第六章 特种加工.ppt

第六章特种加工,第一节概述,传统的机械加工采用“以硬克软”的方法，即用硬度较高的金属材料作刀具，对较软的被加工材料表面施加机械能，靠切削力使之变形与分离，达到制造要求的目的。现代化工业产品的特点：高强度、高硬度、高韧性和耐高温、耐高压等特殊性能指标，因而采用了一些新材料，如：高强度合金钢、耐热钢、钛合金、硬质合金，陶瓷、宝石、人造金刚石、玻璃等；零件的结构形状日趋复杂，对加工面的精度要求也越来越高，这也需要采用全新的加工方法来实现。,特种加工是不以机械能量为主要加工能量，进行去除或添加材料的加工方法。加工过程不产生切削力，以低于工件材料硬度的工具去除工件多余的部分，实现“以软克硬”的效果。与传统加工方法相比，特种加工的特点：（1）适应性强，加工范围广；（2）不需工具，即使采用，也不与工件直接接触，不承受加工作用力；（3）加工中实现能量的转换或组合，便于实现控制和操作自动化；（4）工件在加工过程中，不承受加工作用力，不产生机械应变，也不产生大面积热应变，故可获得较小的表面粗糙度值；（5）有利于简化加工工艺，变革新产品的设计及零件结构工艺性，缩短新产品研制周期，建立基于计算机网络的现代化管理等。,第二节电火花加工,是利用工具与工件(即正极与负极)之间脉冲性火花放电的电腐蚀现象来熔蚀工件表面材料，并达到对工件在形状、尺寸和表面质量等各方面的要求。,一、电火花加工原理工件与工具浸在工作液中，分别接脉冲电源的两个输出端；自动调节装置使工具与工件间保持很小的放电间隙。当脉冲电压加到两极时，工件与工具间绝缘强度最低处被击穿，发生局部放电，放电通道中瞬间产生大量的热，使局部金属熔化，甚至气化而被蚀除，形成一个小坑。脉冲放电结束一段时间后，工作液恢复绝缘，第二个脉冲继续工作。,二、电火花加工的特点及应用1、极性效应正极性：放电时间较短，如小于10s，工件接正极，工具接负极；负极性：放电时间较长，如大于100s，工件接负极，工具接正极。2、拉弧现象在电火花加工中，如果放电间隙排屑不良，间隙间电蚀产物的浓度会提高，这样使放电点如不及时转移分散，将使其温度升高，产生结碳，使放电更加集中，引起拉弧烧伤工具、工件表面，影响加工精度，甚至造成报废。3、电火花加工的优点（1）材料的加工性能主要取决于它的热学性质，与其机械性能无关；（2）加工时，工具与工件不直接接触；（3）直接利用电能加工，便于实现过程自动化。,第三节电火花线切割加工,利用电极丝(钼丝或铜丝)与工件间的相对运动和脉冲火花放电现象来切割各种形状工件。一、电火花线切割加工的应用范围形状复杂的加工面，精密冲模、挤压模、样板、盘形凸轮等；难加工材料，如：碳钢、合金钢、硬质合金等材料；多品种、小批量零件的试制与生产。二、电火花线切割加工的特点：省掉了成形工具电极，节省了制造工具电极的费用，缩短了产出周期；电极丝很细，可加工微细异形孔、窄缝和形状复杂的工件，且加工精度高；切缝很窄，可对工件材料进行套料加工，能有效利用材料；无论工件硬度如何，只要是导体或半导体都能进行加工；线电极损耗小，加工精度高；采用乳化液或去离子水等工作液，不必担心发生火灾，可以昼夜连续工作。,三、电火花线切割机床的基本组成与分类1、基本组成,2、机床分类快速走丝电火花切割机床运丝速度：300700m/min，双向循环地运行线电极：钼丝，直径为0.10.2mm工作液：乳化液。加工精度：0.01mm，表面粗糙度：Ra0.631.25m。优缺点：切割速度高，利于冷却与清洗，机床结构简单，价格便宜。但机床和切丝振动较大，导轮导丝磨耗大，给提高精度带来困难。慢速走丝电火花切割机床运丝速度：315m/min，单向运行。线电极：铜、黄铜和合金等，直径0.030.35mm。工作液：去离子水或煤油。加工精度：0.001mm，优缺点：售价高，效率低。能自动卸除废料、自动搬运工件、自动穿丝，运用自适应控制技术已实现了无人加工。,第四节激光加工,一、激光加工的基本原理激光单色光，强度高，相干性和方向性好，通过一系列光学系统可将激光束聚焦成光斑直径小到几微，能量密度高达1081010W/cm2，能产生104的高温，并能在千分之几秒甚至更短的时间内使任何可熔化、不可分解的材料熔化、蒸发、气化而达到加工的目的。激光加工利用能量密度很高的激光束照射工件的被加工部位，使工件材料瞬间熔化，蒸发和气化，在气化冲击波作用下，将熔融的物质喷射出去，从而对工件材料进行去除加工的方法。,二、激光加工的特点1、优点加工应用广，可蚀除材料，焊接、热处理、表面强化；功率密度高，能加工任何可熔化而不产生化学分解的固体材料；可穿过透明物质，故可在任意透明环境舱中操作；不需加工工具，不存在设计制造工具和加工过程中的工具损耗问题，适宜自动化连续操作；聚焦光斑可达1m以下，加工的孔和窄缝可以小至几个微米，且孔深径比可达510以上，适宜微细加工；激光加工无机械能作用，没有因切削力而引起的缺陷；激光加工热作用时间短，对整个加工区来说几乎不受热的影响；速度快，效率高，打一个小孔只需0.001s。,2、缺点对具有高热传导率或高反射率的材料加工较困难；激光光斑内强度分布不均，加工精度难于进一步提高；激光输出功率的精确控制是目前激光加工中的一大难题。三、激光加工工艺的应用1、激光打孔打孔不受材料限制，极软和超硬材料上都能打孔；加工效率高，加工孔的深径比可达15：1；可以在任意位置和任意角度加工；无需刀具，工件也无需夹紧，无切削力。,2、激光切割切口窄且光洁，无圆角及毛刺；属非接触加工，无机械冲击力，工件排列紧密，可节约材料；切割速度快，热影响区小，热应力与热变形小；无需刀具、模具，可在数控装置下切割任意形状，尺寸的板材。3、激光焊接光照时间短，焊接过程迅速，热影响区小，不易氧化；无焊渣，不需要氧化膜，可透过玻璃在真空中进行；工作范围广，可实现各种材料的焊接。4、激光热处理加热快；光束移动方便，易于控制；热点小，在大块基体上散热快，不需冷却介质；但淬硬层较浅。,第五节超声波加工,超声波加工是利用超声频率(1616000Hz)振动工具在有磨料的液体介质中或干磨料中，产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，以及利用超声振动使工件相互结合的加工方法。,一、超声波加工的原理,二、超声波加工的特点适于加工各种硬、脆材料；工具可用较软材料制成复杂形状，切削运动简单，机床结构简单，操作维修方便；切削力、切削热都很小，不会引起变形、烧伤，表面粗糙度可达Ra0.630.08m，加工精度达0.03mm；与电火花、电解加工相比，其加工效率较低。,三、超声波加工的应用型孔、型腔加工超声波切割超声波清洗超声波复合加工,第六节电化学加工,一、电化学加工的基本原理将两块金属片作为电极浸入电解溶液，接通直流电源后，电极及电解液中有电流通过，正离子向阴极迁移，阴极得到电子，进行还原反应；负离子向阳极迁移，阳极表面失去电子，进行氧化反应。阴阳极得失电子所发生的反应称为电化学反应。以电化学反应为基础，对金属进行加工(如镀覆或蚀除)的方法。,二、电化学加工的特点（1）靠电化学作用来去除或镀覆金属，不受加工材料硬度、强度、韧度的限制；（2）加工过程无机械切削力，加工后表面无残余应力，无毛刺与棱角；（3）加工精度难以控制，设备初始投资较大，电解产物处理困难；（4）电化学作用的产物对环境有污染，电解液对设备有腐蚀，应注意保护环境。三、电化学加工的分类电解加工电解磨削电镀、电铸和涂镀,第七节电子束加工,电子束加工是利用能量密度很高的高速电子流，在一定真空的加工舱中使工件材料熔化、蒸发和气化而被去除的加工方法。一、电子束加工的原理在真空条件下，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦、形成高能量大密度(106109cm2)的极细束流，以极高的速度轰击工件的加工部位。且其能量绝大多数转变为热能，使被轰击部位的材料在几分之一微秒内达到几千摄氏度以上的高温，从而引起该处的材料熔化、蒸发，达到加工的目的。,二、电子束加工的特点（1）精密微细加工；（2）热处理面积小，加工过程无切削力作用，也不存在工具消耗问题；（3）加工准确度高，也可实现加工过程的自动化；（4）真空中进行，污染少，可防止氧化现象；（5）专用设备价格昂贵，加工成本高。三、电子束加工的应用电子束焊接电子束打孔,第八节水射流加工,水射流加工是利用高压高速液流，用水泵使普通水(或添加微粉磨料)通过增压器增至100400MPa，在经贮液蓄能器使脉动的液流平稳，然后通过直径仅0.10.5mm左右