工時(shí)無(wú)切削力；不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；工具電極材料無(wú)須比工件材料硬；直接使用電能加工，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；加工后表面產(chǎn)生變質(zhì)層，在某些應(yīng)用中須進(jìn)一步去除；工作液的凈化和加工中產(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩。,主要用于加工具有復(fù)雜形狀的型孔和型腔的模具和零件；加工各種硬、脆材料，如硬質(zhì)合金和淬火鋼等；加工深細(xì)孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等；加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。,線切割,視頻,一、加工原理,利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽(yáng)極溶解的電化學(xué)原理對(duì)工件進(jìn)行成形

11、加工的一種方法。,二、特點(diǎn)和應(yīng)用,電解加工,用于型孔、型腔、復(fù)雜型面、深小孔、套料、膛線、去毛刺、刻印等加工。,一、電解加工的基本原理,二、電解加工的基本概念,電解加工有叫電化學(xué)加工，包括從工件上去除金屬的電解加工和向工件上沉積金屬的電鍍、涂覆加工兩大類,生產(chǎn)率、極間間隙、電解液、加工精度和表面質(zhì)量,三、電解加工的特點(diǎn)、方法和應(yīng)用,電解加工的特點(diǎn)： 1、可以一次加工出形狀復(fù)雜的型腔、型面和型孔； 2、能加工任意金屬材料； 3、適用于易變形和薄壁零件的加工； 4、生產(chǎn)效率高等。 主要用于成批生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的型腔、型面和型孔以及難切削材料等。其種類繁多如電解磨削、充氣電解加工等。,一、加工原理,

12、利用光能進(jìn)行加工的方法。,二、特點(diǎn)和應(yīng)用,激光加工,1、激光打孔,2、激光切割,3、激光焊接,4、激光熱處理,一、激光加工的基本原理,激光加工是30年前美國(guó)首先投人工業(yè)生產(chǎn)的新型加工手段，現(xiàn)已形成一種重要的新興產(chǎn)業(yè)，廣泛地用于機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)、國(guó)防和人民生活等許多領(lǐng)域。,二、激光加工的特點(diǎn)、方法及應(yīng)用,1.可以加工各種金屬材料和非金屬材料; 2.激光加工不需要工具，易實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)化; 3.激光可透過(guò)玻璃等材料對(duì)工件進(jìn)行加工; 4.可以實(shí)現(xiàn)精密微細(xì)加工; 5.激光可以進(jìn)行表面熱處理、焊接、切剖、打孔、雕刻及微細(xì)加工等多種加工。,一、加工原理,利用聲能進(jìn)行加工的方法。,二、特點(diǎn)和應(yīng)用,超聲波

13、加工,超聲波加工適合于加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料，例如玻璃、陶瓷、石英、鍺、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等。,一、超聲波加工的基本原理,聲波頻率超過(guò)16000Hz被稱為超聲波。超聲波加工是利用超聲波振動(dòng)的沖擊磨料對(duì)工件進(jìn)行加工的一種方法，它不僅能加工脆硬金屬材料而且適合于加工不導(dǎo)電的腕硬非金屬材料，如玻璃、陶瓷等。同時(shí)超聲波還可用于清洗、焊接和探傷等。,二、超聲波加工的特點(diǎn)、方法及應(yīng)用,1、超聲波加工適合于加工各種脆硬材料，材料越是脆硬，越適宜超聲波加工； 2、超聲波可用于加工薄壁、薄片等易變形零件，加工精度高； 3、超聲波加工設(shè)備簡(jiǎn)單，但生產(chǎn)效率低。 加工方法可采用超聲波直接加工、超聲波旋轉(zhuǎn)加工、超聲波機(jī)械復(fù)合加工、超聲波焊接、涂覆、清洗等。,電子束加工,電子束加工是近年來(lái)得到較大發(fā)展的特種加工方法，在精密微細(xì)加工方面，尤其是在微電子學(xué)領(lǐng)域中得到較多的應(yīng)用。電子束加工主要用于打孔