第一节-特种加工技术.ppt

1、第一节 特种加工技术,1、概念：特种加工主要是利用电能、光能、声能、热能和化学能对材料进行加工的方法。,引言：,2、特点：,（1）工具的硬度可以低于工件的硬度。,（2）工具与工件无显著的切削力。,（3）能用简单的运动加工复杂的型面。,（4）其内容包括去除和结合等加工。,常用特种加工方法有：,电火花加工、电解加工、激光加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工等。,一、加工原理,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.,电火花加工,电火花加工的基本概念和特点,电火花加工的基本概念：,电火花加工又称放电加工（El

2、ectrical Discharge Machining 简称EMD）。它是在加工过程中,使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电,靠放电时产生的局部、瞬时的高温将金属蚀除下来。这种利用火花放电产生的腐蚀现象对金属材料进行加工的方法叫电火花加工。,电火花加工的特点： 随着工业生产的发展和科学技术的进步,具有高熔点、高硬度、高脆性、高粘性、高韧性和高纯度的新型材料不断涌现，同时,零件的结构形状也越来越复杂,这使的采用传统的机械加工方法难以加工甚至无法加工。因此,电火花加工适应了这种要求,得到了广泛的应用。,（1）可以加工难以用金属切削方法加工的零件,不受材料硬度影响。 （2）由于工具电极与工件电

3、极不直接接触,没有机械切削力。所以在制作工具电极时不必考虑其受力特性,工具电极可以做的十分微细,能进行微细加工和复杂型面加工。,1.电火花加工的优点：,（3）电火花加工是通过脉冲放电来蚀除金属材料的,而脉冲电源的参数随时可调,因此在同一情况下,只需调整电参数即可切换粗、半精、精、超精加工。,(6)线切割加工有厚度极限。,2.电火花加工的局限性：,(1)电火花加工生产效率低。,(2)被加工的工件只能是导体.,(3)存在电极损耗,这就影响了成型精度。,(4)加工表面有变质层。,(5)加工过程必须在工作液中进行。电火花加工时放电部位必须在工作液中,否则将引起异常放电。,采用成型工具电极进行仿形电火花

4、加工的方法,电火花加工的分类与发展概况：,根据目前电火花设备使用情况来分,可分为3大类:,1电火花成型加工,2电火花线切割加工,3其他类型电火花加工,利用金属线作为电极对工件进行切割的方法,如电火花磨削加工、电火花回转加工、电火花研磨、珩磨 以及金属电火花表面强化、刻字等,电火花加工的发展概况,国外电火花加工的发展,目前计算机技术广泛应用于工业领域,电火花加工实现了数控化和无人化。美国、日本的一些电火花加工设备生产公司依靠其精密机械制造的雄厚实力,通过两轴、三轴和多轴数控系统、自动工具交换系统及采用多方向伺服的平动、摇动方案,解决了电火花加工技术中一系列实质性的问题。随着具有高精度、高刚度、高

5、自动化、高加工表面粗糙度的机床不断出现,使加工的功能及范围不断扩大。如今,在国际上,电火花加工可以加工大至数十吨重的模具和零件,小至只有几微米的微孔。 在电火花线切割方面,目前已过渡到全面计算机控制的阶段。变截面三维图形的线切割工艺、自动穿丝系统及镜面线切割技术都已达到了实用化阶段。,我国电火花加工的发展,20世纪50年代初期,我国开始研究和试制电火花镀敷设备,即把硬质合金用电火花工艺镀敷在高速钢金属切削刀具和冷冲模刃口上,提高金属切削刀具和模具的使用寿命。同时我国还成功研制了电火花穿孔机,并广泛应用于柴油机喷嘴小孔的加工。 60年代初,上海科学院电工研究所成功研制了我国第一台靠模仿形电火花线

6、切割 机床。随后又出现了具有我国特色的冷冲模工艺,即直接采用凸模打凹模的方法,使凸凹模配合的均匀性得到了保证,大大简化了工艺过程。 60年代末,上海电表厂张维良工程师在阳极切割的基础上发明了我国独有的高速走丝线切割机床。上海复旦大学研制出电火花线切割数控系统。 70年代随着电火花工艺装备的不断进步,电火花型腔模具成型加工工艺已经成熟。线切割工艺也从加工小型冷冲模发展到可以加工中型和较大型模具。切割厚度不断增加,加工精度也不断提高。 80年代以来计算机技术飞速发展,电火花加工也引进了数控技术和电脑编程技术,数控系统的普及,使人们从繁重、琐碎的编程工作中解放出来,极大的提高了效率。,电火花加工的基

7、本原理：,电火花加工基于电火花腐蚀原理,是在工具电极与工件电极相互靠近时,极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温,使局部金属融化,甚至汽化,从而将金属蚀除下来。这一过程大致分为以下几个阶段：,(1)极间介质的电离、击穿,形成放电通道,放电通道是有大量带正电和负电的粒子以及中型粒子组成,带电粒子高速运动,相互碰撞,产生大量热能,使通道温度升高,通道中心温度可达到10000摄氏度以上。由于放电开始阶段通道截面很小,而通道内有高温热膨胀形成的压力高达几万帕,高温高压的放电通道急速扩展,产生一个强烈的冲击波向四周传播。在放电的同时还伴随着光效应和声效应,这就形成了肉眼所能看到的电火花。,液

8、体介质被电离、击穿,形成放电通道后,通道间带负电的粒子奔向正极,带正电的粒子奔向负极,粒子间相互撞击,产生大量的热能,使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使工作液汽化,进而气化,然后高温向四周扩散,使两电极表面的金属材料开始融化直至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸汽瞬间体积猛增,形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时,可以看到工件与工具电极间有冒烟现象并听到轻微的爆炸声。,(3)电极材料的抛出,正负电极间产生的电火花现象,使放电通道产生高温高压。通道中心的压力最高,工作液和金属汽化后不断向外膨胀,形成内外瞬间压力差,高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排挤,抛出放电通道,大部分被抛入到工作液中。

9、加工中看到的桔红色火花就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。,(2)电极材料的融化,汽化热膨胀,(4)极间介质的消电离,在电火花放电加工过程中产生的电蚀产物如果来不及排除和扩散, 那么产生的热量将不能及时传出,使该处介质局部过热,局部过热的工作液高温分解,结碳,使加工无法进行,并烧坏电极。因此为了保证电火花加工过程的正常进行,在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排除,恢复放电通道的绝缘性,使工作液介质消电离,实际上,电火花加工的过程远比上述复杂,它是电力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。到目前为止, 人们对电火花加工过程的了解还有限,需要进一步研究。,加工原理图,

10、二、特点,1、穿孔加工,2、型腔加工,3、线切割,4、打印标记,三、应用,能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。,主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。,线切割,视频,一、加工原理,利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成形

11、加工的一种方法。,二、特点和应用,电解加工,用于型孔、型腔、复杂型面、深小孔、套料、膛线、去毛刺、刻印等加工。,一、电解加工的基本原理,二、电解加工的基本概念,电解加工有叫电化学加工，包括从工件上去除金属的电解加工和向工件上沉积金属的电镀、涂覆加工两大类,生产率、极间间隙、电解液、加工精度和表面质量,三、电解加工的特点、方法和应用,电解加工的特点： 1、可以一次加工出形状复杂的型腔、型面和型孔； 2、能加工任意金属材料； 3、适用于易变形和薄壁零件的加工； 4、生产效率高等。 主要用于成批生产具有复杂形状的型腔、型面和型孔以及难切削材料等。其种类繁多如电解磨削、充气电解加工等。,一、加工原理,

12、利用光能进行加工的方法。,二、特点和应用,激光加工,1、激光打孔,2、激光切割,3、激光焊接,4、激光热处理,一、激光加工的基本原理,激光加工是30年前美国首先投人工业生产的新型加工手段，现已形成一种重要的新兴产业，广泛地用于机械工业、电子工业、国防和人民生活等许多领域。,二、激光加工的特点、方法及应用,1.可以加工各种金属材料和非金属材料; 2.激光加工不需要工具，易实现加工过程自动化; 3.激光可透过玻璃等材料对工件进行加工; 4.可以实现精密微细加工; 5.激光可以进行表面热处理、焊接、切剖、打孔、雕刻及微细加工等多种加工。,一、加工原理,利用声能进行加工的方法。,二、特点和应用,超声波

13、加工,超声波加工适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，例如玻璃、陶瓷、石英、锗、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。,一、超声波加工的基本原理,声波频率超过16000Hz被称为超声波。超声波加工是利用超声波振动的冲击磨料对工件进行加工的一种方法，它不仅能加工脆硬金属材料而且适合于加工不导电的腕硬非金属材料，如玻璃、陶瓷等。同时超声波还可用于清洗、焊接和探伤等。,二、超声波加工的特点、方法及应用,1、超声波加工适合于加工各种脆硬材料，材料越是脆硬，越适宜超声波加工； 2、超声波可用于加工薄壁、薄片等易变形零件，加工精度高； 3、超声波加工设备简单，但生产效率低。 加工方法可采用超声波直接加工、超声波旋转加工、超声波机械复合加工、超声波焊接、涂覆、清洗等。,电子束加工,电子束加工是近年来得到较大发展的特种加工方法，在精密微细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用。电子束加工主要用于打孔