机械制造技术基础 第11章 先进制造技术简介.ppt

1、第11章 先进制造技术简介,11.1 特 种 加 工,传统加工面临问题： （1）各种难切削材料的加工问题 （2）各种特殊复杂表面的加工问题 （3）各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题,11.1 特 种 加 工,特种加工与传统加工不同点 ： （1）不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属材料。 （2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度。 （3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。,特种加工引起机械制造变革。,（1）提高了材料的可加工性。 （2）改变了零件的典型工艺路线。 （3）特种加工改变了试制新产品的模式。 （4）特种加工对产品零件的结构设计

2、带来很大的影响。 （5）对传统的结构工艺性的好与坏，需要重新衡量。 （6）特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。,11.2 电火花加工,电火花加工又称放电加工（E1ectrical Discharge Machining，EDM），在20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产。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，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来。因放电过程中可见到火花，故称之为电火花加工，日本、英、美称之为放电加工，前苏联及俄罗斯也称电蚀加工。,11.2 电火花加工,1电火花加工的原理和设备组成 电火花加工的原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火

3、花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金屑材料局部熔化、气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。,11.2 电火花加工,2电火花加工的特点及其应用 （1）主要优点。 适合于任何难切削材料的加工。 可以加工特殊及复杂形状的表面和零件。,11.2 电火花加工,（2）电火花加工的局限性。 主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非导体材料。 一般加工速度较慢。因此通常安排工艺时多采用切削加工来去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率。但最近已

4、有新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率甚至不亚于切削加工。,11.2 电火花加工,3电火花加工工艺方法分类 电火花加工工艺按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致可分为电火花穿孔成型加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字6大类。,11.3 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各种材料的。,11.3 激 光 加 工,1激光加工的原理和特点 （1）聚焦后，激光加工的功率密度可高达108W/cm21010W/cm2，光能转化为热能，几乎可

5、以熔化、气化任何材料。例如耐热合金、陶瓷、石英、金刚石等硬脆材料都能加工。 （2）激光光斑大小可以聚焦到微米级，输出功率可以调节，因此可用以精密微细加工。 （3）加工所用工具是激光束，是非接触加工，所以没有明显的机械力，没有工具损耗问题。,11.3 激 光 加 工,1激光加工的原理和特点 （4）和电子束加工等比较起来，激光加工装置比较简单，不要求复杂的抽真空装置。 （5）激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热加工，影响因素很多，因此，精微加工时，精度，尤其是重复精度和表面粗糙度不易保证，必须进行反复试验，寻找合理的参数，才能达到一定的加工要求。 （6）加工中产生的金属气体及火星等飞溅物，要注意

6、通风抽走，操作者应戴防护眼镜。,11.3 激 光 加 工,2激光加工的基本设备 激光加工的基本设备包括激光器、电源、光学系统及机械系统四大部分。 （1）激光器：是激光加工的重要设备，它把电能转变成光能，产生激光束。 （2）激光器电源：为激光器提供所需要的能量及控制功能。 （3）光学系统：包括激光聚焦系统和观察瞄准系统，后者能观察和调整激光束的焦点位置，并将加工位置显示在投影仪上。 （4）机械系统：主要包括床身、能在三坐标范围内移动的工作台及机电控制系统等。,11.3 激 光 加 工,3激光加工应用 （1）激光打孔。 （2）激光切割。,11.4 电化学加工,电化学加工（Electrochemic

7、al Machining，ECM）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。虽然有关的基本理论在19世纪末已经建立，但真正在工业上得到大规模应用，还是20世纪3050年代以后的事。目前，电化学加工已经成为我国民用、国防工业中的一个不可或缺的加工手段。,11.5 水喷射切割,水射流切割（Water Jet Cuting，WJC）又称液体喷射加工（Liguid Jet Machining，LJM），是利用高压高速水流对工件的冲击作用来去除材料的，有时简称水切割，或俗称水刀，。采用水或带有添加剂的水，以500m/s900m/s的高速冲击工件进行加工或切割。水经水泵后通过增压器增压，贮液蓄能器使脉动的液流平稳。水从孔径为0.1mm0.5mm的人造蓝宝石喷嘴喷出，直接压射在工件加工部位上。加工深度取决于液压喷射的速度、压力以及压射距离。被水流冲刷下来的“切屑”随着液流排出，入口处束流的功率密度可达106W/mm2。,水射流切割原理图,11.5 水喷射切割实际应用,水射流切割可以加工很薄、很软的金属和非金属材料，例如铜、铝、铅、塑料、木材、橡胶、纸等七八十种材料和制品。水射流切割可以代替硬质合金切槽刀具，而且切边的质量很好。所加工的材料厚度少则几毫米，多则几百毫米，例如切