金属切削与机床特种

金属切削与机床特种第1页，共31页，2023年，2月20日，星期四特种加工特种加工是指利用物理、化学或电化学方法对工件材料进行加工的总称。第2页，共31页，2023年，2月20日，星期四特种加工的特点特种加工的方法与工件的硬度、强度等机械性能无关故可加工各种硬的、软的或特殊性能的金属材料和非金属材料特种加工是非接触式加工，不一定需要工具或虽使用工具但不与工件接触，工件不承受大的作用力，工具的硬度可低于工件硬度故可加工刚性极低的元件或弹性元件特种加工中没有机械加工中的机械应变或大面积热应变，其热应力、残余应力、冷作硬化等较小，尺寸稳定性较好，还可获得较低的表面粗糙度有些特种加工的余量很微细，不仅可以加工机械加工不能加工的尺寸微小的孔或狭缝，还可获得较低的表面粗糙度加工尺寸精度高（0.03～0.005）第3页，共31页，2023年，2月20日，星期四特种加工的方法电加工，可加工任何导电的金属材料电火花加工、电火花线切割加工、电解加工、电解磨削能量束加工，可加工任何材料激光加工、电子束加工、离子束加工、水射流加工超声波加工，可加工任何脆性材料第4页，共31页，2023年，2月20日，星期四电火花加工电火花加工中工具（电极）和工件（电极）之间不断产生脉冲性火花放电，利用放电时局部瞬时所产生的高温把金属蚀除下来（电蚀除）；因为放电过程中能见到火花，故称为电火花加工。第5页，共31页，2023年，2月20日，星期四电火花加工电蚀除必须解决以下三个问题：1、工具电极和工件被加工表面之间要经常保持一定的放电间隙，间隙通常约为几微米至几百微米（取决于电源电压和介质）；间隙过大，不能击穿介质，间隙过小，容易形成短路，都不能产生火花放电；为些必须具有工具电极的自动进给和自动调节装置。2、火花放电必须是脉冲放电，放电延续时间一般为10-7～10-3s，不会形成电弧放电烧伤工件表面，并同时使介质有时间恢复绝缘强度，为些必须使用脉冲电源。3、火花放电必须在有公一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化液或去离子水等；绝缘强度一般为103～107Ω·cm，一方面以利于火花放电，一方面把放电间隙中的金属屑、炭黒等电蚀产物悬浮排除出去。第6页，共31页，2023年，2月20日，星期四极性效应在电火花加工中，不仅工件被蚀除，工具电极也被蚀除，但两极被电蚀的程度不同，即使材料相同，其被电蚀量也不等，这种因极性不同而电蚀量不等的现象称为极性效应。一般在短脉冲精加工时，常把工件接脉冲电源正极，工具接负极，即所谓的“正极性”加工；在长脉冲粗加工中，把工件接脉冲电源负极，工具接正极，采用“负极性”加工。生产中常用不同的电极材料提高其极性效应，以提高生产率并减少电极的损耗（铜的极性效应较好，稳定性好，损耗少）。第7页，共31页，2023年，2月20日，星期四电火花加工的基本规律生产率：指在一定电标准下单位时间内工件材料的蚀除量（mm3/min），生产率主要受电参数、电极材料和工作液的影响；加工精度：加工中主要受放电间隙大小及其一致性、工具电极损耗及其稳定性的影响；电火花加工是工具电极在工件上的复制过程，工具电极的形状和尺寸误差将直接影响工件的加工精度；“二次放电”的影响；工件和工具电极的安装和定位误差的影响；表面粗糙度主要影响因素是单个脉冲量的大小，强的电规准可提高生产率，但会产生深的凹坑；把Ra从2.5提高到1.25，生产率要下降10倍；第8页，共31页，2023年，2月20日，星期四电火花加工的基本规律电规准电规准是指电火花加工中用到的一组电参数，按加工精度和表面粗糙度的不同，电规准分为粗、中、精三种；粗规准多用于Ra大于6.3的加工，精度低，精规准多用于Ra小于0.8的加工，中规准介于中间；工具电极材料工具电极材料对加工质量影响很大，必须设法减少它的损耗；工具电极材料应具有高的导电性，尺寸稳定，有一定的强度和刚度，易于加工（铜常作为电极材料）；第9页，共31页，2023年，2月20日，星期四二次放电二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次发生非正常放电。二次放电是影响加工精度的重要因素之一，它集中表现在深度方向上产生倾斜和加工棱角变钝等；第10页，共31页，2023年，2月20日，星期四电火花加工的特点适合加工难切削材料，包括超硬材料；适合加工特殊和复杂形状的零件，如复杂的模具型腔；常用于精加工，去除少量金属，以提高生产率；第11页，共31页，2023年，2月20日，星期四电火花加工机床第12页，共31页，2023年，2月20日，星期四电火花加工机床第13页，共31页，2023年，2月20日，星期四电火花线切割加工电火花线切割加工是指用金属丝作为工具电极的一种电火花加工方式，工作液使用去离子水。金属丝一般有钼丝和铜丝钼丝：走丝速度快，反复使用，称为快走丝，加工精度稍低，成本低；铜丝：走丝速度慢，一次性使用，称为慢走丝，加工精度高，成本高；金属丝放电只能沿直面或锥面，并且必须贯穿工件，切除多余金属，故称为线切割。第14页，共31页，2023年，2月20日，星期四快走丝线切割机第15页，共31页，2023年，2月20日，星期四慢走丝线切割机第16页，共31页，2023年，2月20日，星期四电解加工又称电化学加工，是发展较快、应用广泛的一项新工艺；是利用金属在电解液（常用NaCI）中可以产生阳极溶解的电化学原理进行加工：工件接直流电源的阳极（电压一般为5～25V）两极之间保持一定的间隙（0.1～0.8）电解液以较高速度从两极之间穿过（5～60m/s），使两极形成导电通路，并产生电流NaCI是强电解质，溶于水后几乎全部被电解，水有少量电解NaCI=Na++CI-H2O=H++OH-通电流后，阳极表面铁原子在正电压作用下，放出电子，形成铁离子Fe2+，第17页，共31页，2023年，2月20日，星期四电解加工原理铁离子与负离子化合后进入电解液，由于水的溶解度很小，故生成沉淀面离开反应系统；Fe2+

2（OH-

）=Fe（OH-

）2Fe（OH-

）2又逐渐被电解液及空气中的O2氧化而生成铁锈4Fe（OH-

）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3阳极表面铁离子不断被蚀除，工件的金属不断被溶解，根据法拉第定律，金属阳极的溶解量与通过的电量成正比；最终，工具阴极的形状尺寸将复制在工件上。第18页，共31页，2023年，2月20日，星期四电解加工的特点加工范围广，可加工所有导电的难切削材料；生产效率高，是电加工中最快的方法之一，约为电火花的5～10倍；能获得较小的表面粗糙度（1.25～0.2）；加工过程中阴极无损耗，可长期使用并保持其精度；加工的精度不如其它电加工方法，约为±0.1；用电解加工的零件其疲劳强度约降低10%～20%，如需要可用喷丸强化来恢复；第19页，共31页，2023年，2月20日，星期四电解加工的应用电解穿孔：对于一些形状复杂、尺寸较小的孔；为避免形成锥度，用环氧树脂将阴极绝缘；电解成形：对复杂工件型腔一次成形，生产率高，多用于锻模型腔；电解去毛刺：将工件绝缘，仅露出毛刺部分，可大大提高工效，广泛应用于汽车、拖拉机等大批量生产中；第20页，共31页，2023年，2月20日，星期四激光加工激光加工是利用激光器发射出来的具有高方向性和高光亮的激光，通过光学系统把激光束聚焦成一个极小的光斑（直径仅有几微米或几十微米）在光斑处获得极高的能量密度，达到上万度的高温，从而能在很短的时间内使各种物质熔化或汽化，达到蚀除工件材料的目的。第21页，共31页，2023年，2月20日，星期四激光加工的应用激光打孔：激光打孔速度极快、效率极高，每秒或加工14～16孔，合格率为99%；激光切割：有激光切割面、数控切割机；切割厚度大，可切割所有金属材料和非金属材料；激光焊接：与常规焊接比较，焊接时间短、效率高、无喷渣、不易氧化、热影响区小、不易产生虚焊；可以焊接不同种类的材料；激光表面处理表面淬火、表面粉末粘合等；第22页，共31页，2023年，2月20日，星期四激光加工的特点加工方法多：在同台设备上可完成切割、焊接、表面处理和打孔等多种加工；加工精度高、质量好：热变形小，无机械力产生的变形；加工效率高，经济效益好：用激光切割可提高效率8～10倍；用激光焊接可提高效率30倍；在金刚右上打孔可提高效率40000倍；可加工几乎所有材料第23页，共31页，2023年，2月20日，星期四超声波加工超声波加工是利用超声振动的工具端面在有磨料的液体介质中或干磨料中，产生磨料的冲击、抛磨，以及由此产生的气蚀作用来加工脆性材料的一种加工方法。工件端面形状复制在工件上；次声波＜16Hz、声波16～16000Hz、超声波＞16000Hz；超声波发生器超声换能器高频交流电源变幅杆超声波振动放大到约0.1mm工具端面驱动磨料作用或打击工件驱动第24页，共31页，2023年，2月20日，星期四超声波加工的特点适合加工各种脆性材料，尤其是电火花无法加工的不导电的非金属材料；加工精度高，表面质量好：尺寸精度0.01～0.02mm，Ra可达0.63～0.08，加工表面不会烧伤及变形；超声波加工的面积不够大；工具端面磨损较大，生产率较低；第25页，共31页，2023年，2月20日，星期四水射流切割水射流切割是利用将水或水中加入添加剂（磨料）的液体，经增压装置增压后（100～400MPa），再通过特定的喷嘴（直径0.08～0.5mm）使其形成高速（500～900m/s）的细径液体流喷射到工件表面，从而达到去除工件材料的目的。根据射流工作介质，可分为两类：纯水高压水切割：可切割塑料、碳纤维等软质材料；磨料高压水切割：可切割石材、金属等；第26页，共31页，2023年，2月20日，星期四水射流切割第27页，共31页，2023年，2月20日，星期四水射流切割的特点切割速度快、加工精度较好，可达0.075～0.1mm；工件切口平整、切缝窄，不存在热变形；加工中无任何污染，是绿色加工技术；喷嘴寿命高，无刀具损耗；设备简单，操作方便；第28页，共31页，2023年，2月20日，星期四精密加工和超精密加工精密加工和超精密加工的界限随科学技术的进步而逐渐发生化，我为目前的加工水平，一般加工、精密加工和超精密加工可划分如下：一般加工是指加工精度在10μm左右，表面粗糙度Ra为0.8～0.2μm的加工方法，如车、铣、磨、铰等，一般加工适应于汽车等工业制造；精密加工是指加工精度在10～0.1μm左右，表面粗糙度Ra为0.1μm以下的加工方法，如金刚车、金刚镗、研磨、砂带磨、镜面磨、冷压加工等，精密加工适应于精密机床、精密测量仪器等制造业中关键零件的加工；超精密加工是指加工精度在0.1～0.01μm左右，表面粗糙度Rz为