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机械制造工艺与机床夹具 第七章特种加工工艺第一节概述第二节电火花加工第三节电解加工第四节其它特种加工 1 第一节概述 切削加工是机械制造工艺中行之有效 最为广泛的加工方法 其实质是采用一种比工件硬度更高的材料作为刀具 对工件施加切削力和机械能 切削掉工件表面多余的材料 以获得所需的形状 尺寸和表面粗糙度 2 特种切削就是指的那些不属于传统加工工艺范畴的加工工艺方法 特种加工不使用刀具 磨具等切除金属 而是采用电 磁 声 光等物理能量及化学能量或组合施加在被加工的部位上 从而使材料被去除 变形 改变性质等 电火花成型机 3 4 第二节电火花加工 一 电火花加工的原理及其特点在一定的介质中通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用 对工件进行加工的方法 国外称为放电加工 5 电火花加工工艺特点主要有 电火花加工是利用火花放电破坏材料的原理 因此这种方法可以加工任何导电的材料 而不受材料硬度 韧性和脆性等限制 加工电极与工件不接触 没有切削力的影响 电火花加工不需要复杂的切削运动 可以加工形状复杂的零件表面 工具只是一个电极 常采用紫铜 黄铜或石墨等材料制成 此外 由于电火花加工时 脉冲能量是间歇地以极短的时间性作用在材料上 工作液是流动的 起到散热作用 6 二 电火花加工的分类及其应用按在加工过程中工具和工件相对运动的方式和用途的不同 可以分为 电火花成型加工电火花线切割电火花磨削和镗削成形和尺寸加工电火花同步回转加工电火花表面强化与刻字表面加工方法电火花加工非常适合模具制造业 7 8 三 电火花加工的基本规律 加工精度的规律加工精度受下列因素影响 火花放电间隙的大小及其一致性 工具电极在加工中的损耗大小及其稳定性 电火花加工机床的精度和刚度以及工具电极的制造精度和安装精度等 9 表面质量的规律 表面粗糙度电火花加工表面比机械加工的表面好 用微观不平度的平均算术偏差Ra表示 影响最大的是单个脉冲能量 表面变质层 熔化层 热影响层 显微裂纹 与脉冲能量成正比 表面力学性能 显微硬度及耐磨性 残余应力 耐疲劳性能 10 工具电极损耗的规律 极性效应电火花加工过程中 正 负极受到不同程度电蚀量的现象叫做极性效应 通常把工件接脉冲电源和正端 工具电极接负端时 正极性 加工 反之称为 负极性 加工 电参数对电蚀量的影响在电火花加工过程中 无论正极还是负极 都存在单个脉冲的蚀除量与单个脉冲能量在一定范围内成正比的关系 金属材料热学性能对电蚀量的影响金属材料的热学性能是指熔点 沸点 热导率 比热容 熔化潜热 气化潜热等 11 工作液对电蚀量的影响在电火花加工过程中 工作液的作用是 形成火花击穿电通道 并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态 对放电通道产生压缩作用 有利于脉冲能量充分利用 帮助电蚀产物的抛出和排除 对工具和工件的冷却作用 12 电火花加工的生产率加工速度一般表示为电火花线切割的加工速度 采用单位时间内所切割的面积来表示 即相对损耗或乾称损耗比作为衡量工具电极耐损耗的指标 即 13 四 电火花电极切割加工电火花电极切割加工 简称 线切割 基本原理与电火花加工相同 其优点是 省掉了成形的工具电极 由于电极丝较细 可以加工微细异形孔 窄缝和复杂形状的工件 工件的加工量小 材料利用率高 而且比电火花成形加工生产率高 电极丝采用移动进行加工 使单位长度损耗小 故对加工精度影响较小 对不同轮廓图形只编制不同软件 成本低 加工自动化程度高 14 15 第三节电解加工 一 电解加工的原理及其特点利用金属在电解液中可以发生阳极溶解的原理 将零件加工成形 有下述特点 加工范围广 不受金属材料本身硬度和强度的限制 电解加工的生产率较高 加工表面粗糙度较低 不存在机械切削力 不会产生残余应力和变形 加工过程中阴极工具在理论上不会损耗 寿命长 主要弱点和局限性是 不易达到较高的加工精度和加工稳定性 电解加工的附属设备比较多 电解产物需要进行妥善处理 否则会污染环境 16 1 直流电源化气2 进给机构3 工具4 工件5 电解液泵6 电解液 17 二 电解加工的应用主要用于切削加工困难的领域 广泛应用于以下几个方面 叶片加工 型孔和型腔加工 深孔扩孔加工 电解抛光此外 电解倒棱去毛刺等也较机械加工工效大大提高 18 第四节其它特种加工 一 电解磨削利用阳极溶解和机械磨削两种作用的复合加工 其加工原理如下图 相似的还有电解珩磨 电解研磨等 19 二 激光加工激光是由于处于激发态的原子 离子或分子受激辐射而发出的得到加强的光 基本特性 强度高 单色性好 相干性好 方向性好 由于以上特性 通过光学系统可以使它聚集成一个极小的光斑 以获得极高的能量密度和极高的温度 20 影响激光加工的主要因素如下 激光加工的机械系统和光学系统的精度 激光的输出功率与照射时间的乘积等于激光束的能量 焦距 发散角和焦点位置对打孔的大小 深度和形状的影响 照射次数多可使孔深大大增加 光斑内的能量分布对打孔的形状有直接影响 工件材料不同 影响加工效率 激光加工的基本设备包括激光器 电源 光学系统及机械系统四部分 21 22 激光加工具有以下特点 不需要加工工具 不存在磨损问题 激光束的功率密度高 几乎对任何难加工材料都可加工 激光加工是非接触加工 热影响小 通用性强 同一台激光加工装置可作多种加工用 当前激光加工存在的主要问题是 设备价格高 一次性投资大 更大功率的激光器尚在试验研究阶段 不论是激光器本身的性能质量 还是使用者的操作技术水平都有待于进一步的提高 23 三 超声加工利用产生超声振动的工具 带动工件和工具间的磨料悬浮液 冲击和抛磨工件的被加工部位 使其局部材料破坏成粉末 以进行穿孔 切割和研磨等 其特点是 适合于加工各种硬脆材料 不需要使工具和工件作比较复杂的相对运动 工件表面的切削力很小 近年来超声加工和其它加工方法结合进行的复合加工发展迅速 24 25 四 电子束加工在真空条件下 利用电子枪中产生的电子经加速 聚集 形成高能量大密度的细电子束