工程技术课件

第8章特种加工8.1特种加工概述

8.2特种加工方法返回浙江科技学院第1节特种加工概述

特种加工是指除常规切削加工以外的新的加工方法，这种加工方法利用电、磁、声、光、化学等能量或其各种组合作用在工件的被加工部位上，实现对材料的去除、变形、改变性能和镀覆，从而达到加工目的。8.1.1特种加工的产生和发展1.特种加工的产生

材料愈来愈难加工，零件结构和形状愈来愈复杂、对表面粗糙度和精度的要求愈来愈高，因而对机械制造部门提出了加工超硬材料、复杂表面和超精零件等一系列新的要求。2.特种加工的特点不用机械能，加工作用力极小，可进行微细加工、无大面积热应变等。3.特种加工的发展趋势1）充分融合现代电子技术、计算机技术、信息技术和精密制造技术等高新技术，使加工设备向自动化和柔性化方向发展。2）大力开发新的特种加工方法，包括微细加工和复合加工。8.1.2特种加工对机械制造工艺技术的影响1）提高了材料的可加工性；2）改变了零件的工艺路线；3）缩短了新产品的试制周期；4）对产品和零件的结构设计产生较大影响；5）需重新评估传统结构工艺性。

特种加工方法可按其能量来源和加工原理分为电火花加工、电化学加工、高能束加工、物料切蚀加工、化学加工、成形加工和复合加工等多种门类的加工。8.2.1电火花加工电火花加工又称放电加工（简称EDM），它利用电、热能对零件进行加工。1.电火花加工的原理电火花加工是利用脉冲放电对导电材料进行蚀除，以获得一定形状和尺寸的加工方法。其加工原理如图8-1所示。第2节特种加工方法

电火花加工的基本设备是电火花穿孔成型加工机床，它由床身、立柱、工作台、工作液槽、主轴头、工具电极夹具、工作液循环过滤系统等主要部件组成。

2.电火花加工的特点及应用

1）可用硬度低的紫铜或石墨作为工具电极对任何硬、脆、高熔点的导电材料进行加工，具有以柔克刚的功能；2）可以加工特殊和形状复杂的表面，常用于注塑模、压铸模等型腔模的加工；3）无明显的机械切削力，适宜于加工薄壁、窄槽和细微精密零件；4）由于脉冲电源的输出脉冲参数可任意调节，因而能在同一台床子上连续进行粗加工、半精加工和精加工。

8.2.2电火花线切割加工电火花线切割加工是在电火花加工基础上发展起来的一种加工工艺（简称WEDM）。其工具电极为金属丝（钼丝或铜丝），在金属丝与工件间施加脉冲电压，利用脉冲放电对工件进行切割加工，因而也称线切割。1.电火花线切割加工的原理

电火花线切割加工的电蚀原理与电火花加工的原理相同，其加工原理如图8-2所示。电火花线切割加工的基本设备是数控电火花切割机，它由床身部分、坐标工作台部分（一般均采用十字和滚动导轨、滚动丝杠）、走丝机构和锥度切割装置等主要部件组成。

2.电火花线切割加工的特点和应用

1）可切割各种高硬度材料，用于加工淬火后的模具、硬质合金模具和强磁材料；2）由于采用数控技术，可编程切割形状复杂的型腔，易于实现CAD/CAM；3）由于几乎无切削力，故可切割极薄工件；4）由于金属丝直径小，因而加工时省料，特别适宜于切割贵重金属材料；5）试制新产品时，可直接将某些板类工件切割出，省去了模具、刀具、工夹具等工装，使开发产品周期明显缩短。8.2.3电解加工电解加工（简称ECM）是电化学加工中的主要加工方法，已成功应用于国防、航空航天、汽车、拖拉机等领域的工业生产。1.电解加工的原理

电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解原理将工件加工成形的，如图8-3所示为加工示意图。电解加工的成形原理如图8-4所示。电解加工的基本设备包括直流设备、电解加工机床和电解液系统三个部分。

2.电解加工的特点和应用

1）加工范围广，可加工高硬度、高强度和高韧性的各类导电材料，可加工汽轮机叶片、叶轮等复杂型面；2）生产率高；3）能以简单的直线进给运动一次完成复杂型腔表面的加工，不产生变形和残余应力，也无飞边、毛刺等；

4）可获得较好的表面粗糙度，加工精度不高；5）加工过程中，工具阴极在理论上不会损耗，可长期使用。

8.2.4超超声加工工超声加工工也称超超声波加加工（简简称USM），，超声加加工不仅仅能加工工金属导导电材料料，而且且更适宜宜加工玻玻璃、陶陶瓷、半半导体锗锗和硅片片等不导导电的非非金属脆脆硬材料料，还可可以用于于清洗和和探伤等等。1.超声加工工的原理理和特点点超声波特特点：1）超声波能能传递很很大的能能量；2）当超声波波在液态态介质中中传播时时，在介介质中连连续形成成压缩和和稀疏区区域，产产生压力力正负交交变的液液压冲击击和空化化现象；；3）超声波通通过不同同介质时时，在界界面上发发生波速速突变，产生波的的反射和和折射；4）超声波在在一定条条件下，，会产生生波的干干涉和共共振现象象。超声加工工的基本本原理见见图8-5所示。超超声加工工是磨粒粒在超声声振动作作用下的的机械撞撞击和抛抛磨作用用以及空空化作用用的综合合结果。。超声加工工设备为为超声加加工机床床，它由由超声发发生器、、超声振振动系统统、机床床本体（（由工作作头、加加压机构构和工作作进给机机构、工工作台等等组成））、工作液及及循环系系统和换换能器冷冷却系统统等主要要部件组组成。2.超声加工工的特点点和应用用1）适宜加工工各种硬硬脆材料料，特别别是非金金属材料料；2）能以简单单的进给给运动加加工复杂杂的表面面；3）由于于切削力力很小，，因而其其工件的的残余应应力和加加工变形形很小，，表面质质量好，，表面粗粗糙度可可达Ra1～0.1μμm，加加工精度度可达0.01～0.02mm。可可以加工工微细结结构，如如薄型、、窄缝和和低刚度度零件。。8.2.5激激光加工工激光加工工是利用用光能经经透镜聚聚焦以极极高的能能量密度度靠光热热效应加加工各种种材料的的一种新新工艺（（简称LBM））。1.激光加工工的原理理激光是一一束相同同频率、、相同方方向和严严格位相相关系的的高强度度平行单单色光。。由于光光束的发发散角通通常不超超过0.1°，，因此在在理论上上可聚焦焦到直径径为光波波波长尺尺寸相近近的焦点点上，焦焦点处的的能量密度度可达108～1010W/cm2，温度可可高达摄摄氏1万万度，从从而使任任何材料料均在瞬瞬时（＜＜10－3s）被被急剧熔熔化乃至至汽化，，并产生生强烈的的冲击波波被喷发发出去，从而达达到切除除材料的的目的。。常用的激激光器按按激活介介质的种种类可分分为固体体激光器器和气体体激光器器。如图8-6为固体激激光器结结构示意意图。2.激光光加工的的特点和和应用1）由于激光光加工的的功率密密度高，，几乎可可以加工工任何材材料；2）激光束可可调焦到到微米级级，其输输出功率率可以调调节，因因此，激激光可用用于精细细加工；3）激光属非非接触式式加工，，无明显显机械切切削力，，因而具具有无工工具损耗耗、加工工速度快快、热影影响区小小、热变变形和加加工变形形小，易实现自自动化等等优点；4）能透过透透视窗孔孔对隔离离室或真真空室内内的零件件进行加加工。电子束加加工（简简称EBM）和和离子束束加工（（简称IBM））是近年年来得到到高速发发展的新新兴特种种加工。。这两种种加工主主要用于于精细加加工领域域，尤其其是微电电子领域域。8.2.6电电子束和和离子束束加工1.电子子束加工工的原理理如图8-7所示为电电子束加加工原理理图。2.电子束加加工的特特点1）电子束加加工属于于精细加加工；2）加工范围围广，加工质质量好；；3）生产率高高；4）加工过程程易于实实现自动动化。3.离子束加加工原理理和特点点离子束加加工的物物理基础础是，当当离子束束打击到到材料表表面上，，会产生生所谓撞撞击效应应、溅射射效应和和注入效效应，从而达到到不同的的加工目目的。离子束加加工装置置中的主主要系统统是离子子源，如图8-8是其中一一种，称称为考夫夫曼型离离子源。4.离子束加加工应用用1）刻蚀加工工；2）镀膜加工工；3）离子注入入加工。思考题1.试简简述特种种加工的的产生与与发展以以及对机机械制造造工艺技技术术的主要要影响。。2.试述述电火化化加工的的原理和和特点。。返回文档档图8-1电火花花加工原原理示意意图1—工具具电极2—工工作液箱箱3——工件电电极4—工作作液5—绝缘缘垫6—伺服服电机返回文档档图8-2电火火花线切切割工作作原理示示意图1—进电电装置2—导导向轮3—金金属丝4——工件5—X轴步进进电动机机6—Y轴轴步进电电动机7——横向工工作台8—纵向向工作台台返回文档档图8-3电解解加工示示意图1—直流流电源2—工工具阴极极3——工件阳阳极4—电电解液泵泵5——电解液液返回文档档a)b)图8-4电解解加工成成形原理理返回文档档图8-5超超声加工工原理图图1—工具具2—工件件3—磨料料悬浮4、、5—变变幅杆6—换能能器7—超超声波发发生器返回文档档图8—6固固体激光光器结构构示意图图1—全反反射镜2——工作物物质3—玻玻璃套管管4——部分反反射镜5——聚光镜镜6—氙灯灯7—电源源返回文档档图8-7电电子束加加工原理理图1—电源源及控制制系统2——抽真空空系统3—电电子枪系系统4——聚焦系系统5—电子子束6—工件件返回文档档图8-8考夫曼型型离子源源1—真空空抽气口口2——灯丝3—惰惰性气体体注入口口4——电磁线线圈5—离离子束流流6—工件件7——阴极8—引引出电极极9—阳极极10—电离离室9、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。21:02:0021:02:0021:0212/28/20229:02:01PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2221:02:0121:02Dec-2228-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。21:02:0121:02:0121:02Wednesday,December28,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2221:02:0121:02:01December28,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。28十十二二月月20229:02:01下下午午21:02:0112月月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月229:02下下午12月-2221:02December28,202216、行行动动出出成成果果，，工工作作出出财财富富。。。。2022/12/2821:02:0121:02:0128December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。9:02:01下午9:02下下午21:02:0112月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。21:02:0121:02:0121:0212/28/20229:02:01PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2221:02:0121:02Dec-2228-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。21:02:0121:02:0121:02Wednesday,December28,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2221:02:0121:02:01December28,202214、意志志坚强强的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥块一一样任任意揉揉捏。。28十十二二月20229:02:01下下午21:02:0112月月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荆门门九派派通。。。。十二月月229:02下下午午12月月-2221:02December28,202216、少年十五五二十时，，步行夺得得胡马骑。。。2022/12/2821:02:0121:02:0128December202217、空空山山新新雨雨后后，，天天气气晚晚来来秋秋。。。。9:02:01下下午午9:02下下午午21:02:0112月月-229、杨柳散和风风，青山澹吾吾虑。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、阅读读一切切好书书如同同和过过去最最杰出出的人人谈话话。21:02:0121:02:0121:0212/28/20229:02:01PM11、越是没有