《机械制造工艺》课件-第3次课特种加工

2-4特种加工专业课程/项目化课程机械制造工艺机械制造技术基础主讲教师：万苏文联系邮箱：99099106@专业课程/项目化课程复习旧课几种常用的切削加工方法有哪些特

种

加

工01特种加工概述特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。特种加工是近几十年发展起来的新工艺,是对传统加工工艺方法的重要补充与发展,仍在继续研究开发和改进。直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。特种加工介绍1、与加工对象的机械性能无关，有些加工方法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。2、非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使刚性极低元件及弹性元件得以加工。3、微细加工，工件表面质量高，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。4、不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度，其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好。5、两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广使用。6、特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响。特种加工技术特点特种加工发展方向特种加工技术在国际上被称为21世纪的技术，对新型武器装备的研制和生产，起到举足轻重的作用。随着新型武器装备的发展，国内外对特种加工技术的需求日益迫切。不论飞机、导弹，还是其它作战平台都要求降低结构重量，提高飞行速度，增大航程，降低燃油消耗，达到战技性能高、结构寿命长、经济可承受性好。为此，上述武器系统和作战平台都要求采用整体结构、轻量化结构、先进冷却结构等新型结构，以及钵合金、复合材料、粉末材料、金属间化合物等新材料。发展纳米级的超精密加工；提高加工精度和表面质量；发展复合加工；提高生产率和自动化程度02电火花加工电火花加工原理（视频讲解P86二维码）电火花成型加工示意图电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。电火花线切割加工（视频讲解P88二维码）该方法是利用移动的细金属丝作工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。按金属丝电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。我国普通采用高速走丝线切割，近年来正在发展低速走丝线切割，高速走丝时，金属丝电极是直径为φ0.02～φ0.3mm的高强度钼丝，往复运动速度为8～10m/s。低速走丝时，多采用铜丝，线电极以小于0.2m/s的速度作单方向低速运动。线切割时，电极丝不断移动，其损耗很小，因而加工精度较高。其平均加工精度可达0.0lmm，大大高于电火花成形加工。表面粗糙度Ra值可达1.6或更小。电火花线切割加工示意图电火花线切割产品03电解加工电解加工利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学反应，对金属工件进行成形加工的一种方法。加工时，工件接直流电源的正极，工具接直流电源的负极，如图5.4.6所示。工件缓慢进给，使两极之间始终保持0.1~1mm的狭小间隙，电解液从间隙中以5~60m/s的高速流过，阳极工件表面的金属逐渐按阴极型面的形状溶解电解产物被高速电解液带走，于是在工件表面上加工出与阴极型面基本相似的形状电解加工原理（1）加工范围广。电解加工几乎可以加工所有的导电材料，并且不受材料的强度、硬度、韧性等机械、物理性能的限制，加工后材料的金相组织基本上不发生变化。它常用于加工硬质合金、高温合金、淬火钢、不锈钢等难加工材料。（2）生产率高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。电解加工能以简单的直线进给运动一次加工出复杂的型腔、型面和型孔，而且加工速度可以和电流密度成比例地增加。据统计，电解加工的生产率约为电火花加工的5至10倍，在某些情况下，甚至可以超过机械切削加工。（3）加工质量好。可获得一定的加工精度和较低的表面粗糙度。加工精度(mm)：型面和型腔为±0.05～0.20；型孔和套料为±0.03～0.05。表面粗糙度(μm):对于一般中、高碳钢和合金钢，可稳定地达到Ra1.6～0.4，有些合金钢可达到Ra0.1（4）可用于加工薄壁和易变形零件。电解加工过程中工具和工件不接触，不存在机械切削力，不产生残余应力和变形，没有飞边毛刺。（5）工具阴极无损耗。在电解加工过程中工具阴极上仅仅析出氢气，而不发生溶解反应，所以没有损耗。只有在产生火花、短路等异常现象时才会导致阴极损伤。电解加工的局限性电解加工特点（1）加工精度和加工稳定性不高。电解加工的加工精度和稳定性取决于阴极的精度和加工间隙的控制。而阴极的设计、制造和修正都比较困难，阴极的精度难以保证。此外，影响电解加工间隙的因素很多，且规律难以掌握，加工间隙的控制比较困难。（2）由于阴极和夹具的设计、制造及修正困难，周期较长，因而单件小批量生产的成本较高。同时，电解加工所需的附属设备较多，占地面积较大，且机床需要足够的刚性和防腐蚀性能，造价较高。因此，批量越小，单件附加成本越高。电解加工局限性04超声波加工超声波加工原理超声波加工原理超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工，英文简称为USM。超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。原理：超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振产生超声波振动，迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型。超声加工范围：主要用于各种硬脆材料，如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔(包括圆孔、异形孔和弯曲孔等)、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。超声波加工特点超声波加工特点（视频P96）1.适用于加工各种脆硬材料；2.加工复杂型腔3.加工精度高4.加工效率低超声波加工产品05激光加工激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。某些具有亚稳态能级的物质，在外来光子的激发下会吸收光能，使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转，若有一束光照射，光子的能量等于这两个能相对应的差，这时就会产生受激辐射，输出大量的光能。激光加工原理激光加工产品激光加工产品激光加工产品06增材制造增材制造（AdditiveManufacturing，简称AM）技术，俗称3D打印增材制造（AdditiveManufacturing，AM）俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、

烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，

从无到有，是一种完全的“自由制造”。增材制造概述《经济学人》杂志曾评价：“伟大发明所能带来的影响，在当时那个年代都是难以预测的，

1750年的蒸汽机如此，1450年的印刷术如此，1950年

的晶体管也是如此。而今，我们仍然无法预测，增材制造（3D打印）将在漫长的时光里如何改变这个世界。”增材制造国际地位原理与方法增材制造

（3D打印）

---为什么能够制造快速复杂结构原理与方法原理与方法成型制作STL模型CAD模型*实体造型方法

*STL输出接口*其它数据接口数据准备处理快速成型系统增材制造工艺过程示意图*模型制作定向*分层处理

*加支撑CAD造型系统成型过程成型零件加工文件

增材制造（3D打印）

机原理与方法.增材制造（3D打印）机--多种工艺方法激光固化（SLA）-紫外光熔丝堆积（FDM）-

电热选择烧结（SLS

）-固体激光器增材制造（3D打印）（3DP）-粘接剂粘接金属直接成形：金属粉(SLM)

、丝(WAAM)材料与工艺

特点划分•激光（固体、光纤激光器）•

电子束、离子束、电弧原理与方法应用领域.日常生活.新技术融入日常生活

日常生活

应用领域

产品创新应用领域应用领域

医疗领域

金属零件应用领域应用领域应用领域威斯康星州工程师、业余枪械师迈克尔·格斯林克(Michael

Guslick)日前使用Stratasys增材制造（3D打

印）机以及从网络上下载的设计图，

成功打印出了AR-15

步枪的下机匣，并把它变成了一支枪，他还在博客上对

此进行了分享。应用领域增材制造（3D打印）应用实例——枪支建筑/土木工程/结构领域使用ZCorp增材制造（3D

打印）技术使用增材制造（3D打印）的模型部件作为设计过程

的一个步骤：a.早期概念模型b.城市景观c.复杂建筑外嵌和内陷的研究学习d.增强设计者与客户之间的交流增材制造（3D打印）应用实例——建筑模型应用领域增材制造（3D打印）

——火箭零件NASA用来激光熔融的原型机是德国

HoffmanInnovationGroupof

Lichtenfels旗下ConceptLaser生产的M2CusingMachine

。M2看起来和一般激光熔融增材制造（3D打

印）机一样，但打印的材料不是聚合物，而是不锈钢、铝、钛和镍合金等金属。M2的光纤激光器有200W。这种高能激光金属熔融技术生产零件的灵活性相当强，可以直接从设计图纸生产出

零件来，而且有很好的加工精度和机械性能。这次NASA用M2来打印的是J-2X引擎的零件，这些零件如果通过结构测试和耐火测